使多点触摸屏超越智能手机范畴的控制IC

要点

1.现在，除了高端智能手机和平板电脑以外，用户还期望在其它应用中使用触摸屏，它们正逐步现身于汽车和仪器中。

2.在电容式触摸屏与较廉价但响应不快的电阻触摸技术的竞争中，成本是应用的一个约束因素。

3.触觉技术试图模拟真实世界的感受环境，其价格正在下降，可能在游戏市场上获得第一个进展。

自上次EDN研究触摸屏后(参考文献1)，触摸屏已经在智能手机中确立了自己的地位，并正在寻机进入更低价的“功能手机”，因为手机商期望从高端手机市场攫取一些份额。像iPad这类平板电脑，以及最新的Kindle Fire也助长了触摸屏的普及。由于用户越来越熟悉消费电子中的交互式且变化多端的触摸屏，因此他们希望在其它非传统触摸屏领域也有相同水平的互操作性，如汽车、医疗电子和工业设备等。

触摸屏面世已有几十年时间，它们通常采用的是电阻式触摸技术。使用电阻触摸屏时，用户手指的按压使屏幕外层发生物理形变，使电阻传感器接触到手指底面。电阻传感器排成一个X乘Y的阵列，并由一个薄而透明的绝缘体隔开。

注意这里用了一个词“按压”。按压是不同于触摸或扫过的一个动作。电阻触摸屏对于多点触摸手势的响应能力有限，如捏、缩放、扫和滚动等。用户一旦习惯于用这些手势操作自己的智能手机和平板电脑，就再也用不惯缺乏这些特性的简单触摸屏了。能够响应复杂手势的触摸屏通常都采用电容式检测技术。

电容检测触摸技术一般可采用自电容和互电容方式，不过也存在一些其它类型，如投射电容。自电容传感器由一系列氧化铟锡细线组成，它是一种排成XY网格的透明导电材料，X线与Y线之间有一个绝缘层。触摸网格上的某个区域会改变传感器对地的寄生电容。但是，这种方法不能处理多手指的触摸，因为传感器无法区分沿同一网格线上的多个手指。互电容可以探测到X线和Y线小交叠处的电容变化。由于交叠面积很小，因此电容也很小，但这种方法很精密，可以测出多个手指的位置。

每种方案都各有利弊。虽然自电容传感器通常无法区分出多个手指的同时动作，但它们可以产生出用于探测物体的较强电磁场，哪怕该物体并没有实际接触屏幕。互电容触摸屏则可以探测和跟踪多个手指，但手指必须接触屏幕，因为两个交叠传感器形成的电容非常小，其电磁场极其微弱。

当用户戴着手套时，手指与触摸屏之间闭合接触的需求就可能成为一个问题。电容触摸屏有这种限制，从而使人们倾向于电阻触摸屏。电阻技术在液体应用或潮湿气候下也有自己的优势，此时潮气会影响到电磁场的性能。Cypress公司的TrueTouch控制器技术尝试将自电容和互电容技术结合起来，以克服这些障碍(参考文献2)。

自电容和互电容都需要相同的XY传感器网格。在自电容情况下，控制器必须同时驱动X线和Y线。在互电容情况下，控制器发射X线，而从Y线接收。由于TrueTouch控制器IC采用了Cypress公司的PSoC(可编程系统单芯片)核心，因此控制器可以动态地配置其I/O脚，即时地将发射器转换为接收器。于是，无论控制器何时扫描传感器的网格板，它都可以同时在两种模式做探测(自电容和互电容)。自电容与互电容相结合，使人们即使戴着厚滑雪手套，也可以完成多触功能。这种能力产生了一个在汽车中的触摸屏安全问题(见附文“JD Power有关汽车安全与触摸屏的问答”)。

汽车中的触摸屏为10英寸或更大，通常大于智能手机的屏幕，后者典型尺寸约为4英寸。Atmel公司的MaxTouch系列触摸屏控制器包括通过汽车认证的mXT768E和mXT540E控制器，可用于中控台显示屏、导航系统，以及后座娱乐系统的5英寸~10英寸触摸屏。传统用于电容触摸屏的控制器都要求在多个触摸屏之间有一个屏蔽层，以防止耦合来自LCD的噪声。Atmel称MaxTouch器件提供80:1的信噪比，无需屏蔽层，能够实现单层传感器设计，从而降低成本和减小厚度(图1)。高SNR亦能够探测出一只戴薄手套的手指。一般来说，该技术可以探测厚度为1.5mm的手套，如皮、毛或棉手套。

图1，触摸屏叠层中有一个ITO屏蔽(a)。去掉这样一个屏蔽层意味着减小厚度，增加显示亮度，但可能产生LCD噪声问题(b)。