觸控IC技術(shù)：如何平衡高靈敏度與抗干擾？

觸控IC群雄逐鹿，降成本大勢所趨

據(jù)了解，目前全球有不下30家觸控IC廠商，競爭非常激烈。經(jīng)歷了數(shù)年積累，國內(nèi)IC設(shè)計廠商在本地化支援和成本控制上開始取得優(yōu)勢，與國際大廠的技術(shù)差距也在不斷縮小，進(jìn)入觸控IC領(lǐng)域的廠商日益增多。目前Atmel，Synaptics和Cypress等國際大廠仍然占據(jù)了全球高端品牌手機(jī)60%以上的觸控IC份額，但在整體出貨量上國內(nèi)廠商已經(jīng)逐漸追了上來。

根據(jù)《旭日顯示與觸摸》提供的數(shù)據(jù)，截至2013年11月，新思、敦泰、匯頂三家成為月出貨量排名前三甲。除ATMEL、義隆、賽普拉斯等老廠商外，包括迅駿、艾為、奇景、貝萊特、聯(lián)詠、集創(chuàng)北方、美法思、聯(lián)陽、矽創(chuàng)、奕力等新晉廠商出貨量均維持在KK級左右，2014年觸控IC業(yè)將再次出現(xiàn)群雄逐鹿的場面。

其中國際廠商新思一直針對高端市場，在品牌、技術(shù)和資金三方面的優(yōu)勢下，一直占據(jù)領(lǐng)頭羊的位置;敦泰則專注中低端市場，并在業(yè)內(nèi)搶先推出Incell產(chǎn)品，開始向高端市場滲透;匯頂則背靠大樹好乘涼，憑借COB技術(shù)以及MTK的支持，主要服務(wù)于中小手機(jī)品牌及方案商。由于中小廠商對于降成本的要求越來越高，而消費者在使用中使用單指的頻率非常高，憑借更低成本的單指+手勢方案，Mstar和思立微迅速填補(bǔ)了2013年春秋兩季由于敦泰及新思缺貨造成的市場空間。

在芯片領(lǐng)域，國際上極少會出現(xiàn)單顆芯片報價超過1美元以上的情況，而唯有在觸控IC方面，單顆芯片報價高達(dá)3~5美元，少數(shù)如Atmel等報價更超過5美元。不過到2013年下半年，由于來自新的企業(yè)日益激烈的競爭及前三企業(yè)市場容量的漸變，觸控IC市場價格開始下滑，業(yè)內(nèi)預(yù)計到2014年將整體下降20~30%。

觸控IC技術(shù)趨勢，如何平衡高靈敏度與抗干擾?

隨著2013年國內(nèi)千元以下中低端智能手機(jī)的迅速放量，手機(jī)廠商對成本控制的需求也不斷升高。而觸控筆記本的滲透率一直不達(dá)預(yù)期也令各筆記本廠商傷透腦筋，唯有力圖尋求更低價的觸控屏解決方案。回顧2013年，在保證更低成本的同時提供更好的用戶體驗，成為各大觸控IC廠商共同努力的方向。

受降成本的要求影響，由于可以節(jié)省ITO、膜和屏蔽材料成本，并且大大簡化生產(chǎn)成本，業(yè)內(nèi)對于單層ITO(G1F)的多點觸控方案要求大增。除此之外，觸控IC廠商還通過去掉Flash(如思立微)或MCU(如集創(chuàng)北方)的方式來進(jìn)一步節(jié)省成本。

傳統(tǒng)電容式觸摸屏控制芯片普遍采用“SENSOR檢測模塊+MCU(內(nèi)嵌Flash)”單芯片解決方案，芯片內(nèi)部集成觸摸識別、坐標(biāo)計算、縮放等算法。而隨著智能手機(jī)平臺處理能力越來越強(qiáng)，MTK、展訊等主平臺處理器主頻均已達(dá)到1GHz以上，雙核、四核CPU運算能力富足，完全可以將觸摸數(shù)據(jù)的計算處理放到AP中，傳統(tǒng)架構(gòu)中內(nèi)嵌的MCU+Flash似乎已顯多余。

針對電容式觸控模組低成本化趨勢，艾為推出eTouch電容式多點觸摸控制器系列。eTouch系列創(chuàng)新地采用“SENSOR檢測模塊+Finger識別處理器”架構(gòu)，芯片負(fù)責(zé)采樣整屏數(shù)據(jù)，而觸摸坐標(biāo)計算等處理在主控芯片內(nèi)完成;獨創(chuàng)E-Island?(Extract Island)觸摸映射專利技術(shù)，高效上報觸摸數(shù)據(jù)。北京集創(chuàng)北方科技有限公司技術(shù)副總陳馗表示，集創(chuàng)北方的ICN838系列最開始的定義就是無MCU，不過在具體的產(chǎn)品推廣中發(fā)現(xiàn)，主控芯片的工程師一般不會幫助客戶來進(jìn)行調(diào)試，比如干擾問題的解決。“我們也跟主控廠商討論過這個問題，純Sensor版本，很多模擬的部分很多主控廠商是不愿意去做的。”陳馗表示，Touch的環(huán)境太復(fù)雜，而且牽涉到的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)太多，主控廠商還是更傾向于將MCU外包出去。

為了提供更好的用戶體驗，觸控IC正在追求更高靈敏度、更低功耗的過程中，也在努力增加如被動手寫筆、手套觸控、懸空識別、防水觸控等越來越多的附加功能。Atmel公司日前就宣布針對3.2至8.3的下一代智能手機(jī)和平板電腦，推出最新maXTouch T系列觸摸屏控制器產(chǎn)品mXT640T、mXT336T和mXT224T。T系列集成了許多特殊的性能，例如支持1毫米maXStylus Gen II主動/被動式手寫筆、20-25mm懸空識別能力、防潮以及多指3.0毫米厚度手套觸控、5.0毫米單指手套觸控等，旨在提升移動設(shè)備的性能與價值。據(jù)Jon Kiachian透露說，Atmel目前正在與多家ITO和LCD制造商緊密合作，以支持包括OGS、G1、GF、On-Cell在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)，并計劃于2014年初實現(xiàn)量產(chǎn)。

隨著觸控屏越來越多采用On-cell、In-cell等薄型觸控方案，由于LCD中直接貼合觸控模組，來自顯示面板以及充電器的干擾問題越來越嚴(yán)重。為提綱抗干擾能力，賽普拉斯日前發(fā)布了TrueTouch Gen5觸控IC，強(qiáng)化了LCD屏幕掃描速度以及干擾防護(hù)能力，同時支援業(yè)界最高40伏的峰值電壓(Vpp)、自適應(yīng)跳頻(AFH)功能，可鎖定1～500kHz充電器雜訊頻率范圍，提供絕佳的電源雜訊免疫力。不過陳馗表示，這種做法雖然能夠有效抗干擾，但是瞬間功耗下不來，而觸控IC目前最被人詬病的不是抗干擾性而是功耗。功耗低的話信號也低，抗干擾能力就差，如何平衡兩者之間的關(guān)系是需要下工夫的。陳馗表示，目前這方面做得比較好的是新思的ClearPad 3400，不僅縮短觸控反應(yīng)延遲時間，更大幅提升訊噪比(SNR)，強(qiáng)化抗LCD、充電器干擾功能。此外，集創(chuàng)北方的ICN85系列觸控芯片采用獨有的窄帶濾波器技術(shù)，1KHz超精細(xì)的可控驅(qū)動頻率，大大提高了芯片的干擾抑制能力，達(dá)到國際一線品牌的產(chǎn)品的水平，整體表現(xiàn)及客戶體驗優(yōu)于國內(nèi)主流競爭廠商。

陳馗表示，被動筆觸控以及手套觸控方式需要高靈敏度，而手指觸控則需要低靈敏度，這兩種模式需要流暢的進(jìn)行切換，這也是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的難點。集創(chuàng)北方的ICN85系列觸控芯片在雜訊抑制、跳頻工作方式、算法和功耗四個方面取得了顯著創(chuàng)新，且處理性能遠(yuǎn)高于國內(nèi)廣泛采用的同類觸控芯片，理想地滿足了用戶在防水、懸浮、戴手套、接近感應(yīng)及極度溫差下的觸控使用需求。

隨著可穿戴設(shè)備越來越火，對于觸控屏的要求也與傳統(tǒng)的手機(jī)、平板觸控有了很大的不同，比如針對曲面的屏幕其算法與過去平面觸控方式截然不同，而ICN85系列在功耗和觸控算法上也針對可穿戴設(shè)備進(jìn)行了支持。高信噪比(SNR)和專為弧面設(shè)計的算法保證了手指在弧面上觸摸時接觸面積不停變化的情況下依然能計算出精準(zhǔn)的坐標(biāo)(中心坐標(biāo)偏差≤1mm)。

除了以上提到的功能外，日前MTK與匯頂合作推出一項HotKnot技術(shù)，以觸控芯片為主要感測的媒體，再通過P sensor(光感應(yīng)原件)、G sensor(重力感應(yīng)原件)來進(jìn)行輔助的傳輸資料。只要兩臺設(shè)備裝備有Hotknot技術(shù)的觸摸屏相互接觸即可簡單的進(jìn)行資料傳輸及付款。這種數(shù)據(jù)傳輸方式由于無需增加硬件成本，號稱“窮人的NFC”。目前，此款芯片功能被TCL y900型號手機(jī)和聯(lián)想notebook所采用。國內(nèi)兩大互聯(lián)網(wǎng)巨頭騰訊與阿里巴巴紛紛表示，Hotknot不僅能帶來全新的觸控體驗，更蘊藏著無限商機(jī)。不過也有業(yè)內(nèi)人士表示，目前HotKnot聯(lián)盟的入會門檻很高，盡管不少觸控IC廠商也有類似技術(shù)，但需要交納高昂的聯(lián)盟會費。“既然MTK可以這么做，展訊其實也可以聯(lián)合觸控IC廠商來建立類似的聯(lián)盟。”陳馗表示。