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触摸屏技术浅析

触摸屏技术浅析 (1)

作者:管理(lǐ)员 发表时间:2011/9/9 10:41:00 阅读:

触摸屏作為(wèi)一种新(xīn)的人机交互设备,正受到越来越多(duō)的用(yòng)户和开发商(shāng)的关注。它是目前最简单、最方便的输入设备。
在公共信息查询领域,為(wèi)了操作上的方便,人们使用(yòng)触摸屏代替鼠标和键盘,设计人员可(kě)以通过软件设计出适合各种不同的用(yòng)户界面,使用(yòng)者不需要专门的操作知识,只需要根据功能(néng)图标轻触显示屏幕上的响应位置,就能(néng)实现需要的操作,使用(yòng)起来简单、快捷,极大方便了不懂電(diàn)脑操作的普通用(yòng)户。这种新(xīn)兴的人机交互方式,使多(duō)媒體(tǐ)应用(yòng)呈现出崭新(xīn)的面貌,给用(yòng)户带来更优秀的體(tǐ)验。
在便携设备,特别是手机应用(yòng)领域,通过使用(yòng)触摸屏技术,设计者可(kě)以彻底摒弃数字键盘占用(yòng)的空间,增加手机屏幕的显示空间,如此一来,手机的娱乐功能(néng)得到了极大的提升,开发者就能(néng)够更自由的发挥自己的创意,给用(yòng)户带来更多(duō)新(xīn)奇的功能(néng)和应用(yòng)。触屏手机最大的特点在于它那超大的屏幕,可(kě)以使用(yòng)者带来视觉的享受,无论从文(wén)字还是图像方面都體(tǐ)现出大屏幕的特色。
本文(wén)提供了一些触摸屏的基本原理(lǐ)的简单介绍,希望能(néng)给广大用(yòng)户一些帮助。
触摸屏的分(fēn)类及其原理(lǐ)
通常,触摸屏系统由触摸检测传感部件和触摸屏控制器两部分(fēn)器件组成。前者采集用(yòng)户的触摸信息并传送到控制器,后者通过对接收到的信息进行处理(lǐ),得到用(yòng)户的触摸位置,并将位置信息发送给上一层的主机,同时接收主机发送的控制命令并加以执行。
触摸屏的主要分(fēn)类
从技术原理(lǐ)上區(qū)分(fēn),触摸屏可(kě)以分(fēn)成四个基本种类:红外技术触摸屏、表面声波触摸屏、電(diàn)阻触摸屏、電(diàn)容触摸屏。下面将对以上四种触摸屏技术进行简单的介绍。
1、红外技术触摸屏
该触摸屏由安装在触摸屏外框上的红外发射和接收器件构成。发射器件在屏幕表面形成红外检测网,任何物(wù)體(tǐ)都可(kě)改变触点的红外線(xiàn)而实现触摸的检测。红外触摸屏不受電(diàn)流、電(diàn)压和静電(diàn)干扰,适合条件恶劣的工作环境,价格低,安装方便,响应速度快。红外现在应用(yòng)开始广泛化了,一般都是用(yòng)于大型设备,比如電(diàn)视上主持人的触摸大電(diàn)视,寿命一般,准确率高,支持多(duō)点,透光率最好,最高100%。
2、表面声波触摸屏
表面声波是沿介质表面传播的机械波。此类触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接收器组成。其中声波发生器产生一种高频声波跨越屏幕表面,在手指触摸时,触電(diàn)上的声波被阻止,声波接收器由此确定坐(zuò)标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素的影响,分(fēn)辨率极高,有(yǒu)极好的防刮性,使用(yòng)寿命長(cháng),透光率好,没有(yǒu)漂移,表面也不怕划,缺点是怕水和油污,脏了要维护。
3、電(diàn)阻式触摸屏
電(diàn)阻触摸屏是一块与显示屏表面匹配的多(duō)层复合薄膜。该结构以一层玻璃作為(wèi)基层,表面涂一层透明的导電(diàn)层(ITO,氧化铟),上层再覆盖一层防刮的塑料层,它的内表面也涂有(yǒu)一层ITO,四線(xiàn)和八線(xiàn)触摸屏由两层具有(yǒu)相同表面電(diàn)阻的透明阻性材料组成,五線(xiàn)和七線(xiàn)触摸屏由一个阻性层和一个导電(diàn)层组成,通常在两层导電(diàn)层之间有(yǒu)许多(duō)细小(xiǎo)(小(xiǎo)于千分(fēn)之一英寸)的透明隔离点把它们分(fēn)隔开。当触摸屏表面受到的压力(如通过筆(bǐ)尖或手指进行按压)足够大时,顶层与底层之间会产生接触。所有(yǒu)的電(diàn)阻式触摸屏都采用(yòng)分(fēn)压器原理(lǐ)来产生代表X坐(zuò)标和Y坐(zuò)标的電(diàn)压。
為(wèi)了在電(diàn)阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐(zuò)标,需要对一个阻性层进行偏置:将它的一边接VREF,另一边接地。同时,将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大,使两层之间发生接触时,電(diàn)阻性表面被分(fēn)隔為(wèi)两个電(diàn)阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的電(diàn)阻相当于分(fēn)压器中下面的那个電(diàn)阻。因此,在未偏置层上测得的電(diàn)压与触摸点到接地边之间的距离成正比。電(diàn)阻式触摸屏的优点是它的屏和控制系统都比较便宜,反应灵敏度也很(hěn)好,而且不管是四線(xiàn)電(diàn)阻触摸屏还是五線(xiàn)電(diàn)阻触摸屏,它们都是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,能(néng)适应各种恶劣的环境。它可(kě)以用(yòng)任何物(wù)體(tǐ)来触摸,稳定性能(néng)较好。缺点是電(diàn)阻触摸屏的外层薄膜容易被划伤导致触摸屏不可(kě)用(yòng),多(duō)层结构会导致很(hěn)大的光损失,对于手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好的问题,但这样也会增加電(diàn)池的消耗。
4、電(diàn)容触摸屏
電(diàn)容式触摸屏的结构主要是在屏幕上镀上一层透明的导電(diàn)层(ITO),再在外层覆盖一块保护玻璃,双玻璃结构能(néng)更有(yǒu)效的保护 导體(tǐ)层及感应器。
按工作原理(lǐ)的不同,電(diàn)容触摸屏又(yòu)可(kě)大略分(fēn)為(wèi)表面電(diàn)容触摸技术(surface capacitive touch)和投射式電(diàn)容触摸技术(projected capacitive touch)。
表面電(diàn)容触摸技术(SCT):
SCT面板是一片分(fēn)布均匀的ITO层,面板四个角落各有(yǒu)一条引線(xiàn)与SCT控制器相连接。SCT控制器内部的驱动電(diàn)路对面板进行充電(diàn),形成一个均匀的電(diàn)场,当手指触摸时,電(diàn)场改变,引起微量的電(diàn)流流动。此时IC内的检测電(diàn)路分(fēn)别解析四条联線(xiàn)的電(diàn)流量,并根据各点的数据量推算出X、Y的坐(zuò)标。為(wèi)了克服干扰,可(kě)以利用(yòng)硬件过滤器或软件滤波器对对推算出来的坐(zuò)标值进行处理(lǐ)。
投射式電(diàn)容触摸技术(PCT):
PCT是建立于矩阵的概念上的。在触摸屏制作部分(fēn),PCT面板的ITO经过蚀刻而产生特定图案,以提高各触点的信噪比,增强识别精度。根据扫描方式,一般又(yòu)可(kě)以分(fēn)成自電(diàn)容和互電(diàn)容两种:
自電(diàn)容,通常是指扫描電(diàn)极与地构成的電(diàn)容。在玻璃表面,用(yòng)ITO制成横向和纵向的扫描電(diàn)极,这些電(diàn)极与地之间构成一个電(diàn)容的两极,当人手指触摸时,人體(tǐ)产生的電(diàn)容将并联到電(diàn)路之中引起電(diàn)容的变化,電(diàn)容控制器通过侦测到这一变化值推算出触点的坐(zuò)标值。
互電(diàn)容,一般是指在玻璃表面的横向和纵向ITO電(diàn)极之间形成的耦合電(diàn)容。互電(diàn)容的检测方式就是通过检测每个交叉点的電(diàn)容变化来判断触摸点的位置。当人體(tǐ)触摸时,電(diàn)极的電(diàn)场受到人體(tǐ)的影响而减小(xiǎo),从而影响耦合電(diàn)容的大小(xiǎo)。電(diàn)容控制器能(néng)够侦测到電(diàn)容值的变化,通过对这些变化进行处理(lǐ),就能(néng)得到精确的坐(zuò)标信息。因為(wèi)互電(diàn)容的扫描方式是检测每个交叉点的電(diàn)容值变化,所以它需要的扫描时间较長(cháng),需要检测X*Y个数据,但是正是由于这种检测方式,它可(kě)以实现真正的多(duō)点触摸检测。
对以上几种触摸屏技术进行比较可(kě)以发现,对于一般公共信息及工控领域,使用(yòng)触摸屏的尺寸都比较大,对稳定性的要求较高,故而红外技术触摸屏和表面声波触摸屏由于其强抗干扰行和稳定性,具有(yǒu)较大的市场。而对于便携式设备(手机、MP4等娱乐设备),電(diàn)阻式和電(diàn)容式触摸屏是更好得选择。
如今,触摸技术已经在手机市场大行其道,触屏手机更成為(wèi)各大厂商(shāng)竞争的焦点。而在这个触摸屏手机的发展浪潮中,由于電(diàn)容式触摸屏轻触就能(néng)感应,使用(yòng)方便。而且手指与触控屏的接触几乎没有(yǒu)磨损,性能(néng)稳定,经机械测试使用(yòng)寿命長(cháng)达30年。随着制造工艺的提高,以及電(diàn)容触摸技术的发展,電(diàn)容触摸屏模组的价格逐步下降,電(diàn)阻式触摸屏由于其自身長(cháng)期為(wèi)人们所诟病的使用(yòng)寿命和透光率等问题,将逐渐被電(diàn)容式触摸屏所取代。
比亚迪微電(diàn)子股份有(yǒu)限公司,下属部门拥有(yǒu)電(diàn)源管理(lǐ)、MOSFET、camera sensor、触控IC等多(duō)个项目团队,是國(guó)内自主研发能(néng)力相当强劲的IC设计公司。其中触控IC项目团队成立于2006年,是國(guó)内从事触摸控制芯片研发比较早的公司之一。经过多(duō)年的技术积累,现以形成了支持touchkey(電(diàn)容触摸按键)、touchpad(筆(bǐ)记本触摸板)和touchpanel(電(diàn)容触摸屏)等多(duō)个触摸应用(yòng)领域的完整产品線(xiàn)。

在電(diàn)容触摸屏触摸屏应用(yòng)领域,BYD拥有(yǒu)自主知识产权的自電(diàn)容触摸芯片BF692xC系列芯片能(néng)够完美支持当前主流的菱形触摸屏。该系列芯片除了能(néng)够实现電(diàn)容信息的检测之外,还在内部集成功能(néng)强大的8位MCU,能(néng)够实现多(duō)种扩展功能(néng),如:人體(tǐ)接近感应、环境光检测,并且拥有(yǒu)极其强大的抗干扰能(néng)力以及防水功能(néng),能(néng)够為(wèi)客户提供更有(yǒu)竞争力的触控方案。比亚迪微電(diàn)子触控IC突出优势是:高防水效果、高精确度、高信嗓比、快速响应、高刷新(xīn)率、低功耗、工作電(diàn)压范围大等。
 
高防水效果:比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC从硬件和软件方面分(fēn)别设计了防水功能(néng),两者紧密相联,实现防水功能(néng),用(yòng)户不会因為(wèi)手指上的水滴而出现误触控的情况,经比亚迪微電(diàn)子设计人员测试,BF692X系列IC防水厚度能(néng)达到3mm。这是触控界许多(duō)知名IC厂商(shāng)做不到的。
高精确度:比亚迪微電(diàn)子设计人员通过精密的硬件架构及软件算法优化底层原始点,从而实现用(yòng)户触控的高精确度,在用(yòng)户触控过程中不会出现手指游移的情况,这使得虚拟键盘以及无触控筆(bǐ)操作更人性化,更精准。
高信嗓比:信嗓比的高低是衡量触控效果的重要标准,如果信嗓比很(hěn)低,触控效果肯定是很(hěn)差的,所以,要想达到好的触控效果,提高信嗓比是极其重要的。比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC正常情况下信嗓比一般能(néng)达到40:1,甚至更高的信嗓比,这无疑是為(wèi)用(yòng)户的人性化触控提供了强有(yǒu)力的保障。
快速响应:响应时间也是衡量触控效果的必要标准,因為(wèi)它直接影响用(yòng)户在屏幕上移动手指的速度,进行“平移”“放大”等操作,以及用(yòng)手指或者電(diàn)容触控筆(bǐ)在屏幕上书写。响应慢的触控IC会检测不到触控动作。比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC使用(yòng)不同的硬件扫描、手指处理(lǐ),采用(yòng)高度优化的算法进行手指检测手指定位等,来达到快速响应。
高刷新(xīn)率:如果IC刷新(xīn)率低会导致动作抖动,手指移动線(xiàn)路会变成不连续的線(xiàn)段,而不是连续的曲線(xiàn)。比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC高刷新(xīn)率,能(néng)满足用(yòng)户的快速操作。
低功耗:对于電(diàn)子产品来说功耗通常都是放在第一位的,如果触控IC功耗太大,将直接使移动電(diàn)子设备终端電(diàn)池续航能(néng)力大打折扣,然而比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC正常工作模式下電(diàn)流5ma,休眠模式下電(diàn)流30uA,该参数已达到國(guó)际主流触摸芯片的功耗水准。
工作電(diàn)压范围大:比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC正常工作電(diàn)压是3.3V,然而,一般情况下,触控IC的工作電(diàn)压是不稳定的,尤其是在電(diàn)子产品電(diàn)量不足的情况下,電(diàn)压下降更為(wèi)明显。但是比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC的工作電(diàn)压适应范围大,在2.7V~5.5V都能(néng)正常工作,实现完美触控效果。
在最新(xīn)一代自電(diàn)容触摸芯片BF695xA系列芯片中,除了继承上述BF692xC系列芯片的各项有(yǒu)点的基础上,BYD还开发出了一个拥有(yǒu)自主专利的单层ITO设计方案。在此方案中,触摸屏不仅能(néng)够实现真正的两点触摸,并且由于使用(yòng)结构简单的单程图案设计,模组的良率和成本将大幅提高,给客户提供了一个更具有(yǒu)竞争力的電(diàn)容触控方案。
针对中高端手机触摸屏而言,BYD最新(xīn)研发成功的BF693xA系列芯片不仅通过其强大的32位内核MCU的数据处理(lǐ)能(néng)力以及基于互電(diàn)容检测方法实现的多(duō)点检测模块,可(kě)以实现多(duō)达10个触摸点的精确定位,单芯片最高可(kě)支持10寸触摸屏,為(wèi)客户提供一个更具竞争优势的多(duō)点触控方案。

应用(yòng)领域
比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC应用(yòng)广泛,不仅能(néng)应用(yòng)于手机、GPS、eBook,还能(néng)应用(yòng)于MID、Tablet PC等。
 

高效的技术支持
比亚迪微電(diàn)子有(yǒu)限公司拥有(yǒu)专业的技术支持工程师,那是快捷、有(yǒu)力的技术支持所在。
比亚迪微電(diàn)子有(yǒu)限公司,提供触控IC方案全程服務(wù),从FPC到客户端调试,再到售后,比亚迪工程师会為(wèi)客户解决期间的任何问题。还有(yǒu),从比亚迪所有(yǒu)技术支持工程师全天24小(xiǎo)时在線(xiàn),客户任何问题,工程师会在两天内為(wèi)客户解析问题,用(yòng)最短的时间解决问题。
 
在電(diàn)容触摸屏触摸屏应用(yòng)领域,BYD拥有(yǒu)自主知识产权的自電(diàn)容触摸芯片BF692xC系列芯片能(néng)够完美支持当前主流的菱形触摸屏。该系列芯片除了能(néng)够实现電(diàn)容信息的检测之外,还在内部集成功能(néng)强大的8位MCU,能(néng)够实现多(duō)种扩展功能(néng),如:人體(tǐ)接近感应、环境光检测,并且拥有(yǒu)极其强大的抗干扰能(néng)力以及防水功能(néng),能(néng)够為(wèi)客户提供更有(yǒu)竞争力的触控方案。比亚迪微電(diàn)子触控IC突出优势是:高防水效果、高精确度、高信嗓比、快速响应、高刷新(xīn)率、低功耗、工作電(diàn)压范围大等。


高防水效果:比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC从硬件和软件方面分(fēn)别设计了防水功能(néng),两者紧密相联,实现防水功能(néng),用(yòng)户不会因為(wèi)手指上的水滴而出现误触控的情况,经比亚迪微電(diàn)子设计人员测试,BF692X系列IC防水厚度能(néng)达到3mm。这是触控界许多(duō)知名IC厂商(shāng)做不到的。
高精确度:比亚迪微電(diàn)子设计人员通过精密的硬件架构及软件算法优化底层原始点,从而实现用(yòng)户触控的高精确度,在用(yòng)户触控过程中不会出现手指游移的情况,这使得虚拟键盘以及无触控筆(bǐ)操作更人性化,更精准。
高信嗓比:信嗓比的高低是衡量触控效果的重要标准,如果信嗓比很(hěn)低,触控效果肯定是很(hěn)差的,所以,要想达到好的触控效果,提高信嗓比是极其重要的。比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC正常情况下信嗓比一般能(néng)达到40:1,甚至更高的信嗓比,这无疑是為(wèi)用(yòng)户的人性化触控提供了强有(yǒu)力的保障。
快速响应:响应时间也是衡量触控效果的必要标准,因為(wèi)它直接影响用(yòng)户在屏幕上移动手指的速度,进行“平移”“放大”等操作,以及用(yòng)手指或者電(diàn)容触控筆(bǐ)在屏幕上书写。响应慢的触控IC会检测不到触控动作。比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC使用(yòng)不同的硬件扫描、手指处理(lǐ),采用(yòng)高度优化的算法进行手指检测手指定位等,来达到快速响应。
高刷新(xīn)率:如果IC刷新(xīn)率低会导致动作抖动,手指移动線(xiàn)路会变成不连续的線(xiàn)段,而不是连续的曲線(xiàn)。比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC高刷新(xīn)率,能(néng)满足用(yòng)户的快速操作。
低功耗:对于電(diàn)子产品来说功耗通常都是放在第一位的,如果触控IC功耗太大,将直接使移动電(diàn)子设备终端電(diàn)池续航能(néng)力大打折扣,然而比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC正常工作模式下電(diàn)流5ma,休眠模式下電(diàn)流30uA,该参数已达到國(guó)际主流触摸芯片的功耗水准。
工作電(diàn)压范围大:比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC正常工作電(diàn)压是3.3V,然而,一般情况下,触控IC的工作電(diàn)压是不稳定的,尤其是在電(diàn)子产品電(diàn)量不足的情况下,電(diàn)压下降更為(wèi)明显。但是比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC的工作電(diàn)压适应范围大,在2.7V~5.5V都能(néng)正常工作,实现完美触控效果。
在最新(xīn)一代自電(diàn)容触摸芯片BF695xA系列芯片中,除了继承上述BF692xC系列芯片的各项有(yǒu)点的基础上,BYD还开发出了一个拥有(yǒu)自主专利的单层ITO设计方案。在此方案中,触摸屏不仅能(néng)够实现真正的两点触摸,并且由于使用(yòng)结构简单的单程图案设计,模组的良率和成本将大幅提高,给客户提供了一个更具有(yǒu)竞争力的電(diàn)容触控方案。
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应用(yòng)领域
比亚迪微電(diàn)子BF692X系列IC应用(yòng)广泛,不仅能(néng)应用(yòng)于手机、GPS、eBook,还能(néng)应用(yòng)于MID、Tablet PC等。

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