電容式觸控晶片大戰在智慧手機領域開打

智慧手機製造商對於能夠以更低功耗、更快響應時間，實現更精確觸控螢幕的需求，正使得觸控螢幕晶片的競爭急劇升溫。

賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)稍早前發佈了TMA300系列TrueTouch觸控螢幕控制器。緊接著，愛特梅爾(Atmel)也推出全新的觸控螢幕解決方案maXTouch系列。

Atmel的maXTouch提供了高達224個節點數，在動態操作模式下功耗僅有4mW，響應時間則達到了250MHz，Atmel亞太區暨日本銷售副總裁余養佳表示。 對Atmel這個觸控螢幕市場的新加入者而言，最關鍵的地方在於該產品線意味著“重要的獨立營收”來源，Atmel微控制器事業部總經理Peter Jones說。考量到今天的智慧手機市場正經歷著“從電阻觸控大規模遷移至電容式觸控螢幕”，這樣說並不為過，Jones表示。

Cypress與Atmel的觸控螢幕產品均使用電容式觸控技術。這兩家公司同時與Synaptics、Microchip Technology、IDT等廠商共同角逐此一市場。 Cypress用戶介面事業部副總裁Dhwani Vyas表示，“我們相信，2010年，50%基於電阻式觸控螢幕的手機都將將轉換為電容式技術。”他補充道，“原始設備製造商的步調可能不一致，但韓國領先的電子業者均已宣告了此一轉變。” 就在蘋果的iPhone成為第一款使用電容式觸控螢幕技術的手機後，其他廠牌也陸續加入了電容技術行列。它們包括Blackberry Storm、Palm Pre、LG Crystal和Chocolate、三星的Ultratouch、HTC Hero、Nokia的N900等，Databeans研究總監暨首席分析師Susie Inouye說。

確實，相較於其他觸控技術，電容式觸控技術允許終端裝置搭載輕觸(Soft-touch)塗層與多點觸控等功能，藉此提升光穿透率與耐久性等重要效能指標。這也激起了領先電子業者的高度興趣。三星電子(Samsung)稍早前宣佈開發出了整合電容式觸控功能的單晶片顯示器驅動IC。據稱該元件是基於三星的觸控嵌入式顯示器驅動IC(DDI)所開發出的，用以打造更輕薄的手機、多媒體播放器或MP3等裝置。

負責亞太市場的余養佳也認為，2010年第二季，中階及高階的智慧手機將全面朝電容式轉移。目前，電阻式技術仍佔據約60%~70%市場，他表示。 電容式觸控螢幕優勢 Cypress的Vyas指出，與電阻式技術相較，電容式觸控螢幕技術的最大優勢在於“他們更耐用、沒有磨損問題、可在高濕度/溫度環境下使用。” 他還指出，電容技術提供了更高的穿透率。“它的穿透率達90%以上，而電阻式技術則約80%，”他說。

“隨著LCD解析度與日俱增，你不會希望使用低穿透率的觸控面板。”此外，由於“電容式技術可被整合至LCD中(incell)，長期來看，這種技術可提供更良好的整合途徑。” 總結電容技術與電阻式相較的整體效益，Databeans的Inouye指出，“電容觸控螢幕不需要使用尖的觸控筆來按壓，它的響應速度更快，可處理多點觸控，且使用範圍更廣，而且，在長時間使用下，它通常更不容易磨損。”

今天，多點觸控已經在廠商之間造成一股風潮，因為它‘超越了簡單的刷(pinch)或夾(swipe)等手勢’──這些手勢通常會造成混淆並產生錯誤。當使用搭載觸控螢幕的手機時，當要分辨是使用手指觸控，或是將整個螢幕貼在耳朵或臉頰上時，這是其中的關鍵。

maXTouch可以分辨出使用者僅是將手機貼在臉頰上，或是真的在進行觸控操作。Atmel並未透露詳細技術細節，但表示，該公司的方案會為製造商提供一些特性，包括可設定拒絕觸控的區塊大小，該區塊便可定義為拒絕整面式的觸控，藉此防止用戶將耳機貼在臉上時不當啟動觸控面板。

更先進的電容技術，以及可執行在觸控螢幕處理器上的智慧化軟體演算法，現在都已經就緒了。 彷彿是一場競賽，目前可支援更多觸控輸入，似乎成為了觸控螢幕解決方案的技術指標。Cypress的TrueTouch技術可處理多達10個同步輸入。Microchip的mTouch解決方案有多達16個輸入，而IDT的PureTouch功能則提供了15個輸入，Databeans表示。

然而，Atmel聲稱其maXTouch技術可支援無限多個觸控。它的第一款元件mXT224可在4.3英吋螢幕(最佳化尺寸)上提供10個手指的多點觸控支援。 當一個觸控螢幕接收到更多的‘觸碰’和‘按壓’資訊，包括手指的x-y位置和z座標，以及計算接觸角度時，觸控螢幕晶片可執行後處理演算法，以產生更精確的觸控資訊。

maXTouch目前提供的兩觸控點之間最近的距離為10mm，較Windows 7定義的約1英吋更加精細。“我們已經在4.3吋螢幕上實現了10指觸控──雖然對多數小尺寸應用而言，這既不實用也不必要，但未來在小筆電(netbook)甚至更大尺寸應用中，我們的晶片可以大幅降低成本，”余養佳表示。

Atmel是在收購Quantum Research後，將後者的軟IP整合至其硬IP，並移植到該公司的AVR微控制器平台上，開發出了節點數高達224的maXTouch系列。

“明年，我估計我們的節點數可突破1,000個，”余養佳說。1,000個以上的節點數，代表著可應用在小筆電甚至更大的螢幕上，例如遊戲機，甚至有可能實現雙人對戰。 Atmel還開發了數種專有演算法，包括‘手握抑制’(grip suppression)在內，所有的軟體與演算法都是為了能在其晶片上運作而設計。Atmel掌握的‘手握抑制’演算法可在智慧手機的觸控螢幕中，用於拒絕或是持續追蹤五根手指的觸控，Atmel觸控產品總監John Carey說。換句話說，就是當用戶握住手機時，手指接觸到觸控螢幕周圍的區域，都會自動被視為無效觸控，以避免擾亂電容。

“另一個特色，是maXTouch可直接置放在手機主板而非軟板上，這進一步提供了省成本、降低EMI干擾的空間，”余養佳表示。 手寫筆革命 過去，缺乏具成本效益的被動式手寫筆，是導致電容式觸控螢幕技術失敗的主因。這是因為電容式觸控螢幕固有的觸控問題，它無法與絕緣材料接觸，如指甲或手寫筆，分析師Inouye解釋道。 但Atmel解決了電容式觸控螢幕的問題，Inouye指出。Atmel的產品可支援指甲觸控，甚至無需使用特別設計的小型電子手寫筆。 憑藉著80:1的訊息雜訊比(SNR)和極快的刷新速度，Atmel聲稱首款maXTouch電容式觸控螢幕解決方案已經可支援使用手寫筆來繪圖或簽名，並支援符號識別。 高的SNR是確保能精確傳遞鄰近或微弱訊號的關鍵。即使在嘈雜環境中，如受無線電收發器、LCD顯示器與電池充電器干擾的應用中，Atmel的產品也能維持其精確度。

Atmel表示，若不具備適當的高SNR，觸控螢幕方案很可能消耗更多功率，這是因為若要從高度嘈雜環境中擷取微弱訊號，就需要額外的濾波和處理，因而使響應時間增長。 mXT224基於Atmel的單週期RISC AVR核心，該核心帶有32個暫存器和兩個晶片上DSP引擎，以處理觸控螢幕上的X和Y軸位置。

該架構使晶片可忽略無意識的活動，如面部接觸，且功耗極低。Atmel聲稱，在完全主動觸控模式下功耗僅4mW，閒置時則為2mW。 相較之下，Cypress新款完全整合的TrueTouch觸控螢幕控制器平均功率為15mW，Cypress的Vyas說。

無論這些方案特色是什麼，重點是最終這些觸控螢幕晶片可獲取多少智慧手機設計訂單。 Atmel的Carrey透露，在前五大行動產品供應商中，已經有三家採用了內含該公司前一代晶片的觸控螢幕。 在此同時，Cypress則聲稱三星18910手機、夏普/KDDI Sportio手機、富士通/DOCOMO的Prime Series F-O1 A手機、三星P3可攜式媒體播放器、LG KS360手機已展開設計。儘管Cypress尚未公開宣佈，但據EE Times消息，Cypress的多點觸控顯示控制器已應用在Palm Pre中。

大尺寸應用觸控IC傳統上以電磁式和電阻式兩種單點觸控技術為主，直到iPhone捧紅多點觸控應用，加上微軟(Microsoft)於2009年11月發布Windows 7作業系統，以支援多點觸控為號召，DIGITIMES Research預期，觸控技術在個人電腦(PC)應用市場滲透率將大幅提高。

DIGITIMES Research分析，業者行銷手法與作業系統支援，固然有利於多點觸控功能於終端應用滲透率的提升，然而觸控模組供給面，包含感測器和控制IC的技術進展與成本下降，亦是多點觸控技術突破小尺寸限制，逐漸滲透如PC等大尺寸應用市場的主因。

以控制IC為例，DIGITIMES Research說明，隨觸控模組尺寸增大，感測器數目或佈線增加均考驗單一多點觸控IC的運算能力，若為增加IC訊號接收量採多腳數封裝，也會伴隨散熱與干擾問題。

另一方面，若固定IC規格，採多顆IC串聯方式運算，則又將面臨IC間工作同步的問題，足見觸控IC技術發展為實現大尺寸多點觸控的先決要件。 以終端應用來看，大尺寸觸控應用主要分為PC和工業用電腦(IPC)兩大項，其中PC預料將最直接反映Windows 7帶動的銷售，2010年觸控功能滲透率將有顯著提升，又因單位多點觸控模組搭載不止1顆控制IC，將使IC出貨成長率高於終端出貨量。

以技術別分析，受惠蘋果(Apple)新一代iMac和iPad新產品將大量出貨，DIGITIMES預估2010年電容式觸控IC出貨量將超越電阻式觸控IC，成為PC觸控應用市場主流。

IPC觸控應用則發展甚早，主要為互動式多媒體資訊站(KIOSK)、銷售點管理系統(Point of Sale；POS)、醫療、工業控制等利基型應用，多為標案性質，市場成熟且出貨量有限。

各技術別觸控IC當中，博奕機台和POS主要採用的表面電容式觸控IC，DIGITIMES Research預估仍將是2010年IPC應用中，觸控IC單一技術別的出貨最大宗，唯光學式觸控IC出貨量成長快速，預估2010年出貨量年成長率將達84.5%。