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键盘、小键盘与控制面板技术的发展趋势
 
慧聪网   2005年11月2日11时18分   信息来源:21IC中国电子网    

一旦人机界面(MMI)中需要开关或按钮,系统设计师就不得不面对究竟选择何种技术来完成这一任务的困扰。在许多应用中,尤其是在价格敏感的消费类产品中,平板(或准平板)开关以及小键盘/键盘已经取代了传统的机械开关。所采用的技术包括阻性薄膜开关面板、压电开关面板以及基于电容感测的触摸面板。本文将对这些技术方案的典型构造以及优点与缺点进行简要的介绍,然后将对最近出现的新兴电荷转移感测技术进行分析。该技术能够解决许多其它技术所固有的问题,并且其成本对批量生产的消费类应用也颇具吸引力。

薄膜开关

最简单的,也是最廉价的阻性薄膜开关由一个柔性的顶层、一个绝缘隔离片和置于其下的基板层所构成。顶层的外表面通常印有图形或文字,其下表面则敷有导电的图案,通常由银或碳质导电油墨印制。其下面的基板层也敷有与之相匹配的导电图案。当通过隔离片上的孔洞将两个导电层按压到一起,就相当于接通了开关。整个组件用胶粘合在一起。当用户需要触觉的反馈时,可以在组件后面放置一个金属或塑料的穹顶构件,以在按压开关时产生“喀嗒”的感觉,而且还可以在组件的表面轧上花纹来引导用户的指尖到各个按钮或开关的中心位置。在价格比机械式开关低廉的同时,可以严格地密封,而且其表面印制的图形可以有多种变化。薄膜开关也具有很多缺点。首先,要使其有效接触需要施加比较大的物理作用力。对于一个简单的平板式薄膜开关,这个力的大小通常在0.5N(牛顿)到3N之间,而对于触感型则应当在1.5N到5N之间。此外,还需要一定的物理移动距离以使开关接触到一起,对于平板式小键盘,此距离为0.1至0.5mm,而对于触感型则为0.5到1.2mm。这两个因素结合到一起就对薄膜开关上部所选用的覆盖物的刚度和厚度有着比较严格的限制。同时,还对键盘的操作速度以及用户使用的轻松程度带来限制。还有就是,由于机械运动带来的磨损,按键的触感会随时间的流逝而逐渐降低。这就导致对于不同的按键需要不同的力度和角度才能保证其可靠地接触。

压电开关 

与阻性薄膜开关相比压电开关具备一些优势。压电效应是一些特定的晶体材料所具备的特性,包括天然的石英晶体、酒石酸钾晶体、电气石以及如钛酸钡、锆钛酸铅(PZT)之类的人造陶瓷材料。在这些材料上施加机械压力时,其晶格结构会产生和压力成正比的电压和电荷。(反之,如果在其上施加一定的电场,晶格结构的变形会导致材料尺寸的改变。)

这种开关只需要几乎可以忽略的物理移动,通常在1µm 到10µm之间就能产生可用的开关电压或电荷。事实上,是简单的施加外力而不是物理移动产生了开关元件的输出。这种开关元件使用的是一个压电晶片。其表层,也就是用户所看到的部分,可以印刷、盖制或压出所需要的信息。压电晶片插入到一个冲压而成的绝缘层(套)中,这个绝缘层又被夹到组成开关触点的两层导电薄片之间。最后,由一个承载盘支撑着整个组件,参见图1。

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作者:Quantum Research Group CEO - Hal Philipp 
 
 
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