觸摸屏技術

觸摸屏技術簡介

05月04日

分類：觸摸屏技術

　　觸摸屏作為一種新的人機交互設備，正受到越來越多的用戶和開發商的關注。它是目前最簡單、最方便的輸入設備。

　　在公共信息查詢領域，為了操作上的方便，人們使用觸摸屏代替鼠標和鍵盤，設計人員可以通過軟件設計出適合各種不同的用戶界面，使用者不需要專門的操作知識，只需要根據功能圖標輕觸顯示屏幕上的響應位置，就能實現需要的操作，使用起來簡單、快捷，極大方便了不懂電腦操作的普通用戶。這種新興的人機交互方式，使多媒體應用呈現出嶄新的面貌，給用戶帶來更優秀的體驗。

　　在便攜設備，特別是手機應用領域，通過使用觸摸屏技術，設計者可以徹底摒棄數字鍵盤占用的空間，增加手機屏幕的顯示空間，如此一來，手機的娛樂功能得到了極大的提升，開發者就能夠更自由的發揮自己的創意，給用戶帶來更多新奇的功能和應用。觸屏手機最大的特點在于它那超大的屏幕，可以使用者帶來視覺的享受，無論從文字還是圖像方面都體現出大屏幕的特色。

　　本文提供了一些觸摸屏的基本原理的簡單介紹，希望能給廣大用戶一些幫助。

　　觸摸屏的分類及其原理

　　通常，觸摸屏系統由觸摸檢測傳感部件和觸摸屏控制器兩部分器件組成。前者采集用戶的觸摸信息并傳送到控制器，后者通過對接收到的信息進行處理，得到用戶的觸摸位置，并將位置信息發送給上一層的主機，同時接收主機發送的控制命令并加以執行。

　　觸摸屏的主要分類

　　從技術原理上區分，觸摸屏可以分成四個基本種類：紅外技術觸摸屏、表面聲波觸摸屏、電阻觸摸屏、電容觸摸屏。下面將對以上四種觸摸屏技術進行簡單的介紹。

　　1、紅外技術觸摸屏

　　該觸摸屏由安裝在觸摸屏外框上的紅外發射和接收器件構成。發射器件在屏幕表面形成紅外檢測網，任何物體都可改變觸點的紅外線而實現觸摸的檢測。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適合條件惡劣的工作環境，價格低，安裝方便，響應速度快。紅外現在應用開始廣泛化了，一般都是用于大型設備，比如電視上主持人的觸摸大電視，壽命一般，準確率高，支持多點，透光率最好，最高100%。

　　2、表面聲波觸摸屏

　　表面聲波是沿介質表面傳播的機械波。此類觸摸屏由觸摸屏、聲波發生器、反射器和聲波接收器組成。其中聲波發生器產生一種高頻聲波跨越屏幕表面，在手指觸摸時，觸電上的聲波被阻止，聲波接收器由此確定坐標位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環境因素的影響，分辨率極高，有極好的防刮性，使用壽命長，透光率好，沒有漂移，表面也不怕劃，缺點是怕水和油污，臟了要維護。

　　3、電阻式觸摸屏

　　電阻觸摸屏是一塊與顯示屏表面匹配的多層復合薄膜。該結構以一層玻璃作為基層，表面涂一層透明的導電層（ITO，氧化銦），上層再覆蓋一層防刮的塑料層，它的內表面也涂有一層ITO，四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成，五線和七線觸摸屏由一個阻性層和一個導電層組成，通常在兩層導電層之間有許多細小（小于千分之一英寸）的透明隔離點把它們分隔開。當觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進行按壓)足夠大時，頂層與底層之間會產生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產生代表X坐標和Y坐標的電壓。

　　為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標，需要對一個阻性層進行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時，將未偏置的那一層連接到一個ADC的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發生接觸時，電阻性表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與接地邊之間的電阻相當于分壓器中下面的那個電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比。電阻式觸摸屏的優點是它的屏和控制系統都比較便宜，反應靈敏度也很好，而且不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏,它們都是一種對外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，能適應各種惡劣的環境。它可以用任何物體來觸摸,穩定性能較好。缺點是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導致觸摸屏不可用，多層結構會導致很大的光損失，對于手持設備通常需要加大背光源來彌補透光性不好的問題，但這樣也會增加電池的消耗。

　　4、電容觸摸屏

　　電容式觸摸屏的結構主要是在屏幕上鍍上一層透明的導電層（ITO），再在外層覆蓋一塊保護玻璃，雙玻璃結構能更有效的保護導體層及感應器。

　　按工作原理的不同，電容觸摸屏又可大略分為表面電容觸摸技術（surface capacitivetouch）和投射式電容觸摸技術（projected capacitive touch）。

　　表面電容觸摸技術（SCT）：

　　SCT面板是一片分布均勻的ITO層，面板四個角落各有一條引線與SCT控制器相連接。SCT控制器內部的驅動電路對面板進行充電，形成一個均勻的電場，當手指觸摸時，電場改變，引起微量的電流流動。此時IC內的檢測電路分別解析四條聯線的電流量，并根據各點的數據量推算出X、Y的坐標。為了克服干擾，可以利用硬件過濾器或軟件濾波器對對推算出來的坐標值進行處理。

　　投射式電容觸摸技術（PCT）：

　　PCT是建立于矩陣的概念上的。在觸摸屏制作部分，PCT面板的ITO經過蝕刻而產生特定圖案，以提高各觸點的信噪比，增強識別精度。根據掃描方式，一般又可以分成自電容和互電容兩種：

　　自電容，通常是指掃描電極與地構成的電容。在玻璃表面，用ITO制成橫向和縱向的掃描電極，這些電極與地之間構成一個電容的兩極，當人手指觸摸時，人體產生的電容將并聯到電路之中引起電容的變化，電容控制器通過偵測到這一變化值推算出觸點的坐標值。

　　互電容，一般是指在玻璃表面的橫向和縱向ITO電極之間形成的耦合電容。互電容的檢測方式就是通過檢測每個交叉點的電容變化來判斷觸摸點的位置。當人體觸摸時，電極的電場受到人體的影響而減小，從而影響耦合電容的大小。電容控制器能夠偵測到電容值的變化，通過對這些變化進行處理，就能得到精確的坐標信息。因為互電容的掃描方式是檢測每個交叉點的電容值變化，所以它需要的掃描時間較長，需要檢測X*Y個數據，但是正是由于這種檢測方式，它可以實現真正的多點觸摸檢測。

　　對以上幾種觸摸屏技術進行比較可以發現，對于一般公共信息及工控領域，使用觸摸屏的尺寸都比較大，對穩定性的要求較高，故而紅外技術觸摸屏和表面聲波觸摸屏由于其強抗干擾行和穩定性，具有較大的市場。而對于便攜式設備（手機、MP4等娛樂設備），電阻式和電容式觸摸屏是更好得選擇。

　　如今，觸摸技術已經在手機市場大行其道，觸屏手機更成為各大廠商競爭的焦點。而在這個觸摸屏手機的發展浪潮中，由于電容式觸摸屏輕觸就能感應，使用方便。而且手指與觸控屏的接觸幾乎沒有磨損，性能穩定，經機械測試使用壽命長達30年。隨著制造工藝的提高，以及電容觸摸技術的發展，電容觸摸屏模組的價格逐步下降，電阻式觸摸屏由于其自身長期為人們所詬病的使用壽命和透光率等問題，將逐漸被電容式觸摸屏所取代。

　　比亞迪微電子股份有限公司，下屬部門擁有電源管理、MOSFET、camerasensor、觸控IC等多個項目團隊，是國內自主研發能力相當強勁的IC設計公司。其中觸控IC項目團隊成立于2006年，是國內從事觸摸控制芯片研發比較早的公司之一。經過多年的技術積累，現以形成了支持touchkey（電容觸摸按鍵）、touchpad（筆記本觸摸板）和touchpanel（電容觸摸屏）等多個觸摸應用領域的完整產品線。　　

　　在電容觸摸屏觸摸屏應用領域，BYD擁有自主知識產權的自電容觸摸芯片BF692xC系列芯片能夠完美支持當前主流的菱形觸摸屏。該系列芯片除了能夠實現電容信息的檢測之外，還在內部集成功能強大的8位MCU，能夠實現多種擴展功能，如：人體接近感應、環境光檢測，并且擁有極其強大的抗干擾能力以及防水功能，能夠為客戶提供更有競爭力的觸控方案。比亞迪微電子觸控IC突出優勢是：高防水效果、高精確度、高信嗓比、快速響應、高刷新率、低功耗、工作電壓范圍大等。　　

　　高防水效果：比亞迪微電子BF692X系列IC從硬件和軟件方面分別設計了防水功能，兩者緊密相聯，實現防水功能，用戶不會因為手指上的水滴而出現誤觸控的情況，經比亞迪微電子設計人員測試，BF692X系列IC防水厚度能達到３mm。這是觸控界許多知名IC廠商做不到的。

　　高精確度：比亞迪微電子設計人員通過精密的硬件架構及軟件算法優化底層原始點，從而實現用戶觸控的高精確度，在用戶觸控過程中不會出現手指游移的情況，這使得虛擬鍵盤以及無觸控筆操作更人性化，更精準。

　　高信嗓比：信嗓比的高低是衡量觸控效果的重要標準，如果信嗓比很低，觸控效果肯定是很差的，所以，要想達到好的觸控效果，提高信嗓比是極其重要的。比亞迪微電子BF692X系列IC正常情況下信嗓比一般能達到40：1，甚至更高的信嗓比，這無疑是為用戶的人性化觸控提供了強有力的保障。

　　快速響應：響應時間也是衡量觸控效果的必要標準，因為它直接影響用戶在屏幕上移動手指的速度，進行“平移”“放大”等操作，以及用手指或者電容觸控筆在屏幕上書寫。響應慢的觸控IC會檢測不到觸控動作。比亞迪微電子BF692X系列IC使用不同的硬件掃描、手指處理，采用高度優化的算法進行手指檢測手指定位等，來達到快速響應。

　　高刷新率：如果IC刷新率低會導致動作抖動，手指移動線路會變成不連續的線段，而不是連續的曲線。比亞迪微電子BF692X系列IC高刷新率，能滿足用戶的快速操作。

　　低功耗：對于電子產品來說功耗通常都是放在第一位的，如果觸控IC功耗太大，將直接使移動電子設備終端電池續航能力大打折扣，然而比亞迪微電子BF692X系列IC正常工作模式下電流5ma，休眠模式下電流30uA，該參數已達到國際主流觸摸芯片的功耗水準。

　　工作電壓范圍大：比亞迪微電子BF692X系列IC正常工作電壓是3.3V，然而，一般情況下，觸控IC的工作電壓是不穩定的，尤其是在電子產品電量不足的情況下，電壓下降更為明顯。但是比亞迪微電子BF692X系列IC的工作電壓適應范圍大，在2.7V~5.5V都能正常工作，實現完美觸控效果。

　　在最新一代自電容觸摸芯片BF695xA系列芯片中，除了繼承上述BF692xC系列芯片的各項有點的基礎上，BYD還開發出了一個擁有自主專利的單層ITO設計方案。在此方案中，觸摸屏不僅能夠實現真正的兩點觸摸，并且由于使用結構簡單的單程圖案設計，模組的良率和成本將大幅提高，給客戶提供了一個更具有競爭力的電容觸控方案。

　　針對中高端手機觸摸屏而言，BYD最新研發成功的BF693xA系列芯片不僅通過其強大的32位內核MCU的數據處理能力以及基于互電容檢測方法實現的多點檢測模塊，可以實現多達10個觸摸點的精確定位，單芯片最高可支持10寸觸摸屏，為客戶提供一個更具競爭優勢的多點觸控方案。

　　應用領域

　　比亞迪微電子BF692X系列IC應用廣泛,不僅能應用于手機、GPS、eBook,還能應用于MID、Tablet PC等。　　