北京时间04月08日消息，中国触摸屏网讯，中、小尺寸行动装置的触控屏幕解决方案，其实就是相当单纯的混和信号处理技术的考验，尤其在手指与触屏之间的噪讯与实际讯号的些微差异，如何用最佳化、最具效率的侦测效果与最能压低成本的产制技术，提供最佳的产品体验与维持较低的装置成本，特别是电容式触控搭配显示屏的软体加持，可以一举取代实体按键的设置方式，提供更富弹性与多元变化的使用者操作体验，实际的成品效果更可让终端产品在同质商品间凸显其前卫的设计成果，此也成为各大硬体厂商争相导入相关设计的重要关键...

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　　以往实体开关、按键的设计方案，产品设计必须考量的按键处理多半较为单纯，顶多必须处理按键(键盘)接点的弹跳、噪讯处理，去控制输入讯号转换数位化后相对干净俐落的内容值或状态值的转换，因此早期的电子商品尤其喜爱各式实体按键设计。

　　但实体按键的设计，仍有许多物理性的考量，例如，实体按键即便有效缩小按键体积，也具备一定程度的尺寸，而实体按键会有按键弹性疲乏、接点氧化...等问题需改善，按键若为开放性设计，使用装置环境的水气、灰尘也会出现影响开/关侦测的讯号稳定性，在按键的处理灵敏度、可靠性都会呈现相对较低的问题。

　　实体按键的尺寸在面对产品集积化(小型化)的演进过程，也成为产品开发的一大限制！例如，对于行动装置需要的输入键盘需求，若以实际按键的标准101键键盘设置，肯定会让产品的重量、厚度、成本相对增加，而产品还未享受到搭载实际键盘的效益前，硬体开发商就必须面对零件成本的问题，即便新一代的设计采取模组化按键或是薄膜按键以改善设置体积与成本问题，但这类按键也会面临按键使用耐用度与触按体验较差的物理限制问题。

　　Apple的iOS Device产品设计概念，以显示触屏去解决大量的按键需求，在市场上获得消费者的青睐，不只是利用显示触屏带来的效益，更多的消费性电子，如DV、DC、NB也大量采行非显示的电容式触按开关，逐一取代实体开关与按键，让产品的外观设计朝向更简洁的方向。

　　电容式触控方案已使用多年
　　
　　实际上，电容式触控方案，在触按传感器的广泛使用方面，已发展多年，也散见于各种电子装置的设计中！尤其是近期采混合信号的可程式化元器件开发设计，让电容式触控传感器成为取代各种消费电子产品机械式开关的一大关键，让产品设计增添实用性价值与更多额外效益。

　　典型的电容式传感器设计方案，触按面的产品设计一般要求覆盖层的厚度必须低于3mm以下，因为越厚的覆盖层将会导致触按讯号侦测劣化，造成装置误判触按讯号，让装置出现失误的问题增多。新的消费性电子设计，为求机构的强度要求，或产品的设计方案要求(例如整合显示屏)，让覆盖层的厚度持续增加，此会让触按控制IC进行手指电容的触按侦测过程变得越来越困难与复杂，尤其增加了更多处理信号的环境变数。

　　换句话说，随着产品的覆盖层厚度持续增加，对于触按的传感系统，也必须经过系统的对应调整，尤其是对于终端产品的开发需求，要求的是开关表现的稳定性与实用性，如何制作一个能提升电容触按侦测的高精确度电容式传感器，成为整合终端应用的一大关键。

　　电容式触控必须克服厚度的传感限制
　　
　　除了3C产品外，大量的触控设计方案被应用于家电设计中，尤其是白色家电的相关应用里，常见的状况是机构设计为了要求装置在强度、耐用度方面的提升，在触按区必须采取较强固的设计方案，例如厚达10mm的强化玻璃或是ABS塑胶件，虽然对于手指电容的感测，玻璃或塑胶介质对物理电容感应并不会产生太大影响，只要不是金属或金属镀层问题，都算是可以接受的介质选择，但覆盖层的厚度剧增即造成手指电容的侦测难度提升，因为表面电容的反应数值变得更加微弱，触按传感器的侦测结果还必须克服环境杂讯的问题。

　　观察最简单的电容器设计，由简单的两片平行板电容器，具备两组导体，在导体之间隔着一层电介质，此系统中绝大部分的能量会直接聚集在电容器的导电极板间，少许能量会泄露于电容器的极板以外空间。 而所有电容式触摸传感系统核心设计，多是由一组与电场相互作用的导体组合而成，在人类的皮肤下面，人体组织充满可传导电解质，此为手指的导电特性，这也让电容式触控方案成为可能被实践的基础原理。

　　实作电容触控传感器
　　
　　实作电容触控传感器的关键问题在于，需要设计一组预先印制的导线板，将前述电容效应引导至有效感应区域之中。由手指所产生的额外电荷储存容量，即已知之手指电容，相对无手指触摸的传感器原有电容(寄生电容)，两者会有些微差异，而常见电容式传感器的误解是，装置为使系统正确运行，手指必须呈现接地才能让整套机制顺利运作？实际的状况则是，手指能够被侦测的关键在于手指本身即带有电荷，此与手指是否有接地或是悬空完全没有关系，影响程度亦不大。

　　若以电容触按的虚拟按键设计，采取10~15mm直径的方式设置(此为指尖触按的平均表面积)为例，多数电路的组装PCB会整合5~10个触点虚拟按键，在实际设计中，每组按键必须有均匀间距，虚拟按键过近则必须考量间隙的预留尺寸设计参数，若按键间的间隙尺寸设置过小，将造成过多的电场能量直接传递至接地端，尤其在面对较厚的覆盖层时，间隙的设计参数就必须经过实验反覆测试以找出最佳参数。

　　性能测试重点
　　
　　电容触按设计要取代传统机械按键的关键，就在于操作体验是否能达到稳定、无误的状态，此必须在产品开发阶段进行更完善的性能测试，例如，开发阶段可以利用一个终端产品的仿真设计模型进行大量测试，透过实验模型撷取差分计数，再藉助数位绘图即时检视触按状态。

　　实际进行实验测试性能时，以前例设计方案为例，可以将手指放置于预设较厚的覆盖层上方，并持续2~3秒的触按时间，虚拟电容触按按键的开/关状态，即时被累加于计数器，实验进行中可以针对按键的输出讯号，检视能否在按键开/关两种状态间俐落转换，即便发现增厚的覆盖层进行检测出现较大噪讯时，也必须维持较佳的触按讯号反馈。

　　导入电容触按设计的实质效益
　　
　　电容触按设计与机械式开关比较，会发现电容触按设计有相当多的优点，尤其是基于电容原理的触按传感器耐用性相当好，具不易损坏的特性，并可获得较长的使用寿命表现，不像机械开关在后期会有较大按键弹跳、故障等问题，尤其是现今混合信号处理搭配可程式化的控制IC技术整合，使触按式传感器的导入效益持续提升、成本持续降低，并提高电路灵敏度与可靠性，是取代机械式开关元件的首选替代方案。

　　基于显示屏的电容式触按技术趋势
　　
　　过去很多LCD模组都采行电阻式触控屏设计，这类触控屏设计将萤幕的面积等效于物理位置而进行X、Y轴座标转换，控制IC的输出为将萤幕表面ITO的触点座标电压值传回进行座标换算，常见的有4、5、7和8线触控屏设计，但实际上电阻式显示触控屏设计方案的物理限制较多，如显示效果因ITO较多影响视觉效果，实际电阻式触屏的基础原理也是透过机械原理达成，会容易出现触按反应疲乏、使用寿命也较低的问题。

　　基于电容式设计方案的显示屏触控技术，与目前市占率较高的电阻式触控技术相比，其实为使用者带来更多优点，例如，高达97%穿透率、更真实的色彩呈现、萤幕的触控功能仅需轻触即可确认触点、更长的触控屏使用寿命等，电容式触控屏的Touch寿命约2亿次，4线电阻触控屏寿命约100万次，多线电阻触控屏因ITO结构更复杂，其Touch寿命更低。

　　电容式触控屏的触点侦测原理
　　
　　电容式触控屏技术，其侦测信号的原理为侦测手指触碰引起的萤幕表面电性微量变化，依其工作原理差异可大致分成表面电容式触控屏技术(Surface Capacitive Touch；SCT)与投射电容式触控屏技术(Projected Capacitive Touch；PCT)。

　　SCT常见于大尺寸的户外显示、互动式电子看板应用，PCT技术因Apple推出具Multi-Touch多触点侦测技术的iOS Device而暴红。以触控技术的发展历程观察，最早导入触控技术以工业控制应用为多，其使用目的为将原本繁复的工厂运作控制盘(多为机械式设计)，整合至单组屏幕去进行控制，整合更方便、直觉的触屏人机介面设计。然而，前述的应用早期多采行电阻式触控屏设计方案，但电阻式触控屏因ITO具寿命与耐用性限制，无法完全满足工控应用领域需求，因应大尺寸触屏设计需求的SCT，成为高阶设备机台的首选应用方案。

　　而PCT的使用趋势为延续中、小尺寸电阻式触控屏市场出现的爆发性成长！早期中小尺寸的PND、PDA、智慧型行动电话产品，其屏幕触控多采行电阻式触控设计，2006年Apple于iPhone导入小尺寸PCT电容触控技术，以大幅超越电阻式触控屏的光学特性、多点触控功能掀起市场风潮，成为近来最受瞩目的中、小尺寸面板当红触控技术。

　　PCT与SCT电容式触摸技术
　　
　　PCT技术， 触摸屏制作是建构于矩阵的概念，PCT面板之ITO为经过蚀刻制成特定图案，目的在提高各触碰点的SNR噪讯比，藉此加强识别手指触点的精确度。

　　SCT面板是由一片涂布均匀的ITO，自面板四角落各设置一条导线(UR、UL、LR、LL)与SCT触控IC连接，为精确侦测手指触点位置，SCT控制器需于面板建构均匀电场，此工作由IC内驱动电路对面板进行充电达成，而手指接触显示屏即引发微量电流，触控IC即时感测解析UR、UL、LR、LL这4条导线电流量，并换算触碰点的正确X、Y座标值。

　　而PCT与SCT技术间最大差异在PCT有机会实践Multi-touch多点触控，而SCT为Single-touch单点触控应用。目前小尺寸显示屏应用市场较少见SCT触控方案，主要是元件的制造成本问题，SCT面板制造商较欠缺的是关键光学镀膜技术整合，此部分的关键制作关卡，多数必须采取委外加工方式制成，是成本偏高的主因，而SCT触控IC的成本单价也较高。

　　PCT与SCT触控方案限制
　　
　　PCT电容式触控技术工作原理并不复杂，但若试图量产就需克服多项技术挑战，例如，待侦测的手指触按信号相当微弱，极易受传导环境影响而让整个触按机制变得相当不稳定，导致触控功能的灵敏度在不同面板位置的表现不一致，甚至经常性发生错误动作反应。

　　加上手指触按产生的电容变化值，实际的物理表现易受环境温度、湿度影响，目前常用的改善方针，是利用定时自动校准技术克服元件问题，尤其在目前大量用于中、小尺寸的行动装置，同时会整合大量RF元件(3G、Wi-Fi、Bluetooth)，也会对触按信号量测造成干扰，影响PCT电容式触控技术的SNR，此需搭配轫体或硬体技术进行元件的性能改善。

　　相较PCT，虽SCT电容式触控技术在控制器设计方面，同样面临手指电容触按讯号易受干扰问题，但可藉由内建于IC之各种提升SNR应用机制，进行技术克服，除控制IC限制外，SCT电容式触控技术的触屏结构，也较PCT结构更简单，较容易于硬体技术方面进行SNR提升设计，解决环境噪讯干扰问题。