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電容式觸控技術(shù)發(fā)展至今,呈現(xiàn)百花爭艷的局面,從筆者分析過上千件的專利資料,可以約略分為四大類技術(shù):(1) 觸控位置檢知;(2) 觸控面板制程;(3) 觸控手勢;(4) 觸控材料。其中影響電容式觸控產(chǎn)業(yè)最大的,正是金字塔頂?shù)摹赣|控位置檢知」技術(shù)。
附圖: Apple 的互電容技術(shù)電路架構(gòu)示意圖BigPic:635x352
「觸控位置檢知」技術(shù)又可再分為五大類,前四類為市場上的主流作法,包括充放電法、電荷移轉(zhuǎn)法、Apple的互電容技術(shù),以及差動(dòng)式觸控技術(shù)。主要的廠商如下:
1. 充放電法:Cypress、Silicon Lab、義隆電等
2. 電荷移轉(zhuǎn)法:Cypress、Atmel、Microchip等
3. Apple的互電容技術(shù):Apple
4. 差動(dòng)式觸控技:禾瑞亞、瑞鼎、聯(lián)陽、矽創(chuàng)、聯(lián)詠、友達(dá)、 和冠、新力、PixCir 、N-Trig 、矽工廠(KR) 、阿爾普士電氣(US )等
這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn),其中Apple的互電容技術(shù)擁有很多設(shè)計(jì)上的不利因素,包括會(huì)產(chǎn)生大量的電路雜訊、電路精確度要求極高、尺寸不易做大、雙層結(jié)構(gòu)的成本較高等等。然而種種的不利因素抵不上一個(gè)主要功能,就是多點(diǎn)觸控帶來的手勢操作,廣受大眾的喜愛,讓互電容的觸控技術(shù)成為現(xiàn)在觸控技術(shù)中領(lǐng)導(dǎo)的主流技術(shù)。
由于互電容觸控的最大敵人就是雜訊,連Apple都花了相當(dāng)大的功夫來消除雜訊,其他資源不夠的廠商自然要尋求更有效的方法來對付這個(gè)問題,而差動(dòng)式觸控方法顯然是有效的關(guān)鍵技術(shù),所以使用此技術(shù)的廠商如過江之鯽。
上述技術(shù)都是基于電容值的量測而來,但筆者對此有三項(xiàng)懷疑:
1. 為何非要量電容值?
筆者第一個(gè)產(chǎn)生懷疑的地方就是為什么要量電容值?雖然名叫電容式觸控,也不一定非要測量電容值不可,測量其他的特性不行嗎?依筆者在物理學(xué)上所受的訓(xùn)練,直覺地感受到電容的不確定因素相當(dāng)多:手指的指紋、環(huán)境中所有的導(dǎo)電物體、帶靜電的物體、大地的靜電密度、溫度濕度等都會(huì)影響電容值得測量,所以測量絕對的電容值是不合理的做法,不同感應(yīng)電極間的電容相對值還有一些可討論的空間。
上述電容式觸控技術(shù)的前三種方法所測量到的電容值,其實(shí)本身一直在變化,不管是否有碰觸,不是固定不變的,上述第四種差動(dòng)式觸控法相對地比較合理一些。
2. 什么是虛擬接地?
第二個(gè)關(guān)鍵問題是,虛擬接地究竟是什么?看到許多有關(guān)虛擬接地的說法,與人體接地的模型,總感到非常不踏實(shí)。
3. 平行板電容理論的成立條件?
第三個(gè)懷疑是平行板電容的理論在什么條件下才會(huì)成立?許多家觸控IC設(shè)計(jì)業(yè)者都以平行板電容的理論來解釋自家的技術(shù)理論基礎(chǔ),而這個(gè)理論基礎(chǔ)引用的正確性值得考慮。
人體中的電荷移動(dòng)靠得是鈉離子與鉀離子的平衡,離子移動(dòng)的速度很慢,不像導(dǎo)體中移動(dòng)的是電子,速度非?。電荷移動(dòng)的特性納入考慮時(shí),平行板電容的模式還能使用嗎?我常用一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)來解釋這個(gè)問題,把一個(gè)10元的銅板放在觸控螢?zāi)簧吓c手指觸碰,那一個(gè)讀取到的變化量比較大,是手指還是銅板?
大家都知道是手指而不是銅板,可是以平行板電容的理論來看,接觸面積越大,電容越大,沒道理銅板的變化量小于手指,理論上說不通。當(dāng)然有些觸控領(lǐng)域的高手跟我說,把銅板連接到測試電路的地時(shí),銅板的變化量就有可能比較大,所以平行板電容的理論是否要加上一個(gè)條件才對,叫做接地,但是實(shí)務(wù)上并沒有接地線,有的只是虛擬接地的觀念,如果接地的問題有疑慮,平行板電容的推論就不穩(wěn)固,測量電容的推論就有商榷的必要。
看來現(xiàn)在整個(gè)觸控產(chǎn)業(yè)所廣泛使用的觸控模型,其實(shí)是建立在非常不穩(wěn)固的理論基礎(chǔ)上,許多在觸控IC設(shè)計(jì)的業(yè)者都自我設(shè)限在測量電容值的狹隘范圍內(nèi),無法跳脫這個(gè)框架,是很可惜的一件事。
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