針對單片式玻璃觸控模組設計方案 觸控IC廠紛強化線上產品規格面對新模組感測需求

maXTouch E系列觸控IC為針對平板裝置的多元應用環境設計。Atmel

早期觸控螢幕模組，由於主流技術採雙片玻璃貼合式產品，可達到超過80~90%以上高透光率，但相對的，在模組厚度設計上有無法壓縮的應用限制。為了改善模組厚度，於是發展出on-Cell、in-Cell單片式玻璃觸控模組方案，厚度至少薄了近一半，但卻帶來新的設計難題：薄化後的觸屏雜訊變多，嵌入液晶內部的感應層還得面對高雜訊擾動的內部環境，必須從觸控IC強化著手，改善模組效能...

看好將雙片式觸控玻璃進化至單片式觸控玻璃的on-Cell、in-Cell單片式玻璃觸控模組方案，不只是觸控廠紛紛進行內嵌式in-Cell(又稱Touch on Lens)與外掛式on-Cell模組技術，針對新的技術，舊式的觸控IC必須經過多項技術改善，才能因應薄化觸屏的新設計方案。

單片式玻璃觸控模組，其設計主要目的在於薄化模組堆疊產生的高度，首要必須能在層層相疊的設計方案中找到薄化的切入點，一般會採取將觸控感應層玻璃取消，改將觸控感應層做在其他材料上，達到製程與用料減少、薄化的設計方向。

觸控玻璃模組薄化的設計方向，雖設計目的為壓縮模組厚度，但也相對帶來模組材料本身耗電更低、成本大幅壓縮的好處，此外薄化設計後，省下的厚度空間還可內嵌其他手寫筆的筆尖書寫感應技術方案，實用性與衍生的產品效益相當高。

面對薄化單片玻璃結構之觸控模組，現有的觸控IC將面臨功能支援上的困難。一方面薄化產品的功耗耗能降低，勢必也會使驅動觸控屏與擷取相對應觸點變化的微弱電氣資訊反應的模組電性大幅改變，舊有的觸控IC設計方法肯定無法直接使用，必須經過對單片式產品最佳化方式重新設計，開發針對on-Cell或in-Cell單片式玻璃觸控模組的驅動IC方案。

目前積極開發單片式玻璃觸控模組觸控IC方案的廠商相當多，有Atmel、STMicroelectrionics、Integrated Device Technology、Cypress等半導體大廠，皆已競相推出薄型化的觸控螢幕控制晶片方案！例如，Atmel即發表maXTouch E系列，針對性以Touch on Lens(內嵌式in-Cell方案)與On-cell(外掛式)感測設計方案最佳化，而maXTouch E系列支援雜訊充電器、2mm手寫筆功能，觸控IC元件具備低功耗、高度集積化、精省電路板空間等多重優勢。

Atmel maXTouch E系列觸控解決方案

現有maXTouch E系列觸控IC，為針對平板裝置的多元應用環境設計，搭配picoPower低功耗技術，能使觸控IC於最低1.62v環境電壓下持續工作。至於maXTouch E系列觸控IC方案，已在Samsung Galaxy系列智慧型手機、平板電腦應用，同時LG Electronics Mobil開發之G-Slate平板電腦，與Motorola XOOM系列產品，均有採用。

STMicroelectrionics支援單片式觸控方案

另一方面，觸控IC大廠STMicroelectrionics，也積極布局單片式觸控模組IC的設計方案。

STMicroelectrionics在2011年即宣布支援in-Cell、on-Cell模組觸控螢幕對應之控制IC STMT06，支援單片式觸控方案的STMT06系列產品，可因應多點觸控提供更穩定的觸點偵測、追蹤與定位功能，觸控IC本身的訊噪比(SNR)值表現較原有基本型電容式觸控IC數值表現更高，觸控IC另支援手勢指令觸控等加值功能。

IDT LDS7000系列

至於Integrated Device Technology觸控IC大廠旗下全解析度、多點觸控螢幕控制晶片均已備妥對應觸控IC方案，其中新款LDS7000系列產品，即標榜為針對單層式觸控模組設計之IC感測器，新產品同時兼顧成本與改善多點觸控必須克服之觸控殘影問題。

Cypress第四代TrueTouch電容式觸控系列晶片

另一方面，Cypress則號稱第四代TrueTouch電容式觸控系列晶片，也是針對全新的薄化觸控面板模組進行最佳化設計的產品，尤其是針對達400MHz螢幕更新率(Refresh Rate)、1kHz的掃描速度應用條件下，均可因應作業系統設計需求，提供精準的觸點感測與噪訊排除設計需求。

尤其在Cypress其Display Armor專利技術，為針對消弭電容式觸控螢幕改善雜訊問題的專利技術，可使觸控螢幕系統商採用直接壓合設計方案之感測器(Sensor-on-lens)，開發薄型觸控模組產品。

Cypress新觸控IC亦可支援外掛式(On-cell)、內嵌式(In-cell)觸控架構，同時針對強化訊噪比進行改良設計。與Apple觸屏方案不同的是，Apple iPhone為應用21v傳送(Tx)路徑設計方案，但為了達到產品整體節能設計要求，TrueTouch Gen4觸控解決方案為採行耗能少一半以上的10v Tx路徑設計，同時支援多重Tx路徑設計，可更符合相關製造業者對於薄化觸屏模組的高度設計期待。

新款觸控IC必須提高SNR值表現 改善單片結構的高雜訊環境問題

觀察新款觸控IC，除了針對最新的in-Cell/on-Cell單片式觸屏支援設計方案外，其實不外乎在幾個重點項目進行設計改善。例如：提高觸控IC的SNR噪訊比、降低觸控IC使用功耗、重點改善過往觸控IC較難處理的觸控殘影問題、整體解決方案更為微縮大幅整合IC...等改善重點；此外，針對螢幕的高性能要求，重新擴充觸控IC的支援範圍，例如：螢幕尺寸、觸控反應速度、支援更高更新率之顯示屏...等。

原有針對G/G雙玻璃貼合設計方案的觸控IC，必須有效改善IC的SNR值，才能因應新穎的單片式觸控模組設計方案！因為不管是in-Cell或是on-Cell，觸控感應層已不再是獨立做在觸控玻璃上，而是改用內嵌或是外掛製作於LCD螢幕模組中，而螢幕內的設計方案會因為觸控層過於接近高擾動之液晶反應環境，同時螢幕模組中因為驅動LCD屏的高壓、高頻訊號雜訊相當多，而觸控IC會面對更多、更複雜的雜訊問題，新款觸控IC必須有效提高SNR值，才能在新款單片式觸控模組有較佳的產品表現。

以Cypress產品為例，TrueTouch Gen4方案中Tx-Boost技術即為針對此問題所開發，有Tx-Boost技術利用硬體平行處理，將觸控IC的SNR表現提高3倍，使驅動IC本身的雜訊處理程序，不需使用拉慢處理效能的數位濾波器、或擴增更多離散元件改善SNR表現，使用單一晶片就能滿足單片式架構所需高SNR值設計需求。

因應高規格螢幕運作條件改善設計

因應終端產品持續對顯示品質、更廣泛的支援性能要求提升，舊有觸控IC設計方案必須經過電氣規格、支援能力重新設計改善因應。例如，更新的高規產品要求，在螢幕設計方案中，必須能達到300~400Hz高螢幕更新頻率、至高1kHz的螢幕掃描速度。

即便目前市場需求，在顯示屏支援方面大多僅需180Hz螢幕更新率支援，但市場預估在6個月左右，相關產品螢幕支援要求將會持續提升，尤其是未來2~3年的設計支援，對於高螢幕更新率的設計要求，肯定是無法避免的新設計門檻。

新款觸控IC一般會採行嵌入式ARM Cortex核心升級改善因應更高的驅動模組規格升級，尤其是在IC方案中追加效能更高之DSP技術方案，不僅可以達到降低功耗目的，亦可提高處理訊號效能、減少雜訊干擾等眾多技術難題。

尤其在微軟Windows 8的相容支援要求，Windows 8對於觸控設計方案提出相當多的設計要求，若觸控IC不能在模組端即將訊號觸點偵測與分析處理完成，而令硬體設計方案還須耗用CPU與系統效能協助處理，將會造成終端設計在處理觸點或因應多點觸控出現觸點反應延遲等效能問題。

因應Windows 8與Android 4.1平台應用效能最佳化設計

觸控IC除必須滿足業界對模組觸點處理的效能要求外，也必須在SNR值達到最高要求表現，才能在觸控螢幕內較以往更嚴苛的訊號分析環境中，準確完成觸點偵測、追蹤的處理工作。此外，觸控IC仍須在眾多功能改善下，同時滿足降低整體運行功耗設計要求，同時提供高追蹤精度與高更新率支援，尤其在目前最熱門的Windows 8與Android 4.1應用系統下，必須讓觸屏反應能在硬體需求之上，提供最佳化的觸點偵測、手勢操作應用支援。

一般觸控IC至少能因應單片螢幕的800~1,000個以上觸控節點偵測、分析，觸點的偏差值也必須在有限範圍內維持高度準確的感應效用，尤其在觸點定位的精確度、觸點定位線性表現，還需可以支援正常、或有手汗問題的手指觸控，甚至是兒童的小手指觸碰點偵測與追蹤，同時還能兼具解析多手指同時輸入的應用需求。