觸摸屏技術(shù)分類及各自工作原理介紹 - 全文

　　觸摸屏作為一種新的人機(jī)交互設(shè)備，正受到越來(lái)越多的用戶和開(kāi)發(fā)商的關(guān)注。它是目前最簡(jiǎn)單、最方便的輸入設(shè)備。

　　在公共信息查詢領(lǐng)域，為了操作上的方便，人們使用觸摸屏代替鼠標(biāo)和鍵盤，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)軟件設(shè)計(jì)出適合各種不同的用戶界面，使用者不需要專門的操作知識(shí)，只需要根據(jù)功能圖標(biāo)輕觸顯示屏幕上的響應(yīng)位置，就能實(shí)現(xiàn)需要的操作，使用起來(lái)簡(jiǎn)單、快捷，極大方便了不懂電腦操作的普通用戶。這種新興的人機(jī)交互方式，使多媒體應(yīng)用呈現(xiàn)出嶄新的面貌，給用戶帶來(lái)更優(yōu)秀的體驗(yàn)。

　　在便攜設(shè)備，特別是手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)使用觸摸屏技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以徹底摒棄數(shù)字鍵盤占用的空間，增加手機(jī)屏幕的顯示空間，如此一來(lái)，手機(jī)的娛樂(lè)功能得到了極大的提升，開(kāi)發(fā)者就能夠更自由的發(fā)揮自己的創(chuàng)意，給用戶帶來(lái)更多新奇的功能和應(yīng)用。觸屏手機(jī)最大的特點(diǎn)在于它那超大的屏幕，可以使用者帶來(lái)視覺(jué)的享受，無(wú)論從文字還是圖像方面都體現(xiàn)出大屏幕的特色。

　　本文提供了一些觸摸屏的基本原理的簡(jiǎn)單介紹，希望能給廣大用戶一些幫助。

　　觸摸屏的分類及其原理

　　通常，觸摸屏系統(tǒng)由觸摸檢測(cè)傳感部件和觸摸屏控制器兩部分器件組成。前者采集用戶的觸摸信息并傳送到控制器，后者通過(guò)對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理，得到用戶的觸摸位置，并將位置信息發(fā)送給上一層的主機(jī)，同時(shí)接收主機(jī)發(fā)送的控制命令并加以執(zhí)行。

　　觸摸屏的主要分類

　　從技術(shù)原理上區(qū)分，觸摸屏可以分成四個(gè)基本種類：紅外技術(shù)觸摸屏、表面聲波觸摸屏、電阻觸摸屏、電容觸摸屏。下面將對(duì)以上四種觸摸屏技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

　　1、紅外技術(shù)觸摸屏

　　該觸摸屏由安裝在觸摸屏外框上的紅外發(fā)射和接收器件構(gòu)成。發(fā)射器件在屏幕表面形成紅外檢測(cè)網(wǎng)，任何物體都可改變觸點(diǎn)的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸的檢測(cè)。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適合條件惡劣的工作環(huán)境，價(jià)格低，安裝方便，響應(yīng)速度快。紅外現(xiàn)在應(yīng)用開(kāi)始廣泛化了，一般都是用于大型設(shè)備，比如電視上主持人的觸摸大電視，壽命一般，準(zhǔn)確率高，支持多點(diǎn)，透光率最好，最高100%。

　　2、表面聲波觸摸屏

　　表面聲波是沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ?a target="_blank">機(jī)械波。此類觸摸屏由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接收器組成。其中聲波發(fā)生器產(chǎn)生一種高頻聲波跨越屏幕表面，在手指觸摸時(shí)，觸電上的聲波被阻止，聲波接收器由此確定坐標(biāo)位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，分辨率極高，有極好的防刮性，使用壽命長(zhǎng)，透光率好，沒(méi)有漂移，表面也不怕劃，缺點(diǎn)是怕水和油污，臟了要維護(hù)。

　　3、電阻式觸摸屏

　　電阻觸摸屏是一塊與顯示屏表面匹配的多層復(fù)合薄膜。該結(jié)構(gòu)以一層玻璃作為基層，表面涂一層透明的導(dǎo)電層（ITO，氧化銦），上層再覆蓋一層防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成，五線和七線觸摸屏由一個(gè)阻性層和一個(gè)導(dǎo)電層組成，通常在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小（小于千分之一英寸）的透明隔離點(diǎn)把它們分隔開(kāi)。當(dāng)觸摸屏表面受到的壓力（如通過(guò)筆尖或手指進(jìn)行按壓）足夠大時(shí)，頂層與底層之間會(huì)產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來(lái)產(chǎn)生代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。

　　為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測(cè)量一個(gè)坐標(biāo)，需要對(duì)一個(gè)阻性層進(jìn)行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時(shí)，將未偏置的那一層連接到一個(gè) ADC的高阻抗輸入端。當(dāng)觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發(fā)生接觸時(shí)，電阻性表面被分隔為兩個(gè)電阻。它們的阻值與觸摸點(diǎn)到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點(diǎn)與接地邊之間的電阻相當(dāng)于分壓器中下面的那個(gè)電阻。因此，在未偏置層上測(cè)得的電壓與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比。電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應(yīng)靈敏度也很好，而且不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏，它們都是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。它可以用任何物體來(lái)觸摸，穩(wěn)定性能較好。缺點(diǎn)是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導(dǎo)致觸摸屏不可用，多層結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致很大的光損失，對(duì)于手持設(shè)備通常需要加大背光源來(lái)彌補(bǔ)透光性不好的問(wèn)題，但這樣也會(huì)增加電池的消耗。

　　4、電容觸摸屏

　　電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)主要是在屏幕上鍍上一層透明的導(dǎo)電層（ITO），再在外層覆蓋一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃結(jié)構(gòu)能更有效的保護(hù) 導(dǎo)體層及感應(yīng)器。

　　按工作原理的不同，電容觸摸屏又可大略分為表面電容觸摸技術(shù)（surface capacitive touch）和投射式電容觸摸技術(shù)（projected capacitive touch）。

　　表面電容觸摸技術(shù)（SCT）：

　　SCT面板是一片分布均勻的ITO層，面板四個(gè)角落各有一條引線與SCT控制器相連接。SCT控制器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)面板進(jìn)行充電，形成一個(gè)均勻的電場(chǎng)，當(dāng)手指觸摸時(shí)，電場(chǎng)改變，引起微量的電流流動(dòng)。此時(shí)IC內(nèi)的檢測(cè)電路分別解析四條聯(lián)線的電流量，并根據(jù)各點(diǎn)的數(shù)據(jù)量推算出X、Y的坐標(biāo)。為了克服干擾，可以利用硬件過(guò)濾器或軟件濾波器對(duì)對(duì)推算出來(lái)的坐標(biāo)值進(jìn)行處理。

　　投射式電容觸摸技術(shù)（PCT）：

　　PCT是建立于矩陣的概念上的。在觸摸屏制作部分，PCT面板的ITO經(jīng)過(guò)蝕刻而產(chǎn)生特定圖案，以提高各觸點(diǎn)的信噪比，增強(qiáng)識(shí)別精度。根據(jù)掃描方式，一般又可以分成自電容和互電容兩種：

　　自電容，通常是指掃描電極與地構(gòu)成的電容。在玻璃表面，用ITO制成橫向和縱向的掃描電極，這些電極與地之間構(gòu)成一個(gè)電容的兩極，當(dāng)人手指觸摸時(shí)，人體產(chǎn)生的電容將并聯(lián)到電路之中引起電容的變化，電容控制器通過(guò)偵測(cè)到這一變化值推算出觸點(diǎn)的坐標(biāo)值。

　　互電容，一般是指在玻璃表面的橫向和縱向ITO電極之間形成的耦合電容。互電容的檢測(cè)方式就是通過(guò)檢測(cè)每個(gè)交叉點(diǎn)的電容變化來(lái)判斷觸摸點(diǎn)的位置。當(dāng)人體觸摸時(shí)，電極的電場(chǎng)受到人體的影響而減小，從而影響耦合電容的大小。電容控制器能夠偵測(cè)到電容值的變化，通過(guò)對(duì)這些變化進(jìn)行處理，就能得到精確的坐標(biāo)信息。因?yàn)榛ル娙莸膾呙璺绞绞菣z測(cè)每個(gè)交叉點(diǎn)的電容值變化，所以它需要的掃描時(shí)間較長(zhǎng)，需要檢測(cè)X*Y個(gè)數(shù)據(jù)，但是正是由于這種檢測(cè)方式，它可以實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)觸摸檢測(cè)。

　　對(duì)以上幾種觸摸屏技術(shù)進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一般公共信息及工控領(lǐng)域，使用觸摸屏的尺寸都比較大，對(duì)穩(wěn)定性的要求較高，故而紅外技術(shù)觸摸屏和表面聲波觸摸屏由于其強(qiáng)抗干擾行和穩(wěn)定性，具有較大的市場(chǎng)。而對(duì)于便攜式設(shè)備（手機(jī)、MP4等娛樂(lè)設(shè)備），電阻式和電容式觸摸屏是更好得選擇。

　　如今，觸摸技術(shù)已經(jīng)在手機(jī)市場(chǎng)大行其道，觸屏手機(jī)更成為各大廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。而在這個(gè)觸摸屏手機(jī)的發(fā)展浪潮中，由于電容式觸摸屏輕觸就能感應(yīng)，使用方便。而且手指與觸控屏的接觸幾乎沒(méi)有磨損，性能穩(wěn)定，經(jīng)機(jī)械測(cè)試使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年。隨著制造工藝的提高，以及電容觸摸技術(shù)的發(fā)展，電容觸摸屏模組的價(jià)格逐步下降，電阻式觸摸屏由于其自身長(zhǎng)期為人們所詬病的使用壽命和透光率等問(wèn)題，將逐漸被電容式觸摸屏所取代。

　　比亞迪微電子股份有限公司，下屬部門擁有電源管理、MOSFET、camera sensor、觸控IC等多個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)能力相當(dāng)強(qiáng)勁的IC設(shè)計(jì)公司。其中觸控IC項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成立于2006年，是國(guó)內(nèi)從事觸摸控制芯片研發(fā)比較早的公司之一。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，現(xiàn)以形成了支持touchkey（電容觸摸按鍵）、touchpad（筆記本觸摸板）和touchpanel（電容觸摸屏）等多個(gè)觸摸應(yīng)用領(lǐng)域的完整產(chǎn)品線。

　　在電容觸摸屏觸摸屏應(yīng)用領(lǐng)域，BYD擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自電容觸摸芯片BF692xC系列芯片能夠完美支持當(dāng)前主流的菱形觸摸屏。該系列芯片除了能夠?qū)崿F(xiàn)電容信息的檢測(cè)之外，還在內(nèi)部集成功能強(qiáng)大的8位MCU，能夠?qū)崿F(xiàn)多種擴(kuò)展功能，如：人體接近感應(yīng)、環(huán)境光檢測(cè)，并且擁有極其強(qiáng)大的抗干擾能力以及防水功能，能夠?yàn)榭蛻籼峁└懈?jìng)爭(zhēng)力的觸控方案。比亞迪微電子觸控IC突出優(yōu)勢(shì)是：高防水效果、高精確度、高信嗓比、快速響應(yīng)、高刷新率、低功耗、工作電壓范圍大等。

　　高防水效果：比亞迪微電子BF692X系列IC從硬件和軟件方面分別設(shè)計(jì)了防水功能，兩者緊密相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)防水功能，用戶不會(huì)因?yàn)槭种干系乃味霈F(xiàn)誤觸控的情況，經(jīng)比亞迪微電子設(shè)計(jì)人員測(cè)試，BF692X系列IC防水厚度能達(dá)到３mm。這是觸控界許多知名IC廠商做不到的。

　　高精確度：比亞迪微電子設(shè)計(jì)人員通過(guò)精密的硬件架構(gòu)及軟件算法優(yōu)化底層原始點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)用戶觸控的高精確度，在用戶觸控過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)手指游移的情況，這使得虛擬鍵盤以及無(wú)觸控筆操作更人性化，更精準(zhǔn)。

　　高信嗓比：信嗓比的高低是衡量觸控效果的重要標(biāo)準(zhǔn)，如果信嗓比很低，觸控效果肯定是很差的，所以，要想達(dá)到好的觸控效果，提高信嗓比是極其重要的。比亞迪微電子BF692X系列IC正常情況下信嗓比一般能達(dá)到40：1，甚至更高的信嗓比，這無(wú)疑是為用戶的人性化觸控提供了強(qiáng)有力的保障。

　　快速響應(yīng)：響應(yīng)時(shí)間也是衡量觸控效果的必要標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗苯佑绊懹脩粼谄聊簧弦苿?dòng)手指的速度，進(jìn)行“平移”“放大”等操作，以及用手指或者電容觸控筆在屏幕上書(shū)寫(xiě)。響應(yīng)慢的觸控IC會(huì)檢測(cè)不到觸控動(dòng)作。比亞迪微電子BF692X系列IC使用不同的硬件掃描、手指處理，采用高度優(yōu)化的算法進(jìn)行手指檢測(cè)手指定位等，來(lái)達(dá)到快速響應(yīng)。

　　高刷新率：如果IC刷新率低會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作抖動(dòng)，手指移動(dòng)線路會(huì)變成不連續(xù)的線段，而不是連續(xù)的曲線。比亞迪微電子BF692X系列IC高刷新率，能滿足用戶的快速操作。

　　低功耗：對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)功耗通常都是放在第一位的，如果觸控IC功耗太大，將直接使移動(dòng)電子設(shè)備終端電池續(xù)航能力大打折扣，然而比亞迪微電子BF692X系列IC正常工作模式下電流5ma，休眠模式下電流30uA，該參數(shù)已達(dá)到國(guó)際主流觸摸芯片的功耗水準(zhǔn)。

　　工作電壓范圍大：比亞迪微電子BF692X系列IC正常工作電壓是3.3V，然而，一般情況下，觸控IC的工作電壓是不穩(wěn)定的，尤其是在電子產(chǎn)品電量不足的情況下，電壓下降更為明顯。但是比亞迪微電子BF692X系列IC的工作電壓適應(yīng)范圍大，在2.7V~5.5V都能正常工作，實(shí)現(xiàn)完美觸控效果。

　　在最新一代自電容觸摸芯片BF695xA系列芯片中，除了繼承上述BF692xC系列芯片的各項(xiàng)有點(diǎn)的基礎(chǔ)上，BYD還開(kāi)發(fā)出了一個(gè)擁有自主專利的單層ITO設(shè)計(jì)方案。在此方案中，觸摸屏不僅能夠?qū)崿F(xiàn)真正的兩點(diǎn)觸摸，并且由于使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單程圖案設(shè)計(jì)，模組的良率和成本將大幅提高，給客戶提供了一個(gè)更具有競(jìng)爭(zhēng)力的電容觸控方案。

　　針對(duì)中高端手機(jī)觸摸屏而言，BYD最新研發(fā)成功的BF693xA系列芯片不僅通過(guò)其強(qiáng)大的32位內(nèi)核MCU的數(shù)據(jù)處理能力以及基于互電容檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)的多點(diǎn)檢測(cè)模塊，可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)10個(gè)觸摸點(diǎn)的精確定位，單芯片最高可支持10寸觸摸屏，為客戶提供一個(gè)更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的多點(diǎn)觸控方案。