一旦人機界面(MMI)中需要開關或按鈕,系統設計工程師就不得不面對究竟該選擇何種技術來完成這一任務的困擾。在許多應用中,尤其是價格敏感的消費性產品,平板(或準平板)開關以及小鍵盤/鍵盤已經取代了傳統的機械開關。所採用的技術包括阻性薄膜開關面板、壓電開關面板以及基於電容感測的觸控式面板。本文將對這些技術方案的典型構造和優缺點進行簡要的介紹,然後將對最近出現的新興電荷轉移感測技術進行分析。該技術能夠解決許多其他技術固有的問題,且其成本對量產的消費性應用也頗具吸引力。
薄膜開關
最簡單的,也是最廉價的阻性薄膜開關由一個柔性的頂層、一個絕緣隔離片和位於其下的基板層所構成。頂層的外表面通常印有圖形或文字,其下表面則敷導電的圖案,通常由銀或碳質導電油墨印製。其下面的基板層也敷有與之相匹配的導電圖案。當通過隔離片上的孔洞將兩個導電層按壓在一起,就相當於接通了開關。整個組件用膠粘合,當用戶需要觸覺的反饋時,可以在組件後面放一個金屬或塑膠的穹頂構件,以在按壓開關時產生「喀嗒」的感覺,而且還可以在組件的表面壓上花紋來引導用戶的指尖到各個按鈕或開關的中心位置。在價格比機械式開關低廉的同時,可以嚴格地密封,而且其表面印製的圖形有多種變化。薄膜開關也具有很多缺點。首先,要使其有效接觸需要施加比較大的物理作用力。對於一個簡單的平板式薄膜開關,其力道大小通常在0.5N(牛頓)到3N之間,而對於觸感型則應當在1.5N到5N之間。此外,還需要一定的物理移動距離以使開關接觸到一起,對於平板式小鍵盤,此距離為0.1至0.5mm,而對於觸感型則為0.5到1.2mm。這兩個因素結合就對薄膜開關上部所選用的覆蓋物的剛度和厚度有著比較嚴格的限制。同時,還對鍵盤的操作速度以及用戶使用的輕鬆程度帶來限制。還有就是由於機械運動帶來的磨損,按鍵觸感會隨時間的流逝而逐漸降低。這就導致對於不同按鍵需要不同的力度和角度才能保證其可靠地接觸。
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