北京時間07月07日消息，中國觸摸屏網訊， 智慧手機等新一代消費電子產品正推動觸控式螢幕變得更為普及；同時，觸控感測器提供方便的控制方式，幾乎也適用于控制任何類型的設備。

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    觸控感測控制器可提供一些通用的性能選擇與形式，如滑桿和近接感測器(proximity sensor)。觸控感測器技術的進步使得以感測器為主的介面更易于建置，且可為用戶提供更直觀與簡便的優勢。

    大多數的觸控感測控制器運作主要取決于其所檢測到的電容變化(見圖1)──當某種物體或某個人接近或觸摸到感測器的導電金屬墊片時，就會導致金屬墊片之間的電容產生變化。導電物體(如手指)在感測器附近移動時，將會改變電容感測器的電場線而改變電容。這將可由控制電路測出電容的變化。

圖1：觸控靈敏度取決于覆膜材料、墊片尺寸和厚度

    工業應用系統多年來一直使用這種電容檢測技術來測量液位、濕度和材料成份。從這些應用發展而來的技術現也逐漸被應用在各種人機介面中。

    觸控感測器介面通常透過測量與感測器墊片連接的電路阻抗，以檢測電容變化。觸控控制器週期性地測量感測器輸入通道的阻抗并用這些值來導出一個內部參考基準，即校準阻抗。控制器用此阻抗值為基礎，以判定是否產生觸控行動。

    以下的簡化公式顯示了手指接近觸控墊片電容時所產生的重要影響。這個公式可用于確定感測器墊片的電容和強度。

    另外，觸控的強度隨著壓力、觸控面積或電容的增加而增強。當D減少時，等于電容增加或觸控強度增強。

    從這個方程式可以看出，覆膜厚度及其介電常數對于觸控強度的影響很大。該方程式還顯示，電容感測器本質上對于周圍環境和觸控刺激的特性敏感──不管觸控來自于手指、乙烯基、橡膠、棉紗、皮革或水(見圖1)。

    表1列出了各種常用覆膜材料的介電常數。我們可以根據于這些數值來觀察觸控感測器在廚房中的應用，因為在廚房中，感測器常常很容易被濺上食用油。

表1：介電常數

    典型的食用油如橄欖油或杏仁油，其介電常數約在2.8-3.0之間。石蠟在68℉時的介電常數值介于2.2-4.7之間。這些材料的介電常數接近或小于感測器常用的覆膜聚碳酸脂(2.9-3.2)或ABS材料(2.87-3.0)之介電常數。因而，這一類的油對于感測器的作業影響并不大。

    相反地，甘油的介電常數在47-68之間，水的介電常數約為80。儘管這些材料的介電常數比覆膜材料高，對于使用數位觸控檢測技術(如ATLab公司開發的FMA1127觸控感測控制器所使用的技術)的觸控感測器來說，由于感測器墊片和濺上的液體都沒有接地，因而濺上這些液體也不會引起任何異常行為。

    雖然觸控感測器的作業和介面取決于實際的應用，但一般來說，電容感測器介面電路和檢測方法可採取類比或數位兩種類型。類比技術用于測量由于手指和接地間產生額外電容而發生變化時的頻率或工作週期 (見圖2)。

圖2： 類比觸控方案；由于必須參考接地情況，因而可能會受到水滴的影響

    利用這種技術和高解析度的類比數位轉換器(ADC)，可以把感測得的類比電壓轉換成數位程式碼。得益于混合訊號技術的進步，最新款的電容/數位轉換器已整合了高性能類比前端與低功率高性能ADC元件。

    類比介面電路的一個缺點是電容感測器可能會受到難以捉摸的雜訊、串擾和藕合的影響。另外，感測器輸出的動態范圍也受到供電電壓的限制，而隨著半導體製程節點的縮小，該供電電壓也正不斷地降低。

    如果使用深次微米CMOS技術把感測器電路與複雜的數位訊號處理模組整合在相同的基底上，情況會變得更具挑戰性。為了避免外部干擾，該元件可能必須使用軟體工作區，因而增加了與其連接的微控制器記憶體與性能開銷。

    全數位化感測方法(見圖3)可避免與類比方法有關的問題。數位方法透過使電容成為RC延遲線的一部份來檢測感測器電容變化。

圖3：數位觸控方案；即使表面上有水滴也仍具有強韌的性能

    圖3中簡單的全數位型時間/數位轉換器(TDC)測量該延遲線對于參考RC延遲線的延遲差異，并輸出阻抗變化。寄生電容對于RC延遲的影響可透過上電補償來消除。

    手指碰到感測器墊片時，電容值增加進而提高了RC延遲時間，并導致阻抗變化。把這一阻抗與校準阻抗相互比對，即可確定是否發生了觸控行動。該感測方案很容易透過調整RC延遲線的電阻來改善性能。