核心提示：智能手機薄型化設計，使得觸控面板控制器容易受到顯示器產(chǎn)生的雜訊干擾。為解決此一問題，觸控芯片開發(fā)商已著手改良觸控傳感器設計，并加強觸控模組與LCD面板運作頻率的同步化。目前新的設計方桉，已獲得In-cell內(nèi)嵌式電容式觸摸屏開發(fā)商導入。

　　顯示器產(chǎn)生的雜訊會干擾電容式觸摸屏的感測功能，要進一步改善就須了解液晶顯示（LCD）技術的基本原理及雜訊產(chǎn)生的原因，方能找出因應之道。

　　首先須整理出現(xiàn)今市面上有哪些種類的顯示器，如主動矩陣有機發(fā)光二極體（AMOLED）、薄膜電晶體（TFT）LCD等智能手機常用方桉。一般來說，AMOLED的畫質(zhì)較佳，對觸控芯片產(chǎn)生的雜訊干擾也少于LCD，但AMOLED面板較昂貴，制造難度也高于LCD；因此，LCD至今仍主宰整個市場。由于LCD顯示器是最受歡迎的技術，但產(chǎn)生的雜訊也最多，因此本文將把焦點放在LCD。

　　觸控薄型化加劇LCD雜訊

　　為了解LCD何以產(chǎn)生雜訊，須掌握LCD基本運作原理。如圖1所示，從LCD顯示器的最底層開始，光線在此產(chǎn)生后再朝上反射，每個畫素含有紅、綠、藍三個子畫素，每個子畫素又包含一個液晶疊層（Sandwich），疊層頂部則貼合氧化銦錫（ITO）透明導電薄膜，其頂層與底層中間夾著液晶材料。

　　圖1 LCD與觸控面板架構圖

　　其中，頂層為所有子畫素的共極，通常稱為VCOM層；底層則專為子畫素配置，稱作子畫素電極，當電壓導通到LC疊層，液晶材料就會扭轉(zhuǎn)白光的極性 （Polarity），在疊層上方的偏光板，只讓特定極性的光線通過。若光線的極性與偏光板的極性一致，子畫素就會達到最高亮度。若光線極性與偏光板相反，子畫素的亮度就降到最低。

　　此外，每個子畫素都有一層彩色濾光片（R、G、或B），其作用類似彩繪玻璃窗，藉由把電壓導至三個子畫素的液晶疊層，畫素就能設定成任何RGB組成色。每個子畫素還含有一個TFT，做為導至液晶疊層電壓的on/off開關，這樣的設計在刷新全屏幕影像時能有效對屏幕上的畫素進行排序。

　　如圖2顯示，畫素在TFT閘極（Gate）被開啟，TFT的源極（Source）連結到彩色數(shù)字類比轉(zhuǎn)換器（DAC）輸出端，TFT汲極（Drain）則連結到ITO子畫素電極。由于液晶材料無法承受直流（DC）電壓，因此偏壓必須是交流電。ACVCOM與DCVCOM兩種類型的LCD顯示器也有所差異，前者主要透過一個差分電壓主動驅(qū)動VCOM與子畫素電極，因VCOM層係由AC推動，故稱為ACVCOM方桉。后者則透過DC驅(qū)動共極層，而子畫素由AC 驅(qū)動，此信號以DC值為中心進行偏擺，兩種VCOM方桉各有不同的效能與成本優(yōu)劣勢。

　　圖2 LCD與觸控面板電路圖

　　業(yè)界都知道ACVCOM因主動驅(qū)動大面積的ITO（VCOM）層，將造成大量雜訊；DCVCOM則以低雜訊的表現(xiàn)為業(yè)界所熟知，然而事實不一定如此。以往傳感器與LCD表面之間有一層薄的空隙（Air Gap）。但現(xiàn)今手機做得更薄，因此大多不再有這層空隙，將ITO傳感器直接貼合到LCD表面的方式逐漸為大多數(shù)廠商采用，造成雜訊耦合更加嚴重。

　　更有甚之，業(yè)界當前設計方向是要求觸控面板控制器能直接感測VCOM和子畫素電極，也就是內(nèi)嵌式（In-Cell）觸控技術，此來，觸摸屏與LCD控制器之間須進行同步化，才能在掃描觸摸屏時免除雜訊干擾；現(xiàn)在大多數(shù)智能手機的LCD也逐漸淘汰ACVCOM，轉(zhuǎn)用更高品質(zhì)的DCVCOM與 AMOLED顯示器，并朝向直接貼合或In-Cell發(fā)展，藉以降低制造成本與產(chǎn)品厚度。

　　LCD雜訊將耦合至觸控傳感器

　　至于LCD雜訊如何耦合到觸摸屏傳感器，主要是其電路雜訊將耦合到觸摸屏電路的兩個電容。第一個電容為CLC，這個電容是在子畫素與VCOM表面之間形成，其間液晶材料的作用相當于一個介電質(zhì)。

　　就DCVCOM顯示器來說，驅(qū)動子畫素的AC信號耦合到VCOM層就會變成雜訊，并傳至整個面板。DCVCOM層看似是一個良好的AC接地端，因為以DC 電壓維持這個節(jié)點；但事實上則會削弱雜訊，因為VCOM層是由電阻相當高的ITO制成，此處將發(fā)生第二個雜訊耦合電容的情況--CSNS。

　　CSNS在VCOM層與電容傳感器之間形成，VCOM層剩馀的雜訊電壓會透過CSNS耦合到電容式觸摸屏傳感器，并傳至觸控面板控制器的接腳。對ACVCOM顯示器而言，由于以AC波型驅(qū)動VCOM，因此LCD雜訊也會透過CSNS直接耦合到觸摸屏傳感器。

　　量測與分析LCD雜訊的方法相當簡單，可用一個導電金屬連結到示波器探棒，或采用一片面朝下的銅片，然后直接覆蓋在顯示器的表面（不要附加觸摸屏傳感器）。另外也可用大銅板或一片銅帶，但要注意雜訊強度會隨著導體尺寸縮小而降低，因此最好覆蓋整個表面，藉以把示波器的耦合誤差減至最小。

　　圖3顯示擷取到的ACVCOM信號波形，其中通常含有一個高強度基頻，其波形接近方波。ACVCOM運作頻率一般介于5k~25kHz之間，通?；l頻率會對應到LCD每列畫素更新（掃描線頻率）的速度。

　　圖3 ACVCOM顯示器耦合雜訊與時間關系圖

　　圖4則顯示實際擷取到的DCVCOM波形。DCVCOM波形類似數(shù)個尖銳的高頻脈沖，沒有類似ACVCOM的高強度基頻，但其諧波量可輕易沖高到 50k~300kHz，短暫的脈沖對應到子畫素電極驅(qū)動信號。DCVCOM雜訊的特性和顯示影像有高度相依性，最糟狀況的影像通常是整個屏幕上以棋盤狀排列的黑白交錯畫素（看起來接近灰色）；但是在分析DCVCOM顯示器特性之前，請務必測試多種不同影像。

　　圖4 DCVCOM顯示器耦合雜訊電壓與時間關系圖