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      1. 電容式觸控技術的另類思考之對市場主流技術的質疑

        來源:CTimes   評論:0 點擊:
        「觸控位置檢知」技術又可再分為五大類,前四類為市場上的主流作法,包括充放電法、電荷移轉法、Apple的互電容技術,以及差動式觸控技術。

            電容式觸控技術發展至今,呈現百花爭艷的局面,從筆者分析過上千件的專利資料,可以約略分為四大類技術:(1) 觸控位置檢知;(2) 觸控面板制程;(3) 觸控手勢;(4) 觸控材料。其中影響電容式觸控產業最大的,正是金字塔頂的「觸控位置檢知」技術。

            「觸控位置檢知」技術又可再分為五大類,前四類為市場上的主流作法,包括充放電法、電荷移轉法、Apple的互電容技術,以及差動式觸控技術。主要的廠商如下:

            1. 充放電法:Cypress、Silicon Lab、義隆電等

            2. 電荷移轉法:Cypress、Atmel、Microchip等

            3. Apple的互電容技術:Apple

            4. 差動式觸控技:禾瑞亞、瑞鼎、聯陽、矽創、聯詠、友達、 和冠、新力、PixCir 、N-Trig 、矽工廠(KR) 、阿爾普士電氣(US )等

            這些技術各有優缺點,其中Apple的互電容技術擁有很多設計上的不利因素,包括會產生大量的電路雜訊、電路精確度要求極高、尺寸不易做大、雙層結構的成本較高等等。然而種種的不利因素抵不上一個主要功能,就是多點觸控帶來的手勢操作,廣受大眾的喜愛,讓互電容的觸控技術成為現在觸控技術中領導的主流技術。

            由于互電容觸控的最大敵人就是雜訊,連Apple都花了相當大的功夫來消除雜訊,其他資源不夠的廠商自然要尋求更有效的方法來對付這個問題,而差動式觸控方法顯然是有效的關鍵技術,所以使用此技術的廠商如過江之鯽。

            上述技術都是基于電容值的量測而來,但筆者對此有三項懷疑:

            1. 為何非要量電容值?

            筆者第一個產生懷疑的地方就是為什么要量電容值?雖然名叫電容式觸控,也不一定非要測量電容值不可,測量其他的特性不行嗎?依筆者在物理學上所受的訓練,直覺地感受到電容的不確定因素相當多:手指的指紋、環境中所有的導電物體、帶靜電的物體、大地的靜電密度、溫度濕度等都會影響電容值得測量,所以測量絕對的電容值是不合理的做法,不同感應電極間的電容相對值還有一些可討論的空間。

            上述電容式觸控技術的前三種方法所測量到的電容值,其實本身一直在變化,不管是否有碰觸,不是固定不變的,上述第四種差動式觸控法相對地比較合理一些。

            2. 什么是虛擬接地?

            第二個關鍵問題是,虛擬接地究竟是什么?看到許多有關虛擬接地的說法,與人體接地的模型,總感到非常不踏實。

            3. 平行板電容理論的成立條件?

            第三個懷疑是平行板電容的理論在什么條件下才會成立?許多家觸控IC設計業者都以平行板電容的理論來解釋自家的技術理論基礎,而這個理論基礎引用的正確性值得考慮。

            人體中的電荷移動靠得是鈉離子與鉀離子的平衡,離子移動的速度很慢,不像導體中移動的是電子,速度非???。電荷移動的特性納入考慮時,平行板電容的模式還能使用嗎?我常用一個模擬實驗來解釋這個問題,把一個10元的銅板放在觸控螢幕上與手指觸碰,那一個讀取到的變化量比較大,是手指還是銅板?

            大家都知道是手指而不是銅板,可是以平行板電容的理論來看,接觸面積越大,電容越大,沒道理銅板的變化量小于手指,理論上說不通。當然有些觸控領域的高手跟我說,把銅板連接到測試電路的地時,銅板的變化量就有可能比較大,所以平行板電容的理論是否要加上一個條件才對,叫做接地,但是實務上并沒有接地線,有的只是虛擬接地的觀念,如果接地的問題有疑慮,平行板電容的推論就不穩固,測量電容的推論就有商榷的必要。

            看來現在整個觸控產業所廣泛使用的觸控模型,其實是建立在非常不穩固的理論基礎上,許多在觸控IC設計的業者都自我設限在測量電容值的狹隘范圍內,無法跳脫這個框架,是很可惜的一件事。
         

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