針對平板裝置的觸控感測設(shè)計

隨著采用觸控面板的行動裝置數(shù)量漸增，目前放眼望去新一代的行動裝置，大多揚棄傳統(tǒng)機械式壓按開關(guān)，改行全螢幕觸控或搭配部分觸控介面，不只是觸控面板熱門，觸控感測器也提供了非面板形式的全觸控操作設(shè)計解決方案。

自Apple推出iPhone、iPod Touch與iPad等熱門的觸控行動裝置后，讓使用者重新體會觸控產(chǎn)品的應(yīng)用便利性，同時在操作習慣上也產(chǎn)生另一種變化，消費性商品開始嘗試導入更便捷的觸控解決方案，借以取代較易老化、故障或是進塵、腐蝕的機械式開關(guān)，平面式的配置也很容易與多數(shù)電子裝置進行設(shè)計整合。

觸控感測器的基本運作原理，多為采行檢測表面電容變化的機制，進行觸點的定位與壓按動作感知，基本上當人體部位或手指接近到感測器的金屬導電片時，立即會導致金屬材質(zhì)的導電片產(chǎn)生電容值的細微變化，而當手指或身體導電部位在金屬片上移動時，也會改變金屬片表面的電場產(chǎn)生改變，進而使電容值出現(xiàn)變化，將這些些微的變化利用觸控感測器搜集、處理回饋觸點座標、動作形式等資訊，即最基本的觸按機制感側(cè)過程。

圖示：觸控IC解決方案可節(jié)省觸控設(shè)計導入的開發(fā)時程

原為工業(yè)用途居多轉(zhuǎn)消費性發(fā)展應(yīng)用多元

觸控解決方案所采行的電容感測技術(shù)，在早期多半使用于工業(yè)生產(chǎn)流程必備的各液槽感測應(yīng)用，在石化或是大型工廠中，各式化學材料液槽，多半無法采目測或是機械式量測液位，壓力、溫度等關(guān)鍵數(shù)值均有成熟的解決方案可使用，但液位就因內(nèi)容物的差異而不容易解決。

工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)系統(tǒng)，多年來一直采行透過電容檢測機制來量測密封化學原料槽中的液體位置，除液位外也可衍生測量濕度或材料成分等應(yīng)用，今日的消費性電子采行的小范圍觸控設(shè)計機制，多半也是工業(yè)觸控解決方案的設(shè)計延伸，只不過是系統(tǒng)的尺寸縮小許多，量測的機制與回饋資訊會更細致一些。

圖示：QTouch　Suite可以整合更多的功能，搭配第三方CAD開發(fā)工具導入QTouch技術(shù)設(shè)計

　 不只按鈕 滑桿、近接均可感測

　 觸控感測器基本上多半提供通用型的觸按機制，其實在用于滑桿形式的操作應(yīng)用取代，有使其應(yīng)用表現(xiàn)更佳的效益，多數(shù)滑桿形式的操作方式，在電子電路的實踐設(shè)計中，多半是透過可變電阻元件或是光感應(yīng)器搭配機械結(jié)構(gòu)進行開發(fā)，若采可變電阻的傳統(tǒng)設(shè)計，零件容易因時間而老化，甚至元件容易受潮產(chǎn)生故障，另一種采光學機械結(jié)構(gòu)式的滑桿設(shè)計，雖然可以克服受潮或是元件老化問題，但因機械結(jié)構(gòu)有一定的厚度，不適宜用于行動裝置開發(fā)。

　 若透過觸控解決方案進行改善設(shè)計，可以利用金屬電極的接觸或近接(proximity sensor)感測電容改變，做到近似滑桿操作的相關(guān)應(yīng)用，以感測器為核心的設(shè)計概念，可以讓人機介面更容易被開發(fā)、設(shè)計，制成的電子裝置在操作方面可以更直觀、簡單。

　行動裝置因應(yīng)環(huán)境差異觸控設(shè)計改善關(guān)鍵

　 而以觸控感測器為基礎(chǔ)的人機介面設(shè)計，通常是透過周期性頻繁的感測檢驗電容變化，一般可利用金屬接面的電路阻抗去換算回推，通常取得的是觸按面板的一個內(nèi)部參考值作為基準，但取得的原始資料并無法直接100%對應(yīng)面板觸點位置，因為觸按面的電阻值和距離感測器位置的電路阻抗都會有影響，必須再將原始資料經(jīng)過實際觸點與電極取得資料的轉(zhuǎn)換，制成一參照數(shù)據(jù)表，讓感測晶片可以直接輸出觸點的絕對座標。

　 在整個觸按機制中，準確判斷觸點座標，只是觸按人機介面設(shè)計的第一步，其實必須做的相關(guān)機制設(shè)計，例如，觸按壓力、觸按搭配Click操作、兩指觸按偵測、多指觸按偵測等，都會影響觸按平面的電容感測值差異，也會造成后處理原始資料的技術(shù)難度，所幸這些繁復的運作都由觸控IC解決方案整合，實際設(shè)計中系統(tǒng)開發(fā)團隊只要專心實踐觸控人機介面的相關(guān)應(yīng)用功能。

　不同介質(zhì)的觸按偵測差異

　 先前談到，觸控IC偵測、判斷觸點位置與觸按方式的機制，為采用相對變動性較大的表面電容值改變，而改變電容值的因素相當多，其中影響較大的就是介質(zhì)，每種不同的介質(zhì)會有不同的介電常數(shù)，而觸按的接觸表面積差異也會有相對影響，以不同材質(zhì)來說，例如手指、塑膠、橡膠、皮革、水等，都會有不同的偵測敏感差異。

　 觸控點的偵測強度，會隨著壓力大小與觸按表面積的增加而增強其電容值，而覆膜厚度與覆膜本身的介電常數(shù)，也會對觸控強度產(chǎn)生較大的影響，尤其是當裝置必須在惡劣條件下使用時，更要考量復雜的觸按狀況，例如，于廚房或戶外環(huán)境，感測起可能因為水、食用油脂或是環(huán)境不同，而出現(xiàn)感測結(jié)果上的差異。

　 大幅精進的觸控IC解決方案

　早期觸控IC相關(guān)解決方案，在產(chǎn)品的支援性可能僅能做到單點與簡單的觸按感測，目前因應(yīng)多點、多觸控機制的感測IC相當多，也具備高解析度的觸點偵測條件，尤其是早期采分離式的觸按人機介面開發(fā)設(shè)計，經(jīng)常必須耗費大量精神改善的雜訊、介面串訊、串訊干擾、耦合等問題，正逐步把影響范圍控制在觸控IC本身，而在實際設(shè)計中觸控IC可能會因為擺位、與電源的距離、電路節(jié)點數(shù)量等，影響其工作表現(xiàn)。

　 加上半導體制程與數(shù)位類比IC在技術(shù)上的多方整合，高效能的ADC足以實踐高觸按操作表現(xiàn)的人機介面，而不管是采行類比或數(shù)位方式，觸控感測控制器可采行簡易的SPI或I2C介面與微控制器進行連接。