电阻式触摸屏技术特性解析

1.4线电阻式触摸屏

4线电阻式触摸屏包括有一个柔性顶层，然后是一层ITO，一个空气隙，最后为另一层ITO。面板有4根线附到ITO层上：“X”层的左右侧各一根，“Y”层的顶端和底端各一根。当柔性顶层受压接触到下面一层时检测到触摸。触摸的位置按如下步骤来测量：首先，“X右”被驱动到一个已知电压上，而把“X左”驱动到地，读取来自Y传感器的电压。这样就提供了X坐标。对于另一个坐标轴重复这一过程，即可精确确定手指位置。

触摸控制器起到电压计作用，首先在X＋点施加梯度电压V_DD，在X－点施加接地电压V_GND。然后，检测Y轴电阻上的模拟电压，并把模拟电压转换成数值，用A-D转换器计算X坐标，如图2-2所示。在这种情况下，Y－轴变成感应线。同样在Y＋和Y－点分别施加梯度电压V_DD和接地电压V_GND，可以测量Y坐标。

4线电阻式触摸屏有两个阻性层，其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，为了在X轴方向进行测量，将左侧总线偏置为0V，右侧总线偏置为V_REF。将顶部或底部总线连接到A-D转换器，当顶层和底层相接触时即可作一次测量。为了在Y轴方向进行测量，将顶部总线偏置为V_REF，底部总线偏置为0V。将A-D转换器输入端接左侧总线或右侧总线，当顶层与底层相接触时即可对电压进行测量。对于4线电阻式触摸屏，最理想的连接方法是将偏置为V_REF的总线接A-D转换器的正参考输入端，并将设置为0V的总线接A-D转换器的负参考输入端。

例如，当X＋到X－间有2.5V电压，笔尖的触碰位置大概在X轴的1/3处，在Y＋和Y－端的电压大概就是0.833V。因为面板的阻性分压关系，这个电压与X＋和X－间施加的电压成比例。当在Y层的导电条上施加电压，可以感知Y方向的位置，然后通过A-D转换器在X＋和X－轴上检测Y方向位置。

第一代4线电阻式触摸屏技术的两层ITO工作时都加上0～5V的均匀电压分布场，一个工作面加竖直方向的，一个工作面加水平方向的。因为4线电阻式触摸屏靠外的那层塑胶及ITO涂层被经常触摸，使用一段时间后外层薄薄的ITO涂层就会有了细小的裂纹，显然，导电工作面一旦有了裂纹，电流就会绕过，工作面上的电压场分布不再均匀，这样在裂纹附近触摸屏漂移严重，裂纹增多后，触摸屏有些区域即使触摸也检测不到。

图2-2 电阻式触摸屏：X坐标测量

目前，4线电阻式触摸屏产品的透光率已得到很好的提高，最高可以达到95％，表面耐用度大于4H，2.7gf压力即可以反应，触摸寿命大于3500万次，手指、戴手套、名片、笔等任何材料都可以感应。4线电阻式触摸屏不具专利技术，具有非常好的性能价格比。由于4线电阻式触摸屏表面损坏后，触摸屏将无法使用。所以，在容易被人为破坏的环境下不易使用。在其他工业控制和公共查询场所，都得到非常好的应用。

4线电阻式触摸屏的基层大多数是有机玻璃，不仅存在透光率低、风化、老化的问题，而存在安装风险，这是因为有机玻璃刚性差，安装时不能捏边上的银胶，以免薄薄的ITO和相对厚实的银胶脱裂，不能用力压或拉触摸屏，以免折断ITO层，有些4线电阻式触摸屏安装后显得不太平整就是因为这个原因。

图2-34 线电阻式触摸屏的结构

4线电阻式触摸屏的结构如图2-3所示，在玻璃或丙烯酸基板上覆盖有两层透明的均匀导电的ITO层，分别作为X电极和Y电极，它们之间由均匀排列的透明格点绝缘分开。其中下层的ITO与玻璃基板附着，上层的ITO附着在PET薄膜上。X电极和Y电极的正负端由“导电条”（见图2-3中的黑色条形部分）分别从两端引出，且X电极和Y电极导电条的位置相互垂直。当有物体接触触摸屏表面并施以一定的压力时，上层的ITO导电层发生形变与下层ITO发生接触，4线电阻式触摸屏的等效电路如图2-4所示。

图2-44 线电阻式触摸屏的等效电路

4线电阻式触摸屏检测原理如图2-5所示，在外ITO层的上、下两边各镀一个狭长电极，引出端为Y＋、Y－，在内ITO层的左、右两边分别镀上狭长电极，引出端为X＋、X－。当在一对电极上施加电压时，在该导电层上就会形成均匀连续的电压分布。若在X方向的电极对上施加一确定的电压，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电压场中，触摸处的电压值可以在Y＋（或Y－）电极上反映出来，通过测量Y＋电极对地的电压大小，便可得知触摸的X坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X＋电极的电压，便可得知触摸的Y坐标。

为了获得触摸点在X方向的位置信号，在内ITO层的两电极X＋、X－上分别施加V_REF和0V电压，使内ITO层上形成了从0～V_REF的电压梯度，触摸点至X－端的电压为该两端电阻对V_REF的分压，分压值代表了触摸点在X方向的位置，然后将外ITO层的一个电极（如Y－）端悬空，可从另一电极（Y＋）取出这一分压，将该分压进行A-D转换，并与V_REF进行比较，便可得到触摸点的X坐标。

图2-5b所示分压原理是

X_i＝L_xV_i/V （2-1）

Y_i＝L_yVj/V （2-2）

电阻式触摸屏的两层ITO工作面必须是完整的，在每个工作面的两条边线上各涂一条银胶，一端加5V电压，一端加0V，就能在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。在检测到有触摸后，立刻经A-D转换测量触摸点的模拟量电压值，根据比例公式就能计算出触摸点在这个方向上的位置。

在图2-5c中模拟电压测量点电压为

V_px＝R₄V/（R₃＋R₄） （2-3）

V_py＝R₁V/（R₁＋R₂） （2-4）

计算触摸的X、Y坐标分为如下两步：

图2-54 线电阻式触摸屏检测原理

1）计算Y坐标。在Y＋电极施加驱动电压V_drive，Y－电极接地，X＋作为引出端测量得到触摸电压，如图2-6a所示，由于ITO层均匀导电，触摸电压与V_drive电压之比等于触摸Y坐标与屏高度之比。

2）计算X坐标。在X＋电极施加驱动电压V_drive，X－电极接地，Y＋作为引出端测量得到触摸电压，如图2-6b所示，由于ITO层均匀导电，触摸电压与V_drive电压之比等于触摸X坐标与屏宽度之比。

图2-6 X、Y坐标接线图

测得的电压通常由A-D转换器转换为数字信号，再进行简单处理就可以作为坐标判断触摸的实际位置。测得的电压由A-D转换器转化为触摸点的原始坐标（数值范围由所选用的A-D转换器位数决定）后，还要根据具体使用的液晶屏实际像素进行转换，转换后通过校准直接转化为屏幕上的坐标，供GWES模块使用。

4线电阻式触摸屏除了可以得到触摸的X、Y坐标，还可以测得触摸的压力，这是因为施压后，上下层ITO发生接触，在触摸屏上实际是有电阻R_touch存在的。压力越大，接触越充分，电阻越小，通过测量这个电阻的大小可以量化压力大小。测量R_touch的阻值有以下两种方法：

第一种方法：X－接地，X＋接电源，Y＋接A-D转换器得到触摸的X坐标，如图2-7a所示，X－接地，Y＋接电源，X＋接A-D转换器得到Z₁点的位置，如图2-7b所示，X－接地，Y＋接电源，Y－接A-D转换器得到Z₂点的位置，如图2-7c所示。

图2-7 计算R_touch阻值等效电路

现在知道了X坐标，即A-D转换器的输出数值Z₁、Z₂，就可以计算R_touch的阻值

式中，I_RX1是流过R_X1的电流，则

而R_X1可以由ADC_X和R_X-PLATE根据比例得到，所以最后R_touch的阻值按下式计算：

注：A-D转换器为12位精度。

第二种方法：X－接地，X＋接电源，Y＋接A-D转换器得到触摸的X坐标ADC_X；Y－接地，Y＋接电源，X＋接A-D转换器得到触摸的Y坐标ADC_Y；X－接地，Y＋接电源，X＋接A-D转换器得到Z₁点的位置Z₁，就可以计算R_touch的阻值：

上面的计算有一个缺陷，就是没有考虑电极抽头引线和驱动电极电路的寄生电阻，这部分电阻并不包含在ITO电阻之内，而且受环境温度影响导致阻值波动，很可能影响计算的正确性，因此产生了8线电阻式触摸屏的概念。4线电阻式触摸屏的特点有：

1）高解析度，高速传输反应。

2）表面经硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理。

3）具有光面及雾面处理。

4）一次校正，稳定性高，永不漂移。

2.5线电阻式触摸屏(www.xing528.com)

5线电阻式触摸屏的结构与4线电阻式类似，也有下（玻璃或薄膜材料）导电ITO层和上（薄膜材料）导电ITO层。5线电阻式触摸屏的工作原理与4线电阻式不同的是，5线电阻式触摸屏的X和Y方向上的驱动电压均由下导电ITO层产生，而上导电ITO层仅起检测电压探针的作用。即便上薄膜层被刮伤或损坏，触摸屏也能正常工作，所以5线电阻式触摸屏的使用寿命远比4线电阻式触摸屏的长。

5线电阻式触摸屏采用的结构是，将X、Y电极都附着在玻璃基板上的ITO层，而上层的ITO只作为活动电极。底层ITO的X、Y电极从4个角引出UL、UR、LL、LR，加上上层的活动电极，这样一共5条线，如图2-8所示。5线电阻式触摸屏的优点是玻璃基板比较牢固，不易形变，而且可以使附着在上面的ITO充分氧化。玻璃材质不会吸水，并且它与ITO的膨胀系数很接近，产生的形变不会导致ITO损坏。而上层的ITO只用来作为引出端电极，没有电流流过，因此不必要求均匀导电性，即使因为形变发生破损，也不会使电阻式触摸屏产生漂移。

5线电阻式触摸屏的基层之上覆有X、Y两方向的电压场，加在同一层的透明导电层ITO上，最外层镍金导电层（镍金导电层：5线电阻式触摸屏的外导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料，目的是为了延长使用寿命）只用来作纯导体，当触摸时，用分时检测触摸X轴和Y轴电压值而测得触摸点的位置。

5线电阻式触摸屏的电极不能像4线电阻式触摸屏一样，由导电条从四边引出，那样会造成短路。电极被分散为许多电阻图案分布在触摸屏四周，然后从四角引出，如图2-9所示。这些图案的作用是使触摸屏X、Y方向电压梯度线性，以便于坐标测量。

图2-8 5线电阻式触摸屏引线图

图2-9 电阻分布图案

5线电阻式触摸屏使用了一个阻性层和一个导电层，为了沿X轴方向进行测量，将左上角和左下角偏置到V_REF，右上角和右下角接地。由于左、右角为同一电压，其效果与连接左右侧的总线差不多，类似于4线电阻式触摸屏中采用的方法。

为了沿Y轴方向进行测量，将左上角和右上角偏置为V_REF，左下角和右下角偏置为0V。由于上、下角分别为同一电压，其效果与连接顶部和底部边缘的总线大致相同，类似于在4线电阻式触摸屏中采用的方法。

这种测量算法的优点在于它使左上角和右下角的电压保持不变，但如果采用栅格坐标，X轴和Y轴需要反向。对于5线电阻式触摸屏，最佳的连接方法是将左上角（偏置为V_REF）接A-D转换器的正参考输入端，将左下角（偏置为0V）接A-D转换器的负参考输入端。

5线电阻式触摸屏工作时，UL施加驱动电压V_drive，LR接地，如图2-10所示。测量触摸X、Y坐标分为如下两步：

1）计算Y坐标，在UR电极施加驱动电压V_drive，LL电极接地，活动电极作为引出端测量得到触摸电压。

2）计算X坐标，在LL电极施加驱动电压V_drive，UR电极接地，活动电极作为引出端测量得到触摸电压。

5线电阻式触摸屏的改进：

1）5线电阻式触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层，导电玻璃的工艺使得A面的寿命得到极大的提高，并且可以提高透光率。

2）5线电阻式触摸屏把工作面的任务都交给寿命长的A面，而B面只用来作为导体，并且采用了延展性好、电阻率低的镍金透明导电层，因此，B面的寿命也得到极大的提高。

3）5线电阻式触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正A面的线性问题，由于生产工艺不可避免的有可能存在厚薄不均而造成电压场不均匀分布，精密的电阻网络在工作时流过绝大部分电流，因此可以补偿工作面的线性失真。

图2-10 5线电阻式触摸屏工作电路

5线电阻式触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高。5线电阻式触摸屏是目前最好的电阻式触摸屏，最适合于军事、医疗、工业控制领域使用。

5线电阻式与4线电阻式触摸屏主要区别在于5线电阻式触摸屏将其中一导电层的4端均引出来作为4个电极，另一导电层仅作为测量导体输出X轴和Y轴的电压，测量时要交替在X轴和Y轴上施加电压。4线电阻式触摸屏的表层起感应与判定作用，5线电阻式触摸屏产品，其表层是负载电压层，不起判定作用。所以，4线电阻式触摸屏的表面如果破损，触摸屏将无法使用，5线电阻式触摸屏即使表面破损，仍然不影响触摸操作。

5线电阻式触摸屏与外部环境无关，具有较强的环境适应能力，表面具有大于4H的防刮伤能力和高于95％的透光率，而且用户戴手套、用笔、名片等任何材料都可以触摸，由于其专利技术因素，是电阻式触摸屏中最高档的产品，广泛应用在公众查询系统、工业控制系统、医疗系统等各个领域。

5线电阻式触摸屏特点是把外层电阻层只用作导体层，作为5线中其中一线，即使有裂损，只要不断裂开，检测计算就不受影响，这无疑大大增强了使用寿命。而在内层电阻涂层中则把4线电阻式触摸屏技术中纵横电压分布场技术创造性巧妙地应用在同一涂层中。其结构分布在由金属氧化物构成的细密条的X轴上形成正向电压差，经过中值点又形成反向电压差，构成同面4线模式。内外涂层仍用绝缘透明隔离点隔开，当按压时内外涂层间经触摸接通，致使左侧向下电压的上端某处有不同阻值的分压产生，据此控制器计算出该触摸的水平坐标值。内涂层上每一触摸都有不同对应的X轴坐标值，触摸Y轴方向的坐标则是由控制器测定从内涂层经触摸流入外涂层（5线之一）的电流值确定。5线电阻式触摸屏除使用寿命大大超过4线式10倍，达3500万次，其透光率和清晰度也很高，由于工作在与外界封闭隔离状态，不怕污染，环境适应性好。它的另一个突出特点是分辨率很高，能分辨很尖细触针的触摸，但怕锐器的硬戳。

5线电阻式触摸屏是最可靠和使用寿命最长的触摸屏，依赖先进的判定技术和材料技术，提供长达5年的保质期。主要特点包括：

1）解析度高，高速传输反应，定位精确。通过采用最新专利设计方案的5线电阻式触摸屏，具有最高的触摸精确度。任何外部环境的变化，无需对触摸屏进行重新校验。无需通过查表和拟合曲线来进行非线性修正。它最精确稳定的设计，保证了可以从原始数据获得精确的结果。

2）超高耐久度。增强型防刻划硬膜对5线电阻式触摸屏具有无与伦比的防护能力，即便是在最严酷的工业环境下，也经得起考验。经过测试表明，5线电阻式触摸屏上任何一点可使用次数可达3500万次，是4线电阻式触摸屏产品耐久度的10倍以上，非常适合经常使用的场合。

3）应用介质广泛。灵活多样的人性化触摸输入方式，可以使用多种触摸输入方式触摸触摸屏，包括手指、指甲、笔尖、戴手套的手和信用卡等，仍能保持良好的触摸感觉，适合各种使用环境和应用人群。

4）一次校正，稳定性高，无漂移。采用先进的玻璃基板处理技术，可以进行长期无漂移操作，非常稳定和持久。

5）线性设计。由于采用线性技术，5线电阻式触摸屏具有无与伦比的精度，任何一个控制器都可以和其他触摸屏互换。

5线电阻屏的使用寿命和透光率与4线电阻式触摸屏相比有了一个飞跃，且5线电阻式触摸屏没有安装风险，同时5线电阻式触摸屏的ITO层能做得更薄，因此透光率和清晰度更高，几乎没有色彩失真。

3.6线电阻式触摸屏

在5线电阻式触摸屏的基础上，6线电阻式触摸屏是在玻璃基板的背面增加了一个接地的导电层，用来隔绝来自玻璃基板背面的信号串扰。

4.7线电阻式触摸屏

4线电阻式和5线电阻式触摸屏都没有考虑电极抽头引线和驱动电极电路的寄生电阻，这部分电阻并不包含在ITO电阻之内，很可能影响计算的正确性，因此7线电阻式触摸屏在5线电阻式触摸屏的基础上，从UL、LR两端各引出一条线用来感应实际触摸屏末端电压，分别记为V_max、V_min，工作原理与5线电阻式触摸屏相同。

7线电阻式触摸屏的实现方法除了在左上角和右下角各增加一根线之外，与5线电阻式触摸屏相同。执行屏幕测量时，将左上角的一根线连到V_REF，另一根线接SAR模数转换器的正参考端。同时，右下角的一根线接0V，另一根线连接SAR模数转换器的负参考端。

5.8线电阻式触摸屏

8线电阻式触摸屏的工作原理与4线电阻式触摸屏相似。只是给每一条线增加一个参考电压线，所以最后的总线数达到8条。新增的4条线分别用于给原来的4条线提供参考电压。除了在每条总线上各增加一根线外，8线电阻式触摸屏的实现方法与4线电阻式触摸屏相同。对于V_REF总线，将一根线用来连接V_REF，另一根线作为SARD-A转换器的正参考输入。对于0V总线，将一根线用来连接0V，另一根线作为SARD-A转换器的负参考输入。未偏置层上的4根线中，任何一根都可用来测量分压器的电压。8线电阻式触摸屏结构如图2-11所示。

图2-11 8线电阻式触摸屏结构

8线电阻式触摸屏的结构与4线电阻式触摸屏的区别的是除了引出X－drive、X＋drive，Y－drive、Y＋drive4个电极，还在每个导电条末端引出一条线：X－sense、X＋sense，Y－sense，Y＋sense，这样一共8条线。8线电阻式触摸屏工作时，首先测量导电条电压：

1）在Y＋电极施加驱动电压V_drive，Y－电极接地，分别测出Y＋sense和Y－sense的电压，分别记为V_YMAX和V_YMIN。

2）在X＋电极施加驱动电压V_drive，X－电极接地，分别测出X＋sense和X－sense的电压，分别记为V_XMAX和V_XMIN。

8线电阻式触摸屏工作电路如图2-12所示，计算触摸点X、Y坐标，分为如下两步：

1）计算Y坐标，在Y＋电极施加驱动电压V_drive，Y－电极接地，X＋作为引出端测量得到触摸电压。

2）计算X坐标，在X＋电极施加驱动电压V_drive，X－电极接地，Y＋作为引出端测量得到触摸电压。

4线、8线电阻式触摸屏的优点是不但可以计算横向X、Y坐标，通过一系列方法还可以测得纵向Z坐标，即手指的压力大小，这是通过测量纵向接触电阻R_touch来得到的，因为接触发生时，接触电阻与压力大小成反比，压力越大，接触电阻越小，测得这个电阻的数值可以用来量化接触压力。

4线、8线电阻式触摸屏的缺点是耐用性不够，长时间的触摸施压会使器件损坏。因为每次触摸，上层的PET和ITO都会发生形变，而ITO材质较脆，在形变经常发生时容易损坏。一旦ITO层断裂，导电的均匀性也就被破坏，上面推导坐标时的比例等效性也就不再存在。这种断裂的情况极易发生在经常发生触摸的区域，比如“确认”键的位置。另外一个缺点是附着在PET活动基板上的ITO不会充分氧化，一旦暴露在潮湿或者受热的环境下，氧化会导致电阻上升，同样破坏导电均匀性，使坐标计算出现误差，即出现漂移现象。

图2-12 8线电阻式触摸屏工作电路