触摸屏技术分类及各自工作原理介绍 - 全文

　　触摸屏作为一种新的人机交互设备，正受到越来越多的用户和开发商的关注。它是目前最简单、最方便的输入设备。

　　在公共信息查询领域，为了操作上的方便，人们使用触摸屏代替鼠标和键盘，设计人员可以通过软件设计出适合各种不同的用户界面，使用者不需要专门的操作知识，只需要根据功能图标轻触显示屏幕上的响应位置，就能实现需要的操作，使用起来简单、快捷，极大方便了不懂电脑操作的普通用户。这种新兴的人机交互方式，使多媒体应用呈现出崭新的面貌，给用户带来更优秀的体验。

　　在便携设备，特别是手机应用领域，通过使用触摸屏技术，设计者可以彻底摒弃数字键盘占用的空间，增加手机屏幕的显示空间，如此一来，手机的娱乐功能得到了极大的提升，开发者就能够更自由的发挥自己的创意，给用户带来更多新奇的功能和应用。触屏手机最大的特点在于它那超大的屏幕，可以使用者带来视觉的享受，无论从文字还是图像方面都体现出大屏幕的特色。

　　本文提供了一些触摸屏的基本原理的简单介绍，希望能给广大用户一些帮助。

　　触摸屏的分类及其原理

　　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器件组成。前者采集用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，得到用户的触摸位置，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。

　　触摸屏的主要分类

　　从技术原理上区分，触摸屏可以分成四个基本种类：红外技术触摸屏、表面声波触摸屏、电阻触摸屏、电容触摸屏。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，任何物体都可改变触点的红外线而实现触摸的检测。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适合条件恶劣的工作环境，价格低，安装方便，响应速度快。红外现在应用开始广泛化了，一般都是用于大型设备，比如电视上主持人的触摸大电视，寿命一般，准确率高，支持多点，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，触电上的声波被阻止，声波接收器由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素的影响，分辨率极高，有极好的防刮性，使用寿命长，透光率好，没有漂移，表面也不怕划，缺点是怕水和油污，脏了要维护。

　　3、电阻式触摸屏

　　电阻触摸屏是一块与显示屏表面匹配的多层复合薄膜。该结构以一层玻璃作为基层，表面涂一层透明的导电层（ITO，氧化铟），上层再覆盖一层防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层ITO，四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常在两层导电层之间有许多细小（小于千分之一英寸）的透明隔离点把它们分隔开。当触摸屏表面受到的压力（如通过笔尖或手指进行按压）足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。

　　为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，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，电阻性表面被分隔为两个电阻。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电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。电阻式触摸屏的优点是它的屏和控制系统都比较便宜，反应灵敏度也很好，而且不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏，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，能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸，稳定性能较好。缺点是电阻触摸屏的外层薄膜容易被划伤导致触摸屏不可用，多层结构会导致很大的光损失，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，但这样也会增加电池的消耗。

　　4、电容触摸屏

　　电容式触摸屏的结构主要是在屏幕上镀上一层透明的导电层（ITO），再在外层覆盖一块保护玻璃，双玻璃结构能更有效的保护 导体层及感应器。

　　按工作原理的不同，电容触摸屏又可大略分为表面电容触摸技术（surface capacitive touch）和投射式电容触摸技术（projected capacitive touch）。

　　表面电容触摸技术（SCT）：

　　SCT面板是一片分布均匀的ITO层，面板四个角落各有一条引线与SCT控制器相连接。SCT控制器内部的驱动电路对面板进行充电，形成一个均匀的电场，当手指触摸时，电场改变，引起微量的电流流动。此时IC内的检测电路分别解析四条联线的电流量，并根据各点的数据量推算出X、Y的坐标。为了克服干扰，可以利用硬件过滤器或软件滤波器对对推算出来的坐标值进行处理。

　　投射式电容触摸技术（PCT）：

　　PCT是建立于矩阵的概念上的。在触摸屏制作部分，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，一般又可以分成自电容和互电容两种：

　　自电容，通常是指扫描电极与地构成的电容。在玻璃表面，用ITO制成横向和纵向的扫描电极，这些电极与地之间构成一个电容的两极，当人手指触摸时，人体产生的电容将并联到电路之中引起电容的变化，电容控制器通过侦测到这一变化值推算出触点的坐标值。

　　互电容，一般是指在玻璃表面的横向和纵向ITO电极之间形成的耦合电容。互电容的检测方式就是通过检测每个交叉点的电容变化来判断触摸点的位置。当人体触摸时，电极的电场受到人体的影响而减小，从而影响耦合电容的大小。电容控制器能够侦测到电容值的变化，通过对这些变化进行处理，就能得到精确的坐标信息。因为互电容的扫描方式是检测每个交叉点的电容值变化，所以它需要的扫描时间较长，需要检测X*Y个数据，但是正是由于这种检测方式，它可以实现真正的多点触摸检测。

　　对以上几种触摸屏技术进行比较可以发现，对于一般公共信息及工控领域，使用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，具有较大的市场。而对于便携式设备（手机、MP4等娱乐设备），电阻式和电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，触屏手机更成为各大厂商竞争的焦点。而在这个触摸屏手机的发展浪潮中，由于电容式触摸屏轻触就能感应，使用方便。而且手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定，经机械测试使用寿命长达30年。随着制造工艺的提高，以及电容触摸技术的发展，电容触摸屏模组的价格逐步下降，电阻式触摸屏由于其自身长期为人们所诟病的使用寿命和透光率等问题，将逐渐被电容式触摸屏所取代。

　　比亚迪微电子股份有限公司，下属部门拥有电源管理、MOSFET、camera sensor、触控IC等多个项目团队，是国内自主研发能力相当强劲的IC设计公司。其中触控IC项目团队成立于2006年，是国内从事触摸控制芯片研发比较早的公司之一。经过多年的技术积累，现以形成了支持touchkey（电容触摸按键）、touchpad（笔记本触摸板）和touchpanel（电容触摸屏）等多个触摸应用领域的完整产品线。

　　在电容触摸屏触摸屏应用领域，BYD拥有自主知识产权的自电容触摸芯片BF692xC系列芯片能够完美支持当前主流的菱形触摸屏。该系列芯片除了能够实现电容信息的检测之外，还在内部集成功能强大的8位MCU，能够实现多种扩展功能，如：人体接近感应、环境光检测，并且拥有极其强大的抗干扰能力以及防水功能，能够为客户提供更有竞争力的触控方案。比亚迪微电子触控IC突出优势是：高防水效果、高精确度、高信嗓比、快速响应、高刷新率、低功耗、工作电压范围大等。

　　高防水效果：比亚迪微电子BF692X系列IC从硬件和软件方面分别设计了防水功能，两者紧密相联，实现防水功能，用户不会因为手指上的水滴而出现误触控的情况，经比亚迪微电子设计人员测试，BF692X系列IC防水厚度能达到３mm。这是触控界许多知名IC厂商做不到的。

　　高精确度：比亚迪微电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，从而实现用户触控的高精确度，在用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笔操作更人性化，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，如果信嗓比很低，触控效果肯定是很差的，所以，要想达到好的触控效果，提高信嗓比是极其重要的。比亚迪微电子BF692X系列IC正常情况下信嗓比一般能达到40：1，甚至更高的信嗓比，这无疑是为用户的人性化触控提供了强有力的保障。

　　快速响应：响应时间也是衡量触控效果的必要标准，因为它直接影响用户在屏幕上移动手指的速度，进行“平移”“放大”等操作，以及用手指或者电容触控笔在屏幕上书写。响应慢的触控IC会检测不到触控动作。比亚迪微电子BF692X系列IC使用不同的硬件扫描、手指处理，采用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。

　　高刷新率：如果IC刷新率低会导致动作抖动，手指移动线路会变成不连续的线段，而不是连续的曲线。比亚迪微电子BF692X系列IC高刷新率，能满足用户的快速操作。

　　低功耗：对于电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，将直接使移动电子设备终端电池续航能力大打折扣，然而比亚迪微电子BF692X系列IC正常工作模式下电流5ma，休眠模式下电流30uA，该参数已达到国际主流触摸芯片的功耗水准。

　　工作电压范围大：比亚迪微电子BF692X系列IC正常工作电压是3.3V，然而，一般情况下，触控IC的工作电压是不稳定的，尤其是在电子产品电量不足的情况下，电压下降更为明显。但是比亚迪微电子BF692X系列IC的工作电压适应范围大，在2.7V~5.5V都能正常工作，实现完美触控效果。

　　在最新一代自电容触摸芯片BF695xA系列芯片中，除了继承上述BF692xC系列芯片的各项有点的基础上，BYD还开发出了一个拥有自主专利的单层ITO设计方案。在此方案中，触摸屏不仅能够实现真正的两点触摸，并且由于使用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竞争力的电容触控方案。

　　针对中高端手机触摸屏而言，BYD最新研发成功的BF693xA系列芯片不仅通过其强大的32位内核MCU的数据处理能力以及基于互电容检测方法实现的多点检测模块，可以实现多达10个触摸点的精确定位，单芯片最高可支持10寸触摸屏，为客户提供一个更具竞争优势的多点触控方案。