触控技术从高性能向多样化应用发展

触控技术从高性能向多样化应用发展

        以iPhone的推出为时间节点，人们从正式认识到触控技术带来的人机交互革新到“触控无处不在”，转眼已经过去了4年时间。在这段时间内，除了从电阻式触控过渡到电容式触控、从单点触控发展到多点触控外，触控技术还经历了一系列的发展提升，比如更高精度、更快响应速度等。此外，触摸屏的架构也从层叠技术向外挂式(on-cell)和嵌入式(in-cell)进行升级。

        由于触控技术的主要作用是通过简化人机交互来提升用户体验，因此对于触控IC厂商来说，应用市场的需求是其发展相关技术的主要根基。这类厂商的技术研发主要分为两步：先用高性能的触控技术满足市场的基本需求，再用创新的技术来引领新的应用热潮。

        高性能挑战：准确度、噪声与功耗

        传统的按键式触控相对“粗线条”，只要对按键行为进行快速反馈即可，而随着触控技术向多点触控、屏幕触控方向发展，触控应用对技术的高准确度、高精度、低噪声、快速响应时间以及低功耗等性能都提出了更高的要求。例如是否能在多点触控时正确反应每个手指的操作，触控屏是否能在较潮湿的环境下正常工作等，都成为了用户衡量触屏技术的重要指标。

        单就提升触摸的准确度来说，爱特梅尔公司(Atmel)触摸产品营销总监Binay Bajaj认为准确跟踪多个输入是一大设计挑战。对此，爱特梅尔的maXTouch技术采用了互电容技术。“互电容技术将发射电极和接收电极置于一个正交矩阵中—这实际上是一个微型触摸屏阵列。由于可以单独测定矩阵中每个点的电容耦合，多点触摸的报告坐标不存在模糊性，因此具有更高准确度，可带来更好的用户体验。”而触控专家赛普拉斯(Cypress)的触控技术则是采用了同步分析自电容和互电容传感器的差分信号来解决触控准确度的问题。“在真实应用环境下，对触控准确度的把握更具挑战。例如在雨天、湿手的情况下使用触摸屏时，会带来误响应、低精度甚至是失灵的难题，系统单是依靠电容传感器无法区分手指触控和水滴‘触控’之间的区别，同步分析自电容和互电容传感器的差分信号是很好的解决办法。” 赛普拉斯市场总监John Carey表示。

        在触控精度方面，赛普拉斯已经推出了针对细微触控应用的技术。据介绍，传统的电容笔是模拟了手指的尺寸和导电性，这使得其在处理书写和绘画等专用任务时，很难达到用户需要的精度和灵敏度。而赛普拉斯现可支持1mm笔尖的触控，可提供真实的手写性能体验。该公司TrueTouch系列产品提供的快速刷新率可保证在触摸屏上的手写体验与在纸上的手写体验相类似。“这同样也得益于我们独有的同时可支持自电容、互电容的单芯片解决方案。” Carey表示。

        噪声是触控技术面临的另一大难题。“尤其是在层叠、外挂式、嵌入式等多种拓扑格式下，显示屏带来的噪声给触控性能带来了很大的冲击。” Carey指出。目前赛普拉斯主要采用嵌入式技术来中和噪声，并已经开发出容易集成到触控屏系统中的独特的具有专利的单芯片解决方案。Bajaj也指出，触控技术必须能够降低包括LCD屏幕噪声、充电器噪声，以及环境噪声(WiFi网络和微波炉的噪声)等在内的噪声。“爱特梅尔新的maXTouch E系列电容式触摸引擎(CTE)采用智能硬件过滤解决了这个问题，确保即使较大的噪声尖峰也不会影响触控性能。” Bajaj表示。据介绍，maXTouch E系列CTE具有频率捷变(frequency agility)的特性，能够在更广的安静频率范围内扫描触摸传感器，并自动切换以避免噪声，而该器件所采用的硬件过滤技术则能够在噪声影响测量准确性或响应时间之前抑制噪声，从而降低功耗、提高信噪比(SNR)。目前maXTouch E能够准确检测非常轻的触摸，包括无源手写笔的触摸，还可以识别和跟踪直径小于2mm的手写笔，并同时独立报告任何手指输入。

        功耗是发展触控技术时不容忽视的难题。据悉maXTouch技术可让IC在扫描后进入“睡眠”状态，从而节约电能并延长电池寿命。此外，maXTouch方案还提供名称为picoPower的专有低功耗技术。“所有picoPower器件从开始设计阶段就考虑实现尽可能低的功耗，涵盖了晶体管设计、工艺几何特征、睡眠模式和灵活的时钟选项等。picoPower器件可以在低至1.62V条件下运行，而同时仍保持其所有功能，包括模拟功能。即使从最深沉的睡眠模式唤醒，所需唤醒时间也很短。” Bajaj表示。

        在提升触控技术各个性能参数的同时，技术创新也成为了各厂商竞争市场的法宝。例如赛普拉斯可提供真正的单层传感解决方案，该方案用只有一半的厚度提供和双层传感解决方案相类似的高精度、高线性度和快速响应时间。除此之外，Carey表示单层解决方案还有另外两大好处：一是降低材料成本，可节省约40%的传感器费用；二是其超薄的特性可以帮助厂商打造更轻薄的设计。此外，单层传感器还可以提升光透射以及生产良率，并具有低功耗的特性。