摘要：本文首先介紹多點觸摸技術原理，然后介紹觸摸屏的物理結構，最后再對多點觸摸關鍵技術——觸摸屏控制器進行介紹。
　　摘要：觸摸屏；多點觸摸；手勢；手指；TrueTouch

　　兩種多點觸摸技術

　　多點觸摸顧名思義就是識別到兩個或以上手指的觸摸。多點觸摸技術目前有兩種：Multi-Touch Gesture和Multi-Touch All-Point。通俗地講，就是多點觸摸識別手勢方向和多點觸摸識別手指位置。

　　識別手勢方向

　　我們現在看到最多的是Multi-Touch Gesture，即兩個手指觸摸時，可以識別到這兩個手指的運動方向，但還不能判斷出具體位置，可以進行縮放、平移、旋轉等操作。這種多點觸摸的實現方式比較簡單，軸坐標方式即可實現。把ITO分為X、Y軸，可以感應到兩個觸摸操作，但是感應到觸摸和探測到觸摸的具體位置是兩個概念。XY軸方式的觸摸屏可以探測到第2個觸摸，但是無法了解第二個觸摸的確切位置。單一觸摸在每個軸上產生一個單一的最大值，從而斷定觸摸的位置，如果有第二個手指觸摸屏面，在每個軸上就會有兩個最大值。這兩個最大值可以由兩組不同的觸摸來產生，于是系統就無法準確判斷了。有的系統引入時序來進行判斷，假設兩個手指不是同時放上去的，但是，總有同時觸碰的情況，這時，系統就無法猜測了。我們可以把并不是真正觸摸的點叫做“鬼點”，如圖1所示。

圖1 鬼點（無法分辨紅點還是藍點為真正的觸摸）

　　識別手指位置

　　Multi-Touch All-Point是近期比較流行的話題。其可以識別到觸摸點的具體位置，即沒有“鬼點”的現象。多點觸摸識別位置可以應用于任何觸摸手勢的檢測，可以檢測到雙手十個手指的同時觸摸，也允許其他非手指觸摸形式，比如手掌、臉、拳頭等，甚至戴手套也可以，它是最人性化的人機接口方式，很適合多手同時操作的應用，比如游戲控制。Multi-Touch All-Point的掃描方式是每行和每列交叉點都需單獨掃描檢測，掃描次數是行數和列數的乘積。例如，一個10根行線、15根列線所構成的觸摸屏，使用Multi-Touch Gesture的軸坐標方式，需要掃描的次數為25次，而多點觸摸識別位置方式則需要150次。

　　Multi-Touch All-Point基于互電容的檢測方式，而不是自電容，自電容檢測的是每個感應單元的電容（也就是寄生電容Cp）的變化，有手指存在時寄生電容會增加，從而判斷有觸摸存在，而互電容是檢測行列交叉處的互電容（也就是耦合電容Cm）的變化，如圖2所示，當行列交叉通過時，行列之間會產生互電容（包括：行列感應單元之間的邊緣電容，行列交叉重疊處產生的耦合電容），有手指存在時互電容會減小，就可以判斷觸摸存在，并且準確判斷每一個觸摸點位置。

圖2 互電容檢測方式

　　觸摸屏技術

　　下面介紹一下觸摸屏。觸摸屏，簡單講就是輸入和輸出合二為一，不再需要機械的按鍵或滑條，顯示屏就是人機接口。

　　圖3所示為一個觸摸屏模組示意圖，整個模組由LCD，觸摸屏，觸摸屏控制器，主CPU，LCD控制器構成。觸摸屏和觸摸屏控制器是整個模組的核心所在，所以我們會重點介紹這兩個部分。

圖3觸摸屏模組示意圖

圖4感應電容觸摸屏結構

　　圖4從上到下依次是：1表面護罩；2覆蓋層；3掩膜層&標示層；4光學膠；5第一層感應單元與襯底；6光學膠；7第二層感應單元與襯底；8空氣層或光學膠；9 LCD顯示屏。

　　表面護罩通常小于100um厚度。所有塑料覆蓋層上面都需要硬護罩，這是因為手指觸摸會劃傷塑料表面，如果覆蓋層是玻璃 可以不需要表面護罩，但玻璃必須經過化學加強或淬火處理，表面護罩需要與覆蓋層進行光學匹配，以免光損失過多。

　　覆蓋層可以是0~3 mm厚，并不是所有的觸摸屏都需要覆蓋層，覆蓋層越薄，越可以獲得更高的信噪比和更好的感應靈敏度。常用材料有：聚碳酸脂、有機玻璃和玻璃。

　　第三層是掩膜層與標示層，它的厚度大致是100mm。掩膜層位于覆蓋物的下面，可以隱藏布線和LCD的邊緣等。在設計中允許增加標示性文字或圖標，不過標示物必須相當平整的壓在ITO的襯底上，而且標示物材料應該是非導電的。

　　第四層是光學膠，厚度約為25~200mm。光學膠越薄，信噪比越好，高介電常數(er)的光學膠可有更好的感應手指電容，從而也能獲得更高的信噪比。通常應用 PSA壓敏膠。

　　第五層為感應單元與襯底，ITO涂層的厚度小于100nm，ITO涂層襯底可以是100 um ~1mm 的玻璃 (IR ~ 1.52)或是25mm ~ 300mm PET 薄膜 (IR ~ 1.65)。越厚的 ITO，單位面積電阻越低，信噪比越好；越薄的ITO ，透光率越好。襯底可以是薄膜或玻璃。如果ITO做在玻璃襯底的下表面，玻璃襯底可以作為表面覆蓋物。

　　第六層又是一層光學膠，與前一層光學膠比較，這一層光學膠越厚信噪比越好，這一層光學膠通常與ACA - 各向異性導電膠結合使用

　　第七層也是感應單元與襯底，它與第一層襯底的材料相同。注意薄膜與玻璃不要混合使用。如果ITO 在襯底上表面，厚的襯底 可以獲得更高的信噪比；如果ITO 在襯底的下表面，薄的襯底使信噪比更高。同樣在邊緣區域要求采用異向導電膠。現在已有單襯底工藝來簡化生產和降低成本。

　　第八層是空氣或光學膠層，我們知道，空氣的介電常數等于1，這可以減小來自LCD上表面的寄生電容。假如使用光學膠，可以使安裝更堅固。需要使光學參數匹配可以使得光損失更小，需要選擇盡可能最低介電常數的光學膠，還要保證ITO感應單元與LCD上表面之間的距離最小250mm。

　　最后是LCD屏，對于觸摸屏設計來說，它是一個噪聲源，噪聲來自于背光，LCD像素驅動控制信號，通常不要采用被動點陣屏，這會在LCD的正面產生高壓信號，盡量使用帶Vcom的有源點陣屏，這可構成虛地或屏蔽功能；如果確實需要采用被動點陣屏，需要在觸摸屏中再增加一個ITO屏蔽層，屏蔽層必須接地, 以去除寄生電容CP的影響。

　　多點觸摸屏控制器

　　多點觸摸屏控制器是觸摸屏模組的核心，本文以Cypress的觸摸屏控制器為例進行介紹。
Cypress的觸摸屏控制器是Truetouch系列，它基于已經被廣泛應用的PSoC（可編程系統芯片）技術。PSoC是集成了可編程模擬和數字外圍以及MCU核的混合信號陣列，所以PSoC的靈活性、可編程性、高集成度等特性同樣適用于Truetouch方案。

　　TrueTouch方案是感應電容觸摸屏方案。前面已介紹了這種觸摸屏的結構。可以說LCD的廠家和種類有很多，感應器件也很多，玻璃、薄膜、ITO等，甚至ITO的模型也有多種。Truetouch基于PSoC技術，所以PSoC的靈活性使得它和眾多的LCD和ITO都能很好配合。

　　為什么Cypress的觸摸屏控制器起名叫做Truetouch方案，或者是說這個“True”是怎么來的？回顧一下觸摸屏的發展歷程，從最初Single-touch—只能有一個手指進行觸摸或滑動；后來Multi-touch gesture也產生了—可以識別到兩個手指的方向，但還不能判斷出他們的具體位置，可以進行縮放、平移、旋轉等操作；發展到今天—Cypress的True touch可以做到Multi-touch all-point，可以識別到多個手指并判斷出準確位置，是真正的多點觸摸，這也是True的由來。

　　Truetouch的產品系列可以分成三類，單點觸摸, 多點觸摸識別方向（multi-touch gesture）以及多點觸摸識別位置（ multi-touch all-point）。每一類又有各種型號，在屏幕尺寸、掃描速度、通訊方式、存儲器大小、功耗等方面作了區別，可以滿足不同的應用。Truetouch系列是基于PSoC技術的，所以這些器件可以使用簡單方便但功能強大的PSoC designer軟件環境進行設計。

　　TrueTouch方案的價值主要體現在以下幾個方面：保持了觸摸屏固有的美觀、輕、薄特點，可以使客戶的產品脫穎而出；采用感應電容觸摸屏技術，不需機械器件，更耐用；擁有完整的系列，從單點觸摸，到多點觸摸識別方向，再到多點觸摸識別位置；基于PSoC技術，使用靈活，可以和眾多的LCD和ITO配合使用；PSoC所有的價值在Truetouch里都能體現，例如靈活性，可編程性等等，可以縮短開發周期，使產品快速上市，還有集成度高，可以把很多外圍器件集成到PSoC（即Truetouch產品），這樣不僅可以降低系統成本以外，還可以降低總體功耗，提高電源效率。

　　結語

　　本文介紹了多點觸摸技術以及觸摸屏和觸摸屏控制器。可以說，觸摸屏是人機接口的最終選擇。不管是單點觸摸，還是多點觸摸識別方向，抑或多點觸摸識別位置，它們在很多應用中都優勢明顯，例如手機、Mp3、GPS等等。這些產品本身就要求具有體積小便于攜帶的特點，如何能夠使小體積產品發揮更多的功能，這就依賴于觸摸屏的應用。

　　參考文獻：
　　1. Edward Grivna, Designing Compelling User Interfaces with Multi-Touch All-Point Touchscreen Technology, Cypress Semiconductor
　　2. Edward Grivna, Touch Screen Essentials, Cypress Semiconductor
　　3. Yi Hang Wang, Practical considerations for capacitive touchscreen system design, Cypress Semiconductor
　　4. 王瑩，全球首臺觸摸式波輪洗衣機誕生的背后，電子產品世界，2007.7
　　5. 中星微電子公司編，3G時代，從“芯”看來，電子產品世界，2008.9
　　6. 北京優愛交互科技有限公司網站部分資訊