触控技术介绍

当笔或手指碰触到屏幕时,传感器(Sensor)就输出讯号,这时控制器(controller)会将模拟讯号转换为计算机可接受的数字讯号,再经由计算机里驱动程序整合各组件编译,最后输出到屏幕上,显示出手指触摸位置.

触控面板依不同的感应原理,技术种类可以分成:
• 电阻式 (Resistive Touch Panel)
    4 wire /5 wire / 8 wire Resistive Touch Panel
    全平面电阻 (Flat-Surface Resistive Touch Panel)

• 电容式(Capacitive Touch Panel)
    表面电容 (Surface capacitance Touch Pane)
    投射电容 (Projected Capacitive Touch Panel) PCAP

• 电磁式 (Electromagnetic Touch Panel)

• 波动式

    声波式(Surface Acoustic Wave)
    红外线式(Infrared Touch Panel)

电阻式触控面板一般分为4线/5线/8线式,由分别代表X轴与Y轴的上层透明导电薄膜( ITO film )及导电玻璃( ITO glass )构成,X与Y层面板中间透过点隔片(Dot spacer)保持间隔,形成一个电场,当按压时会让上下层的电极接触,造成短路和电阻改变,此时控制器感测到电压变化,计算出接触点位置,因价格低及安装容易优势,成为市场上主要应用的触控技术之一.

简单来说,电阻式屏幕透过外力按压,上层受到手指或笔尖的压力略微下凹.与下层接触;造成电压变化而输出指令.

优点 : 价格便宜、技术门坎低、高成熟度,严苛环境可带手套使用.

缺点 : 表面硬度低、按压久了容易有凹陷、不灵敏的现象,不适合长期使用或严苛环境下使用.

电容式触控面板分为表面电容与投射式电容,其结构大致相同,是在玻璃或film材上将透明导电材料 (如ITO、Metal Mesh、Nano-wire等),以黄光(光罩)或印刷(网版)制程,制出图案分别代表X轴与Y轴的线路.

控制器则负责分别驱动单个X轴信道,并扫描每条Y轴信道讯号.

当手指触及到面板时,具导电性的手指会与XY轴交会处产生电容效应变化,此时控制器扫描出触控面板的电容值变化,进而计算出手指触摸点的坐标位置.

表面电容与投射电容式触控面板的最大差异在,投射式藉由IC的搭配支持多点触控(Multi-touch)及感应Z轴的功能,加上独特的触控灵敏度,高耐用性及卓越的光学透明度,机构设计上还可达成窄边框或全平面面板设计,因此成为市场设计主流.

优点 : 灵敏度高、表面硬度高、光学穿透率高.

电容式触控面板的基本组成结构包含触控传感器(Touch sensor)、保护盖板(Cover lens)及 IC 控制器 (IC Controller) 3个部分.

Touch sensor 与Cover lens 结构组成分为几种 :

基本原理是靠电磁感应方式,电磁笔为讯号发射端,电磁板为讯号接收端,当接近感应时磁通量发生变化,藉由运算而定义位置点.

• 电磁式触控面板的反应灵敏,拥有Z轴感应能力,适合用来绘图,手写识别等等.

波动式触控屏幕,它大体来说可分为表面声波、红外线两种,原理很类似.

• 表面声波式触控技术,利用两组安置于触控面板X轴和Y轴上的换能器(transducer)来发送与接收声波 ;

控制器发送信号到换能器发射端后,透过布满面板四周的音波反射条纹将讯号传导回控制器.

意即在玻璃基板的角落安装超音波发射器和接受器,基板的四边则加装反射条;当手指或软性物质触碰面板时会阻隔超音波,造成讯号衰减,衰减前与衰减后比对,就能计算出触碰的位置.

• 红外线式触控技术,利用矩阵光束设计,在边框四周安装红外线发射器及接收器,运作时形成红外线网格,使用者操作时遮断红外线讯号,看哪个侦测器收不到讯号,就能得知触碰点位置.

优点 :不会受到电流、电压和静电干扰.

缺点 : 怕脏,灰尘、油污、液体造成干扰波动传递,或造成错误判读.

目前车载touch的功能，采用的都是电容屏，分为incell和oncell的概念，主要是touch panel的位置不同，主要依据touch panel 和touch IC实现touch的触摸功能，当手指触摸屏幕时，引起电容变化，touch IC会根据panel 的容值变化，计算出触摸的坐标位置以及手势，根据touch IC的不同，会支持多指触摸，手掌模式，各种复杂的手势识别功能。

In-Cell ：指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法，即在显示屏内部嵌入触摸传感器功能，这样能使屏幕变得更加轻薄。同时In-Cell屏幕还要嵌入配套的触控IC，否则很容易导致错误的触控感测讯号或者过大的噪音。因此，In-Cell屏都是纯自容。

On-Cell：指将触摸屏嵌入到显示屏的彩色滤光片基板和偏光片之间的方法，即在液晶面板上配触摸传感器，相比In Cell技术难度降低不少。因此目前市面使用频率最高触摸屏的为Oncell屏。

OGS（One Glass Solution）：OGS技术就是把触控屏与保护玻璃集成在一起，在保护玻璃内侧镀上ITO导电层，直接在保护玻璃上进行镀膜和光刻。由于OGS保护玻璃和触摸屏是集成在一起的，通常需要先强化，然后镀膜、蚀刻，最后切割。这样在强化玻璃上切割是非常麻烦的，成本高、良率低，并且造成玻璃边沿形成一些毛细裂缝，这些裂缝降低了玻璃的强度。

touch IC控制器主要包括三部分，BootLoader，Firmware，Configuration。

BootLoader：引导程序，初始化相关的硬件，能够更新Firmware作用。

Firmware ：能够读取sensor的信号，处理这些信号，实现touch功能有关的手势和坐标等功能，并且通过中断相应， 让MCU 通过SPI或者IIC touch 有关信息，一般一款touch 的Firmware的功能是非常的全的。

Configuration：由于不同的客户需要，对屏的尺寸，touch的报点坐标以及手势的具体需求差异，都可以通过Configuration进行配置，实现特定客户的特定需求，而且还可以在做touch 的性能测试，鲁棒性测试，EMC测试，如果出现touch失效的问题，也可以通过修改Configuration进行问题的解决。

①touch panel和touch IC之间的TX和RX个数是由touch panel的大小，touch sensor个数以及报点坐标的分辨率决定的，前提也是touch IC能够支持这些TX和RX总线的数量；touch IC在idle 的状态也通过RX和TX判断touch panel上的sensor状态，一般情况下，读取sensor的raw 打他差异性越小越好，表示平整度很好，每个区域的性能一致性比较优良。TX的脉冲周期可以理解为touch IC的扫描频率，一般有8ms或者25ms等，我们可以用一个硬币和示波器，并且把信号的放大倍数调到最大，可以同示波器的探针测试touch IC的扫描频率，可以通过是否有扫描频率判断touch IC是否在正常的工作状态。

②MCU和touch IC之间的IIC通信，MCU是master， touch IC是slave，MCU可以主动的读取touch IC的版本信息，配置信息，raw data，delta data，可以进行自检功能，当手指触摸屏幕时，touch IC会收集touch panel的电容变化信息进行算法处理，并把这些处理的touch信息用特定格式的报文信息存储在RAM中，并且通过拉中断的方式，让MCU以最快的速度读取touch IC的报文信息，MCU中 touch driver的开发是针对特定的touch IC进行开发的，是可以移植的和可配置的，touch的App是针对主机端的所需的touch的功能需求进行开发的，会根据不同的主机，存在差异，主要的功能就是把touch IC的touch 报文信息转换为主机端能够识别的touch 信息的报文。

③主机端和MCU直接通过CAN信号或者LVDS进行touch信息的传输，一般主机端会沿用安卓的touch相关的组件对touch 的报文信息进行处理，处理完之后，会通知主机的HMI进行有关的界面进行切换。touch 的信号是通过中断和LVDS的IIC back channel进行传输的。

1、屏幕的通透程度和视觉效果方面，OGS是最好的，In-Cell和On-Cell则次之。

2、轻薄程度，一般来说In-Cell最轻最薄，OGS则次之，On-Cell比前两者稍差。

3、屏幕强度（抗冲击、抗摔），On-Cell最好，OGS次之，In-Cell最差。需要指出的是，OGS则因为直接将康宁保护玻璃与触控层整合在一起，加工过程削弱了玻璃的强度，屏幕也很脆弱。

4、触控方面， OGS的触控灵敏度比On-Cell/In-Cell屏幕都要好，对多点触控、手指、Stylus触控笔的支持上，其实OGS也是好于In-Cell/On-Cell的。另外，还是因为In-Cell屏幕直接将触控层和液晶层融合在一起，感测杂讯较大，需要有专门的触控芯片进行过滤和校正处理。OGS屏幕对于触控芯片的依赖则没那么高。

5、技术要求，In-Cell/On-Cell都比OGS要复杂，生产控制上，难度也更高。