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深入解析觸控技術與設計技巧

　　如果說外觀以代表了時尚、活力、向上的神韻。那么，產品本身的功能特點則代表了觸控產品形態的表現。只有形神兼具的產品，才能真正獲得消費者的認可。能給人帶來新鮮的感受以及留下好用的印象，這邊對功能特點做出了好的詮釋。

　　目前，觸摸屏的應用范圍從以往的銀行自動柜員機、工控計算機等小眾商用市場，迅速擴展到手機、PDA、GPS（全球定位系統）、MP3、MP4、甚至平板電腦（UMPC）等大眾消費電子領域。展望未來，觸控操作簡單、便捷、人性化的觸摸屏有望成為用戶與產品互動的最佳界面，從而迅速普及。本期，小Nan將深入為大家解析觸控技術與觸控設計的技巧。非常感謝大家一如既往的支持！

　　觸控技術的深入剖析

　　搞清設計所需是觸控產品設計最重要的第一步。觸控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合起來為終端客戶提供一個價值鏈。圖1中給出了觸控屏生態系統的構成圖。有趣的是，無論是在最新的筆記本電腦，還是最新的觸控屏手機中，該生態系統都是一樣的。

圖1：觸控屏控制器解析

　　1、前面板或外框

　　前面板或外框是終端產品的最表層。在某些產品中，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品受到刻劃以及破壞。也有些時候，最外面的框只是簡單地覆蓋在觸控傳感器的上邊，這種情況下僅僅是一個裝飾。

　　2、觸控控制器

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

　　3、觸控傳感

　　觸控屏“傳感器”是一個帶有觸控響應表面的透明玻璃板。該傳感器被安放到LCD上面，使得面板的觸控區域能覆蓋顯示屏的可視區域。如今市場上有許多種不同的觸控傳感技術，各自都采用彼此不同的方法來檢測觸控輸入。基本上，這些技術都是在觸控時，使電流流過面板，從而產生一個電壓或信號的變化。這個電壓變化將被觸控控制器傳感，從而確定屏幕上的觸控位置。

　　4、液晶顯示器(LCD)

　　絕大多數的觸控屏系統用于傳統的LCD上。用于觸控產品的LCD選擇方法與傳統系統中基本相同，包括分辨率，清晰度，刷新速度，成本等。但在觸控屏中的另一個主要的考慮是輻射電平。由于觸控傳感器中的技術基于面板被觸控所產生的微小的電變化，能夠輻射許多電氣噪聲的LCD是設計中的難點。在選擇用于觸控系統中的LCD之前，應該與觸控傳感器提供商進行協商。

　　5、系統軟件

　　觸控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PC上加一個觸控屏)。該軟件應能使觸控屏和系統控制器一道工作。它將告訴產品的操作系統如何解析來自觸控控制器的觸控事件信息。在PC型應用中，絕大多數觸控屏驅動器的工作像一個鼠標。這就使得觸控屏幕與在屏幕上的同一位置上連續的按鼠標非常相似。在嵌入式系統中，嵌入式控制驅動器必須將出現在屏幕上的信息與接收到觸控的位置進行比對。

　　三大觸控技術

　　電阻式觸控技術：電阻式觸控技術是最常用的觸控屏技術。用于高業務流應用，并對屏幕上的水珠和其他殘留物具有免疫能力。電阻式觸控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，觸控筆，或者像信用卡這類的其它的物體進行觸控。

　　表面電容式觸控技術：表面電容式觸控技術提供的顯示清晰度比電阻式觸控中通常所用的塑料膜要清晰得多。在表面電容式顯示中，位于顯示器四個角落的傳感器檢測由于觸控引起的電容變化。這類觸控屏可以用手指或其他電容式物體實現觸控激勵。

　　保護性電容式觸控：保護性電容式觸控是最近才進入市場的一種技術。該技術也能提供優異的透光性，但它還具有一些比表面電容式觸控好得多的優點。投影型電容式觸控不需要位置校準，并能提供高得多的位置精度。投影型電容式觸控還有另外令人激動的地方，那就是它同時能夠支持多點觸控。

　　觸控屏工作原理

　　我們將深入了解一下兩個最常用的觸控屏技術。使用最廣泛的技術是電阻式觸控。絕大多數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電阻式觸控技術。而投影型電容式觸控屏，使用的范圍還沒有這么廣，但具有快速發展動力。許多采用投影型電容式界面的手機和便攜式音樂播放器都在投放市場。無論是電阻式或電容式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。

　　電阻式觸控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控。觸控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。

　　電阻式觸控屏還有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更高的分辨率。

　　對于電阻式技術來說有幾個缺點。柔性頂層只有75%-80%的透光度，而且電阻式觸控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，這在很多環境中都是困難的。為了將觸控點與下層的LCD圖像對準，許多現有的電阻式觸控屏都需要周期性的校準。

　　反之，投影型電容式觸控屏沒有活動部件。在LCD和用戶之間只有ITO和透光度幾乎為100%的玻璃板。投影型電容式傳感硬件包括一個玻璃頂層，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。

　　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生一個電容。雖然該電容相對于系統中的其他電容比較小(大約是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。

　　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，觸控屏具有極好的外觀。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設計標準。從心律監視器到最新的all-in-one打印機的各種設備中，觸控屏都正在快速地變成技術設計標準。但在美好外觀之外，觸控屏還提供難以匹敵的安全性能，抗惡劣氣候性能，耐磨性，并能利用像多點觸控這類新觸控技術來開辟一個全新的市場。利用觸控技術可以實現許多種類的產品，因此設計師就必須深入理解該技術的生態系統和目前所采用技術的可用性。