中心議題：

• 探究電容式觸控電荷轉移橫向模式技術
• 分析單層觸控屏幕的工作特點

解決方案：

• 利用電荷轉移技術解決應用挑戰
• 采用雙軸多觸點技術

目mu前qian電dian阻zu式shi觸chu控kong麵mian板ban由you於yu其qi多duo層ceng材cai料liao堆dui棧zhan架jia構gou的de限xian製zhi，使shi其qi在zai透tou光guang度du與yu計ji算suan手shou指zhi位wei置zhi的de精jing確que度du上shang不bu若ruo電dian容rong式shi觸chu控kong麵mian板ban來lai得de好hao，電dian容rong式shi觸chu控kong麵mian板ban若ruo采cai用yong電dian荷he轉zhuan移yi技ji術shu中zhong的de橫heng向xiang模mo式shi方fang案an，則ze更geng可ke解jie決jue電dian容rong式shi觸chu控kong屏ping幕mu噪zao聲sheng與yu噪zao訊xun比bi的de問wen題ti，從cong而er開kai發fa更geng具ju優you勢shi的de電dian容rong式shi觸chu控kong屏ping幕mu。

由於觸控屏幕反應迅速，而且是直觀式操作，因此正迅速被各類消費電子產品和交通售票係統等工業及商業設備選為使用者接口。

在技術層麵上，觸控屏幕早在數10年nian前qian就jiu已yi確que實shi可ke行xing，但dan早zao期qi技ji術shu並bing不bu適shi用yong於yu低di成cheng本ben的de大da眾zhong市shi場chang應ying用yong，這zhe些xie技ji術shu包bao括kuo紅hong外wai線xian係xi統tong與yu表biao麵mian聲sheng波bo感gan測ce係xi統tong，由you於yu紅hong外wai線xian係xi統tong采cai用yong由you水shui平ping和he垂chui直zhi兩liang個ge方fang向xiang構gou成cheng的de傳感器數(shu)組(zu)，用(yong)以(yi)檢(jian)測(ce)使(shi)用(yong)者(zhe)的(de)手(shou)指(zhi)是(shi)否(fou)靠(kao)近(jin)屏(ping)幕(mu)表(biao)麵(mian)，而(er)阻(zu)斷(duan)經(jing)過(guo)調(tiao)製(zhi)的(de)光(guang)束(shu)
，而(er)表(biao)麵(mian)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)，因(yin)手(shou)指(zhi)接(jie)近(jin)屏(ping)幕(mu)表(biao)麵(mian)時(shi)會(hui)吸(xi)收(shou)聲(sheng)波(bo)，因(yin)此(ci)該(gai)技(ji)術(shu)可(ke)根(gen)據(ju)聲(sheng)波(bo)的(de)變(bian)化(hua)確(que)定(ding)是(shi)否(fou)有(you)手(shou)指(zhi)觸(chu)及(ji)屏(ping)幕(mu)。

除(chu)上(shang)述(shu)提(ti)到(dao)的(de)技(ji)術(shu)之(zhi)外(wai)，還(hai)有(you)幾(ji)種(zhong)其(qi)它(ta)技(ji)術(shu)
，不(bu)過(guo)目(mu)前(qian)的(de)主(zhu)流(liu)趨(qu)勢(shi)是(shi)電(dian)阻(zu)式(shi)和(he)電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)測(ce)

，這(zhe)兩(liang)種(zhong)技(ji)術(shu)都(dou)有(you)其(qi)優(you)勢(shi)，但(dan)最(zui)新(xin)的(de)電(dian)容(rong)式(shi)控(kong)製(zhi)IC不單能簡化單觸控應用，而且還可以實現電阻式感測係統無法提供的多指觸控功能。

電阻式觸控麵板　囿於架構而導致諸多缺點

電阻式觸控屏幕已擺脫從1970年nian代dai就jiu存cun在zai的de專zhuan利li限xian製zhi桎zhi梏gu，這zhe種zhong技ji術shu的de工gong作zuo原yuan理li很hen簡jian單dan，主zhu要yao部bu分fen是shi由you兩liang層ceng微wei小xiao空kong氣qi隙xi隔ge離li的de透tou明ming電dian阻zu材cai料liao組zu成cheng，一yi般ban是shi澱dian積ji在zai塑su料liao膜mo和he玻bo璃li基ji板ban上shang的de氧yang化hua銦yin錫xi（ITO）
，其中，頂層是軟性的（Flexible），而低層是硬性的（Rigid）
，中間有許多細小的透明間隔點以隔離兩個導電層（圖1），當用戶手指按壓頂層時
，在接觸點形成電壓梯度時，電子控製組件會對之進行感測，並計算出X、Y坐標的位置。
在最簡單的四線（Four-wire）電(dian)阻(zu)式(shi)連(lian)接(jie)中(zhong)
，頂(ding)層(ceng)兩(liang)端(duan)和(he)低(di)層(ceng)兩(liang)端(duan)分(fen)別(bie)各(ge)連(lian)接(jie)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)，兩(liang)層(ceng)的(de)電(dian)極(ji)互(hu)相(xiang)呈(cheng)九(jiu)十(shi)度(du)交(jiao)叉(cha)，形(xing)成(cheng)四(si)線(xian)星(xing)狀(zhuang)連(lian)接(jie)結(jie)構(gou)，這(zhe)實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)一(yi)對(dui)彼(bi)此(ci)正(zheng)交(jiao)的(de)電(dian)位(wei)計(ji)（圖2），相當於機械操縱杆的平麵屏幕模擬。為了在X軸方向測量觸摸位置，觸控板的控製器將X-設為接地，而X+偏置為參考電壓

，然後從Y層的兩端讀取電壓，以找出X軸上兩層的接觸點。同樣地，控製器透過在Y層的電極上加載驅動電壓
，並從X層讀取觸摸點電壓，可以確定Y軸上的觸摸位置。
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這種技術的變化形包括五線係統
，基板帶有ITO塗層
，四邊都有電極。軟性隔膜為第五個電極，當用戶手指壓按時，控製器可測量出X和Y軸的電壓，從而確定觸摸的位置。這種排列通常可提供比四線結構更佳的穩定性和更長的壽命。其它變化還有適用於大型屏幕
、分辨率更高的六線和八線係統。

電(dian)阻(zu)式(shi)技(ji)術(shu)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)其(qi)接(jie)口(kou)電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)很(hen)簡(jian)單(dan)，控(kong)製(zhi)器(qi)隻(zhi)須(xu)在(zai)一(yi)對(dui)電(dian)極(ji)上(shang)加(jia)載(zai)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)
，同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)另(ling)一(yi)對(dui)電(dian)極(ji)間(jian)的(de)電(dian)勢(shi)即(ji)可(ke)
，而(er)這(zhe)一(yi)點(dian)利(li)用(yong)片(pian)上(shang)（On-chip）金屬氧化物半導體場效晶體管（MOSFET）開關、模擬多路器和模擬數字轉換器（ADC）就可輕鬆做到。若ADC進行差分測量

，測量結果實際上成為比率計（Radiometric），可使用Vcc和接地作激勵（Stimulus），透過適當的設計
，就完全有可能獲得4，09*，096的分辨率。

相反地，這種技術的主要缺點源於觸控屏幕的多層結構。其基層一般是玻璃，表麵塗有一層均勻的ITO
，頂層通常由聚乙烯對苯二甲酸酯（PET）製造，內表麵（Inner Surface）也塗有一層均勻的ITO，而外表麵（Outer Surface）則(ze)有(you)硬(ying)塗(tu)層(ceng)
，以(yi)為(wei)保(bao)護(hu)作(zuo)用(yong)，而(er)形(xing)成(cheng)空(kong)氣(qi)隙(xi)以(yi)把(ba)這(zhe)些(xie)導(dao)電(dian)層(ceng)隔(ge)離(li)開(kai)的(de)細(xi)小(xiao)透(tou)明(ming)間(jian)隔(ge)點(dian)常(chang)在(zai)打(da)印(yin)製(zhi)程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)。這(zhe)種(zhong)多(duo)層(ceng)材(cai)料(liao)堆(dui)棧(zhan)的(de)多(duo)層(ceng)結(jie)構(gou)對(dui)透(tou)光(guang)性(xing)有(you)所(suo)影(ying)響(xiang)，一(yi)般(ban)將(jiang)降(jiang)至(zhi)約(yue)透(tou)明(ming)玻(bo)璃(li)透(tou)光(guang)率(lv)的(de)75%
，同tong時shi

，空kong氣qi間jian隙xi可ke能neng產chan生sheng薄bo霧wu效xiao應ying，進jin一yi步bu降jiang低di清qing晰xi度du。此ci外wai


，這zhe種zhong結jie構gou很hen容rong易yi刮gua傷shang損sun壞huai
，而er且qie因yin為wei機ji械xie軸zhou性xing不bu重zhong合he，還hai須xu仔zai細xi校xiao準zhun以yi確que定dingX、Y坐標範圍，其它弱點還包括可能吸收電氣噪聲，尤其是來自液晶顯示器（LCD）
，這時一般須進行濾波，將導致反應時間的延長

，當然，控製器一次隻能處理一個觸摸位置，也是一大局限。

利用電荷轉移技術解決應用挑戰

由於電阻式觸控屏幕存在缺陷和局限性，許多設計人員已轉向投射式電容感測技術。這種技術在IC形式上分為好幾種電路
，主要包括容抗（RC）時間常數測量電路
，如弛張振蕩器

、直流（AC）電流測量組件，以及電荷轉移（Charge-transfer）組件。電荷轉移組件又分為單端模式（Single-ended）和橫向模式（Transverse-mode），選擇上述任何一種方法，利用在兩層或更多迭層上的電極行列數組
，都可以實現觸控屏幕。

RC時間常數技術的基本原理是，當電容組件C隨手指觸摸改變時，電極區域充電或放電所需的時間也隨之改變。測量充/放電期間的變化可得到C的變化，因為C是未知，所以假設為Cx
，這種方法有許多變化形式，可測量頻率或時間、可自由運行或以單周期為基礎。RC時shi間jian常chang數shu測ce量liang的de缺que點dian是shi速su度du較jiao慢man，並bing易yi受shou泄xie漏lou電dian流liu幹gan擾rao，其qi動dong態tai範fan圍wei也ye非fei常chang有you限xian
，很hen難nan校xiao準zhun，而er且qie容rong易yi受shou到dao恒heng定ding漂piao移yi問wen題ti的de影ying響xiang。此ci外wai
，由you於yu其qi電dian路lu的de高gao阻zu抗kang特te性xing，所suo以yi也ye極ji易yi受shou外wai界jie噪zao聲sheng幹gan擾rao

，盡jin管guan如ru此ci，仍reng有you部bu分fen觸chu控kong屏ping幕mu采cai用yong這zhe種zhong方fang案an。

至於AC電流測量方法，由一個AC電壓源驅動阻抗，繼而驅動Cx，故測量阻抗產生的電壓就可確定Cx的值。這些電路也有很多和RC電dian路lu相xiang同tong的de局ju限xian性xing，不bu過guo前qian者zhe的de驅qu動dong阻zu抗kang一yi般ban較jiao低di
，然ran而er其qi須xu利li用yong放fang大da器qi恢hui複fu串chuan聯lian阻zu抗kang產chan生sheng的de小xiao電dian壓ya，但dan訊xun噪zao比bi等deng方fang麵mian的de問wen題ti又you隨sui之zhi而er來lai
，這zhe種zhong方fang法fa在zai觸chu控kong屏ping幕mu中zhong已yi有you一yi定ding運yun用yong
，尤you其qi是shi在zai帶dai低di阻zu抗kang邊bian沿yan的de前qian表biao麵mian板ban中zhong。

和RC及AC技(ji)術(shu)相(xiang)同(tong)

，單(dan)端(duan)電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)是(shi)在(zai)每(mei)個(ge)感(gan)測(ce)通(tong)道(dao)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)極(ji)板(ban)，但(dan)不(bu)依(yi)賴(lai)於(yu)時(shi)序(xu)測(ce)量(liang)或(huo)放(fang)大(da)器(qi)，而(er)是(shi)采(cai)用(yong)互(hu)補(bu)式(shi)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)半(ban)導(dao)體(ti)（CMOS）開關把電荷泵入Cx，並把電荷轉移到一個參考采樣電容（Cs）中。透過計算Cs達到預先設定的電壓值所需的周期數，就可很容易求得電荷電平，且這個周期數與Cx成反比。眾所周知，電荷轉移方法有助於抑製泄漏電流的影響

，而且由於其采用一個很大的Cs作為檢測器
，這個檢測器相當於對外界的一個低阻抗，故其抗外部電氣噪聲的能力非常強。

與之相反，橫向模式電荷轉移感測是每個感測元素都采用兩個電極。基本上，其電氣行為與單端電荷轉移感測相同，但這些電路在發送/接(jie)收(shou)矩(ju)陣(zhen)中(zhong)采(cai)用(yong)電(dian)極(ji)數(shu)組(zu)創(chuang)造(zao)觸(chu)控(kong)屏(ping)幕(mu)功(gong)能(neng)。該(gai)方(fang)案(an)的(de)優(you)點(dian)是(shi)其(qi)需(xu)要(yao)的(de)布(bu)線(xian)較(jiao)少(shao)
，更(geng)甚(shen)之(zhi)能(neng)同(tong)時(shi)識(shi)別(bie)和(he)區(qu)分(fen)多(duo)個(ge)觸(chu)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)異(yi)，單(dan)端(duan)電(dian)路(lu)也(ye)可(ke)感(gan)測(ce)多(duo)個(ge)觸(chu)點(dian)，不(bu)過(guo)由(you)於(yu)訊(xun)號(hao)本(ben)身(shen)模(mo)糊(hu)，故(gu)不(bu)能(neng)區(qu)分(fen)。此(ci)外(wai)，橫(heng)向(xiang)模(mo)式(shi)方(fang)案(an)還(hai)有(you)速(su)度(du)快(kuai)和(he)功(gong)耗(hao)低(di)的(de)優(you)勢(shi)，因(yin)為(wei)其(qi)能(neng)同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)一(yi)條(tiao)驅(qu)動(dong)線(xian)路(lu)上(shang)的(de)所(suo)有(you)節(jie)點(dian)
，所(suo)以(yi)可(ke)減(jian)少(shao)50%的采集周期數。這種雙電極式結構具有自我屏蔽外部噪聲的功能
，在定功率級上可提高訊號穩定性，因此，量研科技（Quantum Research）一直將橫向模式感測技術作為驅動觸控屏幕的主要方案，利用高載模式采樣、擴頻調製及數字訊號處理等各種增強型技術的結合，促成抗噪聲源幹擾能力強，即使在惡劣環境下也較穩健的解決方案。

在電氣方麵，橫向模式感測的工作原理非常類似於T橋衰減器電路，使用者的手指實際上相當於一對電容之間的Cx項（圖3）。手(shou)指(zhi)觸(chu)控(kong)屏(ping)幕(mu)表(biao)麵(mian)吸(xi)收(shou)驅(qu)動(dong)電(dian)極(ji)和(he)接(jie)收(shou)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)電(dian)荷(he)，電(dian)荷(he)經(jing)由(you)大(da)量(liang)雜(za)散(san)電(dian)容(rong)路(lu)徑(jing)返(fan)回(hui)至(zhi)電(dian)路(lu)的(de)接(jie)地(di)，這(zhe)會(hui)降(jiang)低(di)訊(xun)號(hao)的(de)強(qiang)度(du)，而(er)降(jiang)低(di)的(de)程(cheng)度(du)很(hen)容(rong)易(yi)且(qie)可(ke)靠(kao)地(di)測(ce)出(chu)。 [page]
盡管功耗極低，橫向模式傳感器卻容易可穿過好幾毫米厚的塑料、玻璃及其它材料
，檢測出使用多手指觸摸，電極可由任何導電材料製作而成
，如ITO

，而且幾乎任何尺寸和形狀都可以。噪聲消除算法可幫助這些傳感器消除LCDdengmokuaichanshengdezaosheng，tongchangwuxudandudepingbiceng，congertigaoxianshiqideguangchuanshuxingneng，tongshijiangdichanpindejiangouchengbenhebeiguanggonglvdeyaoqiu
，erchangshangtuichudeQMatrix橫向模式電路采用一種雙斜坡轉換形式，可確保電路對時間和溫度的變化具有高度穩定性（圖4）。
廠(chang)商(shang)發(fa)展(zhan)的(de)芯(xin)片(pian)透(tou)過(guo)與(yu)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)同(tong)步(bu)開(kai)關(guan)的(de)采(cai)樣(yang)電(dian)容(rong)收(shou)集(ji)耦(ou)合(he)到(dao)接(jie)收(shou)電(dian)極(ji)中(zhong)的(de)訊(xun)號(hao)
，並(bing)利(li)用(yong)一(yi)個(ge)脈(mai)衝(chong)串(chuan)改(gai)進(jin)訊(xun)噪(zao)比(bi)
，每(mei)個(ge)脈(mai)衝(chong)串(chuan)的(de)脈(mai)衝(chong)數(shu)量(liang)將(jiang)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)的(de)增(zeng)益(yi)，因(yin)此(ci)

，可(ke)方(fang)便(bian)調(tiao)整(zheng)電(dian)路(lu)增(zeng)益(yi)，使(shi)其(qi)適(shi)合(he)於(yu)不(bu)同(tong)的(de)麵(mian)板(ban)材(cai)料(liao)、按鍵尺寸和麵板厚度。

脈(mai)衝(chong)串(chuan)產(chan)生(sheng)的(de)第(di)一(yi)個(ge)斜(xie)坡(po)是(shi)加(jia)到(dao)采(cai)樣(yang)電(dian)容(rong)上(shang)的(de)梯(ti)級(ji)波(bo)形(xing)訊(xun)號(hao)，脈(mai)衝(chong)串(chuan)過(guo)後(hou)，驅(qu)動(dong)器(qi)把(ba)斜(xie)率(lv)電(dian)阻(zu)的(de)參(can)考(kao)端(duan)切(qie)換(huan)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)
，對(dui)采(cai)樣(yang)電(dian)容(rong)進(jin)行(xing)放(fang)電(dian)，直(zhi)到(dao)將(jiang)電(dian)荷(he)用(yong)完(wan)，電(dian)壓(ya)比(bi)較(jiao)器(qi)檢(jian)測(ce)出(chu)零(ling)交(jiao)叉(cha)點(dian)為(wei)止(zhi)，獲(huo)得(de)零(ling)交(jiao)叉(cha)點(dian)所(suo)需(xu)的(de)斜(xie)坡(po)時(shi)間(jian)與(yu)X

、Y電荷耦合成比例
，並隨用戶手指觸摸麵板表麵而減小（圖5）。 這種自動調零行為讓電路對工作電壓和電路參數，如Cs值的變化具有極強的適應能力。該項技術還提供潮濕抑製及固有的抗射頻（RF）幹擾能力
，這是其它電容方法無法望其項背的部分，如麵板表麵若存在水珠之類的局部水膜，將使訊號耦合略微增加；而(er)使(shi)用(yong)者(zhe)手(shou)指(zhi)的(de)觸(chu)摸(mo)則(ze)會(hui)使(shi)耦(ou)合(he)減(jian)小(xiao)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)少(shao)量(liang)的(de)潮(chao)濕(shi)會(hui)造(zao)成(cheng)錯(cuo)誤(wu)的(de)方(fang)向(xiang)變(bian)化(hua)，導(dao)致(zhi)誤(wu)觸(chu)發(fa)，這(zhe)是(shi)令(ling)其(qi)它(ta)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)感(gan)到(dao)頭(tou)疼(teng)的(de)問(wen)題(ti)。潮(chao)濕(shi)水(shui)膜(mo)的(de)出(chu)現(xian)可(ke)能(neng)引(yin)開(kai)電(dian)荷(he)，但(dan)由(you)於(yu)水(shui)膜(mo)的(de)建(jian)模(mo)模(mo)型(xing)是(shi)一(yi)個(ge)依(yi)賴(lai)於(yu)時(shi)間(jian)特(te)性(xing)的(de)分(fen)布(bu)式(shi)RC網絡
，電荷收集中門控時間的使用（微秒數量級或更短）抑製水膜的影響。

單層觸控屏幕崛起

由於組件可以在片上執行所有訊號調節任務，故隻需少量離散式電阻與電容
，再加上一個簡單的序列接口，如I2C即可。從軟件程序設計人員的角度來看，組件擁有簡單的命令集（Command Set）和he用yong於yu不bu同tong寄ji存cun器qi的de儲chu存cun映ying像xiang結jie構gou，這zhe樣yang一yi來lai
，設she計ji人ren員yuan的de主zhu要yao任ren務wu就jiu簡jian化hua為wei設she計ji感gan測ce矩ju陣zhen和he編bian寫xie接jie口kou代dai碼ma。投tou射she式shi電dian容rong觸chu控kong屏ping幕mu需xu要yao一yi個geX
、Y透明電極矩陣（圖6），以精確確定手指的位置。 [page]
上述通常需要在玻璃或塑料塗敷的透鏡後迭壓兩層或兩層以上的ITO


，由於每增加一層就會增加成本，並降低9%的de透tou光guang性xing
，因yin此ci應ying該gai盡jin可ke能neng減jian少shao層ceng數shu。雖sui然ran廠chang商shang的de觸chu控kong屏ping幕mu芯xin片pian完wan全quan能neng支zhi持chi多duo層ceng鑽zuan石shi型xing圖tu案an，但dan這zhe些xie芯xin片pian也ye可ke采cai用yong專zhuan有you的de單dan層ceng膜mo技ji術shu。相xiang較jiao多duo層ceng技ji術shu，單dan層ceng膜mo電dian極ji的de透tou明ming度du要yao高gao得de多duo、薄得多，成本也低得多
，這些優點自然使其大受設計人員青睞。

雙軸多觸點技術麵世

利用單層膜同步執行雙觸點檢測也是可行的，但若采用能夠同時解決多觸點事件的雙層技術，性能便會好得多。如圖7顯示在一個實驗室測試模型中使用者用三根指頭和大拇指時，電場的三維測量結果。
透過連接一個放在六電極Y層上的八電極X層
，控製器可支持大至8寸的雙觸控屏幕，而且這種多功能控製器能感測多達六個滑塊或四十八個離散式按鍵，或按鍵、滑塊與觸摸區域的組合
，該控製器為接腳數精簡的版本，利用類似的簡單布線圖（圖8），能夠驅動八條X軸和接收四條Y軸
，或區分多達三十二個離散式按鍵。
而直接影響增益的斜率電阻器一般在1mΩ數量級，X和Y方向上可選配的電阻器能改善電磁兼容（EMC）性能和抗靜電放電（ESD）能力，典型值在1～20kΩ範圍。除了控製器外，廠商並推出觸控屏幕演示*cegongjutaojian
，shejirenyuanwuxushiyongshiyongzhejiemianjieshishoushi，rumougeshoushikenengbaohanlianggenshouzhiyishuipinghuochuizhifangshihuochengmouyijiaodudefenkaixingdong，zaizhaopianyingyongdeqingkuangzhong，zheyexuyiweizheduituxiangdemougequyujubusuofang
，erzaiquanqiuweixingdingweixitong（GPS）地圖繪製應用中
，相同的動作則可能集中在某個特定區域或感興趣的街道。此外

，旋轉手勢可能代表旋轉CADchengxusanweikongjianzhongdemougewuti，huoshiyouxizuozhanquzhongmougewaixingzhihuiguandetaikongjianduizhelu。zhengruqitazhongduochuangxinyiyang，zaishejirenyuandegongjutaojianzhongzengjiagainianjiandandegongju，keyijilichuangxinxing
，cuishengchuzaizhuduotongleichanpinzhongtuoyingerchudechanpin。