电容式触摸屏设备日益成为主流，不再是什么新奇的产品。随着数以百万计的设备(如智能手机和平板电脑等)上市销售，此项技术的普及率与日俱增。然而，随着电容式触摸屏技术的广泛普及，消费者越来越不愿意为此技术支付更多的费用。为了保持利润，OEM厂商必须降低设备的成本。在触摸屏设备中，触摸屏模块是价格最昂贵的组件之一。本文介绍了多种可通过智能设计方法降低触摸屏模块系统成本的方法。主题包含面板层叠和图样、显示屏、材料、路由选择以及触摸屏控制器等。
采用投射电容式触摸屏技术的智能手机和平板电脑目前已成为主流。然而，触摸屏产品日趋普及以及OEM厂商之间的激烈竞争拉低了产品价格。为了抵消价格压力，OEM厂商正在寻找既可降低成本同时又能提高利润的创新途径。触摸屏系统是智能手机或平板电脑中最昂贵的模块之一，其设计成本可以进一步降低，从而帮助OEM厂商提高利润率。
标准的触摸屏系统(图1)包含投射电容式触摸屏传感器(层压在保护性盖板(cover lens)内)、贴装有触摸屏控制器的粘合型柔性印刷电路板(FPC)，以及显示屏。FPC可将触摸屏控制器连接至主机处理器。显示屏位于触摸屏传感器下方，并通常由气隙隔开或直接层压。
系统设计人员必须仔细了解每个组件的集成对系统的性价比有什么样的影响，而我们通过智能设计方法可以同时优化这两方面。
盖板和触摸屏传感器
盖板是触摸屏系统最顶端的物理层。盖板的成本变化范围很大，主要取决于材料类型(玻璃或PMMA)、特殊涂层(疏油、疏水类)、装饰性颜料，或者相机或传感器的钻孔数量。使用聚甲基丙烯酸甲酯材料(PMMA)可以使盖板成本锐降50%，这种材料更经济、更轻巧且不易破碎，是耐用型透光玻璃选件的替代品。但是， PMMA传感器可能会出现信号灵敏度低的情况。此外，由于PMMA比玻璃更有韧性，因而当手指或其他触摸物体用力下压时可以显示出面板弯曲情况。面板弯曲可能导致错误或不准确的触摸报告信息。但是，如果触摸屏传感器包含玻璃基板或其他屏蔽层，则可以避免面板弯曲。因此，对于触摸屏传感器层叠所用的盖板材料必须经过精细的考量(图2)。
触摸屏传感器的结构非常复杂。通过将氧化铟锡(ITO)溅射在玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上，然后在ITO上蚀刻出相应的图案。构成每个传感器层的图案和结构都是根据系统的设计需求自定义而成。标准的触摸屏设计通常使用双层ITO触摸屏传感器(例如图2中的赛普拉斯MH3和Diamonds传感器)，以取得良好的准确度、线性度以及多点触摸性能。双层传感器设计使用玻璃或PET基板。PET较便宜且具有较好的抗显示噪点性能，但透光性会略微降低。从根本上讲，降低触摸屏传感器成本最有效的方法是减少层叠的层数。
通过集成赛普拉斯的低成本传感器(LCS)解决方案等单层传感器，系统设计人员可将传感器成本锐降50%。较少的层数(基板、ITO、OCA)有助于触摸面板厂商精减材料和加工成本;此外，处理较少的层数还能进一步提升制造良率。低成本的单层触摸屏采用一个单PET基板和一个简化的专用图案，并具有良好的透光性。在性能方面，单层传感器具有较低的准确性和线性，并且支持的手指触摸数量有限(通常仅为一或两个手指)。这些低成本的单层传感器解决方案非常适用于低端智能手机和功能电话。之前使用的电阻式触摸屏或无触摸屏设备的系统设计人员会发现这种层叠方法非常适合他们的设计和预算需求。与电阻式触摸屏相比较，单层电容式触摸屏具有独特的优势，其中包括能提高透光性、降低功耗、增强耐用性，以及提升用户体验等。
与双层传感器相比，诸如赛普拉斯单层独立多点触摸(SLIM®)解决方案等单层多点触摸解决方案可将成本降低40%。单层传感器的性能虽然略微降低，但却可以实现最纤薄的外形。此外，利用单层多点触摸传感器还可以创建薄边或无边的触摸屏传感器，从而进一步扩展触摸屏的工作区域。期望降低设备成本和厚度的设计人员可以考虑选用单层传感器。
更小的屏幕尺寸可以显著节约成本;而且触摸屏成本也受触摸屏工作区域大小的影响。显然，系统设计人员必须考虑所有可优化面板设计和选择的途径。
FPC设计
另一个降低设备成本的途径是采用FPC设计。FPC可将单个传感输入/输出(I/O)从触摸屏面板连接至触摸屏控制器，然后再从触摸屏控制器连接至主机处理器。
FPC可以为有源也可以为无源。有源即触摸屏控制器及其他所需的外部组件(如电阻和电容)安装在FPC自身上;而无源则是FPC仅包含路由线迹，而触摸屏控制器和外部组件安装在印刷电路板(PCB)上。无论是有源还是无源FPC都可以以多种方式进行路由。路由选择越有效、越多样化，其他硬件组件就越容易与之集成。但是，请切记，成本一定会随着路由所需层数的增加而相应增加。在单层上进行合理的路由选择将有助于保持最低的FPC成本。此外，单层路由选择还在信号完整性和紧凑型FPC设计方面具有非常大的优势。
显示屏
在触摸屏系统中，投射电容式触摸屏传感器位于显示屏的顶部。显示屏本身具有噪点性，其产生的噪点可直接与触摸屏传感器耦合。这样会降低触摸灵敏度，并产生错误的触摸激活。良好的设计方法可以减少显示屏噪点，并能从根本上提高性能，降低成本。
为了阻隔显示屏的噪点，业界一贯采用在显示屏和触摸屏传感器之间实施额外的ITO“屏蔽”层。虽然成效显著，但是屏蔽层也增加了成本和触摸屏模块的厚度。另一种方法是采用微小的气隙，一般在0.2mm到0.5mm之间，可将显示屏与触摸屏传感器分隔开来。气隙比屏蔽层更节约成本，但同样会增加触摸屏模块的厚度，而这并不符合想要制造外型更美观、厚度更纤薄的OEM设备厂商的需求。但是，还有一个更加重要的设计要求，那就是显示屏本身的选择。
目前，手机和平板电脑最常用的显示屏仍然是TFT液晶显示屏。TFT液晶显示屏通常具有两种类型：DCVCOM和ACVCOM。其区别在于驱动常规电极层(VCOM)的方法。另一种在高端设备中越来越常用的显示屏为AMOLED显示屏，它具有宽阔的视角，更佳的亮度和对比度、更低的功耗和更纤薄的外形。
AMOLED的显示噪点很少，属于最安静的显示屏之一，但其价格非常昂贵。此外，DCVCOM显示屏通常也是比较安静的，但价格也较高。对比之下，ACVCOM的噪点较多，但是相对而言比较便宜。显示屏的选择很大程度上取决于设备所针对的终端客户。目标应用将决定硬件和性能适用于哪类客户群。
触摸屏控制器
虽然触摸屏控制器没有显示屏和触摸屏面板那么昂贵，但是触摸屏控制器的选择在触摸屏系统性能上会起到最重要的影响。触摸屏控制器整合了电容式感应和处理技术，可以分析手指触摸和手势，并向主机处理器报告其位置和行为信息。当手指放在投射电容式触摸屏上时，触摸屏控制器可以检测到电容变化，并将此信息转换为数值。通过触摸屏控制器内复杂的触摸分辨率算法可进一步对该数字转换进行处理，然后再将触摸坐标和其他相关数据交由主机处理器。触摸屏的主要技术难题是如何处理对噪点敏感的信号。控制器必须具有高质量的模拟前端、内置的噪点处理能力，以及复杂的处理算法。随着触摸屏越来越多地成为许多消费类电子设备的用户界面，因而触摸屏控制器的质量将直接影响最终产品用户的体验。选择正确的触摸屏控制器是实现上述性价比优势不可或缺的因素。
具有高信噪比(SNR)和高效率噪点处理能力的控制器可以补偿来自噪点源的信号强度弱化，例如价格低廉的PMMA盖板或噪点较多的ACVCOM显示屏。为了帮助优化多点触摸单层传感器的性价比，触摸屏控制器必须具有兼容的处理算法。另外，只有触摸屏控制器引出线支持高灵活性的路由选择设计，才能实现单层FPC路由的成本优势。
另外，触摸屏控制器还能通过一些可支持的高级特性降低系统成本。例如，大多数触摸屏控制器会将触摸屏上的一滴水视为一个手指触点，因为一滴水的互电容特征和一个手指触点的类似。为了解决这个问题，触摸屏面板厂商可以在盖板上添加一个昂贵的疏水涂层(hydrophobic coating)。当水滴落在盖板上时，疏水涂层可以将其分解为更小的水滴，使其无法被识别为触点。同样，触摸屏控制器通过使用其硬件和固件特性自身可实现防水功能，其可以通过内置算法检测并排斥触摸屏上的水滴，同时还可为OEM厂商节省额外的涂层成本。
明智的设计人员会全面了解触摸屏系统及其关键组件，并能通过合理地选择设计方法以及盖板、传感器材料和层叠、显示屏类型和FPC路来显著降低成本。通过选择高性能的创新型触摸屏控制器，我们可以在降低成本的同时不牺牲性能，这是一个将终端产品销售置于最重要位置的环节。
