首先須整理出現(xiàn)今市面上有哪些種類的顯示器，如主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(AMOLED)、薄膜電晶體(TFT)LCD等智慧型手機(jī)常用方桉。一般來說，AMOLED的畫質(zhì)較佳，對(duì)觸控晶片產(chǎn)生的雜訊干擾也少于LCD，但AMOLED面板較昂貴，製造難度也高于LCD；因此，LCD至今仍主宰整個(gè)市場(chǎng)。由于LCD顯示器是最受歡迎的技術(shù)，但產(chǎn)生的雜訊也最多，因此本文將把焦點(diǎn)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(yùn)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(gè)畫素含有紅、綠、藍(lán)三個(gè)子畫素，每個(gè)子畫素又包含一個(gè)液晶疊層(Sandwich)，疊層頂部則貼合氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電薄膜，其頂層與底層中間夾著液晶材料。 

     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(dāng)電壓導(dǎo)通到LC疊層，液晶材料就會(huì)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(huì)達(dá)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(gè)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(dǎo)至三個(gè)子畫素的液晶疊層，畫素就能設(shè)定成任何RGB組成色。每個(gè)子畫素還含有一個(gè)TFT，做為導(dǎo)至液晶疊層電壓的on/off開關(guān)，這樣的設(shè)計(jì)在刷新全螢?zāi)挥跋駮r(shí)能有效對(duì)螢?zāi)簧系漠嬎剡M(jìn)行排序。 

     如下圖顯示，畫素在TFT閘極(Gate)被開啟，TFT的源極(Source)連結(jié)到彩色數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出端，TFT汲極(Drain)則連結(jié)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(gè)差分電壓主動(dòng)驅(qū)動(dòng)VCOM與子畫素電極，因VCOM層係由AC推動(dòng)，故稱為ACVCOM方桉。后者則透過DC驅(qū)動(dòng)共極層，而子畫素由AC驅(qū)動(dòng)，此訊號(hào)以DC值為中心進(jìn)行偏擺，兩種VCOM方桉各有不同的效能與成本優(yōu)劣勢(shì)。 

     業(yè)界都知道ACVCOM因主動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(shí)不一定如此。以往感測(cè)器與LCD表面之間有一層薄的空隙(Air Gap)。但現(xiàn)今手機(jī)做得更薄，因此大多不再有這層空隙，將ITO感測(cè)器直接貼合到LCD表面的方式逐漸為大多數(shù)廠商採(cǎi)用，造成雜訊耦合更加嚴(yán)重。 

     至于LCD雜訊如何耦合到觸控螢?zāi)桓袦y(cè)器，主要是其電路雜訊將耦合到觸控螢?zāi)浑娐返膬蓚€(gè)電容。第一個(gè)電容為CLC，這個(gè)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(dāng)于一個(gè)介電質(zhì)。 

     就DCVCOM顯示器來說，驅(qū)動(dòng)子畫素的AC訊號(hào)耦合到VCOM層就會(huì)變成雜訊，并傳至整個(gè)面板。DCVCOM層看似是一個(gè)良好的AC接地端，因?yàn)橐訢C電壓維持這個(gè)節(jié)點(diǎn)；但事實(shí)上則會(huì)削弱雜訊，因?yàn)閂COM層是由電阻相當(dāng)高的ITO製成，此處將發(fā)生第二個(gè)雜訊耦合電容的情況--CSNS。 

     CSNS在VCOM層與電容感測(cè)器之間形成，VCOM層剩馀的雜訊電壓會(huì)透過CSNS耦合到電容式觸控螢?zāi)桓袦y(cè)器，并傳至觸控面板控制器的接腳。對(duì)ACVCOM顯示器而言，由于以AC波型驅(qū)動(dòng)VCOM，因此LCD雜訊也會(huì)透過CSNS直接耦合到觸控螢?zāi)桓袦y(cè)器。 

     量測(cè)與分析LCD雜訊的方法相當(dāng)簡(jiǎn)單，可用一個(gè)導(dǎo)電金屬連結(jié)到示波器探棒，或採(cǎi)用一片面朝下的銅片，然后直接覆蓋在顯示器的表面(不要附加觸控螢?zāi)桓袦y(cè)器)。另外也可用大銅板或一片銅帶，但要注意雜訊強(qiáng)度會(huì)隨著導(dǎo)體尺寸縮小而降低，因此最好覆蓋整個(gè)表面，藉以把示波器的耦合誤差減至最小。 

     降低LCD雜訊　觸控IC商祭出五大招

     設(shè)計(jì)者要確實(shí)降低影響觸控面板控制器的顯示雜訊，可利用幾種方法，包括削減雜訊強(qiáng)度、避開雜訊的頻率、導(dǎo)入數(shù)位濾波器、改良觸控感測(cè)器設(shè)計(jì)或加強(qiáng)觸控螢?zāi)慌cLCD面板的同步化。 

     一般來說，設(shè)計(jì)工程師可以用一層強(qiáng)固的ITO覆蓋住整個(gè)顯示器，此遮蔽層置放于顯示器與觸控面板感測(cè)器之間，直接連結(jié)電路接地端，因此顯示雜訊會(huì)直接傳到接地端而不是觸控面板控制器。遮蔽層在減少雜訊方面通常效率頗高，不過，由于會(huì)增加觸控面板製造成本，加上會(huì)減少面板的透光度使影像品質(zhì)略受影響，因此較不受業(yè)者青睞。 

     相形之下，挑選適合的運(yùn)作頻率，讓觸控控制器的頻率不同于LCD雜訊頻率則是最佳選項(xiàng)之一。對(duì)此種方法而言，導(dǎo)入能應(yīng)付大量尖峰雜訊的觸控控制器，并且避免觸控螢?zāi)桓袦y(cè)電路過度飽和，有助達(dá)成降雜訊的目標(biāo)。 

     此外，窄頻接收器有助于配合雜訊尖波(Spikes)進(jìn)行調(diào)整，還能幫助在擷取到的波形產(chǎn)生快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)，以便了解應(yīng)把觸控螢?zāi)贿\(yùn)作頻率設(shè)定在哪裡。目前觸控控制器製造商也以開發(fā)出許多自動(dòng)工具，能幫助挑選理想的運(yùn)作頻率，其中許多工具能掃描觸控螢?zāi)贿\(yùn)作頻率，還能同時(shí)監(jiān)視雜訊。 

     觸控感測(cè)器包含發(fā)送器(TX)與接收器(RX)，所有真正多點(diǎn)觸控的感測(cè)器都能驅(qū)動(dòng)TX，并在RX上接收訊號(hào)。在曼哈頓感測(cè)器設(shè)計(jì)中，TX占位相當(dāng)寬，位置在RX之下；RX則較窄，因?yàn)橐纳娙菀约皽p少雜訊耦合。 

     總而言之，曼哈頓感測(cè)器讓TX感測(cè)器能削減大部分的雜訊，且不會(huì)讓雜訊傳到RX，現(xiàn)今業(yè)界均採(cǎi)用許多精密的曼哈頓衍生技術(shù)。 

     In-cell實(shí)現(xiàn)觸控面板與LCD同步化

     最后，觸控面板與LCD之間的同步化，亦是降低顯示雜訊的選項(xiàng)之一。事實(shí)上，這絕對(duì)須仰賴In-Cell設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。觸控面板控制器要進(jìn)行同步化，可透過監(jiān)看LCD驅(qū)動(dòng)器的水平與垂直同步訊號(hào)，分別名為HSYNC(Horizontal Synchronization)與VSYNC(Vertical Synchronization)，進(jìn)一步與LCD面板同步。 

     值得注意的是，在ACVCOM解決方桉中，有些觸控面板控制器能直接從觸控螢?zāi)桓袦y(cè)器挑出雜訊，隨即開始掃描，不須藉由監(jiān)看LCD驅(qū)動(dòng)器的HSYNC與VSYNC訊號(hào)；此種ACVCOM的同步化相當(dāng)直接，因?yàn)榛l強(qiáng)度很高且頻率很低。 

     相形之下，DCVCOM就比較困難，因?yàn)殡s訊頻率較高，觸控面板控制器的掃描與靜止期之間需要精準(zhǔn)的時(shí)序調(diào)整。 

     隨著手機(jī)做得愈來愈薄，觸控面板控制器會(huì)暴露在更多的顯示雜訊下，這是因?yàn)轱@示器與觸控螢?zāi)桓袦y(cè)器之間有更緊密結(jié)合的電容耦合，促使各界更專注于顯示器如何運(yùn)作，顯示雜訊究竟來自哪裡，如何量測(cè)顯示雜訊，以及有哪些降低顯示雜訊的選項(xiàng)。