自容、互容感测并用　电容式触控屏幕抗水性大增

　　电容式触控屏幕防水功能可望大幅精进。电容式触控屏幕一旦遇到水气或液体，精准度就会大幅降低。因此，电容式触控面板与控制器开发商正协力合作，结合自容与互容感测层不同的功能特点，以提升电容式触控屏幕的抗水性与湿手指追踪效能。

　　抗水性/湿手指追踪功能　两项防水规范渐受重视

　　国际标准有许多对防水详细的定义规范，其中国际电工协会（InternaTIonal Electrotechnical Commission， IEC）的IEC-60529标准，就针对防护等级（Ingress ProtecTIon， IP）做分级定义，其规范产品最高等级为IP-67，亦即能承受大量的飞尘（防尘等级为6），并能浸入水中达1公尺深（防水等级为7）而不受损。

　　然而，很少有消费性行动装置能符合这个等级，且IP等级至今亦还没被广泛运用在电容式触控屏幕的产品规范上。通常触控屏幕的防水需求，系建立在使用者经验及产品在遇到水气时的反应，而非进行破坏性的测试。尽管防水定义尚未正式标准化，但目前逐渐被业界广泛采用的两项防水规范，包含抗水性（Water RejecTIon）及支援湿手指追踪功能（Wet Finger Tracking）。

　　抗水性亦即当触控屏幕上有液体时，系统能排除假性触控，且能在移除液体后，完全回复正常操作功能。例如不小心将咖啡泼洒到手机上，一定不会希望手机因此自动拨出电话或发送简讯，甚至在你急于清理手机时，做出任何动作，并期望手机在擦干后，能回复到以往正常的运作功能。抗水性是防水最常见也很重要的条件因素，因为液体一定会停留在触控屏幕表面，而触控屏幕必须要能回复正常且不产生任何假性触控。然而，抗水性无法支援沾湿的屏幕表面触控，这方面就有赖湿手指追踪功能。

　　湿手指追踪功能，能在有水气的触控屏幕上追踪手指的位置。触控屏幕表面上的水气会使电容量测造成误差，进而减损触控的精准度，湿手指追踪功能则能确保提供一个精准值。在有水气的情况下，可容许误差通常为1？2毫米，对于拨打电话或发送电子邮件等关键功能而言，这样的误差足以应付操作需求。

　　液体的特性对抗水性与湿手指追踪功能非常重要。触控屏幕表面上会形成的各种液体特性，其一为水气凝结，在高湿度或温度快速变化的环境中，触控屏幕表面上会凝结一层很薄的水气。其次是水滴，雨滴、汗水或任何种类的液体，滴落在触控屏幕表面上。其三是薄水膜，大量的水覆盖在整个触控屏幕表面上，形成一层很薄的液体，如之前提到泼洒出的咖啡就属这类。

　　此外，辨识水滴的大小也很重要，小水滴通常指滴落到触控屏幕后直径测量不超过3毫米的大小，而大水滴通常则介于3？18毫米之间。上述的三种液体型态将会产生不同类型的电容误差，触控屏幕控制器必须能加以因应。

　　即便是相同类型的液体，对不支援多点触控的自容感测（Self-Cap）与支援真正的多点触控的互容感测（Mutual Cap）也会产生不同的结果。有些触控屏幕控制器会同时使用这两种技术，来解决因液体导致侦测时产生拒斥假性触控所衍生的问题。要想了解这些问题，必须先了解电容感测在遇有水气时所产生的一些基本物理变化。

　　使用传导屏蔽　触控屏幕不随水气起舞

　　电容感测能运作，是因为人体本身就是导电体，含有杂质的水，如自来水或咖啡也是导体，并会使电容测量造成误差。图1为一个简单的自容物理模型，电场线代表电容。

　　图1 基本自容物理模型

　　自容的原理是侦测一个感测器对电路接地端的电容，使用方法是在感测器（TX）套用一个激发讯号，然后侦测得用多少电荷或电流，才能对含有接收器（RX）的感测器充饱电。在这个模型中，有两个电流可能会经过的回路，其一为透过人体和感测器直接耦合（I2）；其二为从感测器到邻近感测器之间形成边际电场耦合（I1）。自容的主要讯号来源为I2，大多来自手指与感测器之间直接的电容耦合（图1中）。

　　直接电容耦合可利用平行板电容公式C=E0&TImes;Er×A/d推算，其中E0是自由空间的介电系数，Er是触控屏幕保护层的相对介电系数，A是手指覆盖的面积，d是手指与感测器之间的距离，中间隔着触控屏幕保护层材料，图1的C1与C2分别是行动装置与人体相对于地面的电容。这些电容通常远高于直接耦合电容，因此所有这些的电容串联会降低直接耦合电容，然而C1通常小到足以降低整体直接电容耦合，尤其是当行动装置完全以电池供电，且没有连结充电器的时候。

　　边际电场讯号I1在触控时会增加一些触控讯号，因为手指会吸收这个讯号，并透过人体传导到地面（加到I2）。触控屏幕上没有被触碰到的水气，会对I1产生很大的影响，而这些水气也是电容式触控屏幕产生误差的主要来源，水气会增加邻近感测器之间的边际电场，进而增加电容。端视触控屏幕保护层的厚度与介电系数，可能导致足够的电容变化，如手指轻触，让感测电路将它误判为假性触控。欲解决这个问题，就得使用传导屏蔽（有时称为Guard保护层）（图2）。

　　图2 屏蔽状态下的基本自容物理模型

　　利用复制的TX来驱动邻近感测器，即可消除I1且感测电路不会侦测到任何电容。但若要实际应用此解决方案，触控屏幕控制器必须能机动地切换感测接脚，即时在TX、RX及屏蔽之间切换，进而感测到整个触控屏幕。在传统CapSense按钮上，屏蔽技术也能同样运作。

　　图3则是以不同的方式让读者了解I1、I2及感测到的电流IRX如何随触碰、水气等因素，以及在有屏蔽与无屏蔽状态下产生的各种变化。互容的原理是感测两个感测器之间的电容（图4）。

　　图3 自容电流在不同状态与时间下的变化

　　图4 屏蔽状态下的基本互容物理模型