传统的触摸屏测试主要集中在功能测试上，通常不包括性能和一致性测试。本文提出的解决方案可用于提高触摸屏制造的可靠性和一致性，实现高标准大规模制造的质量控制。该方案讨论了如何在大规模生产中测量触摸屏的电容值，以及如何安装IC在驱动芯片之前发现有缺陷的触摸屏。
此外，快速测试和高灵敏度测量是制造测试的两个主要目标。在这个应用程序中，相对精度比绝对精度更重要。随着触摸屏输出的不断增加，迫切需要能够节省大量时间和劳动力成本的自动化测试解决方案。
触摸屏技术
了解触摸屏技术有助于了解下一章的测试方法和系统框图。主要有两种电容式触摸屏技术：自容式屏幕和互容式屏幕，如图1所示。
图1. 两种不同类型的触摸屏
互容屏在触摸屏应用中更受欢迎，因为互容屏比自容屏更能真正支持多点触摸屏。
图2. 互电容屏结构
大多数消费级触摸屏使用ITO (铟锡氧化物)材料，有导电且透光的特性，透光率通常大于90%。图2是其中一种钻石型互电容物理结构。X列ITO和Y行ITO它们的交叉节点产生的微弱电容位于不同层，是我们想要测量的互电容CX。如右图所示，当手指靠近时，由于电场的变化，等效CX会减少。
让我们创建一个待测物体(DUT)如图3所示，分析模型以获得准确的测量结果。
3. DUT分析模型
CX：每个节点约为1 pF至10 pF，这是我们想要测量的互电容。有数百到数千个这样的互电容节点需要测量。
LITO：ITO 寄生电感由细线引起，1 nH至20 nH；在这个应用中，我们可以忽略它，因为它不到1 MHz阻抗很低。
RITO：ITO 导线电阻，kΩ这取决于水平ITO线长、线宽和材料成分。每个节点RITO可能不一样。
Cg：相对于参考电平GND寄生电容，pF水平取决于相对参考GND工厂内的平面距离和实际夹具环境。
生产试验要求
该解决方案涉及4个测试项目：
单节点电容测试
测量大约10个矩阵节点 pF左右；需要fF高精度等级。
相邻行电容测试
对X1施加一个信号，从相邻的X2.测量；这不是单个节点测试，所以测量结果通常是几十到几百pF级别。
相邻 ITO 线路开路/短路测试
在制造过程中，ITO钻石架构有时会导致相邻线路短路，因此需要进行测试。
ITO 电阻(可选)
这是一个可选测试项目，用于评估ITO线路是否符合标准。每个节点的测试时间通常是ms等级。矩阵节点的数量取决于屏幕尺寸，从数百到数千不等。
ADI 解决方案
阻抗测量
测试项目涉及不同类型的阻抗(电阻和电容)，因此需要一个阻抗测量设备。自平衡电桥电路可以完成此类测量，如图4所示。它含有已知阻抗(RTIA)和未知阻抗ZX电路组成。与传统分压法的比例测量不同，有源输放电路A2用于控制L_CUR点的电压保持恒定电位(本例为地)VS向H_CUR点施加固定频率的信号。A输出端的相反信号和流过ZX的电流IX直接相关。第二个放大器A用于直接检测ZX产生的电压。节点POT和CUR波形分别代表被测阻抗(ZX)阻抗可以通过模拟或数字方法计算。
4. 自动平衡电桥用于阻抗测量
未知阻抗ZX可用公式计算：
ZX = VPOT/VCUR × ZPATH
其中VPOT电压矢量信号，VCUR电流矢量信号，ZPATH为测量路径上的整体增益和相位偏移的总校准系数。更多关于阻抗测量的信息，可以访问：http://www.analog.com/cn/applications/markets/instrumentation-and-measurement-pavilion-home/electronic-test-and-measurement/impedance-measurement-and-analysis.html
触摸屏测试系统框图
在自平衡电桥进行一些电路补充，以满足触摸屏测试的要求。如图5所示。
图5. 触摸屏测试系统框图
信号激励源是一种高速公路DAC或DDS，产生50 kHz至200 kHz电容测试和波形ITO电阻测试。它还可以为相邻线路的开路/短路测试产生可编程直流电压信号。AMP1.该电路有两个功能：将差异分为单端转换和电平转移到双电源信号模式。放大器可以放置范围调整DAC数字域或DDS完成全量程控制端口。
电压测量路径使用差输入放大器AMP3.实现并由一个人实现SAR ADC数字采样。可编程增益阻抗放大器(用于将电流转换为电压)和附加放大器的电流测量路径AMP5 (用于调整增益)组成。注意，必须仔细考虑可编程增益阻抗放大器的开关配置，以最大限度地减少寄生效应的影响。两个测量路径中的信号都需要通过AMP6和AMP7为了满足电平转换和单端到差异转换的需要ADC输入的需要。
就 ITO在开路/短路测试方面，由于所有测量路径均为直流耦合，因此只需在线路上施加直流信号，然后从相邻线路测量电路电流。如果这个电流大于预设阈值，则意味着这两条线路短路。ITO电阻只能通过节点之间的耦合来测量，因此需要施加正弦波来获得其值并测量容性节点。
使用高分辨率SAR ADC优点是处理器或FPGA要完成，灵活性更大，性能更好。当然，只能使用一个ADC，利用SW1/SW复用测量路径，但缺点是测试时间会增加。
与被测触摸屏接口
考虑到数百个通道连接，我们仍然建议在这里使用模拟开关，以节省大量空间，缩短信号路径的长度。为了了解它对测量的影响，需要分析开关的寄生效应。因此，应根据图6所示的两个开关进行分析。
6. 模拟开关分析模型
CD/CS：寄生电容，8 pF至32 pF (ADG1414)电容器在开关状态下不同。矩阵节点测试将连接大量开关，因此我们必须考虑寄生电容器的总和。
CDS：寄生电容，1 MHz关闭状态的隔离度为–73 dB (ADG1414)，所以这个应用可以忽略。我们也可以忽略导通状态，因为RON远低于ZCDS。
RON：模拟开关的导电阻RON，使用ADG1414时为9.5 Ω。该电阻对测量路径的影响可以通过适当的开尔文连接来消除，但仍在信号路径上，因此需要考虑。
CP：电路板上的其他寄生电容器，pF等级，不是最大的问题。
这些寄生效应需要在测试触摸屏之前进行测量，以考虑其对测量路径上总电容和电阻的影响。补偿程序包括两个测量：开路和短路补偿。
开路补偿程序是在电缆和夹具连接到测量电路，但与被测物断开时进行阻抗测量；
短路补偿是通过测试夹连接所有端子，然后进行阻抗测量。该补偿可以通过触摸屏测量中使用的模拟开关来完成。
如图7所示。
7. 测试夹具寄生效应的补偿
右图显示了从开路和短路补偿程序中获得的完整网络模型。了解开路和短路阻抗值ZOPEN和ZSHORT之后，可以利用下式找出未知阻抗ZX的值。
ZX = ZOPEN × (ZM – ZSHORT)/(ZSHORT ZOPEN – ZM)
其中ZM因此，系统测得的阻抗。
两个主要指标
如果使用100测量速度： kHz一个完整的触摸屏单节点电容测试项目(假设共有512个节点)约为5个 ms至10 ms。这不包括路径切换和其他设置时间。如果考虑更多的测试项目和通信，一个DUT大概需要500 ms至2000 ms，具体时间取决于实际环境以及需要测量结果的平均值。
高灵敏度：使用18位ADC分辨率小于10 fF，1 pF DUT精度取决于实际环境和设计。