人機(jī)接口的設(shè)計(jì)歷經(jīng)長(zhǎng)期發(fā)展，由機(jī)電控制的機(jī)械開(kāi)關(guān)發(fā)展到基于電阻感應(yīng)、電容感應(yīng)、紅外線(xiàn)、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(jì)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。Quantum Research公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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?xún)r(jià)格優(yōu)勢(shì)在觸控感應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)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(jī)接口設(shè)計(jì)創(chuàng)造出更多的靈活性。"
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Quantum一直致力于電容感應(yīng)IC的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品基于其自有專(zhuān)利的QT電容感應(yīng)技術(shù)。Philipp介紹說(shuō)："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(dòng)態(tài)范圍。"目前，Quantum的目標(biāo)市場(chǎng)聚焦在大批量的消費(fèi)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(chē)、無(wú)線(xiàn)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(jì)的電容觸控感應(yīng)IC(Qtouch系列)具備多種特性。而且按鍵無(wú)論通過(guò)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(dú)立的感測(cè)區(qū)域信號(hào)，可廣泛應(yīng)用于家用電器、游戲機(jī)、燈光控制等需要機(jī)械開(kāi)關(guān)或按鍵的場(chǎng)合。該系列產(chǎn)品的主要特性包括：
其一，自動(dòng)漂移補(bǔ)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(wèn)題而不被看好，Quantum采用其專(zhuān)利的QT技術(shù)開(kāi)發(fā)的感應(yīng)芯片在器件的整個(gè)壽命期內(nèi)都具有自動(dòng)漂移補(bǔ)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(cè)。該器件在上電時(shí)進(jìn)行自校準(zhǔn)，而且在長(zhǎng)期執(zhí)行檢測(cè)操作之后能夠自動(dòng)重新校準(zhǔn)，這種特性能使按鍵避免產(chǎn)生由于外來(lái)物體與感測(cè)表面長(zhǎng)期接觸，或其它未知因素影響而導(dǎo)致的"凍結(jié)"現(xiàn)象。
其二，擴(kuò)頻(Spread Spectrum)調(diào)制技術(shù)，擴(kuò)頻是一種脈沖模式的操作，能夠確保外部環(huán)境對(duì)按鍵操作造成的影響最小，而且同時(shí)能夠高度抑制射頻輻射。在一個(gè)按鍵操作被確認(rèn)之前，一個(gè)相同的濾波器需要連續(xù)進(jìn)行幾個(gè)測(cè)量周期的檢測(cè)，從而將由噪聲引發(fā)的誤檢測(cè)機(jī)會(huì)降低到最小。這些特性使得EMC兼容測(cè)試手續(xù)更加簡(jiǎn)化。
其三，鄰近按鍵抑制(AKS)功能，可防止單一按鍵操作對(duì)其他按鍵產(chǎn)生影響。其工作原理是在一個(gè)按鍵組中比較信號(hào)的強(qiáng)度，抑制那些信號(hào)弱于主按鍵(即意向按鍵)的誤操作。AKS可以在整個(gè)8個(gè)按鍵，或者以4個(gè)按鍵為單位的兩個(gè)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(shí)間的同時(shí)，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(duì)于功耗要求嚴(yán)格的便攜式設(shè)備(移動(dòng)電話(huà)、MP3播放器等)極具優(yōu)勢(shì)。例如8按鍵的QT1080，在3V供電時(shí)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(fèi)類(lèi)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(jìng)爭(zhēng)方案相比，我們的產(chǎn)品目前可達(dá)到單芯片48按鍵，因而擁有更低的每按鍵成本，價(jià)格幾乎與機(jī)械解決方案相同。"Philipp表示。
此外，針對(duì)不同應(yīng)用需求，Quantum還開(kāi)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(gè)電荷轉(zhuǎn)移感應(yīng)通道，而QWheel則需要三個(gè)。
其中，QSlider滑軌式IC通過(guò)模仿電位計(jì)來(lái)代替機(jī)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(zhǔn)確探測(cè)。滑軌條不一定是直線(xiàn)，也可以是弧形或其它應(yīng)用中需要的形狀。此類(lèi)芯片很適合控制器件的面板或任何線(xiàn)性控制的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，可用來(lái)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(duì)大批量的消費(fèi)電子應(yīng)用。該產(chǎn)品具有7位分辨率，通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)感應(yīng)通道采用一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性阻抗元件進(jìn)行工作，并利用數(shù)學(xué)方法(不依賴(lài)信號(hào)強(qiáng)度)決定觸摸位置，使探測(cè)既準(zhǔn)確又可靠。
而QWheel旋轉(zhuǎn)式IC也可被視作一個(gè)"容性電位計(jì)"，電位計(jì)游標(biāo)就是人的手指。該器件的電極包括一個(gè)能放置在任何介質(zhì)面板后的簡(jiǎn)單阻性環(huán)形元件。三個(gè)容性QT通道與這個(gè)環(huán)形物相連，在整個(gè)位置量程上信號(hào)輸出具有7位的分辨率。QWheel通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SPI串行接口輸出，無(wú)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(jiǎn)化了電路，可將消費(fèi)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(jī)械部件，可以極大地延長(zhǎng)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(chǎng)正以20%的年增長(zhǎng)率迅猛增長(zhǎng)。"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(xiě)識(shí)別和符號(hào)識(shí)別將驅(qū)動(dòng)觸摸屏功能的發(fā)展，尤其是在MP3和移動(dòng)電話(huà)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(diǎn)。"Philipp強(qiáng)調(diào)。
在觸摸屏市場(chǎng)，電阻式觸摸屏以?xún)r(jià)格優(yōu)勢(shì)占據(jù)了多數(shù)市場(chǎng)份額，但是Philipp指出，電阻式觸摸屏仍存在一些問(wèn)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(guò)按壓屏幕表面使兩層ITO接觸導(dǎo)通，長(zhǎng)期使用會(huì)使ITO涂層斷裂，使其失去導(dǎo)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(jiān)固、不反光的保護(hù)層，不易受到刮擦損壞。Philip強(qiáng)調(diào)道，"相對(duì)于傳統(tǒng)的以點(diǎn)為單位的一維感應(yīng)技術(shù)，我們更注重開(kāi)發(fā)觸摸屏上的二維感應(yīng)技術(shù)，為用戶(hù)提供低成本的觸摸屏解決方案。"
據(jù)Philipp透露，Quantum目前正在開(kāi)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。
