中心議題：

• 傳統四線電阻式觸摸屏技術
• 純平電阻式技術
• 觸摸屏多點觸控技術

解決方案：

• 電阻式多點觸摸屏技術
• 模擬矩陣電阻AMR 技術
• 數字矩陣電阻DMR 技術
• 五線多點電阻MF 技術

文章介紹了電阻式觸摸屏技術在手機上的應用，從傳統四線電阻式、純平電阻式到電阻式多點技術，其中重點分析了目前最新的電阻式多點技術，包括模擬矩陣電阻AMR、數字矩陣電阻DMR、五線多點電阻MF 技術及Altera 解決方案。

1 傳統四線電阻式觸摸屏技術

早期手機觸摸屏技術，如前面提到的摩托羅拉A6188 手機是采用傳統的"模擬四線電阻式觸摸屏"技術，這種觸摸屏由兩層涂有透明導電物質的玻璃和塑料構成，手指觸摸的表面是一個硬涂層，用以保護下面的PET（聚脂薄膜）層，在表面保護硬涂層和玻璃底層之間有兩層透明導電層ITO（氧化銦，弱導電體），分別對應X、Y 軸，它們之間用細微透明的絕緣顆粒絕緣，如圖1 所示。

觸摸產生的壓力會使兩導電層接通，按壓不同的點時，該點到輸出端的電阻值也不同，因此會輸出與該點位置相對應的電壓信號（模擬量），經A/D轉換后即可獲取X、Y 的坐標值，如圖2 所示。這就是電阻技術觸摸屏的最基本原理，此類技術目前已經成熟，因為價格低、易于生產，現在還用于低端的手機中。
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2 純平電阻式（TOUCH LENS）技術

傳統的手機電阻觸摸屏與手機機殼裝在一起，是有凹凸面的，結構不密封?，F在市場上具體應用得比較前端的是采用TOUCH LENS 技術的一種觸摸屏，中文俗稱為"鏡面式觸摸屏"、"純平觸摸屏"等，現在已經得到廣泛認可和應用，以蘋果iPhone 為主要推動力量，它分為電阻式和電容式，iPhone 就是用電容式技術的，此前市場上應用比較多的是電阻式，其工作原理同傳統電阻式觸摸屏一樣，結構如圖3 所示，圖4所示為從手機屏幕面所看到的一個純平效果的例子。

TOUCH LENS 的主要特點：（1） 觸摸面板與手機機殼表面完全平整、結構密封、防灰塵；（2）能加工不規(guī)則形狀，以將手機外觀設計得更美觀；（3）手寫順滑、手感舒服，屏面清潔、外觀漂亮，材質過硬，不容易破碎；（4）因為上下電極層都是膜結構，厚度比傳統觸摸屏更薄，對于結構設計頗具優(yōu)勢。

3 觸摸屏多點觸控技術的發(fā)展

3.1 電阻式多點觸摸屏（Multi -touchresiSTive screen）技術
不管是傳統的四線電阻式觸摸屏還是TOUCHLENS 結構，以上手機只能單點觸摸，不能滿足豐富的觸摸動作體驗，火熱的多點觸摸技術促使電阻式觸摸屏的進一步發(fā)展。在電容屏大行其道的今天，電阻式觸摸屏解決方案以其固有的簡單、低成本，支持多種輸入介質（導體、非導體）的優(yōu)點仍然占據市場的一席之地，和電容式觸摸屏解決方案相比，耐久性和多點觸摸是電阻屏的兩大軟肋，但是目前其中的一個技術難題---多點觸摸，已經有所突破，下面對目前電阻屏多點觸摸應用進行闡述。

當前電阻式多點觸摸技術可大致分為數字矩陣電阻DMR、模擬矩陣電阻AMR 及五線多點電阻MF 三類。
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3.2 模擬矩陣電阻AMR 技術
如圖5 所示，AMR 是沿X 與Y 兩個方向在ITO層蝕刻出一條一條平行排列的區(qū)塊，相當于將整個觸摸屏劃分成很多小矩陣區(qū)塊，每個小矩陣相當于一個小的模擬四線電阻式觸摸屏，各個區(qū)塊彼此獨立。如圖6 所示，當手指按壓到對應的區(qū)塊時，區(qū)塊就會傳出對應比例的電壓，控制器接收到電壓后再將其翻譯成坐標信息。

圖5 給出了利用四線式電阻觸摸屏實現多點觸摸技術的方法：第一個時刻，在X1 電極上加上電壓，由Y1、Y2、Y3 電極讀取A、B、C 觸摸單元所探測到的X 坐標；同理，在以后的各個時刻依次讀取剩余觸摸單元的X 坐標。獲得所有觸摸單元的X 坐標后，再依次給Y 電極加上電壓，以獲得各個觸摸單元的Y 坐標。
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模擬矩陣電阻AMR 與純數字的DMR 技術多點觸摸屏系統不同，AMR 是一個數字模擬混合系統，因此，在掃描電路、AD 轉換電路、控制電路的基礎上，還需添加各種輔助元件來減小外界噪聲對模擬電路的干擾。特別是對于AD 轉換，為了提高轉換的精準度，有必要在硬件電路上添加下拉電阻，以避免無觸摸發(fā)生時AD 輸入端浮接的現象。

控制電路將控制掃描電路生成恰當的掃描信號，并使得AD 轉換電路在恰當的時候進行數據采樣和轉換。對于AD 轉換電路，可以在串行轉換和并行轉換間做取舍。串行轉換結構簡單，需要的AD 模塊數量少，但是總的轉換頻率低；并行轉換需要的AD 模塊數量稍多，但總的轉換頻率可以得到提高。

于是基本電路構架便可以分為串行和并行兩種，如圖7 所示。值得注意的是，圖6 僅表現了坐標采集轉換電路的基本原理和結構，并沒有畫出為減小各種電器噪聲而添加的元件，如AD 的下拉電阻、濾波電容等。

3.3 數字矩陣電阻DMR 技術
原理上，DMR 是將觸控面板上下層劃分成許多很小的區(qū)塊，當某一區(qū)塊被碰觸，這一區(qū)塊就會被啟動開關，此時線路會發(fā)出指示開關的數字訊號傳給控制器，控制器便能計算出觸碰位置的坐標。

如圖8 所示，8×8 數字電阻觸摸屏， 基于Altera 解決方案[1]:它采用兩層ITO 分別作為水平的sensing line（觸摸感測線）和垂直的driving line（加電驅動線），driving line 和sensing line 之間的觸點就相當于一個開關，在未接觸時，它們之間是絕緣的，而接觸發(fā)生后，兩者發(fā)生短路，相當于開關閉合。驅動的時候，其中sensing line 通常由一個上拉電阻施加高電平，同時在driving line 上以一定頻率依次在各列中施加負脈沖電壓，這樣當掃描到觸點所在的那一列時，由于觸點開關閉合，形成直流通路，使得觸點所在行的電壓被拉低，形成一個負脈沖，這樣就檢測到了觸點的位置。由于driving line 是依次掃描，所以可以檢測到多個觸點的位置。

圖8 觸摸解碼的工作模式[page]

數字矩陣電阻DMR 其實就是一個開關網格，由于各個開關節(jié)點彼此獨立識別，所以互不干擾，可以實現真正意義上任意多點的多點觸摸。橫向數據的并行寫入以及不需要AD 轉換，極大地提高了觸摸屏的工作速度。但是，數字矩陣電阻DMR 需要眾多的電極和端口，導致其成本遠高于模擬矩陣電阻AMR,故僅適用于對系統可靠性和工作速度有特別要求的應用場合。

3.4 五線多點電阻MF 技術
無論是AMR 還是DMR,只要上層的導電薄膜被劃傷，整個觸摸屏就會無法正常使用。傳統五線電阻屏，只有下導電層是電壓分布層，上導電層只是電壓檢測層，所以對上導電層的電阻均勻性沒有嚴格的要求，不存在真實坐標，耐受性較高。工作時在下導電層的四個角上加電壓，這樣就可以在下導電層X 和Y 兩個方向產生均勻電壓場分布，如圖9（a）所示，當有觸摸時，通過上導電層檢測接觸點電壓，然后傳送給控制器轉換為觸摸點X 和Y方向的坐標。

傳統五線電阻屏的優(yōu)點：（1）上導電層電阻均勻性要求較低；（2）上導電層只做檢測作用，損傷后只要導通即可使用，點擊、劃線壽命大大優(yōu)于四線屏（例如：點擊：四線100 萬次，五線500 萬次；劃線：

四線10 萬次，五線50 萬次）；（3）只在下導電層完成X、Y 坐標的檢測，定位更加準確。缺點：（1）從四角加電壓，容易產生枕形失真；（2）由于補償電極的設計，邊框不可能做得很窄，因此目前一般只在中大尺寸屏上應用，在手機上應用很少。

MF 除了具有傳統五線屏的所有優(yōu)點之外，還有本身的一些特點，如圖9（b）所示：（1）采用分段電極設計，取代原來的補償電極設計，使用金屬走線代替印刷銀線，邊框可以做得較窄，適合在各種尺寸上應用；（2） 通過在上導電層進行分塊可以實現多點觸摸，支持手寫輸入；（3）具有和四線電阻屏同樣優(yōu)秀的線性。

MF 需要在Glass 上進行一次ITO 和金屬的濺射和蝕刻（Metal sputtering and etching），因此價格比四線電阻屏要高。電容屏（Cypress）需要濺射兩層二氧化硅、兩層ITO 和一層金屬，然后蝕刻，后續(xù)都要進行一定的加工，因此電容屏的價格要比多點觸摸電阻屏高出30~40%.MF 因為是多電極引出，邊框不可能非常窄，現階段可以做到最內側金屬電極到屏邊界2.3mm,還可進一步窄化。另外，其上導電層分塊之間的間隙會影響外觀，目前已經可以將間隙做到30μm 以下，只有特殊角度才可以看得到，并且該間隙對使用沒有任何影響。

目前致力于電阻式多點觸摸解決方案的公司除了Altera,還有Stantum、Touchco、Samsung等，成本低是它的最大優(yōu)勢，如果能在精確度和可靠性上更進一步，相信電阻式觸摸屏會更受青睞。

4 結論

多點觸摸技術的操作方式把我們帶進了一個人機交互的新紀元，尤其是手機的操作理念正經歷著一場革命。新的觸摸屏技術正向著更簡單、更直觀、更人性化的方向發(fā)展，用觸控式的屏幕虛擬鍵盤替代傳統實體鍵盤可以節(jié)約手持設備寶貴的體積空間，并且可以在不需要使用鍵盤應用（如電影播放）時獲得更大的可視空間。同時，省去了鍵盤也可以大大簡化廠家的生產工藝，減少材料的浪費。未來是一個觸摸的時代，多點觸摸技術將會帶給人更多的欣喜和體驗。