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漫談電容式觸控技術

  • 周維棻
用手指觸碰電極會使總電容量增加。

用手指頭輕輕一摸就能操控各種電器用品,真是件神奇的事。不過,對於具有電子專業背景的人來說,當知道其動作原理後,大概會覺得其實也沒什麼嘛,不過就是偵測觸碰之後所產生的電容量變化罷了!

雖然「利用電容變化來偵測觸碰」這原理早就被發明出來了,但直到Apple做出具觸控按鍵的iPod、iPhone,成功影響了全世界後,電容式觸控這項技術才大大地受到重視,並普遍地用在手機和其他電器用品上。

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Metal Over Cap利用改變電極板之間的距離來造成電容量的變化。

Metal Over Cap技術不怕水,可實現水幕或者水面下操作。

筆者有幸於公司開始發展觸控技術時,便一起學習成長,也很努力嘗試將這項技術從紙上理論落實於產品應用,發現這實在不是件容易的事!過程中我心中的OS一直是:人類是瘋了嗎?機械式按鍵那種不是0就是1的數位式反應不是很好嗎?幹嘛要偵測這微小的類比式信號變化。

數位化的優點─抗雜訊,在觸控應用場合根本不存在,因為觸控按鍵信號是類比的,雜訊也是類比的;如果硬體設計不佳,導致雜訊太大,事後是很難補救的。我有一同事說:硬體做得好,軟體沒煩惱,反之,結果大家能想像的到吧。何況,就算硬體做得還不錯,雜訊控制在可接受的範圍內,工作其實也才剛開始而已。

至於,要如何偵測手指觸碰所產生的電容量變化呢?首先,我們要先知道電容量是如何變化的,才能進一步地探討如何偵測。我們知道,當手指接觸到電極(其實就是銅箔而已)時,會讓電極上的總電容量增加。也就是說,只要能夠偵測到電容量的變化,就可以知道是不是有手指觸碰!真的這麼簡單嗎?

原理是很簡單沒錯,但問題在於,不只手指觸碰會造成電容量的變化,溫溼度、水滴甚至水幕等外在環境,以及來自外界的有線無線電氣干擾,都會造成和手指觸碰相似的電容量變化或信號反應,讓人傻傻分不清。

回想當初有許多工程師和筆者一起玩觸控,遇到過上述問題,但受限於經驗不足且軟硬體、發展工具都不甚完備,許多問題無從解決。

事實上,這些年來Microchip的觸控技術mTouch,隨著經驗的累積以及軟硬體和發展工具的改進,足夠應付上述溫溼度、水滴及電氣信號的干擾;甚至可利用Metal Over Cap的技術來達成水幕或者水面下操作。而後續的RightTouch及QTouch觸控技術,讓客戶有更多成熟可靠的選擇,大幅降低研發風險。

雖然,某些情境或應用採用機械式按鍵就可以了,但是,觸控式介面帶給人們的體驗卻無法取代。歡迎大家造訪網頁,瀏覽更多與觸控相關的技術資料。(本文由Microchip應用工程經理林建益提供,DIGITIMES編輯)

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