ADI 的电容式感应输入解决方案包括电容到数字转换器CDC(如AD7745、AD7746、AD7747和AD7142)以及电阻到数字转换器IDC (AD5933和AD5934),除了AD7142以外,所有上述CDC和IDC都针对工业控制、汽车和医疗电子应用中的高精度传感器设计。ADI最新的 CDC(AD7142)则主要面向消费电子领域。尽管所有这些CDC都基于ADI的sigma-delta 架构,但他们是非常不同的器件。
AD7142 是一款针对手持消费电子设备的可编程14通道电容数字转换器(CDC),它们能使当代的触摸控制设计做到超薄而具有高可靠性,以改善用户的触摸感。凭借 ADI先进的电容传感器内核,这款低功耗CDC具有自动校准快速改变的外界环境的功能,从而使其适合移动环境应用。使得触控导航屏幕功能成为可能的电容传感器正在快速取代机械输入方式,以改善蜂窝手机、MP3播放器、PMP和数码相机应用中屏幕控制的外观和触感。
AD7142具有卓越的抗环境干扰能力。这些干扰主要来自环境温度和湿度,它们会降低其它电容传感器的性能。该器件的功耗比同类解决方案低50%,从而使其适合电池供电的应用。 AD7142有14个输入端,可对各种传感器配置进行设置,例如触控滚动条、8路位置传感器,以及驱动弹出菜单的滚轮,从而使用户可以更方便地浏览大量的音乐、图片和视频文件。
"手机和MP3播放器的用户接口是最困难的设计环节之一,因为它要求在现代以软件处理,投射电容式目前尚无法由系统上的主IC处理而须独立IC处理,因此也吸引国内外多家IC设计公司相继投入,如美商新思(Synaptics)、塞普拉斯 (Cypress) 及台湾?达 (Sentelic)、义隆 (Elantek) 等等。但投射电容式触控IC因其门槛相当高,若非具相当研发实力恐难完成。其主要技术门槛在 (a)系统噪声之处理 (b)手指上之汗、油、膏、污之克服 (c) Cover lens或机构保护面之厚度使感应灵敏度之降低 (d)人体体质不同造成系统稳定度降低 (e)在小尺寸应用上手指分辨率低使光标分辨率不易提升,往往使Demo容易,量产困难,若无长期经验之累积是无法克服量产之稳定问题。目前只有美商新思(Synaptics)与台湾?达(Sentelic) 在此方面有长期之基础,其它厂商恐将需渡过一段学习曲线。
(3)系统整合的关键。
投射电容式本身最大之障碍在于系统整合与应用时的状况,毕竟面板终究得安装在屏幕面板,其噪声与系统其它电路所产生之噪声极易对触控产生干扰,造成定位不准,若只是手势之应用或许可行,若未来手写与指针之应用、控制IC便是关键,第二:因系统机构的设计致使Cover lens变厚,原则上问题将益形严重。另外,模块厂是否需含客制化Cover lens亦是产业供应链的一大挑战。最后,当面板整合到LCD屏幕面板上之贴合,亦将考验制程的能力,因为目前面板贴合良率本身也只有80%~85%而已,另一段的贴合势必将使良率再低,而且尺寸愈大、贴合愈难。
(4)产业上下游整合模式。
表(四)举例粗分之触控面板产业链,上游其原本都掌握在日本业者身上,中游材料加工则在日本与台湾,下游面板之贴合、压合、测试,则在台湾,少部份在大陆完成,由于投射电容式面板于面板加工制造,系全新领域,多数仍在摸索与试车阶段,良率之提升仍有一段路途。而面对全新投射电容式面板,目前之面板厂均无整合、测试与系统支持之经验,此段仍必须由IC设计厂来执行,而IC厂本身有无整合前段制程之能力仍待考验,届时势必率动整个上下游产业链之定位与重组,约在2009年Q2后将更为明朗。
表(四)、触控面板产业链
表(五)、全球触控面板主要厂商
(5)专利保护壁垒
十多年来在触控面板的发展,各家在专利上的布局已使这个产业地雷布满各式触控面板,当然其原创者皆会有所保护。单就投射电容式面板相关之专利即有100多种。后继者几乎完全没有插手的空间,目前在投射电容面板主要掌握在美国Synaptics(新思)、苹果计算机(Apple)及台湾?达(Sentelic)科技手上,此三家之专利布局绵密,几乎涵盖现在与未来发展所需的技术。下表反应了目前可查到之专利数量。
表六、触摸屏相关专利统计
举个简单例子,触控板上要单击/双击、要多手指侦侧、要在板子上做滑动的动作,对不起这些都已有专利,多手指侦测后要做其它翻页动作,那更是苹果计算机(Apple)的专利,其它更底层技术性的便不在话下了。目前投射电容式尚未有多家及大量产品投入,可见未来之不久,一定刀光四射、狼唣不止。系统设计者必须凌波微步、左躲、右闪!
三、多手指侦测应用以及系统整合:
丑媳妇终究是要见公婆,技术终归要上台面,入应用。自从i Phone多手指应用之后,此项功能已成触控面板之主要功能,当然手写、笔写、单击、双击、卷动等传统之功能,更不在话下,因此针对各不同应用所需之技术趋势也便可想而知,成本则是另一重要考量,已不再赘言。就多指之应用而言,可想而知,只有投射电容式与红外线式,可做多指侦测并分占中小尺寸与大尺寸之市埸。有了多指侦测后,其它单击、双击、卷动、手写、笔写等也只是软件或韧体之应用而已。各式各样的屏幕上之变化也大都可由软件或韧体程序完成,因此基本问题便可带出:何种系统的架构整合最易、效率最好、成本最低、壁垒最少,以上考虑是系统业者最需深思之课题,因此我们可清楚地推论其最终之轮廓:
(1)是塑料而不是玻璃。
虽塑料(压克力,光学胶,PET Film)的光学特性与耐刮耐久性不如玻璃,且常需低温制程,但玻璃厚、重、加工难、制程贵、不耐摔,在长期成本压力之下,塑料仍是首选,尤其是PET Film(PET光学薄膜),因可导入Roll-to-Roll制程,故相当看好,其光学特性也在可接受范围,且传统电阻式触控面板厂亦有长期的经验,上下游整合完整,最终相信应是PET光学薄膜Film on Film的结构。
(2)手势辨识在控制IC,不在系统端。
一般是将手指的坐标传到系统,再由系统藉软件程序辨识手势,虽属可行但反应速度较慢,尤其是多指触控或手输入时更为明显,而当X、Y轴之讯号受外部杂干扰时,坐标的信息将更不可靠,造成手势辨识的困难,使得更复杂之手势无法支持,像i Phone也只有滑动与Zoom-in/Zoom out之动作而已。另外以目前之扫描方式(红外线或投射电容式或有建置X、Y轴扫描者),为了降低扫描线的数目都采所谓Load Grounded的做法,此一做法会造成不同之二手指坐标,而只有一个相同坐标,系统亦不可辨识。而IC内可用其它额外讯号辅助判断,此额外讯号通常因算法不同而形成各家不同整合之困难。
(3)软硬兼施而不是吃软不吃硬。
由于投射电容式面板门槛高,因此很难以纯软件/韧体的方法直接解决,更非一般低阶8bit MCU可有效解决,尤其需平行处理不同复杂讯号时,硬件方案与软件方案需做适切的分割搭配,方能降低高速CPU的耗能。这也是目前一般面板整合者相信用软件即可解决迷思。
(4)善事必先利其器(客制化、开发之软/硬件开发工具)。
终端系统整合工程师,一般并非都熟稔面板特性而为了应付多方使用情境的客制化需求,控制IC提供者是否提供一套,完整方便的软/硬开发工具,是系统整合者决定其解决方案的开发时程与品稳定度的重要关键。
四、结论
就以上之讨论,在整个触控技术在现在产业链,约可做成如下几点结论:
(1) 目前触控面板仍以小尺寸之应用主(尤其是多指触控)而投射电容式面板势将成为主流而逐渐取代电阻式方案。
(2) Demo不等于量产,目前多指应用之解决方案,Demo者多但可量产者少,其间仍有相当大的距离。
(3) 控制IC厂商本身的研发能量决定未来/电子/产品使用情境的发展。
(4) 选择适当面板技术是系统厂商最重要量。
(5)与控制IC厂商的合作关系攸关触控面板厂商之生存。
(6)虽困难度高,但垂直整合势在必行。
总结触控面板技术,就多指触控其技术成本及普遍应用性来看,目前以投射电容式为发展主流,但仍有诸多的障碍需克服解决,以上提供给触控产业界朋友做一些参考。
