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触摸屏静电保护方案

方案简介

触摸屏，又称为“触控屏”或“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置。这种技术允许用户通过手指或光笔等直接触碰屏幕上的图形按钮或文字，从而实现与计算机或其他设备的交互。触摸屏技术自上世纪60年代开始研究，并在随后的几十年里得到了飞速的发展和应用，如今已经广泛应用于手机、平板电脑、零售业、公共信息查询、多媒体信息系统、医疗仪器、工业自动控制、娱乐与餐饮业等众多领域。

由于使用触摸屏的过程中可能会出现插拔线路的操作，有可能会带来ESD损害，导致后端电路部分功能失效。所以触摸端口设计时应充分考虑对触摸芯片部分的静电保护，以确保在各种环境下都能稳定可靠地工作。这种技术被广泛应用于各类电子产品中，特别是在车载触摸屏幕控制系统中，它不仅提供了简易操作的便利，还通过其卓越的静电防护能力，确保了驾驶过程中的安全性和可靠性。静芯微系列产品可以充分满足客户的设计要求。

 

触摸屏工作原理

  1. 电阻式触摸屏

电阻式触摸屏的工作原理主要基于压力感应技术。它由显示屏与紧贴其上的电阻薄膜层组合而成。此电阻薄膜层分为双层结构：内层为玻璃或有机玻璃基板，表面覆盖有透明的导电涂层；外层则是一层经过强化处理和防刮设计的塑料层，其内部也嵌有导电层，两层导电层之间保持独立状态。当手指或物体按压屏幕时，内外导电层发生接触，导致电阻值变化。控制器随即捕捉这一电阻变化，解析出触摸点的精确位置，并执行相应的操作指令。

  1. 电容式触摸屏

与电阻式触摸屏机制相异，电容式触摸屏运作原理依赖于人体电流感应。其结构核心是四层复合玻璃面板，其中内层与夹层均设有导电层，而最外层覆盖有薄层的矽土玻璃，以保护屏幕免受损伤。当用户手指触碰屏幕时，人体电场促使手指与屏幕表面间形成一个耦合电容。在高频电流作用下，此电容近似为直接通路，导致手指从接触点吸取微量电流。此电流随后分流至屏幕四角的电极，其分流强度与手指至各角的距离成比例关系。控制器精确计算这些电流的比例，从而确定触摸操作的具体位置。

 

应用方案

对于触摸屏的SDA、SCL、RESET和SELECT等数据传输线路，我们推荐两款电气特性相似的十引脚集成式ESD防护器件，型号分别为SEUC10F5V4U和SEUC10F5V4UB。集成式器件的流通式封装设计简化了 PCB 布局，减少布线过程中的不连续性，促进了信号完整性和系统稳定性的提升。两款器件的工作电压都为5V，钳位电压12V，封装为DFN2510-10L，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护。SEUC10F5V4UB的电容较低，客户可根据线路实际情况进行选择。

电源和SHELDING线路的防护，我们推荐使用ESD防护器件SENC2F5V1BA。该器件的工作电压为5V，钳位电压为10V，结电容为10pF，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，在 ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）下提供瞬变保护。

 

型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

IPP(A)

钳位电压(V)

结电容(pF)

封装

SEUC10F5V4U

Uni.

5

4.5

12

0.6/0.3

DFN2510-10L

SEUC10F5V4UB

Uni.

5

3

12

0.4/0.2

DFN2510-10L

SENC2F5V1BA

Bi.

5

6

10

10

DFN1006-2L

 

 

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameters

Symbol

conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

Reverse stand-off voltage

VRWM

 

 

 

5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT= 1mA

6.0

 

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Peak Pulse Current

IPP

TP=8/20us@25℃

 

 

4.5

A

Clamping Voltage

VCL

IPP=1A; TP=8/20us

 

9.0

11.0

V

Clamping Voltage

VCL

IPP=4.5A; TP=8/20us

 

12.0

15.0

V

Junction capacitance

CJ

I/O pins to ground;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.6

 

pF

Between I/O pins;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.3

 

表1 SEUC10F5V4U电气特性表

 

Parameters

Symbol

conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

Reverse stand-off voltage

VRWM

 

 

 

5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT= 1mA

6.0

7.5

8.5

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Clamping Voltage

VCL

IPP=1A; TP=8/20us

 

9.0

11.0

V

Clamping Voltage

VCL

IPP=3A; TP=8/20us

 

12.0

15.0

Junction capacitance

CJ

I/O pins to ground;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.4

0.5

pF

Between I/O pins;

VR=0V; f = 1MHz

 

0.2

0.25

表2 SEUC10F5V4UB电气特性表

 

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM

 

 

 

5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

5.6

 

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

8.0

10.0

V

Clamping Voltage

VC

IPP=6A; tp=8/20us

 

10.0

12.0

V

Junction Capacitance

CJ

I/O to GND; VR=0V; f=1MHz

 

10

15

pF

表3 SENC2F5V1BA电气特性表

 

总结与结论

由于触摸屏在智能家居和公共信息展示中的重要作用，保护触摸屏免受ESD静电损害极为关键。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD和TVS保护器件，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护触摸屏电路的优选之策，确保人机交互的有序与稳定。