電容式觸摸界面實現手套觸摸的技術分析

電容式觸摸感應用戶界面正逐步替代消費、醫療與工業領域產品的機械按鍵。不過，隨著觸摸感應用戶界面問世，最終用戶也需要高級功能，如：可模擬機械按鍵功能的觸覺支持與手套觸摸，還有手寫筆支持和接近感應。這些功能可以改善產品的整體用戶體驗，而且可以為制造商帶來脫穎而出的機遇。本文主要介紹上述功能之一——手套觸摸，其越來越多地應用于消費、工業及醫療領域。例如，即使在用戶由于天氣寒冷穿戴手套的情況下，可穿戴智能腕帶的觸摸界面也應當正常工作，而醫療實驗室設備在受到乳膠手套觸摸時也應當正常運行。

但是，在電容式觸摸界面實現手套觸摸并非易事，而且大多數實現方案往往只能提供不可靠、不一致的性能。本文專門探討在電容式觸摸按鍵上實現手套觸摸的挑戰以及如何解決相關挑戰，從而設計出具備手套觸摸功能的穩健、可靠觸摸感應界面。

實現可靠的手套觸摸存在兩大挑戰，即：

-檢測戴手套手部產生的弱信號

-忽略懸停在傳感器上方的手指產生的誤判觸摸

了解手套觸摸為何產生弱信號

電容式觸摸感應的工作原理是手指觸摸傳感器的覆蓋層時會引起傳感器的電容變化。觸摸感應控制器可以測量此電容變化并將其轉換到數字域（模數轉換）。在測量值超過預定義閾值時則記錄觸摸操作。

手指觸摸引起的數字化電容變化被稱為信號，而并非由手指觸摸造成的數字化電容的意外變化被稱為噪聲?？煽康挠|摸感應系統建議采用5：1的信噪比（SNR）。圖1說明了在觸摸感應系統中如何測量電容。

簡而言之，手指產生的電容可以視為平行板電容器，其中手指和傳感器是兩個導電板，而覆蓋層是平板之間的電介質。手指產生的電容變化與傳感器、手指（即：平板面積）的尺寸和覆蓋層材料的介電常數成正比；但是與傳感器上的覆蓋層厚度（即：平板之間的距離）成反比。覆蓋層越厚，則平板間距離越大，從而使電容變化越小。這會降低信噪比。

圖1–觸摸感應系統中的電容測量。

手指穿戴手套時會在現有覆蓋層之上增加一個與手套厚度成正比的新覆蓋層，從而提高覆蓋層總厚度。其會使信號強度降低到預定義閾值以下，因此一般無法檢測到戴手套手部的觸摸操作。這就是為什么大多數用戶脫去手套才能有效觸摸電容式觸摸感應界面的按鍵。

了解“意外懸?！比绾卧斐烧`判觸摸

通過提高靈敏度，觸摸傳感器經過調校之后可以支持更厚的覆蓋層。同樣，觸摸傳感器經過調?？梢詸z測戴手套手部的觸摸。提高傳感器的靈敏度意味著其只需要更小的電容變化就能夠檢測觸摸。

但是，此處的難題在于它會產生一種被稱為“意外懸?！钡那闆r，其中接近傳感器的光手指（懸停在傳感器上方）會產生與手套觸摸等效的電容變化。錯誤觸摸會被記錄為手套觸摸，盡管手指未觸摸傳感器，也未穿戴手套。這種情況一般都不符合需要，而且會對產品的用戶體驗帶來不利影響。圖2顯示了手套觸摸、手指觸摸和懸停手指產生的信號。

圖2–手套觸摸、手指觸摸與懸停手指產生的信號

因此，設計人員面臨以下問題：針對正常觸摸感應進行調校的系統無法檢測戴手套手部的觸摸，而針對手套觸摸進行調校的系統會由于“意外懸?！碑a生誤判觸摸。

一種簡單而不精巧的解決方案是在設計中添加用戶觸發的中斷信號或物理開關，以指示他們是否穿戴手套。這會損害用戶體驗，尤其是需要“精簡操作”的消費類產品以及需要在各種情況下均同樣操作的醫療產品。