苹果iPhone电容式触控屏应用

苹果iPhone电容式触控屏应用 6月29日，全球瞩目的iPhone终于在千呼万唤中与世人见面。与苹果公司推出iPod的思路一致，iPhone最吸引人的是漂亮的外观和简单灵动的操作界面。其中，iPhone 3.5英寸触控面板采用投射式电容触控传感器，除了吸取传统电容式触控传感器的各项优点之外，还拥有代表人机接口重要发展趋势的多点触控(Multi-touch)功能。市场研究公司iSuppli称，iPhone显示屏模块价值约为27美元，相当于8GB iPhone总成本的10.8%。随着iPhone的大受欢迎，电容式触摸屏也将迎来发展的“黄金时代”。到底什么是电容式触控技术,该技术具有哪些优点,各大半导体公司如何解决电容式触控屏发展面临的挑战,除了在iPhone的应用之外，其还有哪些应用领域, 电容式触控屏亦有挑战 电容式触控屏利用人体的电流感应进行工作。电容式触控屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO(镀膜导电玻璃)，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，人体电场、用户和触控屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触控屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。 与电阻式触控屏和电磁式感应板相比，电容式触控屏表现出了更加良好的性能。由于轻触就能感应，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。另外，整个产品主要由一块只有一个高集成度芯片的PCB组成，元件少，产品一致性好、成品率高。 代表流行风向标的iPhone上使用电容式触控屏无疑进一步印证了其拥有的各项优势。然而，瑕不掩瑜，电容式触控屏也面临着以下一些挑战:由于人体成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重;电容式感应输入技术在中小尺寸平板显示器上输入或控制点状目标(如点击软键盘上的电话号码或输入中英文字)时的性能有待改进;温度和湿度剧烈变化时性能不够稳定，需经常校准;不适用于金属机柜;当外界有电感和磁感的时候，可能会使触控屏失灵。 半导体厂新技术助推发展 针对电容式触控屏面临的上述挑战，看准该市场拥有的巨大潜力，半导体厂商纷纷推出新技术加以应对。 ADI的电容式感应输入解决包括电容到数字转换器CDC(如AD7745、AD7746、AD7747、AD7147和AD7142)。AD7142是一款针对手持消费电子设备的可编程14通道电容数字转换器(CDC)，凭借ADI先进的电容传感器内核，这款低功耗CDC具有自动校准快速改变适应外界环境的功能，从而使其适合移动环境应用。AD7142通过片内数字校准功能实现独特的自动环境补偿，从而不论在任何时间和任何环境条件下都能保证传感器的性能无差错。由于AD7142为用户提供了连续的校准，所以在外部传感器上不会产生误触摸或者无 效触摸。这就有效地克服了外界干扰，并提高了输入精度。ADI今年6月推出的AD7147改进了模拟前端，传感器响应精度是此前推出的AD714x产品的3倍。 赛普拉斯的CapSense电容式感应解决方案由具有CapSense功能的器件和PSoC(可配置混合信号片上系统)微控制器构成。2007年3月底，赛普拉斯为PSoC CapSense电容式感应解决方案推出了两种新型感应，即CapSense Sigma-Delta调制器(CSD)和CapSense逐步趋近(CSA)用户模块。CSD用户模块可使按钮、滑动条、触摸板和触摸屏等在潮湿环境下仍能实现无缺陷运行。CSA用户模块的抗干扰性能是此前的产品的45倍，而功耗降低了60%。这两款新产品可以提高温度和湿度剧烈变化时产品的稳定性。 为了提高电容式触控屏的控制精度，来自我国台湾的义隆电子推出了“eFinger”触控感测技术。其中，多手指触摸和两维技术能将手指操作优势发挥得淋漓尽致。例如，一根手指执行鼠标左键功能，两根手指并用滑动中间滚轮，三根手指一起用等同敲击右键等。 Avago(安华高科技)创新的输入设备解决方案结合了AMRS-2325移动导览触控板模块以及AMRI-1000移动导览传感和接口芯片，通过这个输入设备解决方案内嵌的电容式传感技术，再也不需一定要皮肤接触才能进行导览触控板模块的操作，因此，终端使用者将能够在带着手套的情况下操作输入设备。 电容式触控应用扩容 由于能够大幅度提升消费者的操作体验及技术本身的进步，电容触控技术的应用绝不仅仅局限在以iPhone为代表的通信领域中，PMP、白色家电、PC、本电脑、打印机、游戏机和汽车也将成为未来的热门应用领域。 赛普拉斯公司高级副总裁Babak Hedayati介绍说:“目前PSoC器件和CapSense的全球出货量已超过1亿个，手机和电动自行车是两个最主要的应用市场。2006年PSoC微控制器刚进入中国新兴的电动自行车市场，就占据了20%以上的市场份额，我们预测今年将增长到30%以上。”此外，联想、惠普等全球著名电脑公司在其最新产品上应用了赛普拉斯的电容传感器技术。海尔洗衣机和热水器也利用PSoC和CapSense实现了持久耐用的触摸感应控制。 意法半导体今年7月刚刚发布了一系列超低功耗的触摸传感器芯片。新系列产品的目标应用是便携设备如手机、PDA、笔记本电脑和媒体播放器以及价格敏感的白色家电市场。AD7142的主要应用是手机、数码相机和MP3播放器，同时也可用在电视、遥控器、游戏机和白色家电(如洗衣机和微波炉)上，传感器可以放在塑料面罩之后。Avago的解决方案则为各种手持式和游戏设备、电脑外设、机顶盒和多媒体PC遥控应用带来类似于鼠标的解决方案。 功耗的降低和尺寸的减小成为电容式触控技术在便携消费电子产品中得到应用的主要推动力。 意法半导体S-Touch系列传感器所采用的优化的硅技术需要很低的功率:功耗是普通触摸传感器解决方案的大约1/10-1/5，睡眠模式的功耗仅为1μA。8路输入产品采用 2.6mm×1.8mm QFN16封装，尺寸比现有等效解决方案缩小大约80%。Avago的AMRS-2325在紧凑的23mm直径×4mm高封装中集成了一个配备按压功能的自动置中按钮，使用内置自动省电模式，工作功耗仅为7mW。 相关链接 触摸屏及其模块占iPhone总成本20.6% 据市场调查公司iSuppli拆解，除了三星电子等原有器件供应商以外，英飞凌、美国国家半导体和Balda等新供应商开始为iPhone提供关键部件。经过拆解分析，iSuppli确定8GB iPhone的总硬件成本和制造成本为265.83美元，如果以599.00美元的零售价格出售，每部利润率为55%。 英飞凌最近成为iPod家族的供应商，提供数字基带、射频收发器和电源管理器件，为iPhone提供了大量核心通信能力。总体来看，英飞凌提供的半导体器件在iPhone的材料成本中占15.25美元，相当于8GB iPhone总体成本的6.1%。 美国国家半导体在iPhone材料成本中所占的比例相对较小，只为该产品提供了一个芯片，成本为1.50美元，占总体成本的比例还不到1%。但是，其提供的串行显示接口对于美国国家半导体来说代表重要的设计订单，因为它的器件以前从未被iPod采用过。该芯片用于把显示屏与图形控制器连接起来，采用了国家半导体的移动像素链路技术。 iPhone的一个关键特色是显示屏，iSuppli所拆解的这款iPhone当中的显示屏模块供应商是德国的Balda和它的合作伙伴——中国宸鸿科技(厦门)有限公司。该模块价值约为27美元，相当于8GB iPhone总成本的10.8%。 iPhone的触摸屏由多家厂商提供:爱普生、夏普和东芝松下显示技术公司。iPhone使用的触摸屏厚度极薄，成本估计为24.50美元，在8GB iPhone的成本中占9.8%。 iPhone元件供应商中的最大赢家是三星电子，其向iPhone提供了应用处理器，在两种型号的iPhone中的成本都是14.25美元。该处理器包括一个ARM RISC内核。三星电子还为iPhone提供NAND闪存和DRAM。在4GB iPhone中，三星电子的NAND闪存占24美元，在8GB iPhone中占48美元。在这两种型号中，三星电子都提供了1GB的DDR SDRAM，价值14.00美元。8GB iPhone中的三星半导体元件价值达76.25美元，占该产品硬件成本的30.5%。在所有半导体供应商中，三星电子为iPhone提供的总体器件价值最高。 其他在iPhone中获得订单的厂商包括:Wofson，继续提供音频编解码器，iPod家族不断地更新换代，显然要想保住订单并不容易;CSR，向iPhone提供蓝牙芯片，成本为1.90美元;Marvell，提供Wi-Fi基带芯片，成本为6.00美元。