電容式感應(yīng)在電玩游戲中的應(yīng)用

    電玩游戲應(yīng)用擁有多項(xiàng)技術(shù)層級(jí)，尤其是在軟件方面，然而游戲本身的才是主角。 
　　繪圖與處理速度能限制或展現(xiàn)游戲中軟件的開發(fā)狀況，因此最容易受到消費(fèi)者和評(píng)論家關(guān)注。而主機(jī)控制器(console controller)也一樣非常重要。電玩控制器的接口方式不斷推陳出新，目的就是為了能與屏幕上所顯示出來的場景進(jìn)行更有效的互動(dòng)。

　　雖然多數(shù)電玩游戲的開發(fā)都著重在軟件和處理器上，但許多重大的創(chuàng)意和前瞻想法都與控制器相關(guān)。由于游戲系統(tǒng)及外圍廠商努力改善玩家與其系統(tǒng)互動(dòng)的方式，因此無論是在人體工學(xué)、風(fēng)格、功能、或是特色等方面都不斷地在開發(fā)改進(jìn)。

　　尋找新的典范

　　我們可能都還記得具備四方形底座的Atari 最早期控制器，其中央有一根游戲桿，旁邊還有一顆按鍵的設(shè)計(jì)對(duì)于當(dāng)時(shí)的電玩游戲而言已相當(dāng)足夠。因?yàn)楫?dāng)時(shí)所需要的只有基本的方向控制和一個(gè)選擇按鍵，就可以進(jìn)行游戲，而這個(gè)控制器則完全符合所需。任天堂后來發(fā)表了四方形控制器的任天堂娛樂系統(tǒng)(Nintendo Entertainment System)，其中方向按鍵取代了游戲桿，而且還增加第二顆按鍵，這是以現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)出來的重大改變。

　　從那時(shí)開始，控制器就開始變得越來越復(fù)雜。現(xiàn)在，標(biāo)準(zhǔn)的游樂器主機(jī)控制器上具備比以往更多的按鍵，而且每個(gè)按鍵都擁有更強(qiáng)大的功能。具備壓力感應(yīng)間斷作用的按鍵讓其觸發(fā)作用獲得更好的控制，尤其對(duì)于駕駛類電玩游戲中的煞車與加速控制特別有用。

　　而按鍵組合在格斗游戲中也電容對(duì)電壓轉(zhuǎn)換器乃是利用切換式電容器技術(shù)。震動(dòng)功能(rumble-packs)則讓玩家能體驗(yàn)真實(shí)感覺，而不再只是聲光效果而已。由于游戲桿具備的卓越模擬功能性，讓其在最新的控制器上重現(xiàn)生機(jī)。電容式感測技術(shù)(電容式觸控感應(yīng))是最新的接口技術(shù)，能提高游戲控制器的可用性，以及最炫的機(jī)械設(shè)計(jì)。

　　電容式感測技術(shù)概觀

　　電容式感測最常用于個(gè)人計(jì)算機(jī)觸控板與可攜式媒體播放器上。手機(jī)制造商也開始投入資金來推廣其用途，并已開發(fā)出數(shù)種機(jī)型銷售上市。簡單的架構(gòu)、裝置防水性及堅(jiān)固的機(jī)械式設(shè)計(jì)等都是電容式感測接口極具吸引力的特性。

　　方法

　　要達(dá)到電容式感測效果有好幾種方式，但基本的要素卻固定不變。其中，電容式傳感器不過是在印刷電路板中連接至控制器電路上的銅片(pad)。感測按鍵與其連接導(dǎo)線的組合會(huì)在其周圍產(chǎn)生電容。

　　設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的接地面、金屬支撐裝置、還有其它電子與機(jī)械組件都會(huì)影響傳感器的電容值。一般認(rèn)為傳感器電容值等同于它與接地面之間的電容值。當(dāng)具有導(dǎo)電性的觸發(fā)物質(zhì)(例如手指)靠近傳感器到一定程度時(shí)，該電容值就會(huì)增加。這是因?yàn)閷?dǎo)體本身會(huì)在傳感器與接地面之間產(chǎn)生更多可能的路徑，愈多的路徑則會(huì)產(chǎn)生愈多的場線，這樣一來就會(huì)提高整個(gè)電容值。

　　在電容式傳感器的前端是由切換式電容器(switched capacitors)、內(nèi)部電流源或是具有外部電阻器的電壓源所組成。這些方法都是為了要在感測電容器上輸入電壓值。而該電壓值可透過ADC、或由比較器所構(gòu)成的充電時(shí)間量測電路之處理，然后到達(dá)計(jì)數(shù)器或定時(shí)器。數(shù)字輸出值被電容式感測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和決定(decision-making)所使用時(shí)，則會(huì)在ADC 輸出值中產(chǎn)生轉(zhuǎn)變或在電容質(zhì)中的計(jì)數(shù)值產(chǎn)生模擬轉(zhuǎn)變。稍后我們會(huì)深入討論常用的兩種方法，也就是弛張震蕩器(relaxation oscillation)以及連續(xù)近似法(successive approximation)。

　　實(shí)際設(shè)計(jì)

　　要在實(shí)際的設(shè)計(jì)中構(gòu)建一個(gè)電容式傳感器并不難。如上所述，電容式傳感器不過就是在印刷電路板上放置一塊導(dǎo)體片，通常是銅片。而這塊導(dǎo)體片經(jīng)由觸發(fā)物質(zhì)—通常是手指，不僅能直接連結(jié)至控制組件；并可以直接與其互動(dòng)。感應(yīng)板則置于感測區(qū)域正下方的一層覆蓋層(overlay)表面上。傳感器與覆蓋層之間最好不要有任何空氣，而且要用不導(dǎo)電的接合劑將傳感器基板緊緊黏附在覆蓋層上。

　　控制電路可以設(shè)置于傳感器附近，而且越近越好。傳感器在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的需求決定了控制電路的配置。傳感器與控制電路距離越遠(yuǎn)，則傳感器與接地面間的原生電容值就會(huì)隨之增加，因?yàn)閷?dǎo)線會(huì)與周圍環(huán)境互動(dòng)，并進(jìn)而增加電容值；距離越長，增量就越明顯。

　　雖然要規(guī)定出最大的距離并不容易，但一般來說，6 到12 英吋可算是功能上限了。電容感應(yīng)應(yīng)用裝置的基板并非固定的；其中，最常見的設(shè)計(jì)是具備銅導(dǎo)線的基本FR4 印刷電路板。此外，附有銅片的彈性印刷電路板(通常用聚亞酰胺薄膜—Kapton)也很常見。彈性基板能夠讓機(jī)械設(shè)計(jì)更為容易，尤其是在彎曲的表面上。印刷在彈性物質(zhì)上如碳或銀的導(dǎo)電墨水，能以極低的成本制作電容式傳感器，但這當(dāng)中會(huì)因?yàn)閺椥晕镔|(zhì)無法上焊錫，而需要控制印刷電路板以及連接器。

　　透明的導(dǎo)電物質(zhì)，例如氧化銦錫(Indium TinOxide；ITO)也快速地被廣泛使用在觸控式屏幕的應(yīng)用中。ITO 傳感器會(huì)被印刷在玻璃或是聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)薄膜上，然后再結(jié)合上最終的設(shè)計(jì)成品。雖然目前已有玻璃覆晶(chip-on-glass)用于控制這類的應(yīng)用，但是在印刷電路板上使用彈性連接器或是熱把焊接(hot bar soldering)卻是更經(jīng)濟(jì)的方法。