人機接口的設(shè)計歷經(jīng)長期發(fā)展，由機電控制的機械開關(guān)發(fā)展到基于電阻感應(yīng)、電容感應(yīng)、紅外線、表面聲波等技術(shù)的各種產(chǎn)品，其中新興的電容感應(yīng)技術(shù)以其低成本、高可靠性等特性成為設(shè)計人員關(guān)注的焦點。Quantum Research公司(以下簡稱Quantum)創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Hal Philipp指出："電容感應(yīng)技術(shù)目前正以價格優(yōu)勢在觸控感應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導地位。而Quantum的電荷轉(zhuǎn)移(QT)技術(shù)突破了現(xiàn)有電容感應(yīng)技術(shù)，為人機接口設(shè)計創(chuàng)造出更多的靈活性。"
|
。 |
Quantum一直致力于電容感應(yīng)IC的開發(fā)，產(chǎn)品基于其自有專利的QT電容感應(yīng)技術(shù)。Philipp介紹說："電荷轉(zhuǎn)移并非新技術(shù)，但是我們賦予其新的特性，而且有效降低了成本。與其他電容式轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，Quantum的QT技術(shù)更穩(wěn)定、更精確并具有數(shù)十倍的動態(tài)范圍。"目前，Quantum的目標市場聚焦在大批量的消費電子應(yīng)用領(lǐng)域(包括家用電器和音頻/視頻系統(tǒng))，也涉及家庭安全、醫(yī)療、汽車、無線應(yīng)用、RFID和工業(yè)領(lǐng)域。
技術(shù)突破提升產(chǎn)品特性
觸控感應(yīng)芯片(touch sensor)是Quantum的主流產(chǎn)品。其中用于按鍵式設(shè)計的電容觸控感應(yīng)IC(Qtouch系列)具備多種特性。而且按鍵無論通過何種介質(zhì)(例如，玻璃、塑料、石材、陶瓷或者木材)都可以反應(yīng)出獨立的感測區(qū)域信號，可廣泛應(yīng)用于家用電器、游戲機、燈光控制等需要機械開關(guān)或按鍵的場合。該系列產(chǎn)品的主要特性包括：
其一，自動漂移補償功能。以往的容性觸控傳感器由于存在漂移和可靠性不高等問題而不被看好，Quantum采用其專利的QT技術(shù)開發(fā)的感應(yīng)芯片在器件的整個壽命期內(nèi)都具有自動漂移補償功能，可以防止由于溫度、濕度或其它環(huán)境因素引發(fā)的誤測。該器件在上電時進行自校準，而且在長期執(zhí)行檢測操作之后能夠自動重新校準，這種特性能使按鍵避免產(chǎn)生由于外來物體與感測表面長期接觸，或其它未知因素影響而導致的"凍結(jié)"現(xiàn)象。
其二，擴頻(Spread Spectrum)調(diào)制技術(shù)，擴頻是一種脈沖模式的操作，能夠確保外部環(huán)境對按鍵操作造成的影響最小，而且同時能夠高度抑制射頻輻射。在一個按鍵操作被確認之前，一個相同的濾波器需要連續(xù)進行幾個測量周期的檢測，從而將由噪聲引發(fā)的誤檢測機會降低到最小。這些特性使得EMC兼容測試手續(xù)更加簡化。
其三，鄰近按鍵抑制(AKS)功能，可防止單一按鍵操作對其他按鍵產(chǎn)生影響。其工作原理是在一個按鍵組中比較信號的強度，抑制那些信號弱于主按鍵(即意向按鍵)的誤操作。AKS可以在整個8個按鍵，或者以4個按鍵為單位的兩個組中工作。
其四，"低功率喚醒"模式，可使器件在保持良好的常規(guī)響應(yīng)時間的同時，維持極低的電流消耗，一旦有按鍵操作，能夠立即響應(yīng)。該特性對于功耗要求嚴格的便攜式設(shè)備(移動電話、MP3播放器等)極具優(yōu)勢。例如8按鍵的QT1080，在3V供電時電流消耗僅為40μA。
最近，Quantum又推出了QT220和QT240兩款數(shù)字感應(yīng)器芯片，在大批量的消費類應(yīng)用中每按鍵成本大約為15美分。"與多數(shù)一芯片一按鍵的競爭方案相比，我們的產(chǎn)品目前可達到單芯片48按鍵，因而擁有更低的每按鍵成本，價格幾乎與機械解決方案相同。"Philipp表示。
此外，針對不同應(yīng)用需求，Quantum還開發(fā)出QSlider滑軌式以及QWheel旋轉(zhuǎn)式電容觸控感應(yīng)芯片。QSlider需要兩個電荷轉(zhuǎn)移感應(yīng)通道，而QWheel則需要三個。
其中，QSlider滑軌式IC通過模仿電位計來代替機電控制，系統(tǒng)封裝的材料選擇范圍廣。而且，器件靈敏度高，甚至帶著手套觸摸玻璃或塑料面板，也能夠準確探測�；墬l不一定是直線，也可以是弧形或其它應(yīng)用中需要的形狀。此類芯片很適合控制器件的面板或任何線性控制的消費類產(chǎn)品，可用來控制亮度、聲音、溫度、功率或其他應(yīng)用。
QT401是QSlider系列中的一員，據(jù)Philipp介紹，這是全球第一款電容式觸控滑軌感應(yīng)集成電路，主要針對大批量的消費電子應(yīng)用。該產(chǎn)品具有7位分辨率，通過一個標準串行SPI接口連接，將位置數(shù)據(jù)傳送到主控制器。在QT401中，兩個感應(yīng)通道采用一個簡單的線性阻抗元件進行工作，并利用數(shù)學方法(不依賴信號強度)決定觸摸位置，使探測既準確又可靠。
而QWheel旋轉(zhuǎn)式IC也可被視作一個"容性電位計"，電位計游標就是人的手指。該器件的電極包括一個能放置在任何介質(zhì)面板后的簡單阻性環(huán)形元件。三個容性QT通道與這個環(huán)形物相連，在整個位置量程上信號輸出具有7位的分辨率。QWheel通過一個標準SPI串行接口輸出，無需采用外部有源器件，可在2.5V至5V電源電壓下工作。此系列已發(fā)布的代表性產(chǎn)品是QT510。
"采用QT技術(shù)，簡化了電路，可將消費電子產(chǎn)品中的觸控感應(yīng)器的成本削減60%。而且由于采用非機械部件，可以極大地延長產(chǎn)品的使用壽命。"Philipp表示。
變革小型觸摸屏技術(shù)
"目前的觸摸屏市場正以20%的年增長率迅猛增長。"Philip指出，雖然觸摸屏技術(shù)已發(fā)展多年，但是在小型屏幕中采用電容感應(yīng)芯片則是全新的技術(shù)。手寫識別和符號識別將驅(qū)動觸摸屏功能的發(fā)展，尤其是在MP3和移動電話等便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域。"因此，小型觸摸屏將是Quantum今后業(yè)務(wù)發(fā)展的重點。"Philipp強調(diào)。
在觸摸屏市場，電阻式觸摸屏以價格優(yōu)勢占據(jù)了多數(shù)市場份額，但是Philipp指出，電阻式觸摸屏仍存在一些問題，"首先電阻式觸摸屏包括兩層ITO(銦錫氧化物)，透光率低于85%；其次由于電阻式觸摸屏是通過按壓屏幕表面使兩層ITO接觸導通，長期使用會使ITO涂層斷裂，使其失去導電體的作用。而且由于電阻式觸摸屏表面有塑料膜，這層膜易受到手指尖或筆尖等尖銳物體的損壞。"
而Quantum的電容式觸摸屏技術(shù)采用單層ITO，提高了透光率。并且在觸摸屏表面附有清亮、堅固、不反光的保護層，不易受到刮擦損壞。Philip強調(diào)道，"相對于傳統(tǒng)的以點為單位的一維感應(yīng)技術(shù)，我們更注重開發(fā)觸摸屏上的二維感應(yīng)技術(shù)，為用戶提供低成本的觸摸屏解決方案。"
據(jù)Philipp透露，Quantum目前正在開發(fā)一系列的新型觸摸屏芯片，產(chǎn)品將于今年第四季度面市。
