如何對平板裝置進(jìn)行觸控感測設(shè)計

隨著采用觸控面板的行動裝置數(shù)量漸增，目前放眼望去新一代的行動裝置，大多揚(yáng)棄傳統(tǒng)機(jī)械式壓按開關(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，觸控感測器也提供了非面板形式的全觸控操作設(shè)計解決方案。

自Apple推出iPhone、iPod Touch與iPad等熱門的觸控行動裝置后，讓使用者重新體會觸控產(chǎn)品的應(yīng)用便利性，同時在操作習(xí)慣上也產(chǎn)生另一種變化，消費(fèi)性商品開始嘗試導(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)計整合。

觸控感測器的基本運(yùn)作原理，多為采行檢測表面電容變化的機(jī)制，進(jìn)行觸點的定位與壓按動作感知，基本上當(dāng)人體部位或手指接近到感測器的金屬導(dǎo)電片時，立即會導(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時，也會改變金屬片表面的電場產(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器搜集、處理回饋觸點座標(biāo)、動作形式等資訊，即最基本的觸按機(jī)制感側(cè)過程。

圖示：觸控IC解決方案可節(jié)省觸控設(shè)計導(dǎo)入的開發(fā)時程

觸控解決方案所采行的電容感測技術(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，多半無法采目測或是機(jī)械式量測液位，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)，多年來一直采行透過電容檢測機(jī)制來量測密封化學(xué)原料槽中的液體位置，除液位外也可衍生測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)計機(jī)制，多半也是工業(yè)觸控解決方案的設(shè)計延伸，只不過是系統(tǒng)的尺寸縮小許多，量測的機(jī)制與回饋資訊會更細(xì)致一些。

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

觸控感測器基本上多半提供通用型的觸按機(jī)制，其實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，在電子電路的實踐設(shè)計中，多半是透過可變電阻元件或是光感應(yīng)器搭配機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，若采可變電阻的傳統(tǒng)設(shè)計，零件容易因時間而老化，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，雖然可以克服受潮或是元件老化問題，但因機(jī)械結(jié)構(gòu)有一定的厚度，不適宜用于行動裝置開發(fā)。

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

而以觸控感測器為基礎(chǔ)的人機(jī)介面設(shè)計，通常是透過周期性頻繁的感測檢驗電容變化，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內(nèi)部參考值作為基準(zhǔn)，但取得的原始資料并無法直接100%對應(yīng)面板觸點位置，因為觸按面的電阻值和距離感測器位置的電路阻抗都會有影響，必須再將原始資料經(jīng)過實際觸點與電極取得資料的轉(zhuǎn)換，制成一參照數(shù)據(jù)表，讓感測晶片可以直接輸出觸點的絕對座標(biāo)。

在整個觸按機(jī)制中，準(zhǔn)確判斷觸點座標(biāo)，只是觸按人機(jī)介面設(shè)計的第一步，其實必須做的相關(guān)機(jī)制設(shè)計，例如，觸按壓力、觸按搭配Click操作、兩指觸按偵測、多指觸按偵測等，都會影響觸按平面的電容感測值差異，也會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，實際設(shè)計中系統(tǒng)開發(fā)團(tuán)隊只要專心實踐觸控人機(jī)介面的相關(guān)應(yīng)用功能。

先前談到，觸控IC偵測、判斷觸點位置與觸按方式的機(jī)制，為采用相對變動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)會有不同的介電常數(shù)，而觸按的接觸表面積差異也會有相對影響，以不同材質(zhì)來說，例如手指、塑膠、橡膠、皮革、水等，都會有不同的偵測敏感差異。

觸控點的偵測強(qiáng)度，會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)，也會對觸控強(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，更要考量復(fù)雜的觸按狀況，例如，于廚房或戶外環(huán)境，感測起可能因為水、食用油脂或是環(huán)境不同，而出現(xiàn)感測結(jié)果上的差異。

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與簡單的觸按感測，目前因應(yīng)多點、多觸控機(jī)制的感測IC相當(dāng)多，也具備高解析度的觸點偵測條件，尤其是早期采分離式的觸按人機(jī)介面開發(fā)設(shè)計，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、耦合等問題，正逐步把影響范圍控制在觸控IC本身，而在實際設(shè)計中觸控IC可能會因為擺位、與電源的距離、電路節(jié)點數(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，觸控感測控制器可采行簡易的SPI或I2C介面與微控制器進(jìn)行連接。