使多點觸摸屏超越智能手機范疇的控制IC

要點

1.現(xiàn)在，除了高端智能手機和平板電腦以外，用戶還期望在其它應(yīng)用中使用觸摸屏，它們正逐步現(xiàn)身于汽車和儀器中。

2.在電容式觸摸屏與較廉價但響應(yīng)不快的電阻觸摸技術(shù)的競爭中，成本是應(yīng)用的一個約束因素。

3.觸覺技術(shù)試圖模擬真實世界的感受環(huán)境，其價格正在下降，可能在游戲市場上獲得第一個進展。

自上次EDN研究觸摸屏后(參考文獻1)，觸摸屏已經(jīng)在智能手機中確立了自己的地位，并正在尋機進入更低價的“功能手機”，因為手機商期望從高端手機市場攫取一些份額。像iPad這類平板電腦，以及最新的Kindle Fire也助長了觸摸屏的普及。由于用戶越來越熟悉消費電子中的交互式且變化多端的觸摸屏，因此他們希望在其它非傳統(tǒng)觸摸屏領(lǐng)域也有相同水平的互操作性，如汽車、醫(yī)療電子和工業(yè)設(shè)備等。

觸摸屏面世已有幾十年時間，它們通常采用的是電阻式觸摸技術(shù)。使用電阻觸摸屏時，用戶手指的按壓使屏幕外層發(fā)生物理形變，使電阻傳感器接觸到手指底面。電阻傳感器排成一個X乘Y的陣列，并由一個薄而透明的絕緣體隔開。

注意這里用了一個詞“按壓”。按壓是不同于觸摸或掃過的一個動作。電阻觸摸屏對于多點觸摸手勢的響應(yīng)能力有限，如捏、縮放、掃和滾動等。用戶一旦習慣于用這些手勢操作自己的智能手機和平板電腦，就再也用不慣缺乏這些特性的簡單觸摸屏了。能夠響應(yīng)復雜手勢的觸摸屏通常都采用電容式檢測技術(shù)。

電容檢測觸摸技術(shù)一般可采用自電容和互電容方式，不過也存在一些其它類型，如投射電容。自電容傳感器由一系列氧化銦錫細線組成，它是一種排成XY網(wǎng)格的透明導電材料，X線與Y線之間有一個絕緣層。觸摸網(wǎng)格上的某個區(qū)域會改變傳感器對地的寄生電容。但是，這種方法不能處理多手指的觸摸，因為傳感器無法區(qū)分沿同一網(wǎng)格線上的多個手指?；ル娙菘梢蕴綔y到X線和Y線小交疊處的電容變化。由于交疊面積很小，因此電容也很小，但這種方法很精密，可以測出多個手指的位置。

每種方案都各有利弊。雖然自電容傳感器通常無法區(qū)分出多個手指的同時動作，但它們可以產(chǎn)生出用于探測物體的較強電磁場，哪怕該物體并沒有實際接觸屏幕。互電容觸摸屏則可以探測和跟蹤多個手指，但手指必須接觸屏幕，因為兩個交疊傳感器形成的電容非常小，其電磁場極其微弱。

當用戶戴著手套時，手指與觸摸屏之間閉合接觸的需求就可能成為一個問題。電容觸摸屏有這種限制，從而使人們傾向于電阻觸摸屏。電阻技術(shù)在液體應(yīng)用或潮濕氣候下也有自己的優(yōu)勢，此時潮氣會影響到電磁場的性能。Cypress公司的TrueTouch控制器技術(shù)嘗試將自電容和互電容技術(shù)結(jié)合起來，以克服這些障礙(參考文獻2)。

自電容和互電容都需要相同的XY傳感器網(wǎng)格。在自電容情況下，控制器必須同時驅(qū)動X線和Y線。在互電容情況下，控制器發(fā)射X線，而從Y線接收。由于TrueTouch控制器IC采用了Cypress公司的PSoC(可編程系統(tǒng)單芯片)核心，因此控制器可以動態(tài)地配置其I/O腳，即時地將發(fā)射器轉(zhuǎn)換為接收器。于是，無論控制器何時掃描傳感器的網(wǎng)格板，它都可以同時在兩種模式做探測(自電容和互電容)。自電容與互電容相結(jié)合，使人們即使戴著厚滑雪手套，也可以完成多觸功能。這種能力產(chǎn)生了一個在汽車中的觸摸屏安全問題(見附文“JD Power有關(guān)汽車安全與觸摸屏的問答”)。

汽車中的觸摸屏為10英寸或更大，通常大于智能手機的屏幕，后者典型尺寸約為4英寸。Atmel公司的MaxTouch系列觸摸屏控制器包括通過汽車認證的mXT768E和mXT540E控制器，可用于中控臺顯示屏、導航系統(tǒng)，以及后座娛樂系統(tǒng)的5英寸~10英寸觸摸屏。傳統(tǒng)用于電容觸摸屏的控制器都要求在多個觸摸屏之間有一個屏蔽層，以防止耦合來自LCD的噪聲。Atmel稱MaxTouch器件提供80:1的信噪比，無需屏蔽層，能夠?qū)崿F(xiàn)單層傳感器設(shè)計，從而降低成本和減小厚度(圖1)。高SNR亦能夠探測出一只戴薄手套的手指。一般來說，該技術(shù)可以探測厚度為1.5mm的手套，如皮、毛或棉手套。

圖1，觸摸屏疊層中有一個ITO屏蔽(a)。去掉這樣一個屏蔽層意味著減小厚度，增加顯示亮度，但可能產(chǎn)生LCD噪聲問題(b)。