針對(duì)平板裝置的觸控感測(cè)設(shè)計(jì)

隨著采用觸控面板的行動(dòng)裝置數(shù)量漸增，目前放眼望去新一代的行動(dòng)裝置，大多揚(yáng)棄傳統(tǒng)機(jī)械式壓按開(kāi)關(guān)，改行全螢?zāi)挥|控或搭配部分觸控介面，不只是觸控面板熱門，觸控感測(cè)器也提供了非面板形式的全觸控操作設(shè)計(jì)解決方案。

自Apple推出iPhone、iPod Touch與iPad等熱門的觸控行動(dòng)裝置后，讓使用者重新體會(huì)觸控產(chǎn)品的應(yīng)用便利性，同時(shí)在操作習(xí)慣上也產(chǎn)生另一種變化，消費(fèi)性商品開(kāi)始嘗試導(dǎo)入更便捷的觸控解決方案，借以取代較易老化、故障或是進(jìn)塵、腐蝕的機(jī)械式開(kāi)關(guān)，平面式的配置也很容易與多數(shù)電子裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)整合。

觸控感測(cè)器的基本運(yùn)作原理，多為采行檢測(cè)表面電容變化的機(jī)制，進(jìn)行觸點(diǎn)的定位與壓按動(dòng)作感知，基本上當(dāng)人體部位或手指接近到感測(cè)器的金屬導(dǎo)電片時(shí)，立即會(huì)導(dǎo)致金屬材質(zhì)的導(dǎo)電片產(chǎn)生電容值的細(xì)微變化，而當(dāng)手指或身體導(dǎo)電部位在金屬片上移動(dòng)時(shí)，也會(huì)改變金屬片表面的電場(chǎng)產(chǎn)生改變，進(jìn)而使電容值出現(xiàn)變化，將這些些微的變化利用觸控感測(cè)器搜集、處理回饋觸點(diǎn)座標(biāo)、動(dòng)作形式等資訊，即最基本的觸按機(jī)制感側(cè)過(guò)程。

圖示：觸控IC解決方案可節(jié)省觸控設(shè)計(jì)導(dǎo)入的開(kāi)發(fā)時(shí)程

原為工業(yè)用途居多轉(zhuǎn)消費(fèi)性發(fā)展應(yīng)用多元

觸控解決方案所采行的電容感測(cè)技術(shù)，在早期多半使用于工業(yè)生產(chǎn)流程必備的各液槽感測(cè)應(yīng)用，在石化或是大型工廠中，各式化學(xué)材料液槽，多半無(wú)法采目測(cè)或是機(jī)械式量測(cè)液位，壓力、溫度等關(guān)鍵數(shù)值均有成熟的解決方案可使用，但液位就因內(nèi)容物的差異而不容易解決。

工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)系統(tǒng)，多年來(lái)一直采行透過(guò)電容檢測(cè)機(jī)制來(lái)量測(cè)密封化學(xué)原料槽中的液體位置，除液位外也可衍生測(cè)量濕度或材料成分等應(yīng)用，今日的消費(fèi)性電子采行的小范圍觸控設(shè)計(jì)機(jī)制，多半也是工業(yè)觸控解決方案的設(shè)計(jì)延伸，只不過(guò)是系統(tǒng)的尺寸縮小許多，量測(cè)的機(jī)制與回饋資訊會(huì)更細(xì)致一些。

圖示：QTouch　Suite可以整合更多的功能，搭配第三方CAD開(kāi)發(fā)工具導(dǎo)入QTouch技術(shù)設(shè)計(jì)

　 不只按鈕 滑桿、近接均可感測(cè)

　 觸控感測(cè)器基本上多半提供通用型的觸按機(jī)制，其實(shí)在用于滑桿形式的操作應(yīng)用取代，有使其應(yīng)用表現(xiàn)更佳的效益，多數(shù)滑桿形式的操作方式，在電子電路的實(shí)踐設(shè)計(jì)中，多半是透過(guò)可變電阻元件或是光感應(yīng)器搭配機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，若采可變電阻的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，零件容易因時(shí)間而老化，甚至元件容易受潮產(chǎn)生故障，另一種采光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)式的滑桿設(shè)計(jì)，雖然可以克服受潮或是元件老化問(wèn)題，但因機(jī)械結(jié)構(gòu)有一定的厚度，不適宜用于行動(dòng)裝置開(kāi)發(fā)。

　 若透過(guò)觸控解決方案進(jìn)行改善設(shè)計(jì)，可以利用金屬電極的接觸或近接(proximity sensor)感測(cè)電容改變，做到近似滑桿操作的相關(guān)應(yīng)用，以感測(cè)器為核心的設(shè)計(jì)概念，可以讓人機(jī)介面更容易被開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)，制成的電子裝置在操作方面可以更直觀、簡(jiǎn)單。

　行動(dòng)裝置因應(yīng)環(huán)境差異觸控設(shè)計(jì)改善關(guān)鍵

　 而以觸控感測(cè)器為基礎(chǔ)的人機(jī)介面設(shè)計(jì)，通常是透過(guò)周期性頻繁的感測(cè)檢驗(yàn)電容變化，一般可利用金屬接面的電路阻抗去換算回推，通常取得的是觸按面板的一個(gè)內(nèi)部參考值作為基準(zhǔn)，但取得的原始資料并無(wú)法直接100%對(duì)應(yīng)面板觸點(diǎn)位置，因?yàn)橛|按面的電阻值和距離感測(cè)器位置的電路阻抗都會(huì)有影響，必須再將原始資料經(jīng)過(guò)實(shí)際觸點(diǎn)與電極取得資料的轉(zhuǎn)換，制成一參照數(shù)據(jù)表，讓感測(cè)晶片可以直接輸出觸點(diǎn)的絕對(duì)座標(biāo)。

　 在整個(gè)觸按機(jī)制中，準(zhǔn)確判斷觸點(diǎn)座標(biāo)，只是觸按人機(jī)介面設(shè)計(jì)的第一步，其實(shí)必須做的相關(guān)機(jī)制設(shè)計(jì)，例如，觸按壓力、觸按搭配Click操作、兩指觸按偵測(cè)、多指觸按偵測(cè)等，都會(huì)影響觸按平面的電容感測(cè)值差異，也會(huì)造成后處理原始資料的技術(shù)難度，所幸這些繁復(fù)的運(yùn)作都由觸控IC解決方案整合，實(shí)際設(shè)計(jì)中系統(tǒng)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)只要專心實(shí)踐觸控人機(jī)介面的相關(guān)應(yīng)用功能。

　不同介質(zhì)的觸按偵測(cè)差異

　 先前談到，觸控IC偵測(cè)、判斷觸點(diǎn)位置與觸按方式的機(jī)制，為采用相對(duì)變動(dòng)性較大的表面電容值改變，而改變電容值的因素相當(dāng)多，其中影響較大的就是介質(zhì)，每種不同的介質(zhì)會(huì)有不同的介電常數(shù)，而觸按的接觸表面積差異也會(huì)有相對(duì)影響，以不同材質(zhì)來(lái)說(shuō)，例如手指、塑膠、橡膠、皮革、水等，都會(huì)有不同的偵測(cè)敏感差異。

　 觸控點(diǎn)的偵測(cè)強(qiáng)度，會(huì)隨著壓力大小與觸按表面積的增加而增強(qiáng)其電容值，而覆膜厚度與覆膜本身的介電常數(shù)，也會(huì)對(duì)觸控強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響，尤其是當(dāng)裝置必須在惡劣條件下使用時(shí)，更要考量復(fù)雜的觸按狀況，例如，于廚房或戶外環(huán)境，感測(cè)起可能因?yàn)樗?、食用油脂或是環(huán)境不同，而出現(xiàn)感測(cè)結(jié)果上的差異。

　 大幅精進(jìn)的觸控IC解決方案

　早期觸控IC相關(guān)解決方案，在產(chǎn)品的支援性可能僅能做到單點(diǎn)與簡(jiǎn)單的觸按感測(cè)，目前因應(yīng)多點(diǎn)、多觸控機(jī)制的感測(cè)IC相當(dāng)多，也具備高解析度的觸點(diǎn)偵測(cè)條件，尤其是早期采分離式的觸按人機(jī)介面開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，經(jīng)常必須耗費(fèi)大量精神改善的雜訊、介面串訊、串訊干擾、耦合等問(wèn)題，正逐步把影響范圍控制在觸控IC本身，而在實(shí)際設(shè)計(jì)中觸控IC可能會(huì)因?yàn)閿[位、與電源的距離、電路節(jié)點(diǎn)數(shù)量等，影響其工作表現(xiàn)。

　 加上半導(dǎo)體制程與數(shù)位類比IC在技術(shù)上的多方整合，高效能的ADC足以實(shí)踐高觸按操作表現(xiàn)的人機(jī)介面，而不管是采行類比或數(shù)位方式，觸控感測(cè)控制器可采行簡(jiǎn)易的SPI或I2C介面與微控制器進(jìn)行連接。