觸摸屏Touch IC ESD/EOS防護方案及TVS選型

觸控技術是一種通過觸摸屏幕或其它觸摸表面來實現人機交互的技術，隨著科技的不斷發展，觸控屏已經成為手機、車機、IOT交互等現代電子設備中不可或缺的一部分。

最早的觸摸屏是電阻式，它由兩層導電材料構成，當用戶觸摸屏幕時，兩層導電材料會接觸，從而改變電阻值，從而實現位置的檢測。電阻式屏幕具有成本、技術低等優勢，缺點是只能單點觸摸，連續滑動很容易出現斷點；電容式觸摸屏有自容式、互容式等等方式，目前觸目所及大部分就是互容式觸摸屏，電容式觸摸屏外形可塑性強，比如窄邊框、無邊框、折疊屏等，目前消費產品大都是采用電容屏。

觸摸屏的優勢在于直觀的操作方式，由于它們可以通過直接與圖標和按鈕接觸來進行輸入，所以對不熟悉的用戶來說很容易理解并且易于使用。觸摸面板還允許將顯示器和輸入組合到一塊硬件中（圖1），從而實現設備的小型化和簡單化。這些觸摸屏內部結構的主要核心是一個用于處理計算的IC芯片，電路基板上另有一層特定圖案的透明電極模組，面板的最表面則覆蓋著絕緣玻璃或塑料蓋。當手指接近表面時，多個電極之間的電容量會同時發生變化，可以通過測量這些電流之間的比率來精確識別接觸的位置(圖2)。

觸摸屏Touch IC ESD/EOS防護方案及TVS選型

圖1.電容屏結構

觸摸屏Touch IC ESD/EOS防護方案及TVS選型

圖2.觸摸電路基板檢測電路

現今，觸摸屏已被廣泛應用于各種移動型產品中，但如與有線/無線充電器或其他負載連接時因插拔所導致的ESD/EOS噪聲，這期間將可能通過設備物理層耦合到傳感器，而對觸摸的準確性和穩定性造成影響。以手機產品為例，不完善的邊緣布局或天線設計，甚至是未完整考慮防護的接口設備，這些都已被證明是ESD/EOS的重大來源。觸摸處理器采用深納米技術CMOS工藝，同樣的芯片面積可以放更多的晶體管，好處是提升產品運算性能，但在器件級ESD耐受度的趨勢卻是越來越弱（器件級HBM通常要求通過2kV）。處理器中每個IO都有內嵌ESD電路，且這些IO ESD cell的最大允許電流及電導(Admittance)與它們的尺寸成正比，但受IO電容和芯片尺寸的限制IO cell無法任意完成設計，受限的設計導致進入深納米技術的觸摸處理器對ESD越來越敏感。當產品受到外界ESD轟擊時，IO ESD cell鉗位電壓會隨ESD電流的增大而上升，當ESD能量過大時，鉗位電壓可能升高到IC內部最大允許電壓以上從而造成誤動作或當機；嚴重者（工廠ESD測試標準：接觸放電±8kV/空氣放電±15kV），將直接擊穿IC內部ESD保護電路后，能量繼續傳導到內部電路，造成多次損壞。

另一方面，通常TVS保護器件制程在幾百納米，TVS瞬間可以泄放ESD的能力直接與芯片面積成正比，且其耐受度遠優于IC內嵌ESD防護設計。所以，進行系統級靜電放電抗擾度設計時建議在IC外部增加TVS，此時ESD電流會先通過外部TVS泄放，IC內部損壞的可能性則大大降低（圖3和圖4）。

觸摸屏Touch IC ESD/EOS防護方案及TVS選型

圖3.ESD最佳泄放路徑

觸摸屏Touch IC ESD/EOS防護方案及TVS選型

圖4.Touch FPC TVS防護設計

隨著手機、平板、智慧穿戴待機時長要求，電池容量希望可以做的更大，產品內部沒有足夠的空間擺放更多器件，小封裝TVS優勢便能體現出來，晶焱科技推薦0201（0.6mm×0.3mm）封裝以滿足PCB空間需求和廠內ESD測試要求。如表1，針對通信接口SPI/IIC推薦AZ5A23-01F和AZ5B85-01B,均滿足ESD Level 4測試要求。另外，晶焱科技與Touch IC廠商配合，在觸摸處理器量產前便完成參考設計電路的驗證，以提供最好的技術支持來滿足客戶對ESD/EOS設計要求。

表1. Touch FPC接口ESD/EOS防護方案

未來幾年，智慧手機采用的電容式觸摸屏仍將是該領域的主導技術，紅外、光、聲波等觸覺傳感器技術將緊隨其后。無論采用哪種技術實現人機交互應用，接口芯片都需要在設計初期考慮ESD/EOS問題，以降低生產過程或終端客戶使用過程中的不良比率，避免返修成本及商譽損失。

提供原廠技術支持和方案應用075582542001，82574660謝謝惠顧~

審核編輯 黃宇