智能手機觸摸屏的測試

王娜

摘 要：最近，天津工廠推出了新的智能手機產品Shadow。它是一款安卓系統的產品，包括4.3英寸觸摸屏、8MP攝像頭和HDMI。觸摸屏是Android智能手機的主要功能之一。但是，觸摸屏功能次品的比率大約是3000PPM，這將花費工廠很多的生產成本，大概每個手機16美元。而且30%的次品不能通過工廠測試來捕捉，它已經影響了內部和外部客戶的滿意度。目前，我們使用觸摸屏REF測試和self-test測試來捕捉次品。但它不能100%覆蓋所有的失效模式。這是不可接受的。我們需要設計一個測試項目來解決這個問題。Shadow使用4.3英寸電容式觸摸屏。讓我先介紹一下這個觸摸屏。電容式觸摸屏技術是利用人體的電流感應進行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層，夾層ITO涂層作為工作面，四個角上引出四個電極，內層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環境。當手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。

關鍵詞：智能手機；觸摸屏

1 介紹

熱銷的智能手機產品Shadow在天津工廠推出。這對我們來說是一個挑戰，也是我們的一個機會。由于美國客戶的訂單很高，我們需要提高工廠產量和節省轉換成本。這款手機使用4.3英寸電容式觸摸屏。讓我先介紹一下這個觸摸屏。電容式觸摸屏技術提供準確和敏感的響應用戶的觸摸，同時提供卓越的耐用性。這種類型的觸摸屏技術提供了耐劃傷性和抗污染性的形式。污垢、液體和苛刻的化學品對電容觸摸屏技術沒有不良影響。電容式觸摸屏技術采用玻璃面板，表面涂有電容（電荷存儲）材料。位于屏幕角落的電路在覆蓋物接觸時測量電容。屏幕技術測量頻率變化，確定命令的X/Y坐標，給出快速準確的結果。這種類型的觸摸屏技術能夠使用薄、光滑的設計和堅固的觸摸特性；然而，由于屏幕技術的限制，使得必須僅使用手指，而不使用觸筆。

投射式電容面板的觸控技術投射電容式觸摸屏是在兩層ITO導電玻璃涂層上蝕刻出不同的ITO導電線路模塊。兩個模塊上蝕刻的圖形相互垂直，可以把它們看作是X和Y方向連續變化的滑條。由于X、Y架構在不同表面，其相交處形成一電容節點。一個滑條可以當成驅動線，另外一個滑條當成是偵測線。當電流經過驅動線中的一條導線時，如果外界有電容變化的信號，那么就會引起另一層導線上電容節點的變化。偵測電容值的變化可以通過與之相連的電子回路測量得到，再經由A/D控制器轉為數字訊號讓計算機做運算處理取得（X，Y） 軸位置，進而達到定位的目地。

電容屏要實現多點觸控，靠的就是增加互電容的電極，簡單地說，就是將屏幕分塊，在每一個區域里設置一組互電容模塊都是獨立工作，所以電容屏就可以獨立檢測到各區域的觸控情況，進行處理后，簡單地實現多點觸控。

電容技術觸摸面板CTP（Capacity Touch Panel）是利用人體的電流感應進行工作的。電容屏是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂一層ITO（納米銦錫金屬氧化物），最外層是只有0.0015mm厚的矽土玻璃保護層，夾層ITO涂層作工作面，四個角引出四個電極，內層ITO為屏層以保證工作環境。

當用戶觸摸電容屏時，由于人體電場，用戶手指和工作面形成一個耦合電容，因為工作面上接有高頻信號，于是手指吸收走一個很小的電流，這個電流分別從屏的四個角上的電極中流出，且理論上流經四個電極的電流與手指頭到四角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算，得出位置。可以達到99%的精確度，具備小于3ms的響應速度。

讓我們進一步介紹電容式觸摸屏的指令。電容式屏幕是一種新的檢測電荷的設計。為了使用電容式屏幕，使用者必須能夠利用體內的電流來完成電流，因此戴手套的人通常不能使用它們（盡管特制的手套允許電流流過它們）。這些屏幕可以像任何屏幕一樣清晰，但它們比電阻屏幕更穩定。它們最常用于便攜式設備中，因為電容式屏幕不會對意外移動做出響應或在口袋中打開。

2 數據處理過程編輯

電容式觸摸屏接收到觸摸信號之后，將觸摸數據轉換成電脈沖，傳送到觸摸屏控制IC進行處理。信號先經過一個低噪聲放大器LNA進行放大，然后通過模數轉換和解調，最后送到一個DSP進行數據處理。

電容式觸摸屏一般有M+N（M列N行）個物理電容觸摸傳感器。這M+N個相互交錯的傳感器組成了M*N個電容感應點，當用戶的手指接近觸摸屏的時候，其電容會隨之改變。傳感器的間隔（也就是相鄰行或列間的距離）通常在幾個毫米左右，這個間隔距離決定了觸摸屏的物理分辨率M*N。

電容式觸摸屏模塊和LCD模塊間的坐標系是完全不同的。LCD模塊的像素坐標一般由它的分辨率決定，比如，一塊WVGA的屏，它的分辨率為800*480，也就是說有800行，每行480個RGB像素。從而，一個具體位置可以由X和Y方向上像素點（x，y）來確定。而電容式觸摸屏模塊則是根據其X和Y的方向上的原始物理尺寸來確定坐標系的。兩坐標系間必須存在一個合理的映射方法，才可以保證輸入和輸出操作的正確性。

所以，觸摸屏控制IC的DSP處理器還得對得到的數據進行電容式觸摸屏模塊和LCD模塊間的像素映射轉換，從而確保在觸摸屏上感應到用戶的觸摸點就是用戶所指的點。

另外，為了保持觸摸坐標的穩定，觸摸屏控制IC需要進一步處理觸摸點的抖動，包括手指的抖動與電容數據的噪聲，并根據坐標的變化來改變低通濾波器的濾波系數，實現對坐標的平滑處理。

最后，在把數據傳到主機之前，還得使用軟件分析數據，確定每次觸摸是為了使用什么功能。這一過程包含確定屏幕上被觸摸的區域大小、形狀和位置。如果有必要，處理器會將相似的觸摸整理分組。如果用戶移動手指，處理器就會計算用戶觸摸的起點和終點間的差別。

而現有的智能手機采用的是Android系統，因此需要基于它設計新的測試項目。原有的FTM測試命令不能再安卓系統運行。APK是解決這一問題的最佳方法。所以我們為觸摸屏創建一個新的apk，并且需要操作員以X模式觸摸，如圖4所示，如果通過，主顯示將顯示綠色，如果失敗，將顯示紅色。測試程序NEXTEST也將結果顯示為合格或失敗。

3 測試方案

通過對觸摸X失效的進一步分析，根源是Atmel IC失效，它是觸摸屏驅動IC。但供應商測試次品 的IC，沒有發現問題。我們模擬了Atmel測試系統并進行了重新測試，仍然沒有問題。目前，電話和Atmel測試系統之間存在唯一差異。因此，我們喜歡工作電壓不同，Atmel系統為2.8V，電話為1.8V。這表明觸摸X測試是一種有效的解決方案。它的缺點是增加15s的測試時間。這是我們下一步的優化。至少，我們可以用它來捕捉失敗并消除CQA次品。

4 質量提高

觸摸X測試可以覆蓋100%無法通過觸摸自測試捕獲的故障。我們可以看到CQA趨勢圖看到耳機的改進。

5 進一步提高

只有在陰影上實現觸摸X測試，這不是我們的目標。我們將越來越多地應用于所有Android產品。100%的觸摸屏故障可以被抓住是我們的大目標。并且滿足客戶是我們的大目標。

6 結論

觸摸X測試是觸摸屏故障的有效解決方案。然而，我們將設計一個自動的解決方案來減少測試時間。