觸控簡(jiǎn)介

　　從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺(tái)；紅外線技術(shù)觸摸屏價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容技術(shù)觸摸屏設(shè)計(jì)構(gòu)思合理，但其圖像失真問題很難得到根本解決；電阻技術(shù)觸摸屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，且怕刮易損；表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰不容易被損壞，適于各種場(chǎng)合，缺點(diǎn)是屏幕表面如果有水滴和塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。

　　多點(diǎn)觸控

　　觸控技術(shù)人們并不陌生，銀行的取款機(jī)大多有觸摸屏功能，很多醫(yī)院、圖書館等的大廳都有這種觸控技術(shù)的電腦，支持觸摸屏的手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)也很多。但是這些已經(jīng)存在的觸控幕都是單點(diǎn)觸控，只能識(shí)別和支持每次一個(gè)手指的觸控、點(diǎn)擊，若同時(shí)有兩個(gè)以上的點(diǎn)被觸碰，就不能做出正確反應(yīng)，而多點(diǎn)觸控技術(shù)（Multi-Touch）能把任務(wù)分解為兩個(gè)方面的工作，一是同時(shí)采集多點(diǎn)信號(hào)，二是對(duì)每路信號(hào)的意義進(jìn)行判斷，也就是所謂的手勢(shì)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)屏幕識(shí)別人的五個(gè)手指同時(shí)做的點(diǎn)擊、觸控動(dòng)作。

觸控百科

　　從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺(tái)；紅外線技術(shù)觸摸屏價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容技術(shù)觸摸屏設(shè)計(jì)構(gòu)思合理，但其圖像失真問題很難得到根本解決；電阻技術(shù)觸摸屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，且怕刮易損；表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰不容易被損壞，適于各種場(chǎng)合，缺點(diǎn)是屏幕表面如果有水滴和塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。

　　多點(diǎn)觸控

　　觸控技術(shù)人們并不陌生，銀行的取款機(jī)大多有觸摸屏功能，很多醫(yī)院、圖書館等的大廳都有這種觸控技術(shù)的電腦，支持觸摸屏的手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)也很多。但是這些已經(jīng)存在的觸控幕都是單點(diǎn)觸控，只能識(shí)別和支持每次一個(gè)手指的觸控、點(diǎn)擊，若同時(shí)有兩個(gè)以上的點(diǎn)被觸碰，就不能做出正確反應(yīng)，而多點(diǎn)觸控技術(shù)（Multi-Touch）能把任務(wù)分解為兩個(gè)方面的工作，一是同時(shí)采集多點(diǎn)信號(hào)，二是對(duì)每路信號(hào)的意義進(jìn)行判斷，也就是所謂的手勢(shì)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)屏幕識(shí)別人的五個(gè)手指同時(shí)做的點(diǎn)擊、觸控動(dòng)作。

　　特點(diǎn)

　　1、 多點(diǎn)觸控是在同一顯示界面上的多點(diǎn)或多用戶的交互操作模式，摒棄了鍵盤、鼠標(biāo)的單點(diǎn)操作方式。

　　2、用戶可通過雙手進(jìn)行單點(diǎn)觸摸，也可以以單擊、雙擊、平移、按壓、滾動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)等不同手勢(shì)觸摸屏幕，實(shí)現(xiàn)隨心所欲地操控，從而更好更全面地了解對(duì)象的相關(guān)特征（文字、錄像、圖片、衛(wèi)片、三維模擬等信息）。

　　3、可根據(jù)客戶需求，訂制相應(yīng)的觸控板，觸摸軟件以及多媒體系統(tǒng)；可以與專業(yè)圖形軟件配合使用。支持使用：

　　手機(jī)電腦 系統(tǒng) 軟件

　　應(yīng)用領(lǐng)域：

　　互動(dòng)信息展示：政府部門、企業(yè)成果展示、商業(yè)宣傳、廣告媒體、公共信息服務(wù)等

　　指揮控制應(yīng)用：地理信息、公安系統(tǒng)、國(guó)土資源、交通部門、電力行業(yè)、水利部門、軍事單位等

　　展會(huì)領(lǐng)域應(yīng)用：各類產(chǎn)品展會(huì)車展、民用、工業(yè)產(chǎn)品展示

　　房地產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用：房產(chǎn)銷售中心、跨區(qū)域營(yíng)銷現(xiàn)場(chǎng)、大型的地產(chǎn)交易展廳等

　　文教行業(yè)應(yīng)用：科技館、博物館、高檔娛樂場(chǎng)所、游戲廳

　　觸控技術(shù)揭秘

　　1、觸控面板的技術(shù)要點(diǎn)：

　　從技術(shù)原理角度來講，觸摸屏是一套透明的絕對(duì)定位系統(tǒng)，首先它必須保證是透明的；其次它是絕對(duì)坐標(biāo)，手指摸哪就是哪，不像鼠標(biāo)需要一個(gè)光標(biāo)作為相對(duì)定位用，所以很容易分散注意力，因?yàn)槟阋獣r(shí)時(shí)關(guān)注光標(biāo)在哪里。

　　究其結(jié)構(gòu)通常是在半反射式液晶面板上（ITO透明導(dǎo)電極）覆蓋一層壓力板，其對(duì)壓力有高敏感度，當(dāng)物體施壓于其上時(shí)會(huì)有電流信號(hào)產(chǎn)生并且定出壓力源位置，并可動(dòng)態(tài)追蹤。這種就是我們媒體報(bào)道的on-cell技術(shù)?，F(xiàn)在亦有In cell Touch觸控組件集成于顯示面板之內(nèi)，使面板本身就具有觸控功能，不需另外進(jìn)行與觸控面板的貼合與組裝即可達(dá)到觸控的效果與應(yīng)用，主要是Apple在研究，優(yōu)缺點(diǎn)看我前一篇文章《面板驅(qū)動(dòng)IC》

　　接下來我們主要從透明性和定位方法來分別介紹不同觸控技術(shù)的區(qū)別及原理。

　　2、觸控面板的分類及原理：

　　從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺(tái)；紅外線技術(shù)觸摸屏價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；表面聲波觸摸屏幾乎解決了所有觸摸屏的各種缺陷，清晰不容易被損壞，適于各種場(chǎng)合，致命的缺點(diǎn)是屏幕表面如果有水滴和塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍甚至不工作，所以也很難普及使用。下面主要講電阻式和電容式屏幕吧。

　　1） 電阻式（Resistive Touch）：用力真好！

　　電阻式觸控板主要由兩片單面鍍有ITO（氧化銦錫）的薄膜基板組成，上板與下板之間需要填充透光的彈性絕緣隔離物（spacer dot）來分開，如圖所示，下極板必須是剛性的厚玻璃防止變形，而上極板則需要感應(yīng)外力產(chǎn)生形變所以需要爆玻璃或者塑膠。

　　正常工作時(shí)，上下極板接電壓并且處于斷開狀態(tài)，當(dāng)外力按下時(shí)上極板發(fā)生形變與下極板接觸導(dǎo)通，此時(shí)產(chǎn)生電壓變化，通過此電壓變化可以精確測(cè)量觸摸點(diǎn)坐標(biāo)（因?yàn)橛|摸上下極板接觸后則上下極板由原來的整體電阻變成了一分為二的電阻，而電阻值分壓值與它到邊緣的距離成比例推算X、Y坐標(biāo)的）。所以電阻式觸摸屏的精度主要取決于這個(gè)坐標(biāo)電壓的轉(zhuǎn)換精度，所以非常依賴于A/D轉(zhuǎn)換器的精度（力度大小的電壓敏感性）。

　　因?yàn)殡娮枋轿災(zāi)煌高^壓力操控，所以不一定要用手來控制，筆、信用卡等都可以操作，即使戴套也沒關(guān)系，而且它和外界是隔離的所以它具有防塵防污的優(yōu)勢(shì)；不過如果「摸」得太輕，電阻式螢?zāi)徊粫?huì)有反應(yīng)，要用輕戳才行。電阻式螢?zāi)怀杀镜土?、技術(shù)門檻低，而且，操作電阻式觸控螢?zāi)粫r(shí)需要輕敲，所以容易壞，而且靈敏度也不太好，畫畫、寫字并不流暢。

　　2） 電容式（Capacitive Touch）：縱享輕滑！

　　然而，真正帶來智能手機(jī)風(fēng)潮的是電容式觸摸屏，它是由一片雙面鍍有導(dǎo)電膜的玻璃基板組成，并在上極板上覆蓋一層薄的SiO2介質(zhì)層。如圖所示，其中上電極是用來與人體（接地）構(gòu)成平板電容感測(cè)電容變化的，而下極板用來屏蔽外界信號(hào)干擾的。

　　工作時(shí)，上透明電極需要接電壓并在四個(gè)角上引出四個(gè)電極，所以當(dāng)手指觸碰上面的SiO2層時(shí)，因人體是導(dǎo)電的，所以人體與上透明電極之間產(chǎn)生足夠的耦合電容，并且根據(jù)與四個(gè)角（或周邊）測(cè)量的電容值變化來計(jì)算出觸控位置坐標(biāo)（離觸控位置越近則電容越大）。但是這種表面電容式觸控（Surface Capacitive）還是無法滿足現(xiàn)在流行的多點(diǎn)觸控，如果要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控必須要使用新技術(shù)叫做Projected-Capacitive Touch，它主要改變?cè)谟趯⒈砻娴母袘?yīng)電極鋪設(shè)成一層或兩層并且進(jìn)行圖案化（主要是菱形），一層負(fù)責(zé)X方向，一層負(fù)責(zé)Y方向。然后通過X方向和Y方向電極電容的變化來定位。

　　由于現(xiàn)在主流都是多點(diǎn)觸控（Multi-Touch），所以我稍微多講一點(diǎn)他的演變過程，多點(diǎn)觸控的Projected Capacitive主要有兩種：自電容（Self-Capacitive）和互電容（Mutual Capacitive）。自電容它是直接掃描每個(gè)X和Y的電極電容，所以當(dāng)兩個(gè)觸摸點(diǎn)的時(shí)候會(huì)額外產(chǎn)生兩個(gè)虛擬點(diǎn)（Ghost Points），如圖所示，左邊為兩層電極圖形化示意圖（多為菱形），它只需要一層ITO層即可，通過光刻形成X和Y電極。右邊為原理圖，從原理圖上看，當(dāng)同時(shí)觸摸（X2， Y0）和（X1， Y3）時(shí)，由于量測(cè)四個(gè)電極的電容，所以會(huì)額外多出兩個(gè)點(diǎn)（X1， Y0）和（X2， Y3），這就是Ghost Points，只能靠軟件解決了。雖然自電容有Ghost-Points的問題，但是自電容位置精準(zhǔn)靈敏度高，最大的好處是它可以做Single layer ITO膜，但是到大尺寸（》15寸）的時(shí)候點(diǎn)數(shù)增加導(dǎo)致管腳增多，成本會(huì)很高，而且點(diǎn)數(shù)多了之后中間的線路會(huì)走不出來，必須要把ITO變細(xì)，所以電阻增大，而且點(diǎn)數(shù)多掃描時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)，看似沒有優(yōu)勢(shì)，但是現(xiàn)在蘋果手機(jī)貌似就是在走自電容觸控技術(shù)，這些技術(shù)應(yīng)該都突破了。

　　而互電容（Mutual-Cpacitive or Trans-Capacitive）它需要兩層ITO膜層，通過特殊的結(jié)構(gòu)把X和Y電極在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上分隔開，這樣它掃描的就是節(jié)點(diǎn)（Intersection）電容，而不是電極電容了。只是這兩層ITO在交點(diǎn)處的接觸必須隔開，需要用到MEMS技術(shù)將它類似立交橋架起來。

　　不管是自電容還是互電容，都是依賴于將電容從人體電容中導(dǎo)到電極上，所以這兩種技術(shù)都叫做電荷轉(zhuǎn)移型電容觸控（Charge-Transfer）。

　　電容式觸控優(yōu)勢(shì)在于速度快，可以滑而不用再用戳的。然而它只能用導(dǎo)電物體操控，它還有個(gè)缺點(diǎn)是如果觸控面積比較大（手掌），可能你還沒碰到就有動(dòng)作了，因?yàn)槊娣e大耦合電容大，所以觸發(fā)了屏幕，所以它對(duì)外界電場(chǎng)或溫濕度導(dǎo)致的電場(chǎng)變化比較敏感。但是它是一層玻璃板結(jié)構(gòu)所以透光率比電阻式高可達(dá)90%以上。

　　然而不管是電阻式還是電容式觸摸屏都很難做到均勻電場(chǎng)，所以只能用于20幾寸以下的面板尺寸。如果要做大屏幕觸控必須要使用波動(dòng)式觸控技術(shù)（主要有表面聲波或紅外線波兩種），它主要在四角或邊緣安裝紅外線或聲波發(fā)射器/接收器，當(dāng)觸控阻斷聲波或紅外線時(shí)，對(duì)應(yīng)的接收器接收不到信號(hào)則可以斷定坐標(biāo)，這種觸控屏怕臟怕灰怕油，太嬌氣了，而且很容易受環(huán)境波動(dòng)影響。

　　每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要了解哪種觸摸屏適用于哪種場(chǎng)合，關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。

　　3、觸控面板的電路部分：

　　上面花了大部分篇幅介紹觸控面板的感應(yīng)模塊原理及結(jié)構(gòu)，但是和Sensor一樣（觸控也是一種Sensor），它有傳感部分就一定有電路部分，而觸控的電路部分主要負(fù)責(zé)的事情就是：信號(hào)探測(cè)、坐標(biāo)定位、以及手勢(shì)識(shí)別（滑動(dòng)/放大/點(diǎn)擊）。

　　而對(duì)于MCU電路來說，主要需要哪些電路單元，首先最重要的就是ADC（這是所有Sensor必須的），其次是Scan Control和DSP（信號(hào)處理），而掃描電路一定需要時(shí)鐘信號(hào)，所以需要Timer。而手勢(shì)識(shí)別是靠一個(gè)叫Finger Tracking的單元實(shí)現(xiàn)，最后就是User configure的代碼保存需要用到EEPROM或Flash。

　　而在設(shè)計(jì)上的主要難點(diǎn)有兩個(gè)：1） 高電阻加大電容問題，2） 噪聲耦合（Noise Coupling）。前者主要是由于屏幕越來越大導(dǎo)致ITO的電極越來越長(zhǎng)所以電阻越來越大，另外電極越來越長(zhǎng)導(dǎo)致電容面積越來越大所以電容也變大，最后的問題是RC-delay延長(zhǎng)，而解法要么是通過加大電壓來加速scan，要么是換金屬布線（Ag）。后者（Noise coupling）主要是由于面板越來越大，很容易接收到環(huán)境噪聲的干擾主要靠shielding來避免，而另外的干擾來自開關(guān)電源的干擾，這只能通過在ADC之前增加Noise Cancellation來實(shí)現(xiàn)。