触摸原理，多点触摸技术，难题等介绍

触摸屏的应用与工作原理

触摸屏的中心议题： *触摸屏的基本原理 *触摸屏的控制实现

触摸屏的基本原理

典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成，如图1所示：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化 物(ITO)涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成，其 导电性能大约为ITO的1000倍。

触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图2所示。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接 触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+,X－)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压 梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压 切换到底层电极(Y+,Y－)上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标。

触摸屏的控制实现

现在很多PDA应用中，将触摸屏作为一个输入设备，对触摸屏的控制也有专门的芯片。很显然，触摸屏的控制芯片要完成两件事情：其一，是完成电极 电压的切换；其二，是采集接触点处的电压值(即A/D)。本文以BB (Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843为例，介绍触摸屏控制的实现。

ADS7843的基本特性与典型应用

ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.7~5 V，参考电压VREF为1 V~+VCC，转换电压的输入范围为0~ VREF，最高转换速率为125 kHz。ADS7843的引脚配置如图3所示。表1为引脚功能说明，图4为典型应用。

ADS7843的内部结构及参考电压模式选择

ADS7843之所以能实现对触摸屏的控制，是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换，并能进行快速A/D转换。图5所示为其内部结 构，A2~A0和SER/为控制寄存器中的控制位，用来进行开关切换和参考电压的选择。

ADS7843支持两种参考电压输入模式：一种是参考电压固定为VREF，另一种采取差动模式，参考电压来自驱动电极。这两种模式分别如图 6(a)、(b)所示。采用图6(b)的差动模式可以消除开关导通压降带来的影响。表2和表3为两种参考电压输入模式所对应的内部开关状况。

ADS7843的控制字及数据传输格式

ADS7843的控制字如表4所列，其中S为数据传输起始标志位，该位必为\。A2~A0进行通道选

择(见表2和3)。

MODE用来选择A/D转换的精度，\选择8位，\选择12位。 SER/选择参考电压的输入模式(见表2和3)。PD1、PD0选择省电模式： \省电模式允许，在两次A/D转换之间掉电，且中断允许； \同\，只是不允许中断； \保留； \禁止省电模式。

为了完成一次电极电压切换和A/D转换，需要先通过串口往ADS7843发送控制字，转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要 24个时钟周期，如图7所示。由于串口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期， 如图8所示。如果条件允许，CPU可以产生15个CLK的话(比如FPGAs和ASICs),转换速率还可以提高到每次15个时钟周期，如图9所示。

单点和多点触摸屏技术解析

触摸屏的中心议题： * 触摸屏的技术发展 触摸屏的解决方案：

* 采用多点触控全区输入技术

就电子产品，特别是消费类产品而言，如何将用户复杂的控制动作转变为直观、便捷且可生产的体验，是用户界面设计面临的终极挑战。用户界面设计一方面要考虑到用户视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉等五种感官的需求，另一方面还要考虑到用户需求对器件或系统的影响。目前市场上推出的大部分产品虽然有效，但主要都是将用户的视觉和触觉分开来处理。从计算机键盘、手机键盘、MP3

播放器、家用电器甚至电视遥控器等上面的简单按钮或按键，到音量调节滑条、滚轮和跟踪板等上面更高级的单击和滚动特性，输出位置(也就是用户的输入或操控动作的结果）与用户的输入位置是截然不同的。要是能让输入和输出,即视觉和触觉完全达到一致，那该有多好啊！而这种视觉和触觉的一致性正是触摸屏的基本优势所在。

让视觉和触觉完全达到一致说起来简单，但做起来则不啻为一场意义深远的技术突破，其将彻底改变用户与电子产品互动的方式，因此有人将此称为用户界面的革命。触摸屏的透明特性允许用户直接“触摸”显示屏上的不同内容，人们对这样的用户界面设计发出感叹。因为用户再也不用去找电子设备周边的这个或那 个按钮，如计算机鼠标或键盘甚至手机上的拨号按键，而是直接与固化在设备“大脑”(即其操作系统）中的应用进行互动。这是一场革命性的变化，这种操控方式 可让用户直接掌控强大的操作系统和应用程序，一切尽在用户的指尖。当然，我们能在计算机屏幕上使用鼠标和跟踪板访问应用程序，不过这种操控不是直接触摸显示屏，不能让用户与屏幕及内嵌的应用融为一体。实际上，我们能通过我们所能想象出来的各种动作或手势来使用触摸屏，让显示屏变得鲜活生动，只要眼睛看到的，都能简单地通过触摸进行互动。目前触摸屏主要分为三大类：单点触摸；多点触摸识别手指方向；多点触摸识别手指位置。

触摸屏的功能发展由简及繁，最初的产品只支持最简单的操控，就是一个手指触摸屏幕上的一点来实现操控。比如我们每天在附件超市的POS终端机，或者在机场的check-in终端上进行的操作。以前，我们只能通过屏幕周边的机械按钮进行操控，单点触摸屏在此基础上实现了用户界面方面的一大进步。当然，机械和新型电容式触摸感应按钮在我们的家庭、办公室及其他地方无所不在：手机、固定电话、遥控器、电视、电脑及其各种外设、游戏机、电冰箱、微波炉、 烤箱，以及无线电和空调等车内电子控制设备等等。现在，单点触摸屏在显示屏上直接集成了用户控制界面，因此再也不需要传统的机械按钮了。

这种屏幕为用户界面带来两大好处，一是设备设计空间得到优化，特别有利于小型设备，因其能在同一区域内同时“安装”屏幕和按钮；二是由于按钮能 绑定于操作系统中的任意应用，所以设备使用的“按钮”可以达到无限多个。上述功能主要建立在电阻式触摸屏技术基础之上，在消费电子产品、机场报刊亭、食品 杂货店POS终端和车载GPS系统等各种应用中都得到了广泛推广。

尽管单点触摸屏和电阻式触摸屏技术很令人吃惊并颇具革命意义，但其还是有两大缺点，一是电阻式技术依赖于触摸屏的物理运动，尽管影响不大，但经过正常的磨损老化后，性能就会下降；二是

这种技术只支持单点触摸，也就是一次只能用一个手指在屏幕的某个区域做单一动作。为什么用户与设备的互动只能局限 于一根手指呢？苹果公司为用户界面革命做出了不可估量的贡献，其推出的iPhone采用了感应电容式触摸屏。即使在智能电话等小型化设备中，要想充分发挥应用和操作系统的功能，也需要多个手指才能实现最佳的可用性。因为有了苹果公司，用户现在已经很难设想过去是怎么在不支持两个手指的手势动作的情况下，照片缩放，以及相册、网页视图的方位改变等相关操作的。

其他技术革新者正在多种设备系统上继续沿用这种多点触摸技术，其中包括 Google G-1和Blackberry Storm智能电话、MacBook Pro和惠普touchsmart台式机和笔记本电脑、便携式媒体播放器以及其他多种应用等。现在，用户又有了新的期待，希望进一步改善用户与其电子产品 的互动方式，各种电子产品也都纷纷争相实现用户的这种新要求。

与单点触摸屏一样，识别手指方向的多点触摸屏也有一个局限，就是该技术能在屏幕上同时识别的操作点数量有限。为什么一次只能识别两个操作点呢？ 用户的两只手有十个手指，当用户之间彼此互动时，屏幕上会出现更多的手指。这就是识别手指位置的多点触摸概念的由来，它可以实现两个手指以上的操控。

Cypress将此技术称为“多点触控全区输入”，它进一步提升了触摸屏可靠的可用性，能满足多种特性丰富的应用需求。可靠性是指我们能以最高粒度准确捕获到屏幕上所有触点的原始数据，尽可能减少屏幕触点定位不准带来的混乱问题的能力。可用性是指众多功能强大的应用可在不同大小的屏幕上受益于双手或两个手指以上的屏幕操控的能力。3D 互动游戏、键盘输入和地图操作等都是使用这种触摸屏功能的一些主要对象。

从根本上来讲，多点触控全区输入技术为设备和系统OEM厂商提供了唾手可得的所有触摸数据，帮助他们发挥创造性，以开发下一代新型实用的技术。

赛普拉斯半导体公司推出的TrueTouch触摸屏解决方案就是多点触控全区输入的一个应用实例。TrueTouch 采用了赛普拉斯PSoC可编程片上系统架构，该架构集成了带有可编程模拟和数字块的8 位微控制器。可实现无与伦比的灵活性和可配置性。TrueTouch解决方案的感应式电容触摸屏控

制器能扩展支持各种尺寸的屏幕，可灵活支持单点触摸、识别手指方向的多点触摸和识别手指位置的多点触摸技术。TrueTouch可高度集成外部元件，而且特别适合与各种触摸屏感应器或 LCD 显示屏协同工作。灵活的PSoC架构使设计人员能够在产品设计的最后阶段方便地进行修改，而这是其他触摸屏产品无法做到的。

电容式触摸原理浅谈

主要内容：

电容式触摸原理和电容触摸屏的缺陷

当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符的模糊。

电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道，电容值虽然与极间距 离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的绝缘系数有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮 湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。

电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。

电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。

电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中 伤及内表面ITO层，电容屏就不能正常工作了。

电容式触摸技术的三大挑战：信号检测、寄生电容变

化以及功耗和尺寸

在今年9月Cypress（赛普拉斯）的CapSense触摸方案发布会上，来自赛普拉斯的工程师提到，目前电容式触摸技术的主要挑战有三点：

第一是信号的检测，现有算法很难区分噪声与信号，从信号源分离有用信号也是算法开发中的一大难点。

第二是寄生电容的变化，我们知道，电容屏的工作原理是通过手指与触摸屏接触产生电容，通过计算这个电容值得出位置信息。但是现在市场上各类触摸产品的设计有很大差异，不同厂商使用的面板材质，外壳，以及PCB大小也不尽相同。所以对于触摸方案提供商需要针对不同的设计，对其电容值进行相应地调校以与之匹配。但是目前由于产品工艺问题，就算是同一厂商的同一系列产品，也可能需要对其寄生电容值进行仔细核对，校准。所以在产品的整个设计过程中，IC设计公司，面板厂商以及终端设计厂商需要紧密合作，及时跟进，对设计问题做出快速反应，只有这样，才能将产品快速推向市场。

第三就是功耗以及PCB的尺寸。低功耗和小型化是IC设计的必然趋势，怎样在保证性能的情况下降低功耗，减小尺寸，这也是工程师们不断追求的目标。

为应对以上几点挑战，Cypress开发出了SmartSenseTM可编程CapSense触摸解决方案。它使

用赛普拉斯自主研发的算法，解决了以上难题。该方案具备以下几个优点：无需人工调校，可自调节阈值，降低了技术难度，省去了设计人员的后期测试步骤，可减少BOM成本，缩短上市时间。

三大主流触摸屏技术

主要内容： 单点触摸屏

多点触摸屏——识别手指方向 多点触摸屏——识别手指位置

就电子产品，特别是消费类产品而言，如何将用户复杂的控制动作转变为直观、便捷且可生产的体验，是用户界面设计面临的终极挑战。用户界面设计一方面要考虑到用户视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉等五种感官的需求，另一方面还要考虑到用户需求对器件或系统的影响。目前市场上推出的大部分产品虽然有效，但主要都是将用户的视觉和触觉分开来处理。从计算机键盘、手机键盘、MP3播放器、家用电器甚至电视遥控器等上面的简单按钮或按键，到音量调节滑条、滚轮和跟踪板]等上面更高级的单击和滚动特性，输出位置(也就是用户的输入或操控动作的结果）与用户的输入位置是截然不同的。要是能让输入和输出,即视觉和触觉完全达到一致，那该有多好啊！而这种视觉和触觉的一致性正是触摸屏的基本优势所在。

让视觉和触觉完全达到一致说起来简单，但做起来则不啻为一场意义深远的技术突破，其将彻底改变用户与电子产品互动的方式，因此有人将此称为用户界面的革命。触摸屏的透明特性允许用户直接“触摸”显示屏上的不同内容，人们对这样的用户界面设计发出感叹。因为用户再也不用去找电子设备周边的这个或那个按钮，如计算机鼠标或键盘甚至手机上的拨号按键，而是直接与固化在设备“大脑”(即其操作系统）中的应用进行互动。这是一场革命性的变化，这种操控方式可让用户直接掌控强大的操作系统和应用程序，一切尽在用户的指尖。当然，我们能在计算机屏幕上使用鼠标和跟踪板访问应用程序，不过这种操控不是直接触摸显示屏，不能让用户与屏幕及内嵌的应用融为一体。实际上，我们能通过我们所能想象出来的各种动作或手势来使用触摸屏，让显示屏变得鲜活生动，只要眼睛看到的，都能简单地通过触摸进行互动。目前触摸屏主要分为三大类：单点触摸；多点触摸识别手指方向；多点触摸识别手指位置。 单点触摸屏

触摸屏的功能发展由简及繁，最初的产品只支持最简单的操控，就是一个手指触摸屏幕上的一点来实现操控。比如我们每天在附件超市的POS终端机，或者在机场的check-in终端上进行的操作。

以前，我们只能通过屏幕周边的机械按钮进行操控，单点触摸屏在此基础上实现了用户界面方面的一大进步。当然，机械和新型电容式触摸感应按钮在我们的家庭、办公室及其他地方无所不在：手机、固定电话、遥控器、电视、电脑及其各种外设、游戏机、电冰箱、微波炉、烤箱，以及无线电和空调等车内电子控制设备等等。现在，如下列图 1所示的单点触摸屏在显示屏上直接集成了用户控制界面，因此再也不需要传统的机械按钮了。

图 1：单点触摸屏功能

这种屏幕为用户界面带来两大好处，一是设备设计空间得到优化，特别有利于小型设备，因其能在同一区域内同时“安装”屏幕和按钮；二是由于按钮能绑定于操作系统中的任意应用，所以设备使用的“按钮”可以达到无限多个。上述功能主要建立在电阻式触摸屏技术基础之上，在消费电子产品、机场报刊亭、食品杂货店POS终端和车载GPS系统等各种应用中都得到了广泛推广。

多点触摸屏——识别手指方向

尽管单点触摸屏和电阻式触摸屏技术很令人吃惊并颇具革命意义，但其还是有两大缺点，一是电阻式技术依赖于触摸屏的物理运动，尽管影响[LU6]不大，但经过正常的磨损老化后，性能就会下降；二是这种技术只支持单点触摸，也就是一次只能用一个手指在屏幕的某个区域做单一动作。为什么用户与设备的互动只能局限于一根手指呢？苹果公司为用户界面革命做出了不可估量的贡献，其推出的iPhone采用了感应电容式触摸屏。即使在智能电话等小型化设备中，要想充分发挥应用和操作系统的功能，也需要多个手指才能实现最佳的可用性。因为有了苹果公司，用户现在已经很难设想过去是怎么在不支持两个手指的手势动作的情况下，完成诸如下列图 2所示的照片缩放，以及相册、网页视图的方位改变等相关操作的。

图 2：多点手势触摸屏上的图片缩放

其他技术革新者正在多种设备系统上继续沿用这种多点触摸技术，其中包括 Google G-1和BlackberryStorm智能电话、MacBookPro和惠普touchsmart台式机和笔记本电脑、便携式媒体

播放器以及其他多种应用等。现在，用户又有了新的期待，希望进一步改善用户与其电子产品的互动方式，各种电子产品也都纷纷争相实现用户的这种新要求。 多点触摸屏——识别手指位置

与单点触摸屏一样，识别手指方向的多点触摸屏也有一个局限，就是该技术能在屏幕上同时识别的操作点数量有限。为什么一次只能识别两个操作点呢？用户的两只手有十个手指，当用户之间彼此互动时，屏幕上会出现更多的手指。这就是识别手指位置的多点触摸概念的由来，它可以实现两个手指以上的操控。

Cypress将此技术称为“多点触控全区输入”，它进一步提升了触摸屏可靠的可用性，能满足多种特性丰富的应用需求。可靠性是指我们能以最高粒度准确捕获到屏幕上所有触点的原始数据，尽可能减少屏幕触点定位不准带来的混乱问题的能力。可用性是指众多功能强大的应用可在不同大小的屏幕上受益于双手或两个手指以上的屏幕操控的能力。3D互动游戏、键盘输入和地图操作等都是使用这种触摸屏功能的一些主要对象。

从根本上来讲，多点触控全区输入技术为设备和系统OEM厂商提供了唾手可得的所有触摸数据，帮助他们发挥创造性，以开发下一代新型实用的技术。

赛普拉斯半导体公司推出的TrueTouch触摸屏解决方案就是多点触控全区输入的一个应用实例。TrueTouch采用了赛普拉斯PSoC可编程片上系统架构，该架构集成了带有可编程模拟和数字块的8位微控制器。可实现无与伦比的灵活性和可配置性。TrueTouch解决方案的感应式电容触摸屏控制器能扩展支持各种尺寸的屏幕，可灵活支持单点触摸、识别手指方向的多点触摸和识别手指位置的多点触摸技术。TrueTouch可高度集成外部元件，而且特别适合与各种触摸屏感应器或 LCD显示屏协同工作。灵活的PSoC架构使设计人员能够在产品设计的最后阶段方便地进行修改，而这是其他触摸屏产品无法做到的。

图 3：可以识别手指位置的多点触摸屏

如何开发性能优异的电容式触摸屏

主要议题：

触摸屏手机将由电阻式转移至电容式触摸屏

触摸屏产品主要参数：精确度，手指间距，响应时间，画面更新率，画面更新率等

对触摸屏性能影响最为深远的技术改变要算是从电阻式转移至电容式触摸屏技术。根据市调机构iSuppli预测，到2011年前，近25%的触摸屏手机将由电阻式转移至电容式触摸屏。电容式触摸屏技术带来的各种效益，将促使市场快速成长。

传统的电阻式触控面板在感测到手指或触控笔时，顶层柔性透明材料被下压，接触到下方的导电材料层；而投射式电容屏没有可移动部件。事实上，投射式电容感测硬件包含玻璃材质的顶层，之后是X与Y轴的组件，以及覆盖在玻璃基板上的氧化铟锡(ITO)绝缘层。部分传感器供货商会做一颗单层传感器，内嵌X与Y轴传感器和小型桥接组件于一单层ITO之中，当手指或其它导电物体靠近屏幕时，就会在传感器与手指之间产生一个电容。相对于系统而言，此电容相当小，但可利用多种技术测出此电容。

其中一种技术是采用TrueTouch组件，包括快速改变电容，并利用一个泄放电阻来测量放电时间。这种全玻璃的触控表面带给使用者光滑流畅的触感。终端产品制造商也偏爱玻璃屏，因为玻璃材质会让终端产品拥有线条美观的工业设计感，并能为测量触控提供优质的电容信号。最后，不仅要考虑触控面板的外观，了解其运作模式也相当重要。为设计出性能优良的触摸屏产品，必须注意以下参数。

精确度：精确度可定义为，在一个预先定义的触摸屏区域中最大的定位误差，以手指的实际位置与测量位置之间的直线距离为单位。在测量精确度时，使用的是一只模拟或机械手指。手指置于面板上的一个准确位置，再把手指实际位置与测量位置进行比较。精确度非常重要，使用者希望系统能准确地找到手指位置。电阻式触摸屏最令人诟病的一项缺点，就是低准确度，而且准确度会随时间逐渐减弱。电容式触摸屏的精确度创造出许多新应用，例如虚拟键盘，以及不用触控笔的手写辨识。图1显示一个结构不完整的触控面板数据，显示手指位置有游移现象，而实际上模拟手指是进行直线移动。

图1 范例显示在触控面板追踪中的不准确度或误差.

手指间距：手指间距定义为，当触摸屏控制器测量两只手指的位置时，两只手指中心点之间在屏幕上的最短距离。手指间距测量方法(图2)，是将两个模拟或机械手指置于面板上，然后逐渐拉近两只手指的距离，直到系统测到两只手指为一只手指为止。有些触摸屏供货商的手指间距是指边缘至边缘的距离，有些则是中心点之间的距离。10毫米机械手指的10毫米手指间距，表明有多只手指触碰到屏幕，或是手指之间的距离为10毫米，实际状况取决于触控控制器的规格定义。如果没有良好的手指间距，就无法设计出多点触控解决方案。对于仿真键盘而言，手指间距尤其重要，因为一般在使用仿真键盘时，手指在屏幕上的间距通常很短。

图2 测量手指间距。

响应时间：响应时间定义为，触摸屏上手指触碰事件与触摸屏控制器产生中断信号之间的时间。测量方法是以电子触动仿真手指触摸屏的环境，或在面板上移动一只模拟手指。响应时间尤其重要，因为它直接影响用户在屏幕上移动手指的速度；进行平移或轻弹的操作；用手指或笔在屏幕上书写。响应时间缓慢的触控面板，会有短暂停顿和侦测不到移动动作的情况。触摸屏的响应时间是系统响应时间的一部分，其中包括:

X/Y轴向扫描：触控控制器扫描与测量传感器上电容变化所耗费的时间。

手指侦测：比较面板电容变化与预先定义的手指默认值。若变化幅度超越手指默认值，就会侦测到手指的触碰。

手指位置：根据多个传感器得到的结果数据进行推算，判断手指的实际位置。

手指追踪：当传感器上置有多只手指，每只手指必须正确辨识，并指派一个独特的辨识符号。 中断延迟：是指主控端上岔断指示和服务之间的延迟，在大多数的系统中，这种延迟不会超过100微秒。

通信：一般系统在400kHz时使用I2C，或在1MHZ时使用SPI来与主控端进行通信。

市面上有许多工具能用来缩短响应时间，关键在于触控芯片的智能，比如较有创意的方法仅需扫描部分屏幕，即可侦测到手指位置，当侦测到手指后，就能快速扫描，计算出手指实际的定位，藉此节省耗电与时间。另一个重要工具是并行处理，使用不同的硬件组件进行扫描、手指处理及通信，使这些工作同步进行。采用高度优化的算法进行手指侦测、手指定位及手指识别码(ID)，能够缩短处理与响应时间。

画面更新率：当手指出现在触摸屏上时，一个数据缓冲器内触摸屏数据的两个相邻帧之间的时间。低画面更新率会导致系统侦测动作有停顿现象，侦测到的移动路线也会变成不连续的线段，而不是流畅的曲线。换言之，若触控面板拥有高画面更新率，就能提供更多的数据点，可转译成流畅或完整的形状或动作轨迹，此外，高画面更新率还能改进手势的解译功能。诸如TrueTouch这类智能触摸屏控制器能够调整其画面更新率来配合系统需求。手绘或手写应用需要相当高的画面更新率，但手机拨号键盘仅需在使用者按下或放开按钮时，截断主控端即可。

平均功耗：是指触控系统的平均功耗，包括控制器IC工作时的时间扫描、处理、通信、休眠等，以及主处理器接收与解译触控数据的时间。

功耗是很常见的性能参数：测量装置消耗的电流乘以电压，就能推算出功耗。在触控面板的功耗方面，需要更精密的计算公式，因为不同使用模式会产生不同功耗。手机的待机时间取决于触摸屏的待机或休眠模式消耗的电流。

触摸屏在工作时，还分成许多种模式，例如触碰唤醒(WOT)、面颊侦测(Cheek Detect)，比如接听一通5分钟来电，正在检视或输入电话号码时，手机可能切换至触控模式达10秒，之后再切换至提醒通话时的WOT或面颊侦测模式。即使在传送文字信息(SMS)时，仍是混合WOT模式与实际手指接触，在按键输入或思考时，控制器IC会在各种睡眠模式之间进行切换。

若不考虑这些功耗模式，就会很容易被系统耗电量所误导，在大多数的情况中，触摸屏90～99%的时间都是切换至面颊侦测模式及触碰唤醒模式。有些系统允许使用者自行设定处理时间与休眠模式的比例，甚至手指仍置于面板的时候。若系统仅侦测到手指置于相同位置，就不需要200MHz的画面更新率。想要开发一个高性能触摸屏，必须运用休眠模式的低功耗系统，并搭配创新的休眠与唤醒模式来工作。

系统研发人员在设计一个电容式触摸屏系统时，还要考虑许多其它重要因素：

手指电容:是指手指与单一传感器组件之间测量到的电容。测量手指电容时，是使用一只真实手指，而不是金属的机械手指，以确保测得符合实际状况的数据。影响回授电容(CF)的因素包括覆盖上层的镜片厚度及覆盖外层材料的介电常数。

系统本底噪声:系统本底噪声是指电容至数字转换器输出端所测量到的噪声，是数据转换器的输入(电容)值。

信噪比:信噪比(SNR)是传感器测得的手指信号与测量噪声之比。这是个重要参数，设计人员必须深入了解它，才能开发出高效率的触控面板。系统必须能调节、适应并滤除移动系统中的寄生噪声。为获得高信号数以及极少的噪声数，可考虑针对触控功能采用精确的模拟前端组件。

诸如TrueTouch系列可编程解决方案这类产品，可在滤除噪声方面提供许多绝佳的机制。PSoC可编程模拟组件能重新组态，以整合持续一段时间的信号，藉此滤除噪声。不同的信号频率，包括扩频与虚拟随机频率，亦可用来避免电磁干扰。标准的数字滤波器能移除1～2位的信号抖动或提供类似IIR的低通滤波器。智能数字滤波器能比对附近区域侦测到的样本，滤除不正常的样本，智能滤波器仅受限于系统设计人员的创意。图3显示一个组件的噪声水平范例，及侦测到的触控行为。在这个例子中，撷取到的SNR为5。

图3 信噪比(SNR)范例。

了解与掌握重要的触摸屏效能参数，就能大幅改进触摸屏设计。了解这些标准，也有助于选择理想的设计伙伴，这些业者拥有适合的技术，能妥善应对移动消费产品的噪声与电气问题。 触摸屏吸引人的优点，就在于其外表看似简单的设计。在取代笨重的按钮、轨迹球或传统屏幕后，触摸屏带来一种全新的操作模式，创造出令人喜爱的使用体验。触摸屏设计的难点在于，想要提供美观简洁的设计，必须采用精密复杂的硬件、固件体以及制造技术。掌握触摸屏的设计要点、关键性能参数，以及触摸屏设计的权衡考虑要素，是开发出一流触摸屏产品的第一步。

maXTouch触摸技术看点：低功耗和PCB安装

中心议题：

maXTouch支持多点触摸达10个点，触摸反应速度约为10ms

maXTouch的低功耗体现在“事件系统”，待机功耗2mW，工作功耗只有4mW 首款mXT224的信噪比达到80：1，使其突破传统直接安装在PCB母板上

触摸屏鼻祖iPhone独步智能手机的时代已成为历史，各手机品牌频频叫板iPhone手机，多点触摸不再是iPhone的秘密武器。近日，摩托罗拉发布的Droid又成为了iPhone新一任劲敌，它不仅拥有谷歌的Android操作系统也拥有iPhone的杀手锏——多点触摸。Droid能否成为iPhone杀手尚不可知，但是围绕iPhone神秘的光环在一次次手机厂商的挑战中褪去已成定局。

“众所周知，触摸屏风潮由iPhone带动，但是iPhone已经推出2年，技术略显陈旧。”Atmel亚太区及日本销售副总裁余养佳表示iPhone只揭开了触摸控制的冰山一角，触摸技术的潜力还有待发掘，“触摸技术的演进将令触摸屏的应用比iPhone更炫、更酷。”

Atmel副总裁余养佳

2009年中，Atmel发布了基于Atmel XMEGA AVR微控制器的完全整合的电容性触摸屏技术maXTouch。余养佳透露，Atmel已经送样给前五大手机制造商的其中四家。而市场研究机构FBR分析，Motorola发布的Droid便采用Atmel的产品支持其触摸屏幕。

iPhone的触摸芯片为Apple独家设计，但iPhone的触摸屏已经成为衡量其他触摸技术高下的公认标杆。与iPhone相比，新推出的maXTouch支持多点触摸达10个点，触摸反应速度约为10ms，比iPhone提高了近10倍。此外，maXTouch触摸探测点达224点，相比之下，与之接近的竞争触摸屏成品解决方案的节点只有maXTouch的一半。余养佳指出高分辨率可以为触摸屏设计带来两个好处：首先可以支持大面积触摸屏；其次在多点触摸时，高分辨率能让两个操控手指之间的距离可以更接近，分辨率的提高使触摸屏变得更为灵敏。据了解，maXTouch可辨别的最小距离可达10mm。

革除触摸屏功耗顽疾

触摸式按键革新了人机交互的界面，但触摸屏的工作原理必须依赖监测电路的微小变化量来感知手指的操作意图。相比传统机械式按键，触摸屏“额外”的电路感测、运算逻辑控制增加了系统负担，其功耗的问题始终困扰系统设计，尤其是对功耗敏感的便携式产品。maXTouch的出现有助于消除设

计者对触摸屏功耗的顾虑，maXTouch在闲置模式时其功耗低至2mW，即使在工作状态，该芯片的功耗也只有4mW。

余养佳指出，Atmel以前的触摸解决方案采用MEGA AVR微处理器，而今选用以XMEGA AVR为核心的微处理器，所带来的主要差别在于系统事件（Event System）。通常，IO数据交换必须通过CPU实现，而XMEGA AVR微处理器的事件系统 (Event System) 和外设DMA控制器可从CPU卸载所有与外设之间 (Inter-peripheral)的通信和数据传送操作，释放其能力用于处理传感器图像的后处理。事件系统可以在主CPU闲置时侦测到周围IO处理系统事件，在CPU睡眠状态进行IO交换，如此一来功耗便可降低很多。XMEGA AVR微处理器能把简单的触发性中断转化成硬件的逻辑模块，除非有复杂的中断上报，基本的逻辑判断功能全部由CPU之下的硬件模组完成，从而，maXTouch的功耗表现出色。

不惧干扰 直接贴装PCB

PCB的布局在整个触摸屏方案中尤为重要，它关系着最终触摸屏触控反应灵敏与否。通常，为了防止PCB板上各种器件对触摸控制芯片的噪声干扰问题，触摸控制芯片并不直接焊接在PCB母板上，而是焊接在柔性线路板（FPC，Flexible Printed Circuit）上连接至LCD模组和PCB母板。“LCD模组和FPC搭配的利用率很低，一般为70～80%，导致触摸屏的成品率很低。”余养佳介绍Atmel推出的maXTouch可以直接焊接至母板的触摸控制芯片，而在母板上焊接IC可以将成品率提高到99%以上，显著节省了系统成本。

同样是触摸控制芯片，为什么其它厂商的产品只能安装在FPC以避免干扰而Atmel的芯片可以直接焊接在PCB板上？余养佳揭晓了Amtel的奥秘在于信噪比（Signal Noise Ratio）。高信噪比对于

准确报告邻近或微弱的信号是至关重要的，这有令产品即使处于嘈杂的环境中，例如是带有来自无线收发器、LCD显示器和电池充电器的耦合噪声，仍然能够达到高精度识别率。maXTouch系列首款器件mXT224的信噪比达到80：1，此外再辅以噪声抑制算法，最终凭借高抗耦合噪声能力可以突破传统直接安装在PCB母板上。

摈弃模组化 设计选择更灵活

据了解，目前Atmel只提供触摸控制芯片，尚未有模组化的计划。“在触摸屏发展的早期，的确是集成方案容易获得客户青睐，但随着整机厂商慢慢了解、掌握触摸技术之后，他们需要更多的ITO供应商，避免单一进货而引发断料的风险。”余养佳表示，Atmel未来也不会走向模块化发展之路，而专注于研发IC类产品，以留给客户更多选择ITO（氧化铟锡，用于触摸板的导电玻璃）供应商的空间。余养佳进一步解释，电容值和每个导体的材料、厚度宽度都有关系，所以ITO的Layout和膜的厚度、宽度都有关，这些因素都会影响电容值。为了配合客户的不同ITO厂家，Atmel不仅和客户合作，帮助客户设计整个方案，包括ITO的Layout，还与上游ITO厂家合作，共同设计ITO。“由于不同厂家的ITO制程存在差异，MCU需要配合参数各不相同，而目前只有少数MCU厂商可以提供手牵手的技术支持。”余养佳补充道，未来触摸屏的整合模式将转换成以LCD模组厂商加ITO的组合，因为LCD和ITO制程很相似。随着ITO和LCD模组厂联手推出整合的标准模块，未来MCU导入设计的要求将有所降低。

对于触摸的前景，余养佳用微软发布Windows 7时的一个细节作答。Windows 7首先亮相于世人面前的功能是触摸控制。微软如此高调倡导触摸控制，让触摸屏相关企业笑逐颜开，他相信，除了手机以外，触摸控制将进入上网本、游戏机、GPS导航、数码相框等领域大展拳脚。

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