自容、互容感測并用　電容式觸控屏幕抗水性大增

　　電容式觸控屏幕防水功能可望大幅精進。電容式觸控屏幕一旦遇到水氣或液體，精準度就會大幅降低。因此，電容式觸控面板與控制器開發(fā)商正協(xié)力合作，結(jié)合自容與互容感測層不同的功能特點，以提升電容式觸控屏幕的抗水性與濕手指追蹤效能。

　　抗水性/濕手指追蹤功能　兩項防水規(guī)范漸受重視

　　國際標準有許多對防水詳細的定義規(guī)范，其中國際電工協(xié)會（International Electrotechnical Commission， IEC）的IEC-60529標準，就針對防護等級（Ingress Protection， IP）做分級定義，其規(guī)范產(chǎn)品最高等級為IP-67，亦即能承受大量的飛塵（防塵等級為6），并能浸入水中達1公尺深（防水等級為7）而不受損。

　　然而，很少有消費性行動裝置能符合這個等級，且IP等級至今亦還沒被廣泛運用在電容式觸控屏幕的產(chǎn)品規(guī)范上。通常觸控屏幕的防水需求，系建立在使用者經(jīng)驗及產(chǎn)品在遇到水氣時的反應(yīng)，而非進行破壞性的測試。盡管防水定義尚未正式標準化，但目前逐漸被業(yè)界廣泛采用的兩項防水規(guī)范，包含抗水性（Water Rejection）及支援濕手指追蹤功能（Wet Finger Tracking）。

　　抗水性亦即當觸控屏幕上有液體時，系統(tǒng)能排除假性觸控，且能在移除液體后，完全回復(fù)正常操作功能。例如不小心將咖啡潑灑到手機上，一定不會希望手機因此自動撥出電話或發(fā)送簡訊，甚至在你急于清理手機時，做出任何動作，并期望手機在擦干后，能回復(fù)到以往正常的運作功能?？顾允欠浪畛Ｒ娨埠苤匾臈l件因素，因為液體一定會停留在觸控屏幕表面，而觸控屏幕必須要能回復(fù)正常且不產(chǎn)生任何假性觸控。然而，抗水性無法支援沾濕的屏幕表面觸控，這方面就有賴濕手指追蹤功能。

　　濕手指追蹤功能，能在有水氣的觸控屏幕上追蹤手指的位置。觸控屏幕表面上的水氣會使電容量測造成誤差，進而減損觸控的精準度，濕手指追蹤功能則能確保提供一個精準值。在有水氣的情況下，可容許誤差通常為1？2毫米，對于撥打電話或發(fā)送電子郵件等關(guān)鍵功能而言，這樣的誤差足以應(yīng)付操作需求。

　　液體的特性對抗水性與濕手指追蹤功能非常重要。觸控屏幕表面上會形成的各種液體特性，其一為水氣凝結(jié)，在高濕度或溫度快速變化的環(huán)境中，觸控屏幕表面上會凝結(jié)一層很薄的水氣。其次是水滴，雨滴、汗水或任何種類的液體，滴落在觸控屏幕表面上。其三是薄水膜，大量的水覆蓋在整個觸控屏幕表面上，形成一層很薄的液體，如之前提到潑灑出的咖啡就屬這類。

　　此外，辨識水滴的大小也很重要，小水滴通常指滴落到觸控屏幕后直徑測量不超過3毫米的大小，而大水滴通常則介于3？18毫米之間。上述的三種液體型態(tài)將會產(chǎn)生不同類型的電容誤差，觸控屏幕控制器必須能加以因應(yīng)。

　　即便是相同類型的液體，對不支援多點觸控的自容感測（Self-Cap）與支援真正的多點觸控的互容感測（Mutual Cap）也會產(chǎn)生不同的結(jié)果。有些觸控屏幕控制器會同時使用這兩種技術(shù)，來解決因液體導(dǎo)致偵測時產(chǎn)生拒斥假性觸控所衍生的問題。要想了解這些問題，必須先了解電容感測在遇有水氣時所產(chǎn)生的一些基本物理變化。

　　使用傳導(dǎo)屏蔽　觸控屏幕不隨水氣起舞

　　電容感測能運作，是因為人體本身就是導(dǎo)電體，含有雜質(zhì)的水，如自來水或咖啡也是導(dǎo)體，并會使電容測量造成誤差。圖1為一個簡單的自容物理模型，電場線代表電容。

　　圖1 基本自容物理模型

　　自容的原理是偵測一個感測器對電路接地端的電容，使用方法是在感測器（TX）套用一個激發(fā)訊號，然后偵測得用多少電荷或電流，才能對含有接收器（RX）的感測器充飽電。在這個模型中，有兩個電流可能會經(jīng)過的回路，其一為透過人體和感測器直接耦合（I2）；其二為從感測器到鄰近感測器之間形成邊際電場耦合（I1）。自容的主要訊號來源為I2，大多來自手指與感測器之間直接的電容耦合（圖1中）。

　　直接電容耦合可利用平行板電容公式C=E0×Er×A/d推算，其中E0是自由空間的介電系數(shù)，Er是觸控屏幕保護層的相對介電系數(shù)，A是手指覆蓋的面積，d是手指與感測器之間的距離，中間隔著觸控屏幕保護層材料，圖1的C1與C2分別是行動裝置與人體相對于地面的電容。這些電容通常遠高于直接耦合電容，因此所有這些的電容串聯(lián)會降低直接耦合電容，然而C1通常小到足以降低整體直接電容耦合，尤其是當行動裝置完全以電池供電，且沒有連結(jié)充電器的時候。

　　邊際電場訊號I1在觸控時會增加一些觸控訊號，因為手指會吸收這個訊號，并透過人體傳導(dǎo)到地面（加到I2）。觸控屏幕上沒有被觸碰到的水氣，會對I1產(chǎn)生很大的影響，而這些水氣也是電容式觸控屏幕產(chǎn)生誤差的主要來源，水氣會增加鄰近感測器之間的邊際電場，進而增加電容。端視觸控屏幕保護層的厚度與介電系數(shù)，可能導(dǎo)致足夠的電容變化，如手指輕觸，讓感測電路將它誤判為假性觸控。欲解決這個問題，就得使用傳導(dǎo)屏蔽（有時稱為Guard保護層）（圖2）。

　　圖2 屏蔽狀態(tài)下的基本自容物理模型

　　利用復(fù)制的TX來驅(qū)動鄰近感測器，即可消除I1且感測電路不會偵測到任何電容。但若要實際應(yīng)用此解決方案，觸控屏幕控制器必須能機動地切換感測接腳，即時在TX、RX及屏蔽之間切換，進而感測到整個觸控屏幕。在傳統(tǒng)CapSense按鈕上，屏蔽技術(shù)也能同樣運作。

　　圖3則是以不同的方式讓讀者了解I1、I2及感測到的電流IRX如何隨觸碰、水氣等因素，以及在有屏蔽與無屏蔽狀態(tài)下產(chǎn)生的各種變化。互容的原理是感測兩個感測器之間的電容（圖4）。