触摸屏技术推动消费电子市场增长

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　　智能手机和平板电脑如今已是无处不在。企业和消费者一样都在大量使用它们，而今年又涌现了众多型号的平板电脑。几年前被首先引入小尺寸设备上的触摸屏应用正迅速普及至大尺寸设备。对于计算设备和电子设备制造商而言，这个新的市场不仅代表了最新的消费热潮，而且还可能表明人们与信息以及提供信息的计算硬件之间的交互方式正在发生根本性转变。该市场的增长引发了设备制造商的一系列行动，他们正在积极地将触摸屏技术移植到大尺寸硬件设备上。

　　尽管如此，从小屏幕和简单的触控应用到主要使用手和手指与全尺寸计算机进行交互的全新模式不一定是一次直接的过渡。制造商需要重新考虑消费者使用触摸屏的方式，满足更加苛刻的新要求。最为重要的是，向更大尺寸屏幕的过渡使得多点触控能力变得不可或缺。例如，较小的手机显示屏可以依赖单手指触摸来控制和选择手机操作。然而，虽然几个手指笔画在5英寸屏幕上已经足够，但在12英寸或40英寸的设备上，或当多个用户同时使用双手进行交互时，又需要多少笔画呢？会有哪些广受欢迎且面向大尺寸设备的新应用出现呢？制造商如何确保他们的设备支持这些应用？

　　触摸屏技术的基本原理

　　当今触摸屏的基本原理源于早期使用（而且现在仍在大量使用）按钮、滚轮和滑块的触控技术。多年来，机械开关的使用量持续下降，电阻薄膜开关、压电开关、基于电容感应的触控技术等控制技术引领了发展趋势。

　　电阻式触控技术

　　电阻式触控技术包含一个可弯曲的顶层、一个绝缘隔离片和一个底层基板。顶层上表面印有图形，下层表面上印有一个使用银或碳的导电油墨的导电图形。基板上印有相应的导电图形。各个导电层通过隔离片上的孔被挤压在一起，从而形成一次接触。为了形成触觉反馈，当开关动作发生时，覆盖层下的金属或塑料圆顶可用于发出 “咔哒声”，顶层上的压花可用于将用户的手指引导至每个开关的“最佳触点”。尽管如此，薄膜开关还是有很多缺点。首先，它们并非真正意义上的触控开关。形成接触需要物理移动和物理压力。

　　与此类似，电阻式触摸屏也包含多个层，其中最重要的是两个间隙很小的薄导电层。按压屏幕外表面上的某个点将导致这两个金属层在该点相连，这相当于一个分压器，将导致电流发生变化，这种变化将被记录为一次触控操作，并被发送至控制器进行处理。

　　

　　图1 –电阻式触摸屏的结构

　　电阻式触摸屏受到了市场青睐，因为它们的生产成本低，而且具备卓越的手写笔能力，拥有很多支持者，尤其对于使用亚洲字符的应用更是如此。但是，随着多点触控应用逐渐成为趋势，电阻技术却不支持多点触控。此外，由于需要多个影响光学性能的层或“堆叠”，显示屏因反射作用在阳光下的可视性较差，而且显示屏的亮度也会大幅减弱。由于需要一个柔软的外层与手写笔（或者任何与其接触的物体）进行接触，电阻式触摸屏也很容易划伤、进入湿气和灰尘。

　　投射电容式触控技术

　　与电阻式触控技术形成竞争的一项技术使用投射式电容场。该技术迅速赢得了用户的支持，因为它拥有一个坚硬、“光滑”、外观极佳的外表面，而且从实用的角度而言，完全密封，可防止灰尘和湿气侵入。为了顺应消费者的需求，制造商做出了迅速响应，大多数制造商似乎已将电容式触控技术视为今后发展的方向。该技术的工作原理是：当某个物体（如手指）接近或触摸屏幕表面时，系统将测量电容（即容纳一个电荷的能力）的微小变化。尽管如此，并非所有的电容式触摸屏都一模一样。不同的电容-数字转换（CDC）技术以及用于搜集电荷的电极的空间排列方式决定了设备所能实现的总体性能和功能。

　　在如何排列和测量触摸屏中的电容变化方面，设备制造商有两个基本选择：自电容和互电容。大多数早期的电容式触摸屏依赖于自电容，即测量整行或整列电极的电容变化。这种方法对于单点触控或简单的两点触控交互不构成问题，但却给更加高级的应用带来了极大限制，这是因为，当用户按下两个点时，会引发位置模糊问题。系统能够有效检测到两个（x）坐标和两个（y）坐标，但却无法知道哪个（x）与哪个（y）是一对。在识别触控点时，这将导致“幽灵”位置，从而降低精度和性能。

　　图2 – 自电容和互电容的差别

　　作为另一种解决方案，互电容式触摸屏使用一组被排列为一个正交矩阵的收发电极，因此能够测量一行电极和一列电极的相交点。通过这种方式，互电容式触摸屏可以检测到由一对特定的（x，y）坐标代表的每一次触摸操作。例如，一个互电容式系统可以检测到（x1，y3）和（x2，y0）两个触控点，而一个自电容式系统只能检测到（x1，x2，y0，y3）。（见图2） 基本的CDC技术也会影响性能。在电荷获取过程中，接收行的电位保持为零，只有用户触摸的发射X和接收Y电极之间的电荷被传送。其它技术也可以做到这一点，但CDC的优势是其抗噪声和抗寄生效应的能力。这种能力可以提升系统设计的灵活性，例如，传感器IC既可以被放置在靠近传感器的FPC上，也可以被放置在较远的主电路板上。