如何对平板装置进行触控感测设计

随着采用触控面板的行动装置数量渐增，目前放眼望去新一代的行动装置，大多扬弃传统机械式压按开关，改行全萤幕触控或搭配部分触控介面，不只是触控面板热门，触控感测器也提供了非面板形式的全触控操作设计解决方案。

自Apple推出iPhone、iPod Touch与iPad等热门的触控行动装置后，让使用者重新体会触控产品的应用便利性，同时在操作习惯上也产生另一种变化，消费性商品开始尝试导入更便捷的触控解决方案，借以取代较易老化、故障或是进尘、腐蚀的机械式开关，平面式的配置也很容易与多数电子装置进行设计整合。

触控感测器的基本运作原理，多为采行检测表面电容变化的机制，进行触点的定位与压按动作感知，基本上当人体部位或手指接近到感测器的金属导电片时，立即会导致金属材质的导电片产生电容值的细微变化，而当手指或身体导电部位在金属片上移动时，也会改变金属片表面的电场产生改变，进而使电容值出现变化，将这些些微的变化利用触控感测器搜集、处理回馈触点座标、动作形式等资讯，即最基本的触按机制感侧过程。

图示：触控IC解决方案可节省触控设计导入的开发时程

触控解决方案所采行的电容感测技术，在早期多半使用于工业生产流程必备的各液槽感测应用，在石化或是大型工厂中，各式化学材料液槽，多半无法采目测或是机械式量测液位，压力、温度等关键数值均有成熟的解决方案可使用，但液位就因内容物的差异而不容易解决。

工业应用的生产系统，多年来一直采行透过电容检测机制来量测密封化学原料槽中的液体位置，除液位外也可衍生测量湿度或材料成分等应用，今日的消费性电子采行的小范围触控设计机制，多半也是工业触控解决方案的设计延伸，只不过是系统的尺寸缩小许多，量测的机制与回馈资讯会更细致一些。

图示：QTouch　Suite可以整合更多的功能，搭配第三方CAD开发工具导入QTouch技术设计

触控感测器基本上多半提供通用型的触按机制，其实在用于滑杆形式的操作应用取代，有使其应用表现更佳的效益，多数滑杆形式的操作方式，在电子电路的实践设计中，多半是透过可变电阻元件或是光感应器搭配机械结构进行开发，若采可变电阻的传统设计，零件容易因时间而老化，甚至元件容易受潮产生故障，另一种采光学机械结构式的滑杆设计，虽然可以克服受潮或是元件老化问题，但因机械结构有一定的厚度，不适宜用于行动装置开发。

若透过触控解决方案进行改善设计，可以利用金属电极的接触或近接（proximity sensor）感测电容改变，做到近似滑杆操作的相关应用，以感测器为核心的设计概念，可以让人机介面更容易被开发、设计，制成的电子装置在操作方面可以更直观、简单。

而以触控感测器为基础的人机介面设计，通常是透过周期性频繁的感测检验电容变化，一般可利用金属接面的电路阻抗去换算回推，通常取得的是触按面板的一个内部参考值作为基准，但取得的原始资料并无法直接100%对应面板触点位置，因为触按面的电阻值和距离感测器位置的电路阻抗都会有影响，必须再将原始资料经过实际触点与电极取得资料的转换，制成一参照数据表，让感测晶片可以直接输出触点的绝对座标。

在整个触按机制中，准确判断触点座标，只是触按人机介面设计的第一步，其实必须做的相关机制设计，例如，触按压力、触按搭配Click操作、两指触按侦测、多指触按侦测等，都会影响触按平面的电容感测值差异，也会造成后处理原始资料的技术难度，所幸这些繁复的运作都由触控IC解决方案整合，实际设计中系统开发团队只要专心实践触控人机介面的相关应用功能。

先前谈到，触控IC侦测、判断触点位置与触按方式的机制，为采用相对变动性较大的表面电容值改变，而改变电容值的因素相当多，其中影响较大的就是介质，每种不同的介质会有不同的介电常数，而触按的接触表面积差异也会有相对影响，以不同材质来说，例如手指、塑胶、橡胶、皮革、水等，都会有不同的侦测敏感差异。

触控点的侦测强度，会随着压力大小与触按表面积的增加而增强其电容值，而覆膜厚度与覆膜本身的介电常数，也会对触控强度产生较大的影响，尤其是当装置必须在恶劣条件下使用时，更要考量复杂的触按状况，例如，于厨房或户外环境，感测起可能因为水、食用油脂或是环境不同，而出现感测结果上的差异。

早期触控IC相关解决方案，在产品的支援性可能仅能做到单点与简单的触按感测，目前因应多点、多触控机制的感测IC相当多，也具备高解析度的触点侦测条件，尤其是早期采分离式的触按人机介面开发设计，经常必须耗费大量精神改善的杂讯、介面串讯、串讯干扰、耦合等问题，正逐步把影响范围控制在触控IC本身，而在实际设计中触控IC可能会因为摆位、与电源的距离、电路节点数量等，影响其工作表现。

加上半导体制程与数位类比IC在技术上的多方整合，高效能的ADC足以实践高触按操作表现的人机介面，而不管是采行类比或数位方式，触控感测控制器可采行简易的SPI或I2C介面与微控制器进行连接。