電容式觸控：細數不同方案

電容式感測應用于各個(gè)技術(shù)，從工業(yè)、汽車(chē)和醫療設備，到智能手機和平板電腦等日常消費應用。該技術(shù)的迅速普及主要歸功于它能輕松地增強設備的用戶(hù)體驗，使制造商可以放棄傳統的開(kāi)關(guān)控制，換成更具吸引力的觸摸式控制。

該技術(shù)還有助于減少設備中機械元件的數量，從而實(shí)現更長(cháng)的使用壽命和更小的尺寸。這些特性使得采用電容式感測的產(chǎn)品對消費者更具吸引力，當然前提是其設計、校準和控制必須到位。

盡管電容式感測也廣泛用于實(shí)現觸控按鈕和滑條，這在消費、商業(yè)和工業(yè)應用中都很常見(jiàn)，但該技術(shù)最常見(jiàn)的目標應用是觸控板(touchpad)和觸控屏幕(touchscreen)。不過(guò)實(shí)踐證明，對大多數工程師而言，如何設計低成本、快速響應且能效高的傳感器來(lái)保證設備在嘈雜環(huán)境中的可靠運行是一個(gè)挑戰，而這在目前市場(chǎng)上是標準要求。

在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和可穿戴設備技術(shù)方面尤其如此。未來(lái)幾年，這個(gè)市場(chǎng)將以極快的速度增長(cháng)，消費者希望這些設備提供與已有IoT設備相同甚至更出色的使用體驗。因此，工程師需要認真思考哪種電容式感測方法對其應用最有效，因為市場(chǎng)上有一些適合不同用途的方案與設計，而它們之間的差異也極大。

觸控板

用于用戶(hù)界面的最基本的觸控式感測應用，可能就是我們都熟悉的投射式電容觸控(PCT)觸控板。這些設計由位于玻璃板之間的導電材料層的行和列的矩陣組成。對該網(wǎng)格施加電壓可產(chǎn)生電場(chǎng)，其強度可在每個(gè)交叉點(diǎn)進(jìn)行測量。當導電物體(如人的手指)靠近并接觸PCT面板時(shí)，接觸點(diǎn)的電場(chǎng)發(fā)生改變，可測量為電容差。

工程師可采用兩種方案來(lái)實(shí)現PCT技術(shù)：自電容觸控板與互電容觸控板。

自電容設計位于印刷電路板(PCB)上，由接地引線(xiàn)環(huán)繞。PCB上的每個(gè)傳感器與周?chē)慕拥匾€(xiàn)形成一個(gè)寄生電容，電場(chǎng)線(xiàn)在傳感器的頂部。接近的手指會(huì )引入一個(gè)額外電容，使電場(chǎng)扭曲。該設計的主要缺點(diǎn)是一次只能檢測一個(gè)觸摸，盡管該模式相對經(jīng)濟有效，但實(shí)際上只適合屏幕后面空間有限的設備。

但是，互電容感測方法(指任何兩個(gè)帶電物體之間存在的電容)可以實(shí)現同時(shí)多個(gè)觸摸的檢測，這對采用大尺寸顯示屏的復雜設備非常理想。在手指觸摸期間，兩個(gè)物體間的互電容減?。河|摸控制器可檢測到互電容的減小，從而識別手指的觸碰。很重要的是，每個(gè)交叉點(diǎn)都有獨一無(wú)二的互電容并可獨立跟蹤。

對于互電容觸控板，手指的觸碰會(huì )造成電容減小。相反，在自電容觸控板上，手指帶來(lái)的額外電容會(huì )增加傳感器所測量的總電容。

觸控屏幕

多個(gè)電容觸控板可組合形成一個(gè)觸控屏幕(或觸控面板)，可檢測一個(gè)或多個(gè)手指在一個(gè)玻璃面板上的位置。這些觸控屏幕廣泛用于手機、平板電腦、空間有限的高端可穿戴設備等，并可分成三個(gè)主要類(lèi)別：PCB、電容式、單層ITO觸控面板。

PCB觸控面板 – 低成本、低功耗，但制造難度大

印刷電路板(PCB)觸控面板，基本上是緊挨著(zhù)顯示屏放置的兩個(gè)或更多PCB自電容觸控板。它是創(chuàng )建原型設計和沒(méi)有空間限制的商業(yè)設備的理想選擇，因為它采用標準PCB制造工藝，該制造工藝已經(jīng)非常廣泛，而且成本低廉。

在設計觸控按鈕來(lái)形成PCB觸控面板時(shí)，尺寸通常是需要考慮的重要參數。但是也應當考慮形狀和間距(觸控板之間的間隙)，確保將誤檢測率降到最低。

電容式觸控面板 – 比其它他方案功能更豐富，但使用案例較少

另一方面，電容式觸控面板有兩個(gè)垂直堆疊的氧化銦錫(ITO，一種高導電材料)導電層，一個(gè)是列導電層，一個(gè)是行導電層。該設計的主要特點(diǎn)是每個(gè)交叉點(diǎn)都有其獨一無(wú)二的互電容，并可通過(guò)觸摸控制器獨立進(jìn)行跟蹤。

電容式觸控面板是許多應用的理想選擇，因為它們提供多點(diǎn)觸控，并且可以輕松進(jìn)行配置，以支持兩個(gè)或更多觸控板，另外它們的超薄模塊設計，使其適合更大的屏幕尺寸。

但這些設計也有它們的缺點(diǎn)，其導電層所需的兩層ITO成本非常高。此外，電容式觸控面板還非常耗電，其高睡眠電流使得控制器需要消耗大量電能，使其不適用于小型可穿戴設備。

單層ITO觸控面板 – 低成本、低功耗、且易于制造

另一方面， 單層ITO觸控面板方案以更低的成本提供了電容式觸控屏幕的許多優(yōu)點(diǎn)。主要差別在于其觸控板的數量是預定義的，不能像在電容式觸控面板中那樣動(dòng)態(tài)改變。這種預定義性質(zhì)在尺寸和控制器計算資源方面帶來(lái)了許多優(yōu)勢。從制造角度看，這種方案非常類(lèi)似于電容式觸控面板，不同的是，它只用了一層ITO。

工程師需要權衡所有這些設計的利弊，以確定哪種方案最適合其應用。電容式觸控解決方案總體上能夠使大多數設備的設計和功能流線(xiàn)化，但在根據既定用途來(lái)確定最聰明和最安全的實(shí)現方法時(shí)，對尺寸和功耗等因素的考慮也非常重要。