電容式觸控的中心議題：

• 感測電容原理介紹
• 傳感器的建構

電容式觸控的解決方案：

• 使用電容傳感器

近來在便攜式媒體播放器
、筆記型計算機
、手(shou)機(ji)市(shi)場(chang)中(zhong)陸(lu)續(xu)出(chu)現(xian)的(de)各(ge)項(xiang)令(ling)人(ren)感(gan)到(dao)興(xing)奮(fen)的(de)電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)測(ce)技(ji)術(shu)之(zhi)應(ying)用(yong)，讓(rang)人(ren)幾(ji)乎(hu)忘(wang)了(le)這(zhe)類(lei)界(jie)麵(mian)技(ji)術(shu)早(zao)已(yi)廣(guang)泛(fan)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)家(jia)電(dian)用(yong)品(pin)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)許(xu)多(duo)年(nian)了(le)。感(gan)測(ce)算(suan)法(fa)與(yu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)重(zhong)大(da)進(jin)展(zhan)
，讓(rang)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)適(shi)用(yong)於(yu)更(geng)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)看(kan)到(dao)了(le)電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)測(ce)技(ji)術(shu)的(de)價(jia)值(zhi)所(suo)在(zai)——不僅可取代機械式按鍵與膜片開關
；並可適用於各項新穎的應用，如：觸控式屏幕與近距傳感器等。

感測電容

電容式傳感器是由導體片

、接地麵
、與控製器所構成。在多數的應用中
，導體片會用一片銅製電路板，而接地則用灌注填充。這兩者之間存在有原生（寄生）電容（CP）。當其它如手指頭等導電物體接近傳感器時，隨著該物體的電容值（CF）增加，係統的電容值也隨之增加。（如圖1）

要偵測由CF造成電容值增加的方法有好幾個。場域效應（Field Effect）量(liang)測(ce)方(fang)法(fa)中(zhong)，在(zai)感(gan)測(ce)電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)係(xi)統(tong)參(can)考(kao)電(dian)容(rong)器(qi)之(zhi)間(jian)使(shi)用(yong)交(jiao)流(liu)電(dian)分(fen)壓(ya)器(qi)。藉(ji)由(you)監(jian)測(ce)電(dian)流(liu)在(zai)分(fen)壓(ya)器(qi)上(shang)的(de)改(gai)變(bian)可(ke)以(yi)感(gan)測(ce)到(dao)手(shou)指(zhi)觸(chu)碰(peng)時(shi)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)變(bian)化(hua)。電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)（Charge Transfer）則(ze)使(shi)用(yong)切(qie)換(huan)式(shi)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)參(can)考(kao)總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)值(zhi)，重(zhong)複(fu)進(jin)行(xing)從(cong)較(jiao)小(xiao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)容(rong)器(qi)至(zhi)較(jiao)大(da)總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)步(bu)驟(zhou)。總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)器(qi)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)容(rong)值(zhi)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)著(zhe)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)，因(yin)此(ci)在(zai)固(gu)定(ding)次(ci)數(shu)的(de)步(bu)驟(zhou)後(hou)量(liang)測(ce)電(dian)壓(ya)值(zhi)，或(huo)藉(ji)由(you)計(ji)算(suan)達(da)到(dao)某(mou)一(yi)電(dian)壓(ya)臨(lin)界(jie)值(zhi)所(suo)需(xu)的(de)步(bu)驟(zhou)次(ci)數(shu)，來(lai)決(jue)定(ding)該(gai)電(dian)容(rong)值(zhi)。另(ling)外(wai)，弛(chi)張(zhang)振(zhen)蕩(dang)器(qi)（relaxation oscillator）zeshiyongliangcechongdianshijiandefangfa
，qizhongchongdiansulvtongchangshiyougudingdianliuyuandezhihechuanganqidianrongzhisuojuedingde。jiaodadechuanganqidianrongqixuyaojiaochangdechongdianshijian，zhebufentongchangnengyunyongmaichongkuandutiaobianqi（PWM）與定時器來進行量測。至於連續近似法（Successive Approximation）也是量測電容充電時間的方法，不同的是當中的起始電壓是由連續近似法所決定的。

以PSoC 組件執行的連續近似法（Cypress 申請之專利）采用一組電容對電壓的轉換器以及單斜率模擬數字轉換器（ADC）。其qi電dian容rong值zhi量liang測ce方fang式shi是shi先xian藉ji由you將jiang電dian容rong值zhi轉zhuan換huan至zhi電dian壓ya值zhi，接jie著zhe將jiang該gai電dian壓ya值zhi儲chu存cun於yu電dian容rong器qi內nei，然ran後hou再zai利li用yong可ke調tiao式shi電dian流liu源yuan來lai量liang測ce所suo儲chu存cun之zhi電dian壓ya值zhi。其qi中zhong電dian容rong值zhi對dui電dian壓ya值zhi轉zhuan換huan器qi乃nai是shi利li用yong切qie換huan式shi電dian容rong器qi技ji術shu，此ci電dian路lu係xi統tong讓rang傳chuan感gan器qi電dian容rong器qi可ke依yi其qi電dian容rong值zhi反fan映ying出chu對dui應ying的de電dian壓ya值zhi。切qie換huan式shi電dian容rong器qi所suo用yong的de頻pin率lv則ze是shi由youPSoC 本身內部的振蕩器所產生。
[page]
傳感器電容器連接到模擬多任務總線上，並利用同樣連接總線的可編程電流輸出數字模擬轉換器（iDAC）進行充電。每個總線上充電電量為q=CV。當SW2 為開路且SW1 為閉路時


，跨CX兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)位(wei)勢(shi)為(wei)零(ling)
，且(qie)會(hui)減(jian)低(di)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)電(dian)量(liang)，所(suo)減(jian)低(di)的(de)值(zhi)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)成(cheng)比(bi)例(li)。這(zhe)種(zhong)充(chong)放(fang)電(dian)的(de)動(dong)作(zuo)會(hui)一(yi)直(zhi)重(zhong)複(fu)，此(ci)時(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)容(rong)器(qi)也(ye)會(hui)成(cheng)為(wei)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)。（如圖2）

藉由切換式電容器的電路運作
，iDAC 就會以二元搜尋法的方式決定出總線上恒定的電壓值有多少。該電壓值會影響切換式電容器的切換頻率
、傳感器電容值
、以及iDAC 的電流值。總線其實也等同於一個旁路電容器（bypass capacitor）
，可以穩定最終電壓。在總線上也可以增加額外的電容器，以調整電路的行為與時序。

計算所得的iDAC zhijiezhezaiduyonglaiduizongxianchongdian，bingqieceliangzongxiancongchushidianyadaobijiaoqidelinjiedianyasuoxudechongdianshijian。chushidianyashizaimeiyoushouzhichupengdeqingxingxia
，yincichongdianshijiankeshixianceding。dangshouzhichupengchuanganqishihuizengjiaCX 的值，並且降低初始電壓
，因此會延長充電時間量測。（如上公式及圖3）

建構傳感器

電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)有(you)多(duo)種(zhong)型(xing)態(tai)與(yu)功(gong)能(neng)
，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)各(ge)式(shi)各(ge)樣(yang)的(de)媒(mei)介(jie)，實(shi)作(zuo)樣(yang)式(shi)從(cong)簡(jian)單(dan)到(dao)複(fu)雜(za)都(dou)有(you)。而(er)決(jue)定(ding)傳(chuan)感(gan)器(qi)建(jian)構(gou)與(yu)建(jian)置(zhi)細(xi)節(jie)的(de)還(hai)是(shi)應(ying)用(yong)本(ben)身(shen)的(de)需(xu)求(qiu)。最(zui)常(chang)見(jian)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)樣(yang)式(shi)要(yao)屬(shu)按(an)鍵(jian)與(yu)滑(hua)杆(gan)。按(an)鍵(jian)其(qi)實(shi)就(jiu)是(shi)連(lian)接(jie)至(zhi)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)大(da)型(xing)導(dao)體(ti)片(pian)，其(qi)中(zhong)所(suo)測(ce)得(de)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)會(hui)與(yu)一(yi)連(lian)串(chuan)的(de)臨(lin)界(jie)值(zhi)作(zuo)比(bi)較(jiao)，而(er)測(ce)定(ding)結(jie)果(guo)也(ye)能(neng)藉(ji)由(you)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)獲(huo)得(de)，或(huo)用(yong)其(qi)它(ta)模(mo)擬(ni)特(te)性(xing)，以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)感(gan)測(ce)觸(chu)動(dong)的(de)壓(ya)力(li)或(huo)手(shou)指(zhi)麵(mian)積(ji)。至(zhi)於(yu)滑(hua)杆(gan)則(ze)是(shi)許(xu)多(duo)導(dao)體(ti)片(pian)以(yi)直(zhi)線(xian)或(huo)放(fang)射(she)狀(zhuang)排(pai)列(lie)所(suo)構(gou)成(cheng)的(de)。利(li)用(yong)計(ji)算(suan)質(zhi)心(xin)的(de)算(suan)法(fa)就(jiu)可(ke)以(yi)測(ce)定(ding)出(chu)接(jie)觸(chu)的(de)位(wei)置(zhi)

，而(er)且(qie)分(fen)辨(bian)率(lv)遠(yuan)大(da)於(yu)感(gan)測(ce)所(suo)用(yong)的(de)針(zhen)腳(jiao)數(shu)。像(xiang)按(an)鍵(jian)或(huo)滑(hua)杆(gan)這(zhe)類(lei)簡(jian)單(dan)的(de)電(dian)容(rong)感(gan)測(ce)器(qi)，絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)都(dou)會(hui)采(cai)用(yong)銅(tong)片(pian)沉(chen)積(ji)至(zhi)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)。然(ran)而(er)也(ye)能(neng)使(shi)用(yong)其(qi)它(ta)基(ji)板(ban)材(cai)質(zhi)與(yu)沈(shen)積(ji)媒(mei)介(jie)物(wu)製(zhi)作(zuo)電(dian)路(lu)，例(li)如(ru)高(gao)導(dao)電(dian)性(xing)的(de)銀(yin)墨(mo)（silver ink）。 
[page]
動dong態tai使shi用yong者zhe接jie口kou的de按an鍵jian或huo觸chu控kong區qu則ze可ke以yi任ren意yi配pei置zhi其qi顯xian示shi器qi樣yang式shi。這zhe類lei的de顯xian示shi器qi擁yong有you更geng為wei平ping順shun且qie直zhi覺jiao化hua的de互hu動dong操cao作zuo，創chuang造zao更geng佳jia的de使shi用yong者zhe經jing驗yan。要yao建jian構gou這zhe類lei係xi統tong比bi一yi般ban簡jian單dan的de按an鍵jian或huo滑hua杆gan更geng為wei複fu雜za。投tou射she式shi電dian容rong觸chu控kong屏ping幕mu在zai顯xian示shi器qi上shang多duo加jia了le透tou明ming導dao電dian物wu質zhi。這zhe層ceng導dao電dian表biao麵mian利li用yong沈shen積ji方fang式shi附fu著zhe於yu玻bo璃li或huo PET bomozheleijibanshang，bingqielianjiezhikongzhidianlu，jiezhezaijiangcijibannianzheyuchukongbiaocengyuxianshiqizhijian。chufaquyucedingfangshiyuhuaganxiangtong。zongxiangyuhengxiangdeliangzuhuaganxianghujiaocuoyifugaizhenggexianshiquyu，erqiezhelianggefangxiangdehuaganhuizhencechudongweizhibingqieshuchux 軸與y 軸數據。由於投射式電容觸控屏幕上方還有一個覆蓋層，因此也保護屏幕不受直接衝擊

、彎曲、環境因素影響等常見於傳統電阻式觸控屏幕的傷害。

近jin距ju傳chuan感gan器qi基ji本ben上shang就jiu是shi很hen大da的de按an鍵jian。近jin距ju傳chuan感gan器qi的de目mu的de並bing不bu在zai偵zhen測ce導dao電dian物wu體ti的de確que切qie位wei置zhi

，而er是shi物wu體ti是shi否fou在zai附fu近jin。由you於yu不bu需xu知zhi道dao物wu體ti確que切qie位wei置zhi
，因yin此ci反fan應ying時shi間jian可ke以yi稍shao慢man （3-4ms vs. 250us）。近距傳感器的靈敏度高很多；設計得當甚至可達30cm 的de距ju離li。也ye由you於yu近jin距ju傳chuan感gan器qi無wu須xu結jie合he任ren何he顯xian示shi圖tu形xing，因yin此ci在zai裝zhuang置zhi中zhong的de擺bai放fang位wei置zhi就jiu有you更geng多duo的de彈dan性xing。無wu論lun是shi控kong製zhi電dian路lu板ban外wai的de銅tong線xian圈quan，或huo是shi覆fu蓋gai層ceng後hou方fang的de導dao線xian，都dou可ke以yi建jian置zhi出chu非fei常chang基ji本ben且qie具ju成cheng本ben效xiao益yi的de近jin距ju傳chuan感gan器qi。（如圖5）

使用電容傳感器

電容傳感器的用途日益廣泛。上述傳感器的彈性、耐用、簡jian潔jie的de特te性xing已yi為wei許xu多duo設she計ji人ren員yuan創chuang造zao了le新xin的de機ji會hui。基ji本ben的de選xuan單dan瀏liu覽lan和he點dian選xuan功gong能neng依yi然ran使shi用yong按an鍵jian方fang式shi，但dan使shi用yong價jia格ge實shi惠hui的de電dian位wei計ji這zhe種zhong具ju備bei模mo擬ni特te性xing的de按an鍵jian，就jiu能neng建jian置zhi出chu更geng多duo簡jian單dan
、具成本效益
、可靠又安全的功能。

LG LA-N131DR 空kong氣qi清qing靜jing機ji在zai麵mian板ban顯xian示shi器qi選xuan單dan瀏liu覽lan的de按an鍵jian上shang中zhong用yong了le五wu個ge電dian容rong傳chuan感gan器qi。這zhe些xie按an鍵jian讓rang設she計ji人ren員yuan可ke以yi設she計ji出chu平ping順shun的de機ji身shen，同tong時shi也ye具ju備bei使shi用yong者zhe接jie口kou。電dian容rong式shi按an鍵jian透tou過guo四si毫hao米mi的de 玻璃偵測有無手指觸碰。

控製電路則建置在雙層印刷電路板上沒有傳感器的一麵。LG 采用PSoC 混合訊號數組來控製傳感器
，並且將狀態輸出至主要的裝置處理器上。（如圖6）

近(jin)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)備(bei)反(fan)應(ying)式(shi)背(bei)光(guang)功(gong)能(neng)
，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)了(le)夜(ye)間(jian)操(cao)作(zuo)或(huo)是(shi)安(an)全(quan)因(yin)素(su)考(kao)慮(lv)。這(zhe)些(xie)情(qing)形(xing)多(duo)半(ban)需(xu)要(yao)更(geng)大(da)的(de)觸(chu)發(fa)組(zu)件(jian)，例(li)如(ru)成(cheng)人(ren)的(de)手(shou)或(huo)是(shi)金(jin)屬(shu)罐(guan)子(zi)，才(cai)有(you)辦(ban)法(fa)達(da)到(dao)可(ke)控(kong)製(zhi)的(de)範(fan)圍(wei)。近(jin)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)
、按鍵、滑杆、甚至是觸控屏幕，都可利用PSoC 的單一處理器進行控製。韌體例程則可依照使用者輸入或主機命令進行狀態的更改。

為您創造電容感測應用

PSoC 混合訊號數組內含一個包含可組態的數字與模擬資源、閃存、RAM、8 位微控製器與其它多種功能的數組。這些特色讓PSoC 能在其CapSense 係列產品中實現創新的電容感測技術。運用PSoC的直覺式開發環境即可為裝置進行組態與重新組態
，以符合設計規格或任何規格變更。新感測技術的出現提升了 感測靈敏度與抗噪聲能力，並且減少功耗、增加升級速率，讓設計人員創造出更好的應用產品。