行動裝置導入觸控應用人機介面 應注意的元件功耗、效能與開發考量
- DIGITIMES企劃
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使用者介面是產品與人之人機互動、溝通的重要機制，不管是熱賣的iPad還是正在起步階段的電子書產品，為達到最佳化的操作體驗，觸控技術在其中扮演相當關鍵的角色，因為透過直覺的操作可讓人機介面變得更單純，但相關技術與設計如何符合行動裝置要求的低功耗設計，就成為人機介面解決方案的導入考量重點...
人機介面的問題，在Apple推出全觸控的iPod、iPhone後，成為電子產業界在開發相關產品的重要課題，雖然觸控技術並不是什麼新概念，但Apple所導入的電容式多點觸控，在面板材質的透光性與觸控反應的表現，均讓消費者重新體認觸控技術的便利性，在操作性方面的提升與產品本身的創新應用，自然而然讓iOS Device相關產品成為市場關注焦點。
當然「觸控」並不足以代表產品的成敗，但相關技術的導入卻牽涉到元件成本、產品構型、應用效能與功耗表現，這些都必須在產品開發階段就必須納入考量。
不同UI技術的功耗表現
雖然不同的使用者介面解決方案，將會牽涉相當多的設計重點，例如產品的外型、效能等，但此處將把討論重點放在功耗表現方面，而不同觸控技術的應用效能方面的討論相當多，讀者仍可透過不同討論與資料取得資訊，此處即不再贅述。
◎按鍵＋觸控解決方案
利用硬體按鍵搭配電阻式觸控技術的解決方案，迄今在主流的行動裝置設計仍相當常見，例如，採QWERTY標準鍵盤搭配觸控螢幕的行動電話，就已經成為商務用智慧型電話的常見設計方案。
若以手機產品為例，機械式的按鍵必須利用電子電路去實踐設計，視按鍵多寡必須持續不斷進行鍵盤掃描，例如，當使用者按下按鍵時，會因掃描過程確認按鍵產生中斷訊號，雖然物理實體按鍵在壓下的同時，理論的靜態電流應該為0，但實際上會有極小的漏電流，而每次按鍵會在幾微秒的時間內產生數百uA的瞬間電流量。
電阻觸控解決方案也是如同實體機械按鍵設計，也會在壓下螢幕的同時產生微小的漏電流，因為電阻式觸控機制可以視為利用ITO的方式製作的類實體按鍵結構，但基本上當觸控螢幕的解析度(dpi)較高，整體元件在針對反應速度的需求而加速鍵盤掃秒頻次時，同時也會讓功耗相對提升，而電阻式觸控面板所造成的電源功耗，將會比實體按鍵鍵盤所產生的功耗高許多。
然而，現代電阻式觸控解決方案，為了改善持續性的漏電流現象，多數會整合電源管理功能，例如，在裝置進行睡眠狀態時(如手機待機期間)，自動關閉觸控元件本身的DC供給電流，因為睡眠狀態觸控面板基本上是不需要運作的，而系統喚醒的機制則是透過實體機械式電源按鍵或是撥號鍵，因為這些機械按鍵的號電流要相對小許多。
◎電容式觸控解決方案
電容式觸控設計，大體上是應用RC充放電原理為基礎的設計方案，原理的機制相當簡單，即當電荷先送至外部電容，元件本身的RC時間常數可以透過院算機制取得，觸控的觸點偵測可以利用針對手指放電的速率，去感測RC值的變化，操作的機制其實相當程度近似於電阻式觸控面板的陣列式設計，透過感測X、Y軸的充放電時間差去換算相對的座標值。
至於功耗的差異，電容式觸控的設計方案能耗，與裝置要求的同時觸點感測數量、精確度、靈敏度呈現正比，消耗的電能可能從數微安至數十毫鞍不等。
控制IC功耗也是選擇重點
除了關鍵的面板方面的耗能問題外，近來的觸控設計趨勢，大多不再重新開發觸控相關控制機制，而是採取使用觸控IC去整體處理觸點偵測、分析的相關設計，此雖然讓開發具觸控人機介面產品的設計工作變得更加單純，讓開發者可將研發心力擺在實踐產品更完善的應用功能方面，但這也讓觸控IC本身的功耗也必須納入整體設計考量之中。
低成本要求下的觸控元件改善需求
持續降低元件成本，是電子產品開發的重要工作項目之一，尤其是在消費性電子產品中，能大幅壓低成本的設計方案，通常能較其他應用方式更受開發者的青睞。在觸控技術方面，以熱門的電容式觸控解決方案，也在成本的要求有更多改善設計。
觀察電容式觸控螢幕解決方案，大多元件會採用3層構造，包括x、y電極與必備的屏蔽層，每個實體層採行不同的電容觸控方式，例如，應用屏蔽層去隔離環境噪訊，避免環境產生的雜訊影響了觸點偵測的精確度，或改善反應靈敏度。
採行3層式設計會在靈敏度、製造難度與系統反應取得一個較佳的元件表現平衡點，但採行多層設計的副作用可能會讓元件本身的透光性減低，或是因為多層造成顯示內容失真，甚至為了強化畫面對比而刻意加強背光設計，這些都會影響元件本身的應用效益或額外影響採行元件後的功耗表現。採行單層ITO好處相當多，例如，生產相對成本較低的面板元件，因為面板每多加1層設計，成本就會再往上墊高，同時減少層數也可間接改善裝置的功耗問題，因為產品本身利用了高透光的感側面板，自然不需要過度強化背光光源設計，讓裝置的整體功耗可以再壓低。
