[专栏]电容式触控技术的另类思考（上）

在笔者上一篇文章中已谈过，电容式触控技术发展至今，呈现百花争艳的局面，从笔者分析过上千件的专利资料，可以约略分为四大类技术：(1)触控位置检知；(2)触控面板制程；(3)触控手势；(4)触控材料。其中影响电容式触控产业最大的，正是金字塔顶的「触控位置检知」技术。

「触控位置检知」技术又可再分为五大类，前四类为市场上的主流作法，包括充放电法、电荷移转法、Apple的互电容技术，以及差动式触控技术。主要的厂商如下：

1. 充放电法：Cypress、Silicon Lab、义隆电等

2. 电荷移转法：Cypress、Atmel、Microchip等

3. Apple的互电容技术：Apple

4. 差动式触控技：禾瑞亚、瑞鼎、联阳、矽创、联咏、友达、 和冠、新力、PixCir 、N-Trig 、矽工厂(KR) 、阿尔普士电气(US )等

这些技术各有优缺点，其中Apple的互电容技术拥有很多设计上的不利因素，包括会产生大量的电路杂讯、电路精确度要求极高、尺寸不易做大、双层结构的成本较高等等。然而种种的不利因素抵不上一个主要功能，就是多点触控带来的手势操作，广受大众的喜爱，让互电容的触控技术成为现在触控技术中领导的主流技术。

由于互电容触控的最大敌人就是杂讯，连Apple都花了相当大的功夫来消除杂讯，其他资源不够的厂商自然要寻求更有效的方法来对付这个问题，而差动式触控方法显然是有效的关键技术，所以使用此技术的厂商如过江之鲫。

上述技术都是基于电容值的量测而来，但笔者对此有三项怀疑：

1. 为何非要量电容值？

笔者第一个产生怀疑的地方就是为什么要量电容值？虽然名叫电容式触控，也不一定非要测量电容值不可，测量其他的特性不行吗？依笔者在物理学上所受的训练，直觉地感受到电容的不确定因素相当多：手指的指纹、环境中所有的导电物体、带静电的物体、大地的静电密度、温度湿度等都会影响电容值得测量，所以测量绝对的电容值是不合理的做法，不同感应电极间的电容相对值还有一些可讨论的空间。

上述电容式触控技术的前三种方法所测量到的电容值，其实本身一直在变化，不管是否有碰触，不是固定不变的，上述第四种差动式触控法相对地比较合理一些。

2. 什么是虚拟接地？

第二个关键问题是，虚拟接地究竟是什么？看到许多有关虚拟接地的说法，与人体接地的模型，总感到非常不踏实。

3. 平行板电容理论的成立条件？

第三个怀疑是平行板电容的理论在什么条件下才会成立？许多家触控IC设计业者都以平行板电容的理论来解释自家的技术理论基础，而这个理论基础引用的正确性值得考虑。[!--empirenews.page--]

人体中的电荷移动靠得是钠离子与钾离子的平衡，离子移动的速度很慢，不像导体中移动的是电子，速度非常快。电荷移动的特性纳入考虑时，平行板电容的模式还能使用吗？我常用一个模拟实验来解释这个问题，把一个10元的铜板放在触控萤幕上与手指触碰，那一个读取到的变化量比较大，是手指还是铜板？

大家都知道是手指而不是铜板，可是以平行板电容的理论来看，接触面积越大，电容越大，没道理铜板的变化量小于手指，理论上说不通。当然有些触控领域的高手跟我说，把铜板连接到测试电路的地时，铜板的变化量就有可能比较大，所以平行板电容的理论是否要加上一个条件才对，叫做接地，但是实务上并没有接地线，有的只是虚拟接地的观念，如果接地的问题有疑虑，平行板电容的推论就不稳固，测量电容的推论就有商榷的必要。

看来现在整个触控产业所广泛使用的触控模型，其实是建立在非常不稳固的理论基础上，许多在触控IC设计的业者都自我设限在测量电容值的狭隘范围内，无法跳脱这个框架，是很可惜的一件事。