你所不知道投射式電容觸控的祕密

圖1 一般投射式電容觸控螢幕的導電體圖樣、分布方式、及訊號擷取。AMT

投射式電容觸控應用由Apple的iPhone掀起一陣狂潮，成為當前觸控技術焦點，然而就市佔率或應用情況，它尚未比電阻式觸控面板來得普及，元件成本也是發展的重要課題，相關技術的優、缺點，更需要開發者深入了解...

當我們看到各方所提出有關投射式電容技術優點，例如，多點觸控、手勢辨認、反應速度、靈敏度、耐用性、光學特性等，作為終端產品設計或整合者，需要理性分析辨別哪些是會影響整體系統效能，如以下所列幾點。

◎如何判定觸控效能？標準為何？

◎小尺寸(如3.5”或4.3”)、中尺寸(如7”、8”、10.1”)、大尺寸(如12.1”、13.3、15”或更大尺寸)所需之投射式電容技術有何差異？

◎系統整合、單獨模組(PCB、線材)及觸控面板個別與整體實施方式，如何促使訊號被正確、迅速處理，同時將雜訊降至最低？

◎哪些環境因素會影響觸控效能？該如何防範？

對產品整合設計者(System Integrator)而言，技術適用程度、實施之可行性及複雜性都與這些考慮均高度相關，當然還包含成本考量。本文藉此提出實用設計上若干必須面對的現況、及系統整合設計者設計投射式電容觸控產品時，應有效解決的部分，若忽略這些現況或未能解決這些問題點，設計出的投射式電容觸控產品可能無法達到使用者預期效果。

投射式電容觸控之相關說明，在許多公開的文章雜誌中均可看到，相關供應廠商也各自於其網站或產品文件中詳加說明。為使本篇具有連貫性，僅針對其基本理論加以描述，更多細節讀者可在前述文件自行參考，也可以至創為精密材料公司(AMT)網站www.amtouch.com.tw 查詢相關說明。

由AMT網站中「投射式電容觸控螢幕」之「工作原理」中的圖1先說起：圖1中顯示出一般投射式電容觸控螢幕的導電體圖樣、分布方式、及訊號擷取。

簡言之，它是在縱/橫軸(紅、藍色)，對各軸做充電與放電、量測容值，而容值大小理論上在未碰觸螢幕狀況下會呈現十分接近的狀態，但當手指或導電體觸碰時容值隨即對應改變(如黃色圖)，量測得到改變的容值，從而定位出觸點的觸碰位置。此種觸發量測電容的機制也有若干不同方法，藉觸發訊號的特性、交錯量測的方法等，以此觸控面板之結構為準，做到單點和多點觸控、鬼點(Ghost Point)之消除。

整合成為具投射式電容觸控面板的系統，要先知道投射式電容觸控面板子系統的細分，它包括：

◎投射式電容觸控面板。

◎觸控控制器或控制板：控制觸控面板並連接後段電腦。

◎觸控控制用韌體：內嵌於控制板上，為控制軟體。

◎驅動程式：安裝在電腦端，以對應「控制用韌體」互動。

設計者亦當至少瞭解以下事項：

◎結構設計(mechanical design)以妥善安裝觸控面板、觸控控制板及其間的連接線。

◎與系統其他模組間之妥善規劃設計，以避免對觸控模組之干擾。

由於人指對於投射式電容觸控面板，可能產生的電容量僅為數pf，精準量測固屬必要，對於漏網雜訊之處理亦極為重要，其中涉及訊號處理、硬體配置之抗干擾性、控制用韌體演算法等。另外單點、多點識別，涉及控制用韌體及驅動程式演算法，對於整合設計者，會有以下可能的問題要考慮：

1.基本觸控效能

除了每秒可以傳送多少點數，可作為效能參數以外，效能還包含「品質」。雜訊過多的情況下縱使傳送速度快，效能仍然不好。

基本效能是在考慮所設定的工作環境，對自發雜訊及各種受激發雜訊量測，以使正常訊號被正確讀取並處理的程度(百分比或次數)，並進而以此作為「有效點」計算基礎。

通常設計者可以藉以下方式實施：

◎開放、無觸碰時之讀取，以分析雜訊受誤判為正常訊號的現象。

◎某一些固定位置觸碰，並保持一定時間，以分析激發雜訊的現象。

◎定速做線段、曲線觸碰，除分析激發雜訊現象外，並分析線性度。

◎其他如多點效能，區塊差異，以及若干特性檢驗…等。

總之，基本觸控效能必須達到一定水準，才能繼續其他設計與組裝。

2.尺寸與執行效能

電容讀取方式與其相關演算，一般而言並非直線性，而是隨尺寸、點數及其他特徵略呈幾何級數的複雜度變化。瞭解此點甚為重要，它將有助於設計者對觸控IC選取與組合，韌體效能化整理，以致於觸控整體效果做出定義。

在觸控面板方面，較大尺寸面板在材料選用、布線安排方面比小尺寸面板的要求高出許多。因此，大尺寸設計與應用的整體難度較高，設計上應採逐步漸進整合各子系統， 同時應多借重檢測工具，如上述項提到，步步為營就不難找到最佳解決方案。

3.雜訊

對系統整合設計者而言，心裡要有「除錯」(debug)準備。一般數位電路，雜訊對其影響甚低，而同級的雜訊，往往當手指觸碰觸到投射式電容觸控面板時就會發生誤動作。雜訊、一直是此觸控技術面對的最大敵人！

首先要瞭解，雜訊的受體包含觸控面板、觸控控制器或控制板、線材等，對投射式電容觸控系統而言，它受到的雜訊源很多，然而可以集中精神先在電源供應器、線路、周遭低頻電磁波防護方面。解決此問題，問題就會少很多，當然很多「除錯」的解法是見招拆招的。處理雜訊訊號的同時，也要注意不要影響原來正常的訊號，因為它們之間等級非常接近，這是要格外小心的。

4.定義使用環境

投射式觸控面板系統可否在表面有水的情況下正常使用？ 這是很有意思的問題，不過應該可能，只是需要一些條件。 水滴在投射式電容觸控面板表面可否正常工作，這是已經可以解決的事項。因此、先明白產品未來會要使用的環竟，再選擇正確的觸控面板技術，投射式電容觸控面板產品一般會受影響的因素有：面板大小，感應差異、面板厚度、潮溼程度、電源條件、低頻電磁波...等。當然對不同情況，都有不同對策予以克服。

以上注意事項與實際所需，還是會有一段落差，設計者仍須細心妥適尋求解法。本篇期望提出對系統整合設計者當使用投射式電容觸控時的一些提醒，以期獲得最佳產品設計結果。其中不難發現，投射式電容觸控產品的設計是整體性的，需要與專業、有經驗、能提供Total Solution的供應商合作，才能有效展現成果。創為機密材料公司(AMT)在投射電容產品方面的解決方案下了許多功夫，在當前各種應用紛紛出現，希望能夠透過本篇討論的若干方法，求得最佳解決方案，更多詳情請參考創為精密材料股份有限公司官方網站：http://www.amtouch.com.tw。(本文作者為創為精密董事長趙書華)