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智慧手機及平板電腦的使用者介面設計技巧

上網時間: 2010年09月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:使用者介面  電容式觸控  觸控式螢幕 

除了電流和積體電路更加複雜,電阻觸控機制與機械式按鈕類似。電阻觸控架構依賴於沈積半電阻元件的能力,即在一個基板(通常為玻璃)或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)上沈積銦錫氧化物(ITO)。將兩個沈積螢幕融合在一起形成一個可變電阻,它與電源串聯,輸出電壓與x和y成正比,此處有‘兩個面板觸點’。雖然直流靜態電流可能相對較高,短暫的電流消耗完全取決於每英吋點(dpi)的解析度和讀取速度的要求。因此,準確報告位置所需的電流量,與螢幕密度成正比。這個電流要比機械式按鍵高幾個數量級,因為在實用性方面,電阻觸控式螢幕可將其視為一種大型陣列的‘機械式按鍵’。因此,解析度越高,螢幕上任意點需要的電流量也越多(見圖3)。當‘連接’形成時,電流通道形成。這喚醒了電阻觸控式螢幕控制器,內部ADC將讀取A點電壓,而結果就能在B點獲取(結果暫存器)。如果你在x坐標上執行一遍ADC,另一遍是y坐標,那麼你可以得到x和y對,這裡兩個螢幕是一起按下的。現代電阻觸控式螢幕控制器一般整合了低邊對地開關,以切斷睡眠模式下的高DC靜態電流。然而,正如前面提到的幾個毫安級的峰值電流(I_CONVERT),都是在暫時相A和B的時間間隔期內的源和同步電流。

圖3:電阻觸控式螢幕控制器的基本架構。
圖3:電阻觸控式螢幕控制器的基本架構。

電容式觸控機制更加複雜。雖然它依賴於非常簡單的電容和載流耗盡,但是可靠而用戶友好的介面解決方案可能很難建構和調整。電容式觸控式螢幕解決方案的根本基礎可透過觀察單點按鈕產品來理解。圖4顯示了一個電容式觸控按鍵解決方案的簡單實現。

圖4:電容式觸控按鍵控制器的基本架構。
圖4:電容式觸控按鍵控制器的基本架構。

該作業非常簡單,但功能強大。電荷被傳送到一個外部保持電容。一個相關的倒數(或運算式)定時器與電容接腳的比較電壓緊密耦合。該電荷是允許放電的。在一個簡單的電阻電容(RC)放電路徑設置中,RC時間常數是可以運算得知的。如果由於手指等傳導路徑放電速度較快,那麼就會產生一次觸控事件。使用這種簡單而有效的技術,電容感應元件陣列可以用來形成一個電容式觸控式螢幕。這與機械按鈕陣列的電阻觸控式螢幕模擬是非常類似的。觸控檢測的電容轉換所需的功耗量與採樣時間以及系統要求的靈敏度成正比。它可能消耗從幾微安到數十毫安的電流,以實現可靠的觸控按鍵控制器。

電容式觸控的發展趨勢

市場上的電容式觸控式螢幕按鍵和控制器可以分為兩大類。它們分別基於微控制器或狀態機。其區別會對既定系統所需的功耗產生很大影響。此外,只採用單層ITO的電容式觸控式螢幕控制器是電容控制器的發展趨勢,這點我們將在接下來的章節裡進一步闡釋。

微控制器路徑

一個基於微控制器的電容觸控解決方案是基於能夠重新利用微控制器的通用I/O區塊,為外部電容提供一個充電電流。默認情況下,許多微控制器已經嵌入了計數器和定時器。唯一需要的是一個滯後比較器。因此,許多微控制器製造商還有觸控控制器業務部。從本質上講,任何微控制器公司都可以製造觸控/按鍵感測器產品。圖5顯示了任何微控制器都可以作為觸控按鍵控制器。本質上講,唯一可以增加的新東西用來製作電容觸控按鍵感測器能力的韌體。

圖5:基於微控制器的電容式觸控按鍵控制器。
圖5:基於微控制器的電容式觸控按鍵控制器。

儘管如此,也有一些權衡方案。典型的微控制器非常靈活,可以滿足各種應用的廣泛需求。舉個例子,微控制器需要相當多的韌體才能使設計變成可行的方案。提供模板程式碼通常可以縮短設計週期,但是,它並非最佳方式。採用基於微控制器設計優勢之一,是如果你已經有了微控制器,添加韌體就會相對容易。

它的缺點是,由於該解決方案不是功率最佳化的,功耗將始終較高。其原因是微控制器需要進入若干個省電模式以節約能源。這些步驟包括但不侷限於睡眠-喚醒、檢測觸控事件,然後再回到睡眠模式。微控制器路徑在上電時間方面非常緩慢,也浪費了很多電力。用於電容檢測模式的具有競爭力的微控制器的功耗範圍可以從低至500uW到高達4.5mW。


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