北京時間12月21日消息，中國觸摸屏網訊， 要設計出讓人感興趣且渴望的產品，就必須徹底了解觸控螢幕的各項關鍵效能參數、重要的觸控螢幕設計特色、關鍵的設計取捨因素，以及研發業者在選擇觸控螢幕供應鏈時須考量的產品設計問題。
 
    任何人都能動手烤糕點，但有些廚師烤的比較乾，只能稱為口感不佳的麵糰，有些廚師做出的極品則讓人回味無窮。材料一樣，但結果卻南轅北轍，此種情況相當類似一般的電子產品，以及能夠改變市場局勢的世界級產品。最近科技界熱門的話題之一就是電容式觸控螢幕，哪些因素讓觸控螢幕令人驚艷，又有哪些卻風評不佳。

    本文來自：http://www.zc28898.cn/touchscreen/news/front/200912/21-4426.html

    對于現今觸控螢幕的效能而言，影響最深遠的技術改變就是從電阻式轉移至電容式觸控螢幕。根據市調機構iSuppli預測，至2011年前，將近25%的觸控螢幕手機，將由電阻式轉移至電容式觸控螢幕。Jeffries and Co亦預測電容式觸控螢幕的出貨量在2010年將達到一億至一億八千八百萬件。電容式觸控螢幕技術帶來的各種效益，將促使市場飛快成長。 

    傳統的電阻式觸控面板在偵測手指或觸控筆時，柔軟的透明頂層被下壓后，接觸到下方的導電材料層，之后觸碰到投射式電容螢幕，本身沒有會移動的零件。事實上，投射式電容感測硬體包含玻璃材質的頂層，之后是X與Y軸的元件，以及覆蓋在玻璃基板上的氧化銦錫(ITO)絕緣層。部分感測器供應商會做一顆單層感測器，內含X與Y軸感測器和小型橋接元件于一單層ITO之中，當手指或其他導電物體靠近螢幕時，就會在感測器與手指之間產生一個電容。相對于系統而言，此電容相當小(比例約為0.5pF：20pF)，但可利用許多技巧量測出此電容。

    其中一種技巧是運用產業界開發的TrueTouch元件，包括快速改變電容，并利用一個洩漏電阻來量測放電時間。 

    這種全玻璃的觸控表面，在整個螢幕上帶給使用者光滑流暢的觸感。終端產品製造商亦偏愛玻璃螢幕，因為玻璃材質會讓終端產品擁有線條美麗的工業設計感，并能為量測觸控提供優質的電容式訊號。最后不僅要考慮觸控面板的外觀，其運作模式也相當重要。觸控螢幕的卓越效能，是眾多關鍵因素的首要條件。 

    高準確度有助于拓展新應用 

    準確度可定義為：在一個預先定義的觸控螢幕區域中最大的定位誤差，單位為手指實際位置與回報手指位置之間的直線距離。 

    在量測準確度時，使用的是一隻模擬或機械手指。手指置于面板上的一個準確位置，再把手指實際位置與回報手指位置進行比較。準確度非常重要，使用者希望系統能正確地找到手指位置。電阻式觸控螢幕最令人詬病的一項缺點，就是低準確度，且準確度會隨時間逐漸減弱。電容式觸控螢幕的準確度創造出許多新應用，像是虛擬鍵盤，及不用觸控筆的手寫辨識。舉例而言，圖1顯示一個結構不完整的觸控面板資料，顯示手指位置有游移的現象，然而模擬手指實際上是進行直線的移動。

圖1:范例顯示在觸控面板追蹤中的不準確度性或誤差

    透過最佳手指間距完成多點觸控

    手指間距定義為：當觸控螢幕控制器回報兩隻手指的位置時，兩隻手指中心點之間于螢幕上的最短距離。手指間距量測方法(圖2)，是將兩個模擬或機械手指置于面板上，然后逐漸拉近兩隻手指的距離，直到系統回報兩隻手指為一隻手指為止。有些觸控螢幕供應商的手指間距是指邊緣至邊緣的距離，有些則是中心點之間的距離。10毫米機械手指的10毫米手指間距，意謂有多隻手指觸碰到螢幕，或是手指之間的距離為10毫米，實際狀況端視觸控控制器的規格定義。

圖2:量測手指間距

    若沒有良好的手指間距，就無法設計出多點觸控解決方案。對于模擬鍵盤而言，手指間距尤其重要，因為一般在使用模擬鍵盤時，手指在螢幕上的間距通常很短。 

    反應時間快慢決定螢幕操作順暢度 

    反應時間定義為：觸控螢幕上手指觸碰事件與觸控螢幕控制器產生岔斷訊號之間的時間。量測方法是以電子觸動模擬手指觸控螢幕的環境，或在面板上移動一隻模擬手指。反應時間尤其重要，因為它直接影響使用者在螢幕上移動手指的速度，進行平移或輕彈的操作，或是用手指或筆在螢幕上書寫。反應時間緩慢的觸控面板，會有短暫停頓和偵測不到移動動作的情況。觸控螢幕的反應時間是系統反應時間的一部分，其中包括: 

    ‧ X/Y軸向掃描 
    觸控控制器掃描與量測感測器上電容變化所耗費的時間。
    ‧ 手指偵測
    比較面板電容變化與預先定義的手指預設值。若變化幅度超越手指預設值，就會偵測到手指的觸碰。 
    ‧ 手指位置
    根據多個感測器得到的結果數據進行推算，判斷手指的實際位置。
    ‧ 手指追蹤 
    當感測器上置有多隻手指，每隻手指必須正確辨識，并指派一個獨特的辨識符號。 
    ‧ 岔斷延遲
    是指主控端上岔斷指示和服務之間的延遲，在大多數的系統中，這種延遲不會超過100微秒。
    ‧ 通訊 
    一般系統在400kHz時使用I2C，或在1MHz時使用串列周邊介面(SPI)來與主控端進行通訊。

    市面上有許多工具能用來縮短反應時間，關鍵在于觸控控制晶片的智能，如較有創意的方法，僅須掃描部分螢幕，即可偵測到手指位置，當偵測到手指后，就能快速掃描，計算出手指實際的定位，藉此節省耗電與時間。另一個重要工具是平行處理，使用不同的硬體元件進行掃描、手指處理及通訊，使這些工作同步進行。採用高度最佳化的演算法進行手指偵測、手指定位及手指識別碼(ID)，能縮短處理與反應時間。 

    高畫面更新率促使觸控運作更優化 

    當手指出現在觸控螢幕時，觸控螢幕兩個連續資料訊框中的時間在數據緩衝器內是可用的。低畫面更新率會導致系統偵測動作有停頓現象，偵測到的移動路線也會變成不連續的線段，而不是流暢的曲線。換言之，若觸控面板擁有高畫面更新率，就能提供更多的資料點(Data Point)，可轉譯成流暢或完整的形狀或動作軌跡，此外，高畫面更新率亦能改進手勢的解譯功能。產業界開發的TrueTouch這類智慧型觸控螢幕控制器，能調整其畫面更新率來配合系統需求。手繪或手寫應用需要相當高的畫面更新率，但手機撥號鍵盤僅須在使用者按下或放開按鈕時，截斷主控端即可。 

    透過創新休眠/喚醒模式降低功耗 

    觸控系統的平均功耗，包括控制IC的作業的時間掃描、時間處理、時間傳達、休眠等，及主處理器收到與解譯觸控資料的時間。 

    功耗似乎是很常見的效能參數：量測裝置消耗的電流，再乘以電壓，就能推算出功耗。在觸控面板的功耗方面，需要更精密的計算公式，因為不同使用模式會產生不同功耗。手機的待機時間取決于觸控螢幕的待機或休眠模式消耗的電流。 

    即使當觸控螢幕在運作時，還分成許多種模式，像是觸碰喚醒(WOT)、觸碰及面頰偵測(Cheek Detect)，如接一通5分鐘來電，正在檢視或輸入電話號碼時，手機可能切換至觸控模式達10秒，之后再切換至提醒通話時的WOT或面頰偵測模式。即使在傳送文字訊息(SMS)時，仍是混合WOT模式與實際手指接觸，像在輸入按鍵或想東西時，控制IC會在各種睡眠模式之間進行切換。 

    若不考慮這些功耗模式，就會很容易被系統耗電量所誤導，在大多數的情況中，觸控螢幕90～99%的時間都是切換至面頰偵測模式及觸碰喚醒模式。有些系統允許使用者自行設定處理時間與休眠模式的比例，甚至手指仍置于面板的時候。若系統僅回報仍有手指置于相同位置，就不太需要200MHz的畫面更新率。想要開發一個高效能觸控螢幕，必須運用休眠模式的低功耗系統，并搭配創新的休眠與喚醒模式來作業。 

    系統研發人員在設計一個電容式觸控螢幕系統時，須考量許多其他重要因素。 

    鏡片厚度/介電常數影響手指電容 

    是指手指與單一感測器元件之間量測到的電容。量測手指電容時，是使用一隻真實手指，而不是金屬的機械手指，以確保測得符合實際狀況的數據。影響迴授電容(CF)的因素包括覆蓋上層的鏡片厚度及覆蓋外層材料的介電常數。

    系統雜訊水平為資料轉換器輸入值

    系統雜訊水平(Noise Floor)是指電容至數位轉換器輸出端所量測到的雜訊，是資料轉換器的輸入(電容)值。 

    憑藉準確類比前端元件提升訊噪比 

    訊噪比(SNR)為感測器測得的手指訊號除以觀測到的量測雜訊。這不僅是一個結合上述兩項數值的重要縮寫名詞，業者必須深入了解它，才能開發出高效率的觸控面板，系統必須能容納、調適及濾除行動系統中的寄生雜訊。要觀測高訊號數與極少的雜訊數，可考慮針對觸控功能採用準確的類比前端元件。 

    像TrueTouch系列可編程解決方案這類的產品，就可在濾除雜訊方面提供許多絕佳的機制。PSoC可編程類比元件能重新組態，以整合持續一段時間的訊號，藉此濾除雜訊。不同的訊號頻率，包括展頻與虛擬隨機頻率，亦可用來避免電磁干擾。標準的數位濾波器能移除1～2位元的訊號抖動或提供類似IIR的低通濾波器。智慧型數位濾波器能比對附近區域偵測到的樣本，濾除不正常的樣本，智慧型濾波器僅受限于系統設計人員的創意。圖3顯示一個元件的雜訊水平范例，及偵測到的觸控行為。在這個例子中，擷取到的SNR為5。

圖3:訊噪比(SNR)范例

    了解與掌控重要的觸控螢幕效能參數，就能大幅改進觸控螢幕的設計。了解這些標準，亦有助于選擇理想的設計伙伴，這些業者擁有適合的技術，能妥善因應行動消費性產品的雜訊與電氣問題。 

    觸控螢幕吸引人的優點，就在于外表看似簡單的設計。在取代笨重的按鈕、軌跡球或不易讀的螢幕后，觸控螢幕帶來一種全新的操作模式，創造出令人喜愛的經驗。然而觸控螢幕的困難處在于，想要提供美觀簡潔的設計，必須採用精密複雜的硬體、韌體及製造技巧。掌握觸控螢幕的要點、重要的設計參數、關鍵的觸控螢幕效能參數、以及觸控螢幕在設計時所衡量取捨的因素，是開發撼動市場觸控螢幕產品的第一步。