浅析电容式触摸技术

浅析电容式触摸技术

　图1中的橘色菱形图案形成了X轴方向的ITO导线（共有m条），而绿色菱形图案形成了Y轴方向的ITO导线（共有n条）;PCT控制器会依次驱动这些导线来侦测是否有因为触碰而增加的电容量变化。

　　　　以架构最简单的RC振荡方案为例。我们将X轴中的X2导线的等效电路简化于图2，形成一个由n个Rp与n个Cp所组成的RC电路，其中的Rp与Cp分别代表等效的ITO分段内阻与PCT各节点（XY轴交会处）的固有电容值。当手指接近或接触到屏时，会在屏上增加一个电容量（Cf）;对这个RC振荡电路而言，Cf的出现意味着振荡的周期变长而频率降低。借着计算手指触碰前后X2导线上的振荡周期与频率的改变，PCT控制器因而可辨别出触碰的位置，甚至还能分辨手指与屏的距离（即提供Z轴信息）。

　　表面电容式触摸技术

　　SCT面板是一片涂布均匀的ITO层，面板的四个角落各有一条出线（UR，UL，LR，LL）与SCT控制器相连接。为了能够侦测触碰点的确切位置，SCT控制器必须先在SCT面板上建立一个均匀的电场，这部份工作是由IC内部的驱动电路对面板进行充电来达到。当手指触及屏时，会引发微量电流流动;此时IC内的感测电路会分别解析四条联机上之电流量，并依照图3中的公式将触碰点的XY坐标推算出来。为了克服干扰的影响，可以利用硬件滤波器或软件滤波器对推算出的坐标值进行处理。

　　PCT与SCT两者最大差异在于，PCT有机会实现多点触摸（Multi-touch），而SCT仅能达成单点触摸（Single-touch）;依此看来，PCT似乎优于SCT，但是事实上并非全然如此。

　　PCT工作原理并不复杂，因此要提供一个示范性的原型展示并不困难;然而，当工程师们试图将PCTDemoSet转换为量产计划，准备大量复制时，各种技术挑战便纷至沓来了。主要的挑战包括以下三个方面。

　　待侦测的信号微弱（做成粗宋）易受环境影响而变得不稳定，导致触摸功能的灵敏度不一致，甚至可能有误动作产生。因触碰而产生的电容变化实际上极容易受温度与湿度影响，目前常用的对策是采用定时自动校准来克服此问题。另外，正使用的其他电器或产品本身其他功能（如手机的RF）都会对信号量测造成干扰。这部份就得从提高SNR下功夫，以软件或硬件的方式来达成;截至目前为止，IC设计业者在这方面仍有努力空间。

　　量产良率有待提升（做成粗宋）PCT技术先天具备多点触摸的优势，因此自iPhone问世以来，几乎所有的焦点都放在PCT上，触摸业界包括触摸屏厂商、IC设计公司与方案开发商均投入极大的资源进行开发;但直到今日，市场的PCT商品仍然不多，问题就在于整体生产良率仍然不高，使得成本居高不下所致。而造成良率不高的原因有：现有PCT控制器仍不够成熟，在不同应用环境下的自我调适能力仍不足，因此触摸菜单现不稳定，在此情况下只好对PCT面板的特性（如：面板之内阻值与电容值等）加以严格设限以减少变数;由于PCT控制器的能力限制，对PCT面板特性一致性的严格要求往往是造成良率低落的主因。

　　专利问题（做成粗宋）由于许多基本手势与多指触摸功能已被部份厂商申请专利并获得认可，造成PCT商品的多点优势在许多应用领域（特别是主力的手机市场）无法发挥！整体而言，PCT方案因其具备多点触摸的优势，未来必定会在市场上占有一席之地。但以目前现况看来，它仍然称不上是一个成熟的方案。

　　相较之下，虽然SCT技术在控制器设计上同样面临着电容信号易受干扰的问题，不过通过IC设计人员的持续努力，SCT方案已可广泛地应用于各种环境之下。例如伟诠电子与万达光电合作开发的SCT触摸IC（WT5750F），藉由内含于IC内之各种调整机制，可轻而易举地克服多种外在环境与触摸屏尺寸的差异，稳定地提供高质量的触摸体验。另外，为了满足手持式设备对于机构小型化的需求，伟诠电子的SCT触摸IC更在提高产品整合度上下足了功夫，所以能同时满足小型化与降低成本两项重要诉求。

　　除了IC之外，SCT的触摸屏结构也较PCT更为简单，也更容易在硬件上克服噪声干扰的问题。另外，通过工艺改良与关键技术的突破，使SCT整体解决方案具有与电阻式匹敌的成本竞争优势。以万达光电自行开发的光学镀膜技术为例，可使触摸屏的光穿透率由87%上升至97%，反射率则由12%降为2%。更重要的是，将可使光学处理的良率控制在9成以上，并省去委外加工的步骤，提高技术自主性与产能，制造成本也可大幅降低。

　　SCT技术属于电容式触摸技术之一，因此也保有电容式的诸多优点：“更佳的视觉享受”、“更轻松灵活的操控性”及“更长的使用寿命”等;再加上SCT对于触摸屏特性的要求比起PCT而言相对宽松且量产技术也更加成熟，使得它同时具备了高良率与低成本的优势。况且在实际操作中，使用者对于单点选择、单点手势与手写功能的需求急迫度更甚于多点触摸（Multi-touch），而这些功能需求恰巧都是SCT目前已能稳定提供的。因此在PCT方案成熟（功能稳定、专利问题、高生产良率与低成本）之前，SCT方案是非常符合市场期待的触摸方案。