北京時間01月25日消息，中國觸摸屏網訊， 隨著使用者介面朝更簡潔、更直覺的方向演進，觸控介面簡化人機介面特性，被廣泛應用到各種應用中，未來甚至有機會取代傳統機械按鍵的功能。因此，即便在蘋果(Apple) iPhone與微軟(Microsoft)的Windows 7熱潮帶動下，業界普遍將關注焦點放在觸控螢幕解決方案，但觸控按鍵的應用商機依然不容小看。
 
    觸控螢幕與觸控按鍵方案無疑將扮演帶動未來多點觸控市場發展的雙核心，但由于兩種應用領域的需求不同，因此其技術架構與設計實作上的挑戰也大相逕庭。本文將針對電容式觸控按鍵的技術與設計實例進行深入剖析。 

    電容式觸控無所不在

    本文來自：http://www.zc28898.cn/touchscreen/news/front/201001/25-5083.html

    電容式觸控技術從發明至今，已有數十年歷史。由于其技術特性可實現完全氣密式的外觀機構設計，對于有特殊防水需求的電子產品相當有吸引力，因此電容式觸控技術早年多半被應用在廚房小家電領域。除此之外，機械式的旋鈕或按鍵也有操作次數的限制，因此繼廚房家電之后，如冰箱、洗衣機、微波爐等產品生命週期較長的家電產品，也紛紛開始導入電容式觸控按鍵，以藉此降低維修和售后服務的成本。 

    事實上，即便電容式觸控技術目前已在液晶電視、可攜式多媒體播放系統、手機、筆記型電腦等資訊娛樂產品上日益普及(圖1)，家電用品和白色家電等傳統應用領域仍是相關零組件供應商不能輕言放棄的應用大宗市場。 

圖1:電容式觸控技術在各種資訊娛樂產品上的應用。

    正由于電容式觸控技術的應用領域高度多元化，因此對元件供應商而言，其解決方案的應用彈性能否滿足不同應用需求，便成為能否獲得客戶青睞的關鍵。除此之外，為了盡可能滿足各種應用需求，縮小元件封裝尺寸也是觸控晶片的發展趨勢之一(圖2)。

圖2:觸控晶片的封裝尺寸日益微縮，將有助于開啟更多新應用市場。

    靈敏度/抗干擾能力　考驗供應商技術實力

    就電容式觸控按鍵的設計導入而言，解決方案的靈敏度與抗干擾能力是影響產品開發週期長短、實作良率與介面反應性能的關鍵。這兩項指標規格越佳，則客戶的印刷電路板(PCB)設計便可以更有彈性，因此設計和驗證的時間可以大幅縮短。 

    以下將以意法半導體(ST)所推出的新一代S-Touch電容式按鍵控制晶片(圖3)為基礎，介紹其在各種不同型態的按鍵配置中所搭配的PCB設計實例。新一代S-Touch觸控解決方案的最主要特點在于內建可支援八組脈衝寬度調變(PWM)的通用輸入/輸出(GPIO)接腳，可以實現各種發光二極體(LED)呼吸情境設定，且內建兩組高解析度滑桿(Slider)/旋輪(Wheel)引擎，并且有極佳的雜訊抑制和自動校正功能。

圖3:新一代S-Touch晶片的功能方塊圖

    其中前兩項是目前觸控按鍵應用最熱門的兩種設計風格，因為電容式觸控按鍵無法像機械式按鍵般提供回饋力道，因此終端產品製造商通常會搭配LED燈號的明/暗、亮/滅來顯示按鍵狀態。 

    以往產品研發團隊要實作這些LED控制時，多半須外掛LED控制晶片，但新一代的觸控晶片解決方案已可直接支援LED控制功能。以S-Touch為例，透過晶片內部的PWM陣列架構，該晶片最多可透過十六個GPIO支援PWM輸出，且針對每個GPIO支援最多八組PWM輸出設定。透過這樣的設計，按鍵模組毋須外加LED控制器，便可輕易做到LED呼吸情境的設定，有助于降低材料成本。 

    滑桿或旋輪則是目前在可攜式多媒體播放器或筆記型電腦的多媒體控制板常見的介面設計方式。這些新型態的介面可視為一種特殊型態的按鍵，與傳統按鍵只須回報開啟/關閉事件不同，須具備更高的解析度。因此在晶片設計端，最理想的解決方法是透過內建的高解析度引擎來進行滑桿或旋輪的座標或觸控方向計算。根據滑桿或旋輪的大小，設計人員可使用三至八個電容感應接腳來設計，每個計算引擎最多可支援到二百五十六階解析度。 

    在雜訊抑制方面，意法半導體的晶片設計團隊在新一代觸控晶片中增加了許多過濾干擾的機制，例如偽隨機取樣(Pseudo-random Sampling, PRS)和中值濾波器(Medium Filter)，其中PSR的工作原理為進行取樣時，晶片會先加載一偽隨機頻率，使晶片以非等頻的方式來做資料取樣，如此便可將固定頻率的干擾，例如直流對直流轉換器(DC-DC Converter)所產生的干擾訊號充分過濾掉。 

    這點對于資訊產品應用而言相當關鍵，因為像筆記型電腦或可攜式媒體播放器等產品均內建液晶顯示顯示器(LCD)，且多半與觸控按鍵的實體距離相當接近，而對電容式觸控而言，LCD螢幕正是最主要的干擾訊號源之一。 

    在進行過PRS之后，中值濾波器機制會將取樣到的資料先行排序，接著再將最有可能受到干擾的資料(通常是數值最高和最低的資料)刪除后，最后將保留下來較可靠資料作平均，才視為一筆終端的資料。透過各項雜訊抑制機制，觸控晶片的抗干擾能力便可顯著提升。圖4為導入新抗干擾機制前后的訊號對照圖。

圖4:抗干擾機制導入前(上)與導入后(下)的訊號比較圖