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WINDOWS 8帶動觸控解決方案SoC化

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使用單晶片設計之觸控IC,佔位空間更小,圖為針對2~12吋觸屏設計之整合型觸控IC。Atmel
使用單晶片設計之觸控IC,佔位空間更小,圖為針對2~12吋觸屏設計之整合型觸控IC。Atmel

WINDOWS 8產品最大的變革,就是在筆電、平板電腦應用上更大幅度地整合觸控感應方案,整合觸控螢幕對於平板電腦並不成問題,但在筆電應用甚至變形筆電應用方案整合時,面對需積極薄化的機構設計與窄邊框設計要求,觸控解決方案必須朝更積極地薄化、高度整合方向努力...

在WINDOWS 8推出後,Microsoft的作業系統,才算是提出了一個緊密整合觸控人機互動設計方案的作業系統!不只是作業系統底層緊密整合觸控操作體驗,在視覺上的User Interface介面設計,也充分善用使用觸控前提的大面積、大方塊的動態磚設計介面,搭配更簡單、直覺如同遊戲的操作設計體驗。

Microsoft的WINDOWS 8改用大量觸控、手勢操作人機互動,強化使用的操作體驗,但必須有優質準確的觸屏控制機制,才能獲得整合效益。Microsoft

Microsoft的WINDOWS 8改用大量觸控、手勢操作人機互動,強化使用的操作體驗,但必須有優質準確的觸屏控制機制,才能獲得整合效益。Microsoft

導入小體積、低功耗、高雜訊抑制效益的觸控IC解決方案,成為建構優良使用體驗WINDOWS 8產品的設計關鍵。Freescale

導入小體積、低功耗、高雜訊抑制效益的觸控IC解決方案,成為建構優良使用體驗WINDOWS 8產品的設計關鍵。Freescale

支援FullHD、10指觸點偵測追蹤、最高可支援13.3吋電容觸屏的控制IC,經單晶片整合設計可以直接組裝於軟板上。Solomon Systech

支援FullHD、10指觸點偵測追蹤、最高可支援13.3吋電容觸屏的控制IC,經單晶片整合設計可以直接組裝於軟板上。Solomon Systech

採WINDOWS 8設計的變形筆電,在極度輕薄要求下,對於觸點偵測的雜訊抑制、追蹤效率只會變得更差,必須搭配具DSP、MCU改善觸點追蹤與抑制雜訊設計方案的觸控IC解決方案。Toshiba

採WINDOWS 8設計的變形筆電,在極度輕薄要求下,對於觸點偵測的雜訊抑制、追蹤效率只會變得更差,必須搭配具DSP、MCU改善觸點追蹤與抑制雜訊設計方案的觸控IC解決方案。Toshiba

WINDOWS 8整合觸控人機介面 改善操作體驗為其產品設計亮點

由於近期推出的WINDOWS 8,其觸控設計差異短時間仍未能讓原有視窗用戶一一體驗、了解,因此初期搭載WINDOWS 8作業系統的筆電、桌上型電腦,仍會有一段時間持續推出無觸控方案的桌上型電腦或筆電產品,但實際上新版的WINDOWS 8若未能使用觸控人機介面,以常規的硬體條件運行WINDOWS 8雖然對整體效能並未有多大影響,但實際上沒有整合觸控人機介面的WINDOWS 8系統平台在實用性並不高。

若以已整合觸控應用方案的筆電產品為例,目前可用的WINDOWS 8觸控解決方案,其控制IC大多有2?3顆元件組成,但多顆型態的解決方案並不利發展薄化的機構設計,因為過多的關鍵元件會形成元件佔位面積與載板厚度的限制,使得產品薄化設計方案限制多多,目前較明確的發展方向,為將原有使用2?3組離散元件的觸控解決方案,換成封裝更小、更薄的元件替代,甚至使用SoC(System-on-a-chip)技術方案將多IC整合在同一封裝中,便於讓開發者部署WINDOWS 8所需的技術支援與應用服務。

極致輕薄、窄邊框、優質觸控體驗 成新款WINDOWS 8產品重點要求

觸控IC解決方案,原先在中型尺寸螢幕的用量,除了平板電腦外,早期在變形筆電或是薄型筆電的使用狀況並不多,即便是較有可能搭配使用的變形筆電方案,整合觸控應用方案的相關產品,初期並未大量投入終端市場。但在Microsoft發佈WINDOWS 8作業系統後,此現象不但大幅改觀,而且還越演越烈!不但中型屏幕的筆電、變形筆電搶搭觸控螢幕應用方案,就連中大型尺寸的All-in-one電腦,也掀起一波觸控屏幕整合風潮。

觀察筆電、變形筆電的WINDOWS 8觸控人機介面整合需求,多數業者為了拉開對手產品的直接競爭,大多會朝向能讓產品科技印象加分的薄化、功耗最佳化設計方向,來進行現有產品的設計與改造!例如,對於平板裝置來說,目前主流的厚度會在0.7?0.9cm以內,若開發產品未能達到此標準,想在市場獲利的機會將會越來越渺茫。

利用SoC系統單晶片技術 縮減觸控IC元件數量與佔位面積

主流Tablet平板電腦、輕薄型筆記型電腦,大多已將產品做進一步優化與薄化,最常見的設計方案就是運用SoC製程將原本多IC的設計方案,逐步改換至更薄的設計潮流,而觸控螢幕方案若不更換更薄、更小的觸控控制IC,就無法達到新產品的薄化與優化設計。

使用新穎的SoC封裝技術,可以將原本解決方案的離散元件,利用異質核心整合設計將原有四散的元件,一次封裝成一個功能IC,視採行的技術方案差異,一般至少都能將解決方案的離散元件數量,縮減至僅需一或兩個關鍵IC就能解決WINDOWS 8觸控功能的支援與產品驗證要求。

觸控IC方案若能透過SoC大幅簡省IC數量,一方面可以騰出更多載板空間,也可以因為機殼內的空間變大了,設計方案的薄化成本會更為低廉。至於採SoC樣式設計的整合型觸控IC,也可因為整合內部線路變得更短的優勢,進而為設備的觸點偵測?反饋數據更精確、更快速。

觸控IC經薄化與高度整合 對終端產品應用效能亦有助益

原本未整合的觸控IC,經過薄化與製程強化後,基本上在晶片耗用電能的表現上也能獲得改善,而高度整合的優勢下,對於解決方案導入的業者來說,導入成本也會相對減低。

根據統計,在WINDOWS 8作業系統推出後,2012年底全球筆記型電腦總出貨量約5,000萬台,截至目前為止以有超過10%的機種設計已導入觸控應用需求,預估2013年在整合觸控應用的筆電、變形筆電,其產品的市佔率將快速成長至20%以上,隨著出貨與用量增加,現有的觸控解決方案除有新製程改善觸點回饋效能、準確度外,對於觸控解決方案本身的佔位面積、厚度也能進一步獲得改善,產品開發商更能輕鬆地完成更薄、更輕、更省電的產品設計。

WINDWOS 8為維持優良使用體驗 對觸控屏幕精確度驗證要求高

WINDOWS 8產品驗證是左右新版作業系統產品使用體驗的關鍵,在WINDOWS 8尚未正式發表初期,原本Microsoft規劃的WINDOWS 8認證標準需硬體得支援10點觸控同時偵測,才能算是滿足WINDOWS 8認證的低標,但在持續性的測試、改善系統後,Microsoft也針對同時偵測觸點低標進行修正,進而放寬WINDOWS 8觸控設計方案的要求,改為更務實的5點同時觸點偵測即可通過驗證。

也是產品認證的規格問題,硬體產品若要符合WINDOWS 8的觸控IC要求標準,對於導入的觸控IC也必須有效的提升良率,例如,在實際筆電使用環境中,屏幕本身背光、LCD驅動的干擾,不能過度影響到觸控IC追蹤觸點的精準度與辨識速度,同時,筆電產品內部的熱能散逸設計,也必須在正常使用下已不影響屏幕觸點追蹤為前提,進行反覆驗證與測試,硬體才能取得WINDOWS 8產品認證。

而觸控IC在經過SoC化整合後,也必須能在外部觸點偵測線路的雜訊抑制、提升噪訊比(Signal-to-noise ratio;SNR)、分離設計方案進行強化,才能因應越來越薄的屏幕設計,與未來更前衛的窄邊框螢幕整合觸控方案的產品設計開發挑戰。而降低外部雜訊的作法,一般可在觸控IC的SoC方案中,再追加數位訊號處理器(Digital signal processing;DSP)來進一步改善越來越嚴苛的觸點偵測訊號弱化的現實問題。

除了越來越薄的屏幕、觸屏設計方案外,越來越窄的邊框設計,也造成WINDOWS 8平板、變形筆電的觸控設計開發難度提升!尤其是WINDOWS 8筆電、變形筆電或是平板電腦產品,通常裝置內也搭載3G/Lte/Wi-Fi/Bluetooth等大量無線傳輸應用,這種狀況條件下也會影響觸控IC解決方案的觸點偵測辨識能力與追蹤觸點反應,觸控IC必須更有效的克服內部雜訊干擾,才能有效獲取WINDOWS 8產品認證。

減低內部干擾影響觸點偵測準確度的方案,可利用更有效、快速的演算法搭配合宜的DSP,來改善螢幕表現觸點分析的速度與準確度。而另一個較大的問題是目前觸控屏幕大多採取貼合方式,將液晶與觸控感應等面板材料經由貼合製程構組成觸控面板,或因應採單片玻璃觸控屏方案(One Glass Solution;OGS)的觸控面板,在製造過程中也會出現觸點的偏移與偵測觸點資訊失準問題,而觸控IC本身也必須具備觸點失準的調校修正設計,避免過低良率產生的不良品增加終端成品的料件成本外,也可讓產品的穩定度進一步提升。