觸摸屏技術(shù)推動消費電子市場增長

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)10月“觸控技術(shù)特刊”火熱下載中，缺你怎可！

　　智能手機和平板電腦如今已是無處不在。企業(yè)和消費者一樣都在大量使用它們，而今年又涌現(xiàn)了眾多型號的平板電腦。幾年前被首先引入小尺寸設(shè)備上的觸摸屏應(yīng)用正迅速普及至大尺寸設(shè)備。對于計算設(shè)備和電子設(shè)備制造商而言，這個新的市場不僅代表了最新的消費熱潮，而且還可能表明人們與信息以及提供信息的計算硬件之間的交互方式正在發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。該市場的增長引發(fā)了設(shè)備制造商的一系列行動，他們正在積極地將觸摸屏技術(shù)移植到大尺寸硬件設(shè)備上。

　　盡管如此，從小屏幕和簡單的觸控應(yīng)用到主要使用手和手指與全尺寸計算機進行交互的全新模式不一定是一次直接的過渡。制造商需要重新考慮消費者使用觸摸屏的方式，滿足更加苛刻的新要求。最為重要的是，向更大尺寸屏幕的過渡使得多點觸控能力變得不可或缺。例如，較小的手機顯示屏可以依賴單手指觸摸來控制和選擇手機操作。然而，雖然幾個手指筆畫在5英寸屏幕上已經(jīng)足夠，但在12英寸或40英寸的設(shè)備上，或當多個用戶同時使用雙手進行交互時，又需要多少筆畫呢？會有哪些廣受歡迎且面向大尺寸設(shè)備的新應(yīng)用出現(xiàn)呢？制造商如何確保他們的設(shè)備支持這些應(yīng)用？

　　觸摸屏技術(shù)的基本原理

　　當今觸摸屏的基本原理源于早期使用（而且現(xiàn)在仍在大量使用）按鈕、滾輪和滑塊的觸控技術(shù)。多年來，機械開關(guān)的使用量持續(xù)下降，電阻薄膜開關(guān)、壓電開關(guān)、基于電容感應(yīng)的觸控技術(shù)等控制技術(shù)引領(lǐng)了發(fā)展趨勢。

　　電阻式觸控技術(shù)

　　電阻式觸控技術(shù)包含一個可彎曲的頂層、一個絕緣隔離片和一個底層基板。頂層上表面印有圖形，下層表面上印有一個使用銀或碳的導電油墨的導電圖形?；迳嫌∮邢鄳?yīng)的導電圖形。各個導電層通過隔離片上的孔被擠壓在一起，從而形成一次接觸。為了形成觸覺反饋，當開關(guān)動作發(fā)生時，覆蓋層下的金屬或塑料圓頂可用于發(fā)出 “咔噠聲”，頂層上的壓花可用于將用戶的手指引導至每個開關(guān)的“最佳觸點”。盡管如此，薄膜開關(guān)還是有很多缺點。首先，它們并非真正意義上的觸控開關(guān)。形成接觸需要物理移動和物理壓力。

　　與此類似，電阻式觸摸屏也包含多個層，其中最重要的是兩個間隙很小的薄導電層。按壓屏幕外表面上的某個點將導致這兩個金屬層在該點相連，這相當于一個分壓器，將導致電流發(fā)生變化，這種變化將被記錄為一次觸控操作，并被發(fā)送至控制器進行處理。

　　圖1 –電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)

　　電阻式觸摸屏受到了市場青睞，因為它們的生產(chǎn)成本低，而且具備卓越的手寫筆能力，擁有很多支持者，尤其對于使用亞洲字符的應(yīng)用更是如此。但是，隨著多點觸控應(yīng)用逐漸成為趨勢，電阻技術(shù)卻不支持多點觸控。此外，由于需要多個影響光學性能的層或“堆疊”，顯示屏因反射作用在陽光下的可視性較差，而且顯示屏的亮度也會大幅減弱。由于需要一個柔軟的外層與手寫筆（或者任何與其接觸的物體）進行接觸，電阻式觸摸屏也很容易劃傷、進入濕氣和灰塵。

　　投射電容式觸控技術(shù)

　　與電阻式觸控技術(shù)形成競爭的一項技術(shù)使用投射式電容場。該技術(shù)迅速贏得了用戶的支持，因為它擁有一個堅硬、“光滑”、外觀極佳的外表面，而且從實用的角度而言，完全密封，可防止灰塵和濕氣侵入。為了順應(yīng)消費者的需求，制造商做出了迅速響應(yīng)，大多數(shù)制造商似乎已將電容式觸控技術(shù)視為今后發(fā)展的方向。該技術(shù)的工作原理是：當某個物體（如手指）接近或觸摸屏幕表面時，系統(tǒng)將測量電容（即容納一個電荷的能力）的微小變化。盡管如此，并非所有的電容式觸摸屏都一模一樣。不同的電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換（CDC）技術(shù)以及用于搜集電荷的電極的空間排列方式?jīng)Q定了設(shè)備所能實現(xiàn)的總體性能和功能。

　　在如何排列和測量觸摸屏中的電容變化方面，設(shè)備制造商有兩個基本選擇：自電容和互電容。大多數(shù)早期的電容式觸摸屏依賴于自電容，即測量整行或整列電極的電容變化。這種方法對于單點觸控或簡單的兩點觸控交互不構(gòu)成問題，但卻給更加高級的應(yīng)用帶來了極大限制，這是因為，當用戶按下兩個點時，會引發(fā)位置模糊問題。系統(tǒng)能夠有效檢測到兩個（x）坐標和兩個（y）坐標，但卻無法知道哪個（x）與哪個（y）是一對。在識別觸控點時，這將導致“幽靈”位置，從而降低精度和性能。

　　圖2 – 自電容和互電容的差別

　　作為另一種解決方案，互電容式觸摸屏使用一組被排列為一個正交矩陣的收發(fā)電極，因此能夠測量一行電極和一列電極的相交點。通過這種方式，互電容式觸摸屏可以檢測到由一對特定的（x，y）坐標代表的每一次觸摸操作。例如，一個互電容式系統(tǒng)可以檢測到（x1，y3）和（x2，y0）兩個觸控點，而一個自電容式系統(tǒng)只能檢測到（x1，x2，y0，y3）。（見圖2） 基本的CDC技術(shù)也會影響性能。在電荷獲取過程中，接收行的電位保持為零，只有用戶觸摸的發(fā)射X和接收Y電極之間的電荷被傳送。其它技術(shù)也可以做到這一點，但CDC的優(yōu)勢是其抗噪聲和抗寄生效應(yīng)的能力。這種能力可以提升系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，例如，傳感器IC既可以被放置在靠近傳感器的FPC上，也可以被放置在較遠的主電路板上。