北京时间12月21日消息，中国触摸屏网讯， 要设计出让人感兴趣且渴望的产品，就必须彻底了解触控萤幕的各项关键效能参数、重要的触控萤幕设计特色、关键的设计取捨因素，以及研发业者在选择触控萤幕供应链时须考量的产品设计问题。
 
    任何人都能动手烤糕点，但有些厨师烤的比较乾，只能称为口感不佳的麵糰，有些厨师做出的极品则让人回味无穷。材料一样，但结果却南辕北辙，此种情况相当类似一般的电子产品，以及能够改变市场局势的世界级产品。最近科技界热门的话题之一就是电容式触控萤幕，哪些因素让触控萤幕令人惊艳，又有哪些却风评不佳。

    本文来自：http://www.51touch.com/touchscreen/news/front/200912/21-4426.html

    对于现今触控萤幕的效能而言，影响最深远的技术改变就是从电阻式转移至电容式触控萤幕。根据市调机构iSuppli预测，至2011年前，将近25%的触控萤幕手机，将由电阻式转移至电容式触控萤幕。Jeffries and Co亦预测电容式触控萤幕的出货量在2010年将达到一亿至一亿八千八百万件。电容式触控萤幕技术带来的各种效益，将促使市场飞快成长。 

    传统的电阻式触控面板在侦测手指或触控笔时，柔软的透明顶层被下压后，接触到下方的导电材料层，之后触碰到投射式电容萤幕，本身没有会移动的零件。事实上，投射式电容感测硬体包含玻璃材质的顶层，之后是X与Y轴的元件，以及覆盖在玻璃基板上的氧化铟锡(ITO)绝缘层。部分感测器供应商会做一颗单层感测器，内含X与Y轴感测器和小型桥接元件于一单层ITO之中，当手指或其他导电物体靠近萤幕时，就会在感测器与手指之间产生一个电容。相对于系统而言，此电容相当小(比例约为0.5pF：20pF)，但可利用许多技巧量测出此电容。

    其中一种技巧是运用产业界开发的TrueTouch元件，包括快速改变电容，并利用一个洩漏电阻来量测放电时间。 

    这种全玻璃的触控表面，在整个萤幕上带给使用者光滑流畅的触感。终端产品製造商亦偏爱玻璃萤幕，因为玻璃材质会让终端产品拥有线条美丽的工业设计感，并能为量测触控提供优质的电容式讯号。最后不仅要考虑触控面板的外观，其运作模式也相当重要。触控萤幕的卓越效能，是众多关键因素的首要条件。 

    高准确度有助于拓展新应用 

    准确度可定义为：在一个预先定义的触控萤幕区域中最大的定位误差，单位为手指实际位置与回报手指位置之间的直线距离。 

    在量测准确度时，使用的是一隻模拟或机械手指。手指置于面板上的一个准确位置，再把手指实际位置与回报手指位置进行比较。准确度非常重要，使用者希望系统能正确地找到手指位置。电阻式触控萤幕最令人诟病的一项缺点，就是低准确度，且准确度会随时间逐渐减弱。电容式触控萤幕的准确度创造出许多新应用，像是虚拟键盘，及不用触控笔的手写辨识。举例而言，图1显示一个结构不完整的触控面板资料，显示手指位置有游移的现象，然而模拟手指实际上是进行直线的移动。

图1:范例显示在触控面板追踪中的不准确度性或误差

    透过最佳手指间距完成多点触控

    手指间距定义为：当触控萤幕控制器回报两隻手指的位置时，两隻手指中心点之间于萤幕上的最短距离。手指间距量测方法(图2)，是将两个模拟或机械手指置于面板上，然后逐渐拉近两隻手指的距离，直到系统回报两隻手指为一隻手指为止。有些触控萤幕供应商的手指间距是指边缘至边缘的距离，有些则是中心点之间的距离。10毫米机械手指的10毫米手指间距，意谓有多隻手指触碰到萤幕，或是手指之间的距离为10毫米，实际状况端视触控控制器的规格定义。

图2:量测手指间距

    若没有良好的手指间距，就无法设计出多点触控解决方案。对于模拟键盘而言，手指间距尤其重要，因为一般在使用模拟键盘时，手指在萤幕上的间距通常很短。 

    反应时间快慢决定萤幕操作顺畅度 

    反应时间定义为：触控萤幕上手指触碰事件与触控萤幕控制器产生岔断讯号之间的时间。量测方法是以电子触动模拟手指触控萤幕的环境，或在面板上移动一隻模拟手指。反应时间尤其重要，因为它直接影响使用者在萤幕上移动手指的速度，进行平移或轻弹的操作，或是用手指或笔在萤幕上书写。反应时间缓慢的触控面板，会有短暂停顿和侦测不到移动动作的情况。触控萤幕的反应时间是系统反应时间的一部分，其中包括: 

    ‧ X/Y轴向扫描 
    触控控制器扫描与量测感测器上电容变化所耗费的时间。
    ‧ 手指侦测
    比较面板电容变化与预先定义的手指预设值。若变化幅度超越手指预设值，就会侦测到手指的触碰。 
    ‧ 手指位置
    根据多个感测器得到的结果数据进行推算，判断手指的实际位置。
    ‧ 手指追踪 
    当感测器上置有多隻手指，每隻手指必须正确辨识，并指派一个独特的辨识符号。 
    ‧ 岔断延迟
    是指主控端上岔断指示和服务之间的延迟，在大多数的系统中，这种延迟不会超过100微秒。
    ‧ 通讯 
    一般系统在400kHz时使用I2C，或在1MHz时使用串列周边介面(SPI)来与主控端进行通讯。

    市面上有许多工具能用来缩短反应时间，关键在于触控控制晶片的智能，如较有创意的方法，仅须扫描部分萤幕，即可侦测到手指位置，当侦测到手指后，就能快速扫描，计算出手指实际的定位，藉此节省耗电与时间。另一个重要工具是平行处理，使用不同的硬体元件进行扫描、手指处理及通讯，使这些工作同步进行。採用高度最佳化的演算法进行手指侦测、手指定位及手指识别码(ID)，能缩短处理与反应时间。 

    高画面更新率促使触控运作更优化 

    当手指出现在触控萤幕时，触控萤幕两个连续资料讯框中的时间在数据缓衝器内是可用的。低画面更新率会导致系统侦测动作有停顿现象，侦测到的移动路线也会变成不连续的线段，而不是流畅的曲线。换言之，若触控面板拥有高画面更新率，就能提供更多的资料点(Data Point)，可转译成流畅或完整的形状或动作轨迹，此外，高画面更新率亦能改进手势的解译功能。产业界开发的TrueTouch这类智慧型触控萤幕控制器，能调整其画面更新率来配合系统需求。手绘或手写应用需要相当高的画面更新率，但手机拨号键盘仅须在使用者按下或放开按钮时，截断主控端即可。 

    透过创新休眠/唤醒模式降低功耗 

    触控系统的平均功耗，包括控制IC的作业的时间扫描、时间处理、时间传达、休眠等，及主处理器收到与解译触控资料的时间。 

    功耗似乎是很常见的效能参数：量测装置消耗的电流，再乘以电压，就能推算出功耗。在触控面板的功耗方面，需要更精密的计算公式，因为不同使用模式会产生不同功耗。手机的待机时间取决于触控萤幕的待机或休眠模式消耗的电流。 

    即使当触控萤幕在运作时，还分成许多种模式，像是触碰唤醒(WOT)、触碰及面颊侦测(Cheek Detect)，如接一通5分钟来电，正在检视或输入电话号码时，手机可能切换至触控模式达10秒，之后再切换至提醒通话时的WOT或面颊侦测模式。即使在传送文字讯息(SMS)时，仍是混合WOT模式与实际手指接触，像在输入按键或想东西时，控制IC会在各种睡眠模式之间进行切换。 

    若不考虑这些功耗模式，就会很容易被系统耗电量所误导，在大多数的情况中，触控萤幕90～99%的时间都是切换至面颊侦测模式及触碰唤醒模式。有些系统允许使用者自行设定处理时间与休眠模式的比例，甚至手指仍置于面板的时候。若系统仅回报仍有手指置于相同位置，就不太需要200MHz的画面更新率。想要开发一个高效能触控萤幕，必须运用休眠模式的低功耗系统，并搭配创新的休眠与唤醒模式来作业。 

    系统研发人员在设计一个电容式触控萤幕系统时，须考量许多其他重要因素。 

    镜片厚度/介电常数影响手指电容 

    是指手指与单一感测器元件之间量测到的电容。量测手指电容时，是使用一隻真实手指，而不是金属的机械手指，以确保测得符合实际状况的数据。影响迴授电容(CF)的因素包括覆盖上层的镜片厚度及覆盖外层材料的介电常数。

    系统杂讯水平为资料转换器输入值

    系统杂讯水平(Noise Floor)是指电容至数位转换器输出端所量测到的杂讯，是资料转换器的输入(电容)值。 

    凭藉准确类比前端元件提升讯噪比 

    讯噪比(SNR)为感测器测得的手指讯号除以观测到的量测杂讯。这不仅是一个结合上述两项数值的重要缩写名词，业者必须深入了解它，才能开发出高效率的触控面板，系统必须能容纳、调适及滤除行动系统中的寄生杂讯。要观测高讯号数与极少的杂讯数，可考虑针对触控功能採用准确的类比前端元件。 

    像TrueTouch系列可编程解决方案这类的产品，就可在滤除杂讯方面提供许多绝佳的机制。PSoC可编程类比元件能重新组态，以整合持续一段时间的讯号，藉此滤除杂讯。不同的讯号频率，包括展频与虚拟随机频率，亦可用来避免电磁干扰。标准的数位滤波器能移除1～2位元的讯号抖动或提供类似IIR的低通滤波器。智慧型数位滤波器能比对附近区域侦测到的样本，滤除不正常的样本，智慧型滤波器仅受限于系统设计人员的创意。图3显示一个元件的杂讯水平范例，及侦测到的触控行为。在这个例子中，撷取到的SNR为5。

图3:讯噪比(SNR)范例

    了解与掌控重要的触控萤幕效能参数，就能大幅改进触控萤幕的设计。了解这些标准，亦有助于选择理想的设计伙伴，这些业者拥有适合的技术，能妥善因应行动消费性产品的杂讯与电气问题。 

    触控萤幕吸引人的优点，就在于外表看似简单的设计。在取代笨重的按钮、轨迹球或不易读的萤幕后，触控萤幕带来一种全新的操作模式，创造出令人喜爱的经验。然而触控萤幕的困难处在于，想要提供美观简洁的设计，必须採用精密複杂的硬体、韧体及製造技巧。掌握触控萤幕的要点、重要的设计参数、关键的触控萤幕效能参数、以及触控萤幕在设计时所衡量取捨的因素，是开发撼动市场触控萤幕产品的第一步。