【導(dǎo)讀】電容式觸控設(shè)計(jì)想要在更大的顯示器與更嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控并維持良好靈敏度與精準(zhǔn)度，并不是件容易的事。半導(dǎo)體廠遂透過(guò)提高抗電磁干擾能力與系統(tǒng)整合度，來(lái)提升觸控和使用者介面設(shè)計(jì)性能。
對(duì)于觸控面板而言，大即是美。不過(guò)，要在更大的顯示器上與更多要求的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控并維持良好靈敏度與精準(zhǔn)度，成為一大挑戰(zhàn)。
商業(yè)調(diào)研公司的《2015年全球觸控屏幕市場(chǎng)》報(bào)告發(fā)現(xiàn)，自2009年以來(lái)，投射電容式觸控(PCAP)的技術(shù)已被大量運(yùn)用在多樣的觸控手機(jī)和平板電腦上。這個(gè)成功模式源于令人贊賞的產(chǎn)品特色，其中包括強(qiáng)化玻璃帶來(lái)的無(wú)限制壽命、全平面設(shè)計(jì)能力及高水準(zhǔn)的靈敏度。PCAP制造商正將此種技術(shù)運(yùn)用尺寸達(dá)85寸的大屏幕上，并專注在四個(gè)方向包含速度、精度、抗電磁干擾(EMI)度和系統(tǒng)整合度，共同來(lái)提升觸控和使用者介面設(shè)計(jì)性能。
速度快/精準(zhǔn)度高，多點(diǎn)觸控具更佳互動(dòng)體驗(yàn)
在一般消費(fèi)者手機(jī)(約4.5寸對(duì)角線的屏幕)上，僅能記錄一個(gè)或兩個(gè)觸控點(diǎn)，而在47寸對(duì)角線的商用觸控面板上，記錄十至四十個(gè)精度為1毫米的觸控點(diǎn)之情況已司空見(jiàn)慣。當(dāng)對(duì)角線長(zhǎng)度翻倍時(shí)，16：9格式的屏幕面積是原來(lái)的四倍。要維持相同的觸控檢測(cè)性能，47寸屏幕上的觸控處理器便須比4.5寸手機(jī)上處理更多輸入訊號(hào)。同時(shí)防誤觸、手勢(shì)識(shí)別和其他功能，亦增加對(duì)觸控處理器的需求。
觸控面板尺寸不斷增加，然而，在多玩家賭場(chǎng)賭桌上、博物館的互動(dòng)展覽里、多用戶設(shè)計(jì)工作站/建筑工作站內(nèi)、零售店的目錄與EPOS平板上、汽車(chē)展廳里和銀行分支里，55寸到85寸大小的屏幕正逐漸流行。在如此大小的屏幕上提供觸控體驗(yàn)，意味著要增加觸控檢測(cè)電極數(shù)目。
最新韌體內(nèi)的觸控檢測(cè)演算法可讓觸控檢測(cè)電極數(shù)量變成雙倍，即支援二百五十六個(gè)，相較一百二十八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)多點(diǎn)觸控控制器(適用于不超過(guò)47寸的屏幕)，其數(shù)量增加一倍。使觸控面板內(nèi)的電容感測(cè)矩陣能達(dá)到更高密度，這也令它即使在基于多點(diǎn)觸控投射式電容技術(shù)(MPCT)的最大85寸的觸控面板上，也能對(duì)單獨(dú)同時(shí)觸控事件的識(shí)別達(dá)到更大精準(zhǔn)度。
這使觸控控制器可支援四十個(gè)相互之間觸控距離小于10毫米的單獨(dú)同時(shí)觸控事件，并能在目前可用的所有尺寸范疇之MPCT觸控面板內(nèi)做到此點(diǎn)。
若要沒(méi)有延遲地將資料傳輸?shù)絺€(gè)人電腦(PC)主機(jī)，觸控控制器須具備大量處理能力。觸控面板作為一個(gè)處理器，常常變得和系統(tǒng)本身一樣重要。由于韌體的精心設(shè)計(jì)，須在大屏幕上捕捉以達(dá)到這一級(jí)別性能的額外資料，仍然能在不到5毫秒內(nèi)被收集、處理并輸出到主機(jī)PC。
4K屏幕觸控延遲問(wèn)題有解
超高解析度(UHD)，也就是4K屏幕越來(lái)越受歡迎，并且成功整合觸控面板。然而，有些被觀察到的延后或延遲其實(shí)是源自于早期4K屏幕的性能問(wèn)題，而非觸控控制器的性能問(wèn)題。
如今用于觸控面板的典型高畫(huà)質(zhì)(HD)顯示器有著大概120赫茲(Hz)的更新率。控制極大數(shù)量圖形資料必須的資料處理要求，指的是最新4K顯示器要操作于在60或更低赫茲上。這使得它在處理如拖動(dòng)屏幕上的游標(biāo)之類的即時(shí)觸控事件具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)轱@示處理能力被更新的背景圖像消耗掉許多運(yùn)算能力。
因此，UHD顯示器上的移動(dòng)觸控事件，就像畫(huà)一條線，追蹤手指的能力更明顯超過(guò)追蹤HD顯示器。即使以毫秒速度報(bào)告觸控事件的PCAP屏幕也會(huì)被此延遲時(shí)間蓋過(guò)。隨著有著較高更新率的4K顯示器進(jìn)入市場(chǎng)，此問(wèn)題將會(huì)減少。但在那之前，必須仔細(xì)考慮在UHD上運(yùn)行的觸控應(yīng)用程式及其對(duì)于用戶體驗(yàn)可能造成的影響。
提高抗電磁干擾度，增進(jìn)觸控性能
雖然電磁干擾被認(rèn)為僅是觸控面板系統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境下其中一個(gè)因素，但事實(shí)上在種類繁多的商業(yè)應(yīng)用下，電磁干擾能對(duì)觸控操作產(chǎn)生不利影響。例如，位于火車(chē)站的自助售票機(jī)和自動(dòng)售貨機(jī)等自助服務(wù)亭將遭受列車(chē)通過(guò)電磁干擾激增的影響。
尤其是，由于管理更高圖形密度需要的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜性正不斷增加，4K顯示器目前會(huì)產(chǎn)生更高的電磁干擾。這可能會(huì)導(dǎo)致顯示器中產(chǎn)生的干擾或者“雜訊”相對(duì)普通高畫(huà)質(zhì)(HD)顯示器會(huì)要高三至四倍。這會(huì)給從周?chē)胍糇R(shí)別訊號(hào)的觸控面板和控制電子元件帶來(lái)問(wèn)題，即會(huì)降低訊號(hào)訊噪比，從而影響實(shí)際觸控事件的識(shí)別。
在這些情況下，須對(duì)觸控控制器采用的電子設(shè)計(jì)和觸控檢測(cè)韌體進(jìn)行重大改善，以確保訊號(hào)維持一個(gè)高水準(zhǔn)的完整性。譬如Zytronic專有投射電容技術(shù)(PCT)之類的PCAP觸控面板技術(shù)有著微細(xì)電極的X-Y座標(biāo)矩陣，嵌入一層夾層玻璃基板，并且使用頻率調(diào)制檢測(cè)導(dǎo)電電極內(nèi)的微小電容變化。
一種消除電磁干擾的方法是在觸控控制器中實(shí)現(xiàn)智慧頻率掃描功能。操作頻率在0.7MHz和2.2MHz之間動(dòng)態(tài)浮動(dòng)，以避免檢測(cè)到環(huán)境“噪音”，否則會(huì)妨礙觸控事件的檢測(cè)。
材料/介面新進(jìn)展，驅(qū)動(dòng)觸控技術(shù)發(fā)展
盡管觸控查詢一體機(jī)可能會(huì)是一些大型機(jī)組，但出于美觀設(shè)計(jì)考量和其他有時(shí)須要納入機(jī)組的零配件之考量，屏幕后面會(huì)出人意料的預(yù)留一個(gè)小空間。如果觸控控制器的板材能縮減至最小，則會(huì)帶來(lái)好處。因此，減小PCB尺寸十分重要，可讓控制器作為晶片組來(lái)使用，然后設(shè)計(jì)者能將觸控控制器嵌入到現(xiàn)有的系統(tǒng)主機(jī)板上。
觸控面板組成的四要素：嵌入在屏幕的觸控感測(cè)器、觸控控制器、玻璃和系統(tǒng)介面。
材料技術(shù)使得玻璃變得薄而輕，但卻非常堅(jiān)固。在玻璃方面的最新進(jìn)展是，玻璃表面上抗菌元素將保證細(xì)菌會(huì)逐漸消失而非增多。隨著對(duì)于細(xì)菌附著玻璃而產(chǎn)生的健康疑慮，用戶無(wú)疑將更意識(shí)到由有不良衛(wèi)生狀況的其他人使用觸控屏幕，將帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
在系統(tǒng)介面方面，近來(lái)重要發(fā)展是符合支付卡行業(yè)(PCI)安全要求的加密PIN觸控屏幕應(yīng)用程式的首次發(fā)布。應(yīng)用程式加密用戶在觸控面板介面輸入的所有PIN碼，可提供消費(fèi)者在自動(dòng)柜員機(jī)(ATM)、銷售終端(POS)設(shè)備和無(wú)人看守的付款終端設(shè)備上有更安全的操作方式。此潛在地省去自動(dòng)柜員機(jī)和類似設(shè)備要接入一個(gè)機(jī)械鍵盤(pán)來(lái)輸入PIN碼的需求，此在設(shè)計(jì)上會(huì)帶來(lái)好處。
從根本上說(shuō)，如PCT和MCPT之類PCAP觸控面板技術(shù)的關(guān)鍵特性是其高敏感度。它可透過(guò)很厚的覆蓋膜、防護(hù)玻璃，乃至戴了厚手套的雙手中偵測(cè)到觸控事件，并因此具有Z軸靈敏度和控制水準(zhǔn)。外加精心設(shè)計(jì)的觸控控制器，它能提供可靠、直觀的觸控體驗(yàn)，可準(zhǔn)確回應(yīng)達(dá)四十種觸控事件，可識(shí)別手勢(shì)并且可防止誤觸。PCAP控制器IC的持續(xù)改進(jìn)，加上使用可列印導(dǎo)電油墨和奈米材料的感測(cè)器不斷進(jìn)展，推動(dòng)多功能觸控技術(shù)的擴(kuò)展能力與使用性。
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