觸摸技術的深入剖析及觸摸屏原理說明

從電話機，辦公設備，揚聲器，數(shù)碼相框，電視機控制鍵，遙控器，GPS系統(tǒng)，汽車無鑰控制，到醫(yī)療監(jiān)控設備，到處都是觸摸設備！每一個行業(yè)，每個產(chǎn)品類型，各種尺寸，每一種應用，甚至是每個價格點上，都離不開觸摸技術。可以說，觸摸技術無處不在。

實際上，如果產(chǎn)品上有一個LCD或鍵盤，設計師可能就需要考慮如何才能設計出一個利用觸摸技術的產(chǎn)品。但對于設計師不幸的是，當設計觸摸屏時，有許多種不同的解決方式，有各式各樣的性能，當然也需要各種不同的設計考慮。故現(xiàn)在是需要深入理解該技術，并對你的產(chǎn)品系列進行評估的時候了。只有這樣，才能成為市場上的領先者，而良好的外觀設計是設計的出發(fā)點。

觸摸技術的深入剖析

搞清設計所需是觸摸產(chǎn)品設計最重要的第一步。觸摸屏供應鏈上的許多提供商通常提供許多令人迷惑的不同組件，而更多的時候是一些提供商聯(lián)合起來為終端客戶提供一個價值鏈。圖1中給出了觸摸屏生態(tài)系統(tǒng)的構成圖。有趣的是，無論是在最新的筆記本電腦，或者最新的觸摸屏手機中，該生態(tài)系統(tǒng)都是一樣的。

圖1：觸摸屏控制器解析

#1前面板或外框

前面板或外框是終端產(chǎn)品的最表層。在某些產(chǎn)品中，該外框將透明的蓋板圍起來，以免受到外部的惡劣氣候或潮濕的影響，也防止下面的傳感產(chǎn)品受到刻劃以及破壞(見#3)。也有些時候，最外面的框只是簡單地覆蓋在觸摸傳感器的上邊，這種情況下僅僅是一個裝飾。

#2觸摸控制器

通常，觸摸控制器是一個小型的微控制器芯片，它位于觸摸傳感器和PC/或嵌入式系統(tǒng)控制器之間。該芯片可以裝配到系統(tǒng)內部的控制器板上，也可以放到粘貼到玻璃觸摸傳感器上的柔性印刷電路(FPC)上。該觸摸控制器將提取來自觸摸傳感器的信息，并將其轉換成PC或嵌入式系統(tǒng)控制器能夠理解的信息。

#3 觸摸傳感

觸摸屏“傳感器”是一個帶有觸摸響應表面的透明玻璃板。該傳感器被安放到LCD上面，使得面板的觸摸區(qū)域能覆蓋顯示屏的可視區(qū)域。如今市場上有許多種不同的觸摸傳感技術，各自都采用彼此不同的方法來檢測觸摸輸入?；旧希@些技術都是在觸摸時，使電流流過面板，從而產(chǎn)生一個電壓或信號的變化。這個電壓變化將被觸摸控制器傳感，從而確定屏幕上的觸摸位置。

#4液晶顯示器(LCD)

絕大多數(shù)的觸摸屏系統(tǒng)用于傳統(tǒng)的LCD上。用于觸摸產(chǎn)品的LCD選擇方法與傳統(tǒng)系統(tǒng)中基本相同，包括分辨率，清晰度，刷新速度，成本等。但在觸摸屏中的另一個主要的考慮是輻射電平。由于觸摸傳感器中的技術基于面板被觸摸所產(chǎn)生的微小的電變化，能夠輻射許多電氣噪聲的LCD是設計中的難點。在選擇用于觸摸系統(tǒng)中的LCD之前，應該與觸摸傳感器提供商進行協(xié)商。

#5系統(tǒng)軟件

觸摸屏驅動器軟件可以來自原廠商（如手機中的嵌入式OS），也可以是后來加裝的軟件（像在傳統(tǒng)PC上加一個觸摸屏）。該軟件應能使觸摸屏和系統(tǒng)控制器一道工作。它將告訴產(chǎn)品的操作系統(tǒng)如何解析來自觸摸控制器的觸摸事件信息。在PC型應用中，絕大多數(shù)觸摸屏驅動器的工作像一個鼠標。這就使得觸摸屏幕與在屏幕上的同一位置上連續(xù)的按鼠標非常相似。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式控制驅動器必須將出現(xiàn)在屏幕上的信息與接收到觸摸的位置進行比對。

三大觸摸技術

阻性觸摸技術：阻性觸摸技術是最常用的觸摸屏技術。用于高業(yè)務流應用，并對屏幕上的水珠和其他殘留物具有免疫能力。阻性觸摸屏通常是成本最低的解決方案。由于是對壓力起反應，可以用手指，帶手套的手，觸摸筆，或者像信用卡這類的其它的物體進行觸摸。

表面容性觸摸技術：表面容性觸摸技術提供的顯示清晰度比阻性觸摸中通常所用的塑料膜要清晰得多。在表面容性顯示中，位于顯示器四個角落的傳感器檢測由于觸摸引起的電容變化。這類觸摸屏可以用手指或其他容性物體實現(xiàn)觸摸激勵。

保護性容性觸摸：保護性容性觸摸是最近才進入市場的一種技術。該技術也能提供優(yōu)異的透光性，但它還具有一些比表面容性觸摸好得多的優(yōu)點。投影型容性觸摸不需要位置校準，并能提供高得多的位置精度。投影型容性觸摸還有另外令人激動的地方，那就是它同時能夠支持多點觸摸。

觸摸屏工作原理

我們將深入了解一下兩個最常用的觸摸屏技術。使用最廣泛的技術是阻性觸摸。絕大多數(shù)人可能以前都在銀行的ATM機上、許多商場里的信用卡檢查機、甚至是在餐館里輸入一個訂餐單時用過這類阻性觸摸技術。而投影型容性觸摸屏，使用的范圍還沒有這么廣，但具有快速發(fā)展動力。許多采用投影型容性界面的手機和便攜式音樂播放器都在投放市場。無論是阻性或容性技術都有一個堅固的電組件，都利用ITO（氧化銦錫，透明導體），這兩種技術都會長期使用。

阻性觸摸屏包括有一個柔性頂層，然后是一層ITO，一個空氣隙，然后是另一層ITO。面板有4根線附到ITO層上：“X”層的左右側各一根，“Y”層的頂端和底端各一根。

當柔性頂層受壓接觸到下面一層時檢測到觸摸。觸摸的位置按如下兩步來測量：首先，“X右”被驅動到一個已知電壓上，而把“X左”驅動到地，讀取來自Y傳感器的電壓。這樣就提供了X坐標。對于另一個坐標軸重復這一過程，即可確定精確的手指位置。

阻性觸摸屏還有5線和8線型。5線型用更耐用的低阻“導體層”來代替最上面的ITO層。而8線面板則通過對面板特性的更好校準來實現(xiàn)更高的分辨率。

對于阻性技術來說有幾個缺點。柔性頂層只有75%-80%的透光度，而且阻性觸摸屏測量過程中也有較多的誤差源。如果ITO層不一致，電阻在傳感范圍將不會線性變化。需要10-12位的測量電壓精度，這在很多環(huán)境中都是困難的。為了將觸摸點與下層的LCD圖像對準，許多現(xiàn)有的阻性觸摸屏都需要周期性的校準。

反之，投影型容性觸摸屏沒有活動部件。在LCD和用戶之間只有ITO和透光度幾乎為100%的玻璃板。投影型容性傳感硬件包括一個玻璃頂層（見圖2），下面是一個X傳感器陣，一層絕緣玻璃，再下面是位于玻璃基片上的Y傳感器陣。面板連接到每一個X和Y傳感器，故5 x 6的面板共有11根連線（如下面的圖3所示），而10 x 14面板則有24條傳感器連線。

圖2：用于“阻性屏”（左）和“容性屏”（右）的堆疊層

當手指或其他傳到物體接近屏幕時，在傳感器和手指之間產(chǎn)生一個電容。雖然該電容相對于系統(tǒng)中的其他電容比較?。ù蠹s是20pF中的0.5pF），但還是可以利用集中技術測量出來的。其中一種技術就是利用賽普拉斯半導體公司被稱作為CSD的PSoC器件。它包括快速對電容器充電，然后測量對一個放電電阻的放電時間。

設計一個投影電容傳感器陣列的目的是在同一時間使手指能夠與多于一個的X傳感器和一個以上的Y傳感器發(fā)生作用（見圖 3）。這是的軟件能夠通過內插來非常精確地確定手指的具體位置。例如，如果傳感器1，2，3感應出的信號強度分別為3，10和7，則手指的中心位置應該位于(1*3+2*10+7*3) / (3+10+7) = 2.2處。

圖3：行和列傳感器的信號強度確定了觸摸的位置

因為投影型電容面板具有許多個傳感器，因此結合其他技術，可以同時檢測多個手指。實際上，投影型電容可以同時檢測高達10個手指。故可以實現(xiàn)激動人心的一些基于多個手指按壓的新應用。試想，你能夠在手機上彈鋼琴嗎？在PDA上用多個手指同時玩游戲又如何？

毫無疑問，觸摸屏具有極好的外觀。它們開始定義一個新型的用戶接口以及全球范圍內正在廣泛接納的工業(yè)設計標準。從心律監(jiān)視器到最新的all-in-one打印機的各種設備中，觸摸屏都正在快速地變成技術設計標準。但在美好外觀之外，觸摸屏還提供難以匹敵的安全性能，抗惡劣氣候性能，耐磨性，并能利用像多點觸摸這類新觸摸技術來開辟一個全新的市場。利用觸摸技術可以實現(xiàn)許多種類的產(chǎn)品，因此設計師就必須深入理解該技術的生態(tài)系統(tǒng)和目前所采用技術的可用性。