Aspectos Clave en Pantallas Touch Capacitivas: EMC, Uso con Agua y Protocolo de Desinfección

EMC, el uso en entornos húmedos y la limpieza son tres aspectos críticos de las pantallas capacitivas

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Cómo funcionan las Pantallas con Tecnología Táctil Capacitiva Proyectiva (PCAP)

Las pantallas táctiles capacitivas proyectivas es un tipo de pantalla táctil que detecta la interacción del usuario mediante campos eléctricos en lugar de presión física. Son las más utilizadas en smartphones, tablets, monitores interactivos y equipos industriales o médicos modernos.

• Esta tecnología está compuesta por una capa superior de vidrio, seguida de un conjunto de electrodos X, un aislante y luego un conjunto de electrodos Y.
• Los electrodos forman una matriz de condensadores donde se cruzan los conjuntos X e Y.
• El controlador de la pantalla táctil emite pulsos de voltaje en las filas X, y las columnas Y los reciben.
• Cuando un dedo toca un sensor táctil, parte de la carga eléctrica es desviada capacitivamente desde los electrodos de impulsión hacia el dedo.
• Este pequeño cambio en la capacitancia resulta en una variación medible en los electrodos de recepción.
• El controlador táctil puede calcular la ubicación del toque a partir de estos pequeños cambios de capacitancia.

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Elementos principales de la EMC

La EMC (Compatibilidad Electro-Magnética) se refiere a la capacidad de un dispositivo o sistema eléctrico/electrónico para no emitir interferencias electromagnéticas que afecten a otros equipos cercanos y a la vez resistir interferencias externas sin que su funcionamiento se vea alterado. En otras palabras, un dispositivo cumple con EMC si puede operar correctamente en su entorno electromagnético sin causar ni sufrir perturbaciones.

La EMC se divide en Emisiones e Inmunidad

Hay dos elementos principales de la EMC:

• Emisiones: Es la generación de energía electromagnética no deseada por parte del dispositivo electrónico. Las emisiones deben reducirse por debajo de ciertos límites aceptables para garantizar que no causen ninguna perturbación a otros dispositivos.
• Inmunidad/Susceptibilidad: La inmunidad es la capacidad del dispositivo electrónico para funcionar con normalidad en un entorno electromagnético sin experimentar interferencias/fallos debido a las emisiones que emanan de otro dispositivo. La susceptibilidad es básicamente lo contrario de la inmunidad, es decir, cuanto menos inmune sea un dispositivo a las interferencias electromagnéticas, más susceptible es.

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Emisiones

Las emisiones son interferencias electromagnéticas (EMI) o perturbaciones generadas por un dispositivo electrónico o eléctrico.

• Emisiones radiadas: Emisiones que se propagan a través del aire.
• Emisiones conducidas: Emisiones que se propagan a lo largo de cables interconectados como cables de alimentación.

En el caso de las pantallas táctiles, los problemas de emisiones electromagnéticas son mucho menos frecuentes que los de inmunidad. La excepción se da en sectores como el automoción, salud o defensa, donde las normativas son considerablemente más estrictas que en el mercado de consumo. El principal reto en cuanto a emisiones radica en que el panel táctil actúa como un radiador: transmite y recibe campos eléctricos mediante capacitancia para que el controlador táctil pueda detectar con precisión las pulsaciones.

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Inmunidad

Las pruebas de inmunidad EMC pueden considerarse de naturaleza continua o transitoria. Las pruebas continuas se aplican a un producto para simular la proximidad de RF que puede ocurrir en el mundo real. Los fenómenos transitorios suelen ser eventos cortos que implican ráfagas de energía.

Existen dos tipos de inmunidad, continua y transitoria

Inmunidad continua

Al igual que las emisiones, la inmunidad puede ser radiada o conducida. Los problemas de inmunidad generalmente necesitan abordarse mediante firmware del controlador táctil en lugar del hardware. Los sensores táctiles son esencialmente antenas, y cualquier contramedida de hardware para limitar los efectos del ruido externo también limita la capacidad del sensor para detectar el toque.

La inmunidad continua radiada es la capacidad de un dispositivo electrónico para funcionar en presencia de energía electromagnética radiada a través del aire. Un ejemplo de un problema causado por ruido radiado ocurrió entre una unidad POS (punto de venta/servicio) y un detector de billetes falsos. Cuando el detector de billetes falsos se colocó junto a la pantalla táctil de la unidad POS, se experimentaron toques fantasma y ausencia de respuesta al toque. El detector de billetes falsos contenía emisores de luz UV y fluorescente que funcionaban en el rango de 30-50 kHz, dentro del rango de frecuencia de funcionamiento del controlador táctil.

Cuando la mayoría de los dispositivos se prueban para cumplir la normas de la industria para una certificación de nivel CE, se prueban alrededor de un rango de 3 metros desde el dispositivo en funcionamiento. Las aplicaciones reales a menudo no representan este entorno de prueba, lo que causa interferencias EMI después de que el producto ha sido instalado.

En este caso, se pudo crear una configuración personalizada dentro del controlador táctil para una nueva frecuencia de funcionamiento, a partir de ahí se probó, validó e implementó, introduciendo una solución que permitió que la funcionalidad táctil funcionara sin problemas.

La inmunidad continua conducida es la capacidad de un dispositivo electrónico para funcionar mientras está sujeto a ruido eléctrico inyectado o acoplado a través de estructuras conductoras como cables de alimentación, chasis y conexiones de entrada/salida. Ejemplos de pruebas comúnmente utilizadas para evaluar la inmunidad conducida son la Interferencia RF Conducida (CRFI) y la Inyección de Corriente en Bruto (BCI).

Los problemas comúnmente causados por el ruido conducido son toques falsos/fantasma y pérdida de toque. Una contramedida común es implementar un salto de frecuencia (frequency hopping). Cuando el controlador táctil detecta ruido en la frecuencia operativa activa, ajusta la frecuencia de operación para que la funcionalidad no se vea interrumpida. Cuando las frecuencias de ruido están dentro de unos pocos kHz de la frecuencia de operación, es probable que aparezcan problemas táctiles.

Pantalla capacitiva de la nueva generación del TV EXPLORER de PROMAX

Inmunidad transitoria

Los fenómenos transitorios son ráfagas cortas de energía a las que un producto en prueba estará expuesto durante un tiempo muy corto. Al igual que la inmunidad continua, la inmunidad transitoria se aplica a los puertos en el chasis del producto, como los puertos de señal, datos y alimentación. Ejemplos de pruebas transitorias son la Descarga Electrostática (ESD), la prueba de Sobretensión (Surge), y la Transitoria Eléctrica Rápida (EFT).

Los paneles táctiles pueden tener problemas durante las pruebas ESD si el diseño del controlador táctil está mal hecho. Cuando ocurre una descarga ESD en láminas de metal grandes como la toma de tierra del chasis, la descarga puede causar un fuerte campo eléctrico que pude acoplarse al controlador táctil. Si está mal diseñado, puede haber problemas como toques falsos/fantasma y reinicios.

Por ejemplo, el diseño de circuitería de un controlador táctil estaba separada en dos PCB conectadas por un cable flexible de 5” que transportaba señales de temporización y control. Una PCB contenía el circuito integrado principal y los circuitos receptores mientras que la segunda PCB contenía la circuitería de transmisión. Siempre que había una descarga, el campo se acoplaba al cable flexible e interfería con las señales de control/temporización. Esto resultaba en toques fantasma. Para prevenir este problema, se recomienda que toda la circuitería del controlador táctil esté ubicada en una sola PCB. Es preferible ubicar la placa de circuito cerca de las líneas Rx del sensor táctil y, si es necesario, tener conexiones más largas a las líneas Tx.

Si modificar el hardware no es una opción, implementar rebote (debouncing) a través del firmware puede ayudar con los toques fantasma. Además, modificar los parámetros del filtro IIR es útil para promediar los toques erróneos en el tiempo.

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Técnicas de Supresión de Ruido por Presencia de Agua

La tecnología táctil capacitiva responde a las propiedades eléctricas del cuerpo humano. La presencia de humedad en una pantalla táctil puede inhibir significativamente su funcionalidad. Incluso tareas simples, como desbloquear una tablet industrial con sudor en los dedos, interaccionar con un display de un cargador de coches eléctricos al aire libre bajo la lluvia o utilizar un sistema de navegación salpicado con agua salada, pueden volverse difíciles o inmanejables.

El agua puede conducir electricidad o acoplarse capacitivamente a los electrodos, haciendo que una pantalla táctil con agua responda igual que al pulsar con un dedo. Pequeñas cantidades de agua (en forma de sudor, condensación o cualquier otro tipo de humedad) pueden alterar los campos eléctricos y reducir la capacidad del controlador táctil para detectar con precisión cada toque. Los toques falsos y fantasma son a menudo causados por el agua que afecta la capacidad del controlador táctil para informar con precisión las coordenadas del toque.

• Toques fantasma: Ocurren sin la pulsación de un dedo. Un ejemplo sería la lluvia que golpea la pantalla.
• Toques falsos: La ubicación del toque se informa de manera inexacta. Esto se observa más fácilmente al deslizar el dedo sobre una pantalla húmeda y ver que la posición reportada se desvía de la posición real.

Otros problemas comunes incluyen:

• El trazado de líneas en una pantalla mojada se interrumpe (el toque se pierde intermitentemente).
• El trazado de líneas en una pantalla mojada sigue registrando toques en ubicaciones anteriores después de que la posición del dedo haya cambiado.
• Los toques se siguen informando después de levantar el dedo.
• El trazado de líneas con dos dedos en una pantalla mojada hace que las líneas se crucen (el controlador no puede distinguir entre los dos dedos).
• El toque en una pantalla mojada no se reporta.

La humedad o el sudor en los dedos pueden dar lugar a toques falsos

Estos problemas se agravan cuando el fluido es altamente conductor. Cuanto más conductivo es un líquido, más fácil es que la carga tome una trayectoria no deseada, lo que lleva a informes de posición erróneos.

• El agua pura no es conductora, pero en el mundo real, el agua tiene impurezas que la hacen conductora.
• El agua de lluvia generalmente tiene la conductividad más baja.
• El agua del grifo es generalmente más conductora debido a las partículas de las tuberías.
• El sudor es más conductivo que el agua del grifo.
• El agua salada tiene la conductividad más alta.

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Soluciones Táctiles para Entornos Húmedos

Las tecnologías de pantalla táctil actuales combaten los toques falsos y fantasma suprimiendo el toque por completo, con la intención de apagar todas las funciones en lugar de desactivar las funciones no deseadas.

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Protocolo de Limpieza y Desinfección de Pantallas Táctiles Capacitivas

La presencia de conectividad táctil en una variedad de entornos médicos se ha vuelto más frecuente: registros de entrada/salida, dispensadores de farmacos, estaciones de enfermería etc. Incluso muchos dispositivos médicos como máquinas de análisis, quioscos de pacientes, monitores cardíacos y máquinas de ultrasonido, entre otros muchas, han hecho la transición a pantalla táctil.

A medida que crece la necesidad de dispositivos que soportan estas aplicaciones, también lo hace el factor de riesgo con la acumulación de microbios y bacterias en las pantallas.

Las pantallas para uso médico han de ser desinfectadas frecuentemente

Las pantallas PCAP son mucho más fácil de limpiar que una computadora tradicional, con teclado, ratón y otros accesorios. Algunos estudios demuestran que los teclados tienen 400 veces más bacterias que la tapa de un inodoro promedio. Esto es especialmente común con los teclados que se comparten habitualmente entre compañeros de trabajo.

Un dispositivo táctil elimina la necesidad de un teclado y fomenta la usabilidad. Un diseño típico de PCAP tiene un frontal de vidrio y un borde de bisel cero, lo que facilita el proceso de limpieza, eliminando la preocupación por la acumulación de bacterias, la transmisión de gérmenes y otros microbios dañinos, al tiempo que garantiza un entorno de trabajo más saludable y limpio.

Al seleccionar una solución táctil que se ha de limpiar con frecuencia, se debe asegurar de que el nuevo dispositivo esté construido con materiales con clasificación IP65 o superior (6: Hermético al Polvo; 5: Resistente a Chorro de Agua), con un frontal totalmente de vidrio, materiales de carcasa limpiables y que haya sido probado con soluciones desinfectantes de alto uso.

El fabricante debe garantizar que todas las soluciones táctiles implementadas en el campo con tecnología táctil PCAP se prueben y validen con una amplia gama de soluciones desinfectantes para la limpieza para garantizar el cumplimiento de las regulaciones y directrices de los centros sanitarios.

Más información sobre fórmulas de aplicación, productos y otros detalles en el artículo «Cómo desinfectar pantallas táctiles«.

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