北京时间01月25日消息，中国触摸屏网讯， 随著使用者介面朝更简洁、更直觉的方向演进，触控介面简化人机介面特性，被广泛应用到各种应用中，未来甚至有机会取代传统机械按键的功能。因此，即便在苹果(Apple) iPhone与微软(Microsoft)的Windows 7热潮带动下，业界普遍将关注焦点放在触控萤幕解决方案，但触控按键的应用商机依然不容小看。
 
    触控萤幕与触控按键方案无疑将扮演带动未来多点触控市场发展的双核心，但由于两种应用领域的需求不同，因此其技术架构与设计实作上的挑战也大相迳庭。本文将针对电容式触控按键的技术与设计实例进行深入剖析。 

    电容式触控无所不在

    本文来自：http://www.51touch.com/touchscreen/news/front/201001/25-5083.html

    电容式触控技术从发明至今，已有数十年历史。由于其技术特性可实现完全气密式的外观机构设计，对于有特殊防水需求的电子产品相当有吸引力，因此电容式触控技术早年多半被应用在厨房小家电领域。除此之外，机械式的旋钮或按键也有操作次数的限制，因此继厨房家电之后，如冰箱、洗衣机、微波炉等产品生命週期较长的家电产品，也纷纷开始导入电容式触控按键，以藉此降低维修和售后服务的成本。 

    事实上，即便电容式触控技术目前已在液晶电视、可携式多媒体播放系统、手机、笔记型电脑等资讯娱乐产品上日益普及(图1)，家电用品和白色家电等传统应用领域仍是相关零组件供应商不能轻言放弃的应用大宗市场。 

图1:电容式触控技术在各种资讯娱乐产品上的应用。

    正由于电容式触控技术的应用领域高度多元化，因此对元件供应商而言，其解决方案的应用弹性能否满足不同应用需求，便成为能否获得客户青睐的关键。除此之外，为了尽可能满足各种应用需求，缩小元件封装尺寸也是触控晶片的发展趋势之一(图2)。

图2:触控晶片的封装尺寸日益微缩，将有助于开启更多新应用市场。

    灵敏度/抗干扰能力　考验供应商技术实力

    就电容式触控按键的设计导入而言，解决方案的灵敏度与抗干扰能力是影响产品开发週期长短、实作良率与介面反应性能的关键。这两项指标规格越佳，则客户的印刷电路板(PCB)设计便可以更有弹性，因此设计和验证的时间可以大幅缩短。 

    以下将以意法半导体(ST)所推出的新一代S-Touch电容式按键控制晶片(图3)为基础，介绍其在各种不同型态的按键配置中所搭配的PCB设计实例。新一代S-Touch触控解决方案的最主要特点在于内建可支援八组脉衝宽度调变(PWM)的通用输入/输出(GPIO)接脚，可以实现各种发光二极体(LED)呼吸情境设定，且内建两组高解析度滑杆(Slider)/旋轮(Wheel)引擎，并且有极佳的杂讯抑制和自动校正功能。

图3:新一代S-Touch晶片的功能方块图

    其中前两项是目前触控按键应用最热门的两种设计风格，因为电容式触控按键无法像机械式按键般提供回馈力道，因此终端产品製造商通常会搭配LED灯号的明/暗、亮/灭来显示按键状态。 

    以往产品研发团队要实作这些LED控制时，多半须外挂LED控制晶片，但新一代的触控晶片解决方案已可直接支援LED控制功能。以S-Touch为例，透过晶片内部的PWM阵列架构，该晶片最多可透过十六个GPIO支援PWM输出，且针对每个GPIO支援最多八组PWM输出设定。透过这样的设计，按键模组毋须外加LED控制器，便可轻易做到LED呼吸情境的设定，有助于降低材料成本。 

    滑杆或旋轮则是目前在可携式多媒体播放器或笔记型电脑的多媒体控制板常见的介面设计方式。这些新型态的介面可视为一种特殊型态的按键，与传统按键只须回报开启/关闭事件不同，须具备更高的解析度。因此在晶片设计端，最理想的解决方法是透过内建的高解析度引擎来进行滑杆或旋轮的座标或触控方向计算。根据滑杆或旋轮的大小，设计人员可使用三至八个电容感应接脚来设计，每个计算引擎最多可支援到二百五十六阶解析度。 

    在杂讯抑制方面，意法半导体的晶片设计团队在新一代触控晶片中增加了许多过滤干扰的机制，例如伪随机取样(Pseudo-random Sampling, PRS)和中值滤波器(Medium Filter)，其中PSR的工作原理为进行取样时，晶片会先加载一伪随机频率，使晶片以非等频的方式来做资料取样，如此便可将固定频率的干扰，例如直流对直流转换器(DC-DC Converter)所产生的干扰讯号充分过滤掉。 

    这点对于资讯产品应用而言相当关键，因为像笔记型电脑或可携式媒体播放器等产品均内建液晶显示显示器(LCD)，且多半与触控按键的实体距离相当接近，而对电容式触控而言，LCD萤幕正是最主要的干扰讯号源之一。 

    在进行过PRS之后，中值滤波器机制会将取样到的资料先行排序，接著再将最有可能受到干扰的资料(通常是数值最高和最低的资料)删除后，最后将保留下来较可靠资料作平均，才视为一笔终端的资料。透过各项杂讯抑制机制，触控晶片的抗干扰能力便可显著提升。图4为导入新抗干扰机制前后的讯号对照图。

图4:抗干扰机制导入前(上)与导入后(下)的讯号比较图