自容、互容感测并用　电容式触控屏幕抗水性大增

控屏幕产生误差的主要来源，水气会增加邻近感测器之间的边际电场，进而增加电容。端视触控屏幕保护层的厚度与介电系数，可能导致足够的电容变化，如手指轻触，让感测电路将它误判为假性触控。欲解决这个问题，就得使用传导屏蔽（有时称为Guard保护层）（图2）。

　　图2 屏蔽状态下的基本自容物理模型

　　利用复制的TX来驱动邻近感测器，即可消除I1且感测电路不会侦测到任何电容。但若要实际应用此解决方案，触控屏幕控制器必须能机动地切换感测接脚，即时在TX、RX及屏蔽之间切换，进而感测到整个触控屏幕。在传统CapSense按钮上，屏蔽技术也能同样运作。

　　图3则是以不同的方式让读者了解I1、I2及感测到的电流IRX如何随触碰、水气等因素，以及在有屏蔽与无屏蔽状态下产生的各种变化。互容的原理是感测两个感测器之间的电容（图4）。

　　图3 自容电流在不同状态与时间下的变化

　　图4 屏蔽状态下的基本互容物理模型

　　此时，TX套用到一个感测器上，而RX则套用到另一个邻近感测器。互容感测的物理原理和自容相同，但手指讯号的主要来源是边际电场而不是直接耦合。手指会吸走电荷，并表现在电流上，而这个电流在正常情况下都是经过边际电场（I1）再透过人体（I2）传到地面，整体效应就是两个感测器之间的互容减少。触控屏幕上没有被手指触碰到的水气，也会产生像自容一样增加边际电场的强度进而提高电容讯号，并增加流到RX的电流。图5为另一种互容感测呈现方式。

　　图5 互容电流在不同状态与时间下的变化

　　自容/互容感测各有所长　两者兼顾设计挑战高

　　具传导屏蔽的自容感测，虽然能有较佳的抗水性功能，但却无法支援真正的多点触控。从较高层次的观点来看，互容感测应该也适用于抗水性，因为在触控屏幕表面上增加水气会导致与手指触控相反的磁性改变，但这也意味移除水气和手指触控并无差别。

　　具传导屏蔽的自容，虽然能在有水气的情况下运作，但却无法支援多点触控效能。相反的，互容能支援多点触控的效能，但遇到水气时却无法正常运作。对抗水性来说，最可靠稳定的解决方案就是同时使用互容与自容感测，而要实际应用这种解决方案，前提就是触控屏幕控制器必须能在TX、RX及屏蔽之间动态地切换接脚功能。

　　然而，结合自容与互容感测，却无法对湿手指追踪功能带来优势，因为当手指触碰到触控屏幕上的水气时，水气就会和手指合为一体成为导体，此时手指会吸走边际电场电流，并传导至地面降低电容。

　　不过在拨打电话时，触控表面的触控反应状况，也可能类似当大姆指或脸颊贴近整个屏幕时的反应一样，得视水气多寡及水气在屏幕表面的分布情况决定。若没有运用特别演算法来处理这个大面积的讯号，触控屏幕控制器就会以水气覆盖面的中心点来进行运算，可能会造成距离的误差（图6）。

　　图6 湿手指追踪触控精准度误差

　　尽管可利用讯号中的资讯来改进精准度，但若只想藉电容感测技术，让追踪湿手指的精准度达到和追踪没有水气时正常手指位置的精准度，则较不切实际。

　　电容式触控屏幕产业尚未对防水做明确定义，虽有一些通用标准，但大多用于破坏性测试，并未涵盖触控屏幕，因而抗水性与湿手指追踪逐渐受业界注意；此外，了解水气对自容与互容所产生的不同影响，智慧触控屏幕控制器架构加上成熟的智慧财产权，将可解决当前难题。