使多點(diǎn)觸摸屏超越智能手機范疇的控制IC

要點(diǎn)

1.現在，除了高端智能手機和平板電腦以外，用戶(hù)還期望在其它應用中使用觸摸屏，它們正逐步現身于汽車(chē)和儀器中。

2.在電容式觸摸屏與較廉價(jià)但響應不快的電阻觸摸技術(shù)的競爭中，成本是應用的一個(gè)約束因素。

3.觸覺(jué)技術(shù)試圖模擬真實(shí)世界的感受環(huán)境，其價(jià)格正在下降，可能在游戲市場(chǎng)上獲得第一個(gè)進(jìn)展。

自上次EDN研究觸摸屏后(參考文獻1)，觸摸屏已經(jīng)在智能手機中確立了自己的地位，并正在尋機進(jìn)入更低價(jià)的“功能手機”，因為手機商期望從高端手機市場(chǎng)攫取一些份額。像iPad這類(lèi)平板電腦，以及最新的Kindle Fire也助長(cháng)了觸摸屏的普及。由于用戶(hù)越來(lái)越熟悉消費電子中的交互式且變化多端的觸摸屏，因此他們希望在其它非傳統觸摸屏領(lǐng)域也有相同水平的互操作性，如汽車(chē)、醫療電子和工業(yè)設備等。

觸摸屏面世已有幾十年時(shí)間，它們通常采用的是電阻式觸摸技術(shù)。使用電阻觸摸屏時(shí)，用戶(hù)手指的按壓使屏幕外層發(fā)生物理形變，使電阻傳感器接觸到手指底面。電阻傳感器排成一個(gè)X乘Y的陣列，并由一個(gè)薄而透明的絕緣體隔開(kāi)。

注意這里用了一個(gè)詞“按壓”。按壓是不同于觸摸或掃過(guò)的一個(gè)動(dòng)作。電阻觸摸屏對于多點(diǎn)觸摸手勢的響應能力有限，如捏、縮放、掃和滾動(dòng)等。用戶(hù)一旦習慣于用這些手勢操作自己的智能手機和平板電腦，就再也用不慣缺乏這些特性的簡(jiǎn)單觸摸屏了。能夠響應復雜手勢的觸摸屏通常都采用電容式檢測技術(shù)。

電容檢測觸摸技術(shù)一般可采用自電容和互電容方式，不過(guò)也存在一些其它類(lèi)型，如投射電容。自電容傳感器由一系列氧化銦錫細線(xiàn)組成，它是一種排成XY網(wǎng)格的透明導電材料，X線(xiàn)與Y線(xiàn)之間有一個(gè)絕緣層。觸摸網(wǎng)格上的某個(gè)區域會(huì )改變傳感器對地的寄生電容。但是，這種方法不能處理多手指的觸摸，因為傳感器無(wú)法區分沿同一網(wǎng)格線(xiàn)上的多個(gè)手指?；ル娙菘梢蕴綔y到X線(xiàn)和Y線(xiàn)小交疊處的電容變化。由于交疊面積很小，因此電容也很小，但這種方法很精密，可以測出多個(gè)手指的位置。

每種方案都各有利弊。雖然自電容傳感器通常無(wú)法區分出多個(gè)手指的同時(shí)動(dòng)作，但它們可以產(chǎn)生出用于探測物體的較強電磁場(chǎng)，哪怕該物體并沒(méi)有實(shí)際接觸屏幕?；ル娙萦|摸屏則可以探測和跟蹤多個(gè)手指，但手指必須接觸屏幕，因為兩個(gè)交疊傳感器形成的電容非常小，其電磁場(chǎng)極其微弱。

當用戶(hù)戴著(zhù)手套時(shí)，手指與觸摸屏之間閉合接觸的需求就可能成為一個(gè)問(wèn)題。電容觸摸屏有這種限制，從而使人們傾向于電阻觸摸屏。電阻技術(shù)在液體應用或潮濕氣候下也有自己的優(yōu)勢，此時(shí)潮氣會(huì )影響到電磁場(chǎng)的性能。Cypress公司的TrueTouch控制器技術(shù)嘗試將自電容和互電容技術(shù)結合起來(lái)，以克服這些障礙(參考文獻2)。

自電容和互電容都需要相同的XY傳感器網(wǎng)格。在自電容情況下，控制器必須同時(shí)驅動(dòng)X(jué)線(xiàn)和Y線(xiàn)。在互電容情況下，控制器發(fā)射X線(xiàn)，而從Y線(xiàn)接收。由于TrueTouch控制器IC采用了Cypress公司的PSoC(可編程系統單芯片)核心，因此控制器可以動(dòng)態(tài)地配置其I/O腳，即時(shí)地將發(fā)射器轉換為接收器。于是，無(wú)論控制器何時(shí)掃描傳感器的網(wǎng)格板，它都可以同時(shí)在兩種模式做探測(自電容和互電容)。自電容與互電容相結合，使人們即使戴著(zhù)厚滑雪手套，也可以完成多觸功能。這種能力產(chǎn)生了一個(gè)在汽車(chē)中的觸摸屏安全問(wèn)題(見(jiàn)附文“JD Power有關(guān)汽車(chē)安全與觸摸屏的問(wèn)答”)。

汽車(chē)中的觸摸屏為10英寸或更大，通常大于智能手機的屏幕，后者典型尺寸約為4英寸。Atmel公司的MaxTouch系列觸摸屏控制器包括通過(guò)汽車(chē)認證的mXT768E和mXT540E控制器，可用于中控臺顯示屏、導航系統，以及后座娛樂(lè )系統的5英寸~10英寸觸摸屏。傳統用于電容觸摸屏的控制器都要求在多個(gè)觸摸屏之間有一個(gè)屏蔽層，以防止耦合來(lái)自L(fǎng)CD的噪聲。Atmel稱(chēng)MaxTouch器件提供80:1的信噪比，無(wú)需屏蔽層，能夠實(shí)現單層傳感器設計，從而降低成本和減小厚度(圖1)。高SNR亦能夠探測出一只戴薄手套的手指。一般來(lái)說(shuō)，該技術(shù)可以探測厚度為1.5mm的手套，如皮、毛或棉手套。

圖1，觸摸屏疊層中有一個(gè)ITO屏蔽(a)。去掉這樣一個(gè)屏蔽層意味著(zhù)減小厚度，增加顯示亮度，但可能產(chǎn)生LCD噪聲問(wèn)題(b)。