圖標化設計已經不僅僅是品牌識別的問題，它的作用也不只是新增或提升設備功能。一項設計如要實現圖標化，必須能夠通過用戶與設備的互動或使用方式，在某個方面去來切實改變用戶生活。

 在Apple® iPhone™及相關產品中，其概念是首先構建用戶界面――電容式觸摸屏――然后利用基本的硬件和出色的軟件來實現連接性并提供應用支持。通過這種途徑，用戶能夠以新穎直觀的方式與產品進行互動。

 電阻式觸摸屏在消費設備中的運用相當普遍，主要用于基本的觸摸按鍵切換功能或其它簡單的虛擬用戶界面元素(如滾動條控制)。這種技術可實現一種情景式用戶界面方案，有助于減小設備單元的尺寸和外部復雜性，并提供新的工業設計選擇。不過，電阻式觸摸屏的光學性能較差，又存在可靠性問題，支持手勢輸入的效用性相當有限，而且解釋兩個或更多個同時觸摸點的能力也很低，這些不足之處都限制了電阻式觸摸屏的使用，致使其迅速讓位于電容式觸摸屏。

 過去幾年間，電容式觸摸屏技術已迅速發展成熟，它結合了在低成本硬件上運行的先進算法和成熟完善的材料技術，創建出高度可靠且穩健的用戶界面。但早期的電容式觸摸屏技術，以至目前市面上較低端產品的分辨率都很低，又存在LCD或其它噪聲源的系統級干擾問題，致使性能嚴重降低。

圖1 典型的觸摸屏系統

(說明)

前面板

傳感器膜

顯示層

控制器板

 投射電容式觸摸屏可以在目標(如手指)接近或接觸到屏幕表面時檢測到電容的細小變化。當一根手指或多根手指接觸屏幕時，有多種方法對觸摸屏表面的電容變化進行測量和解釋。電容-數字轉換技術(capacitive to digital conversion, CDC)與用于電荷收集的電極結構的空間排列(通常是顯示屏表面的一層透明的傳感器膜)，二者都對所達到的總體性能和簡易配置能力都有著重大的影響。

 對于投射電容式觸摸屏的電容變化，有兩種基本的排列和測量方法：自電容和互電容。互電容測量法具有按正交矩陣排列的發射和接收電極，這是電容式觸摸屏可靠地報告和跟蹤多個并發觸摸點的唯一方式。為簡單起見，可假設該技術由許多較小的觸摸屏組成，這些小觸摸屏又是通過電極結構的幾何排列而形成，整個裝置被視為一個完整的觸摸屏表面。只要能夠識別每個“小”觸摸屏內的多個觸摸點，便能夠實現這功能。由于可分別測得矩陣中每個點的電容耦合，故完全能夠確定多個觸摸點的位置坐標。

 基于自電容的觸摸屏卻與之相反。自電容方案是對整行或整列的電容變化進行測量(與互電容方案中測量一行和一列的交叉點截然不同)。若用戶壓觸兩個地方，這種方法會導致位置不明確。雖然利用軟件有可能對觸摸位置進行某種程度的重建，但總是存在一定的模糊性，因而被解釋的觸摸點會產生“鬼點”位置，繼而導致無意的行為被報告給系統主機。該方案還存在一種有害的副作用，即當兩個觸摸點共享同一行或同一列電極時，報告的坐標往往‘突跳’到有關電極，形成存在嚴重非線性現象。在實踐中，自電容只用于單觸摸點或極有限的雙觸摸點應用。

圖2 用于多點觸摸應用的自電容和互電容觸摸屏測量之比較

 在基于互電容的系統中，每個觸摸點都由一對(x,y)坐標來表示；而在自電容系統中，觸摸點 x 和 y 坐標的檢測是彼此獨立的。在互電容系統中，如果出現兩個觸摸點，檢測結果由(x1,y3) 和 (x2,y0),表示，但在自電容系統中，是由(x1,x2,y0,y3)表示。因此在自電容系統是無法確定(x1,y0)、(x2,y0)、 (x1,y3) 和 (x2,y3)這些觸摸點中哪一個是正確的。

 CDC測量的基礎方法也對電容式觸摸屏的工作方式有著重要的影響。有多種技術可用于信號捕獲，例如弛張振蕩器、CSA、Sigma Delta轉換器等，并各有其優勢和缺陷。所有這些技術在其它資料中均有詳細描述。從互電容測量的角度來看，它們都有一個會嚴重限制效用性的主要缺點：在測量周期中，矩陣里芯片和互連之間的布線仍然對觸摸(熱點)很敏感。因為傳感器的邊緣布線會影響計算位置的信號，這種情況將導致測量中的位置錯誤，對測量極為不利。它還使得從傳感器到驅動器芯片的布線連接幾乎只限于幾厘米之內。上述問題中有一些可以通過精心的設計折衷而得到部分解決，但總體性能卻受到嚴重影響。

 愛特梅爾的maXTouch™ 采用電荷轉移技術來進行CDC測量，能夠在電荷捕獲過程中有效地保持接收線路零電勢，因此只需在主要傳感器區域中目標點上的發射電極X和接收電極Y之間轉移電荷。該技術還有一個優點，即可把觸摸屏附近乃至觸摸屏表面上的局部濕氣或其它潛在導電材料的影響降至較小。

 總括而言：基于電極陣列中互電容測量的觸摸屏解決方案不足以實現可靠的解決方案。它必須結合采用了電荷轉移技術的穩健的CDC，這是迄今較好的選擇。

 傳感器設計選擇

觸摸屏中的傳感器由透明基板材料(一般是PET或玻璃)上的一層或多層圖樣化透明導體構成。傳感器位于顯示屏之上。為了構建能夠透過玻璃或塑料前面板識別一個或多個手指觸摸的傳感器，必需精心設計電極正交網絡。

 圖3 典型的傳感器圖樣

 圖樣化導體(電極)一般是由被稱為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)的高度透明材料經過圖樣蝕刻制成。這種材料具有良好的光學透明度，同時仍保持較低的歐姆電阻率。低電阻率十分重要，因為這樣一來，就有可能對數以10個皮法級(picofarad, 10^-12 法拉)背景電容上出現的數以10個毫微微法拉級(femtofarad, 10^-15 法拉)的微小變化進行快速測量。愛特梅爾的QMatrix™ 采用電荷轉移技術，它具有一項基本特性，即可以采用具有良好光學性質的常用 ITO 來制作真正的矩陣傳感器，這里，對觸摸敏感的唯一區域是行、列電極互相耦合的緊鄰地帶。

 這種局部耦合意味著行、列電極的所有其它區域大部分都是對觸摸不靈敏的。沒有這種特性，就不可能實現真正的多點觸控觸摸屏，而只可能通過重大的折衷妥協來滿足部分要求。其它CDC技術都試圖仿效真正的矩陣，不過為此需要限制性更強的ITO材料：必須有更低的其電阻率和更出色的光學特性。這種更低的電阻率可降低行、列交叉點上的電壓降，減小其固有觸摸靈敏度。不過，由于沒有采用電荷轉移技術，它們仍然對觸摸具有一定的靈敏性，但這也是一種折衷妥協，就是會導致較差的多點觸摸性能，并在傳感器邊緣附近產生嚴重的不良影響。

 PET是較常用的兩種基板材料之一，它在成本上比玻璃稍具優勢，但一般需要兩個分離層來實現正交網格。另一方面，玻璃雖然貴一點，卻允許單層設計，可采用微型交叉結構來橋接共面兩層結構中的圖樣交叉點。玻璃傳感器的機械穩定性也比 PET 好得多，因此適合于淀積非常薄的金屬化跡線，其寬度僅為數十微米。PET 技術雖然在這方面進步迅速，現在一般仍使用數百微米寬的絲網印刷跡線。而總體目標是是傳感器邊緣布線尺寸要盡可能地小，因為空間彌足珍貴，尤其是對小型便攜式設備而言。

 分辨率

傳感器設計的下一個考慮事項是終端應用所需的分辨率。利用插補法(interpolation)，可以相當準確地確定單觸摸點的中心位置所在。不過，當需要分別識別幾個鄰近觸摸點時，就有困難了。這需要很高的電極密度。

 這種情況下，高電極密度意味著行、列間距應該在 5mm 左右或更小――這個要求源于對大拇指和食指指尖之間的距離進行測量，然后除以2。廣泛的用戶界面試驗顯示，從10 mm 到 11mm的間距是空間分辨率和不斷增加的傳感器復雜性之間的較佳折衷。對于單觸摸點應用，在某些情況下，把間距增加到5mm以上也是可以接受的，但有強大的論據顯示，為了實現真正出色的單觸摸點電容式觸摸屏，在其核心需要完全的多點觸摸功能，以跟蹤和拒絕無意觸摸點。

 還值得一提的是傳感器的分辨率與每個軸向的電極數目直接相關，故只要增加更多的行或列，可把間距減小到5mm以下，這樣一來，即使傳感器的制作比較復雜，也是很有益的。更多的通道同時意味著更高的信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)。

 高電極密度還能夠實現另一項重要特性――無源傳導性手寫筆(stylus)的使用。通過正確的傳感器設計，結合較佳CDC方法和超先進的觸摸跟蹤算法，有可能采用尖端尺寸只有3-5 mm的簡單無源傳導性手寫筆。這種功能讓用戶使用短指甲也能夠操作電容式觸摸用戶界面，并能提供比普通指尖按觸更精確的定位設備。如此一來，擴大了使用電容式觸摸屏作為主要輸入源的設備的應用范圍。

圖4 手寫筆輸入

 觸摸屏驅動器芯片

良好的ITO傳感器的設計固然至關重要，而一個真正的矩陣 CDC也可為良好的多點觸摸設備奠定基礎。不過，實現這一切的基礎芯片和軟件