引言

電阻式觸摸屏有過其鼎盛時期，但不可否認(rèn)它們已日薄西山。很明顯，它更加適合于低成本的設(shè)計。使用這些設(shè)計的用戶必須戴手套，例如：在醫(yī)療、工業(yè)和軍事環(huán)境下。然而，電容式觸摸屏卻獲得了普遍的使用，今天市場上銷售的主流智能手機(jī)和平板電腦都使用了電容式觸摸屏。

電阻式與電容式觸摸屏比較

電阻式和電容式觸摸屏都使用氧化銦錫(ITO)傳感器，但使用方式卻截然不同。電阻式觸摸屏利用人體觸摸的機(jī)械作用力來連接ITO的兩個柔性層(圖1a)，而電容式觸摸屏控制利用的是：基本上而言，人本身就是移動的電容器。觸摸ITO時，會改變系統(tǒng)可感知的電容水平(圖1b)。

圖1 觸摸屏設(shè)計比較

電容式觸摸屏受到消費者的青睞，主要有兩個原因：

1、電容式觸摸屏使用兩層TIO，有時使用一層。它利用一個與棋盤格類似的有紋理傳感器(圖2)，因此它可以使用一個整片覆蓋在LCD上，從而帶來更加清楚透亮的屏幕。

2、由于電容式觸摸屏控制使用電解電容方法實現(xiàn)檢測，安全玻璃層可放置于頂層來實現(xiàn)密封，這與電阻屏的聚氨酯柔性層不同。它還給用戶帶來一種更加耐用的設(shè)計。

圖2 TIO行與列重疊形成一個完整的傳感器片

電容式觸摸屏設(shè)計考慮

電容式觸摸屏的設(shè)計人員面對三大主要問題：功耗、噪聲控制與手勢識別。本文后面部分將為你逐一講解。

功耗

今天的電池供電型設(shè)備如此之多，功耗是我們需要考慮的關(guān)鍵系統(tǒng)問題之一。諸如 TI 的TSC3060等器件，便是按照低功耗要求設(shè)計的。在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，它的功耗小于60mA。在對觸摸行為進(jìn)行檢測時，它的功耗更可低至11 µA。在相同工作狀態(tài)下，它比其競爭者至少低了一個數(shù)量級。

市場上的許多解決方案一開始都是設(shè)計為微控制器，然后再逐漸發(fā)展為電容式觸摸屏控制器。一開始就設(shè)計為電容式觸摸屏控制器的器件，沒有會消耗額外電流和時鐘周期的多余硬件。大多數(shù)系統(tǒng)都已有一個主中央處理器，其可以是數(shù)字信號處理器、微處理器或者微控制器單元(MCU)。因此，為什么要給一個已經(jīng)經(jīng)過精密調(diào)整的系統(tǒng)再增加一個引擎呢?TSC3060為一種沒有微控制器的專門設(shè)計。

噪聲控制

如果控制器無法區(qū)分實際觸摸和潛在干擾源，則更不用提實現(xiàn)超長的電池使用時間。觸摸屏的主要噪聲源通常來自LCD，其最終取決于質(zhì)量和成本之間的折中權(quán)衡。AC公共接地LCD通常更便宜，但噪聲水平更高。DC公共接地LCD擁有DC屏蔽，可以降低噪聲，但會增加成本。

可以幫助降低ITO傳感器以及觸摸屏控制器可感知噪聲數(shù)量的一種典型方法是，在LCD和ITO之間保持一定的空氣間隙。這樣可在兩者之間留出一定的間距，從而減少相互干擾。處理噪聲的另一種方法是使用濾波器。例如，TSC3060包含了一套可編程混合信號濾波器，可用于降低噪聲。這些濾波器通過一個集成MCU安裝到硬件中。這意味著，它們就近完成任務(wù)的速度要比使用軟件的濾波器快。對實際觸摸坐標(biāo)的快速響應(yīng)，還可降低總系統(tǒng)資源消耗。

手勢識別

最后一個設(shè)計問題是手勢識別。手勢不一定是大幅度、復(fù)雜的揮舞。手勢可以是簡單的一次手指滑動。系統(tǒng)主機(jī)MCU可以輕松地識別出一些簡單的手勢，例如：捏、拉、縮放、旋轉(zhuǎn)以及雙擊和三連擊等，并可進(jìn)行“內(nèi)部”處理。增加一個專用引擎，可能可以降低一點點系統(tǒng)MCU帶寬處理負(fù)荷，但卻會增加功耗。另外，專用引擎用于完成手勢識別的專有算法，設(shè)計人員無法看到。TSC3060等器件把這種工作都推給系統(tǒng)中已有的主處理器，讓廣大設(shè)計人員可以自由地開發(fā)自己的免版稅算法。

結(jié)論

本文對電阻式和電容式觸摸屏控制器的功能和優(yōu)點進(jìn)行了比較，并解釋了后者越來越流行的原因。文章還為讀者介紹了設(shè)計觸摸屏控制器時需注意的三個主要考慮事項，即功耗、噪聲控制與手勢識別，并給出了一些可能的解決方案。