摘要：本文介绍了全球触摸式控制器的市场和技术动向，及部分企业的研发和产品动向。
　　关键词：触摸；控制器；抗干扰；手势识别；多指
　　DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.4.001
　　2011全球触控市场状况
　　Gartner认为，由于全球范围内对触摸按键/屏的采用，以及随之蜂拥而来的竞争者对满足这种需求的努力尝试，使得未来4年内触摸屏控制器*市场呈现出平稳的指数增长趋势。然而，虽然目前市场中主要有30多家新成员，但这一数字是不稳定的，尤其是在低端市场，情况更是如此。在低端市场上，中、小屏幕的增强型手机(enhanced phone)、大型家电以及各种零售应用的触摸产品的平均售价(ASP)正在迅速降低。
　　领跑市场的各大厂商因而必须引入集成LCD控制、密码(cryptography)书写以及生物识别技术(biometrics)等功能，以扩大触摸式控制器的应用范围。
　　重大发现
　　触控集成电路(IC)正在日益成为交钥匙解决方案中子系统销售的组成部分；
　　在小型化方面，光学触摸技术正在取得相当大的进步；
　　Z轴方向正在成为多点触控功能的组成部分，开始引入无触摸手势功能支持；
　　触控IC市场将于2015年达到平稳状态，其市场规模略微高于50亿美元，表明2010～2015年期间的年均增长率(CAGR)将达到36%。
　　建议
　　表1 TAM(整个累积市场)及触摸预测更新
　　


　　来源：Gartner公司(2011年10月)
　　立即准备进行系统销售而非器件销售。在系统销售中，当插入到OEM(原设备制造商)的端设备上时，模块同各种适用的触摸库完全是在一起的，并且完全是可操作的；
　　2013年，触摸式控制器将会增加一些外围功能，如：触觉、LCD控制、密码书写以及生物识别等；
　　2012年，利用对所施加压力的敏感性，或者通过对简单非触摸手势的反应，多点触控功能能够支持Z向(或深度方向)。
　　分析
　　竞争现状及发展趋势
　　自2011年7月起，触摸式控制器市场预测就发生了很大的改变(见表1)，以解释为什么相比于增长阶段最高峰时的70%采用率(相比于86%)会出现较高的平均销售价格(ASP)下跌速度且出现了多种采用率。这是一种更为精确的成长成熟阶段转换模型，且更符合 Gartner公司的IT市场时钟(IT Market Clocks)。根据该模型，84%的采用率是在成熟阶段末期获得的——市场发出了开始淘汰的信号。
　　尽管预测发生了变化，但2011年触控IC的市场仍有望超过20亿美元。这一数字是前一年的两倍；并且在未来的3年中将会迅速提高，在2015年刚好超过50亿美元(见图1)。
　　市场衰退的开始或延迟将取决于非触摸手势解决方案能够取代当前模式的速度。
　　


　　但是，今天触摸市场特点的形成却存在其它更为紧迫的因素。
　　市场的迅速成长刺激了市场新成员的涌入
　　根据消费者的情况，我们可以看到，市场对触摸屏的反应令人振奋，引发了新成员在过去五年中的蜂拥而至。他们仓促行动，依据电阻性、电容性以及光学性等3种主要技术生产触摸式控制器，以满足市场的需求。他们的产品特色多样(如多指触控、触觉以及触摸手势等)，且功能各异(如响应时间、坚固耐用、线性等)。
　　此外，对于相对较小的屏幕上的触控存在有多种光学技术，这些光学技术的存在正在变得更为惹人注目，不需要进行混合信号处理，因为红外(IR)传感器的输出是数字式的。目前，由此而生产出的数字信号处理装置更有可能集成到主机或应用处理器中，进一步降低产品收益，除非触控器件的现有制造商采用许可证获准策略。但是如果考虑到组织业务模型中所要求的基本变化，就会发现那是一种不太可能的行动方向。
　　注*Gartner将触摸式控制器定义为一种IC，它对来自于触摸屏的模拟或数字信号输入进行处理，生成屏幕矢量，用于确定单触摸或多点触控事件的发生位置。一般情况下，当与电阻式或电容式触摸屏结合工作时，器件包括CPU、嵌入式存储器、通用数字I/O及专用模拟I/O。一般不包括传感器、LCD或模块。
　　由于没有差异，低端市场细分存在过度拥挤的风险
　　但是，竞争者间的差异正在缩小，特别是在按钮、滑条控制及转盘(BSW)市场细分上，目前各种解决方案(要求一次只触摸一次)已经十分完善；同时，这一市场细分处于成长之中，从其下跌的价格点可以看出新成员进入这一目标市场的最低底线。
　　随着低端市场细分中技术不再是区分彼此的标准，为了实现利益的最大化，竞争者必须在经营优势上展开竞争。商家过度拥挤的问题只要通过合并就可得到解决。
　　交钥匙解决方案比技术性能更为重要
　　IC器件制造商必须具有适宜的支持网络，并同委托设计商(ODM)有联系；当然，他们还必须能以实际的例子证明他们有能力准确、及时满足OEM方提出的大量需求。为了方便使用，在技术上需要交钥匙解决方案——针对各种触摸应用专门制作硬件和软件。因此，触控IC正变得更为专业化，并且根据Gartner的分类方法，正趋向于成为特定应用标准产品(ASSP)，而不是微控制器(MCU)。
　　触摸式控制器：MCU，还是 ASSP？
　　但事实上，低端市场细分也同样正在出现了分支：IC厂家在专用MCU中集成触控功能块。这十分容易实现，因为触控IC的结构是从MCU的结构衍生出来的(见图2)。 　　两者间的主要区别在于器件上的数字/模拟的I/O比， MCU的数字/模
　　拟I/O比通常要大得多，因为触摸式控制器IC是针对模拟处理而制造的。优先选择哪种方法将取决于价格点以及终端应用中用户体验的价值。
　　根据主导市场的产品结构情况，表2介绍了市场参与者的分布
　　表2 触摸式控制器类型
　　


　　数据来源：Gartner公司 （2011年10月）情况。
　　在零售店中，用户体验获得的额外价值越高，则零售店货架上的电子设备就越有可能配有ASSP，因为较之通用MCU，ASSP的专业化触摸功能更多。但是，如果成本集成是关键，则选择配有优质模-数转换器，并使用适当的触摸库(touch libraries)进行编程的MCU装置则更为理想，因为这种MCU装置也能够实现系统功能。
　　市场参与者
　　


　　图2 触摸控制功能块
　　Gartner已经确定了37家触控IC厂商，其中包括Synaptics、
　　Atmel、Cy press、Broadcom、TI、Cirque(Alps Electric公司的下属公司)、Elan Microelectronics、3M Touch Systems、Melfas以及Semtech等公司在内的排名在前10位的厂商。有趣的是，前十大在2010年触控市场中所占份额已达到77%；与此同时，排名中位居前5位的厂商在该市场中所占份额为61%。作为只有进入了成熟发展阶段的市场才有的特征，这些排名在前10位的厂商与新进入的成员N-trig和Wacom公司有望在整个触摸市场中占据更大的份额。N-trig和Wacom公司在大屏幕设计领域中占有一席之地，是两家实力雄厚的竞争者，其排名已接近前10名。
　　排名中位居前3位的厂商其排名状况也有可能会不断地发生变化。其余中小厂商将不得不面对一份更小的市场份额——这是一种难以维持的情况。这种情况加大了公司间合并的可能性，预计这种合并在市场平稳阶段或成熟阶段开始。
　　


　　图3 各细分市场的年均增长率(CAGR)
　　对于将进入(或靠近)排名前10位的厂商而言，如果能够将这一预测时间段内的年均增长率维持在35%的水平上(使其领先于市场曲线)，则将能够生存并获得发展。要做到这点，可将非自然成长(通过获得低端市场细分中的落后者得以实现)与自然增长相互结合。其中，自然增长的实现可通过：
　　可延伸至更大的屏幕；
　　丰富的产品特点；
　　多点触控及触摸手势；
　　机电反馈；
　　在响应时间、像素颗粒度以及环境耐用性等方面具有良好的性能；
　　响应时间及线性；
　　耐潮湿、掌触及噪音抑制。
　　此外，当前积极进行的旨在获取设计订单的活动将在下一个5年中将转变为意外的收获。由于希望触控解决方案只是进行渐进的而非革命性的改进，以支持市场转入主流阶段，因此，这一点很难发生改变。
　　未来的竞争
　　要使50亿美元的市场在支持三四十家芯片厂商的方式上合理化实为不易，特别是在现有的整个市场中平均售价下滑、采用率达到最大的情况下更是如此——所有的电子设备都是这种情况。即使平均售价每年适度降低2%～3%，但在整个主流阶段，市场的发展前景基本上仍是不景气的(0.27%的增长)。平均售价肯定将会以此速度下跌，会进一步限制市场盈利及发展前景(如果这种下跌的速度相对较低的话)。
　　但是，在触摸控制器市场中存在一个市场细分——大屏幕，该市场细分有望在2010-2015年间将引领市场的增长(见图3)。因此，任何能够通过改变以支持大尺寸的解决方案都将获得成功。
　　此外，虽然取代按键、滑条及转盘(BSW)以及产生机电反馈的独立式触摸控制器市场不会像多点触控及大屏幕解决方案那样进展顺利，但是，如果将两者相互结合，生产通过触觉反馈支持单触摸事件的装置，就不会背离市场的发展趋势。
　　触摸式IC是集成器还是被集成对象？
　　就触摸式控制器作为独立装置生存及市场的发展前景而言，在触摸式控制器中集成更多的功能是必要的，因为虽然触摸式控制器可以巩固集成器件在其目标市场中的地位，并且能够从整体上推动半导体行业的发展，但如果将触摸控制功能集成到MCU或ASSP中，则市场在器件层面将会基本消亡。
　　但是，由于存在如下两个主要因素制约此过程，因此，这种集成不会很快发生。
　　● 模拟处理中尽可能多地采集与触摸事件有关的信息；
　　● 优化响应需要在系统上的排线带或子插卡区域中安装触摸控制器。这些区域不包括装有MCU或ASSP的位置——这些装置的位置一般是在主板上(图4)。
　　


　　图4 触摸式控制器集成风险
　　但在未来5年中光学技术将使所有一切发生改变。因为，与电阻式或电容式方法中的传感器不同，光学方法中的IR传感器输出的是数字信号，可以有效地将信号处理链中存在的瓶颈转移到显示器中，使上述两点成为有争议的问题。
　　目前，应用处理器或通过独特的功能性协处理器模块，或直接利用主处理器核，可以非常方便地处理数字化触摸信息。
　　人们越来越多地将光学技术应用于触摸控制器中，并且这种趋势预计仍将继续下去，因为光学技术用于触摸控制发展得非常好，并且对于未来人机交互中处于前沿位置的非触摸手势控制而言是一种有效的选择。 　　触摸式控制器的变化
　　对于触摸式控制器而言，防止被应用处理器或MCU“消化”的唯一方法就是本身变成为能够集成众多功能的集成器。我们在Freescale、TI、Microchip以及Renesas Electronics公司可以找到这样的实例。
　　在图2(如前所示)中我们可以找到一个功能块——LCD控制模块。可以想象，我们能够将该模块集成到触摸式控制器中，因为这两种功能的目标都是显示器，并且都必须解决类似的问题。
　　另外一项可能成为现实的功能是指纹阅读，这类似于某些笔记本电脑上提供的功能，利用这些功能，笔记本电脑用户可以快速地绕过常规的登录过程。这样，几乎无需进行处理就可以精确地扩展触摸式控制器所支持的动作功能。
　　最后，随着个人、家庭以及局域网中采用较大覆盖区域的移动通信设备，以及近距离通信(NFC)技术的出现，将密码引擎装入触控器将可能需要进行结构上的全面超越。这一过程虽然复杂得多，但因为其超过了触摸的范围，并需要处理接口控制的问题，因此可能会进一步使银行自动柜员机、以及支付亭等触敏显示器应用得以实现，使触摸控制器能够更多地应用于PCB(印制电路板)，并出现在材料清单(BOM)之中。
　　竞争情况
　　 Atmel公司
　　在过去两年左右的时间内，Atmel公司在多点触控功能上一直处于市场领先地位；并且，虽然公司的领导地位正在受到挑战，但真正能够削弱公司力量的一击来自于公司没有扩展高端市场，尤其是该公司将这种责任让与了市场的引领者。
　　在关键的移动设备市场细分上，Atmel已经同ODM培养起了深厚的关系，能够在极为专注的技术支持人员的帮助下提供交钥匙式解决方案。实际上，Atmel可以提供各种多点触控产品，支持低、中、高端小屏幕和大屏幕形状因子；同时，该公司还提供按钮、滑条控制钮及转盘(BSW)替代解决方案。这些对Atmel公司十分有益，但公司在扩展触摸控制器功能范围上仍有很多工作有待完成。
　　目前，Atmel可能尚未像一家领军于市场的公司那样扩展高端市场细分的范围，但它肯定已经保护好了它自己的位置。针对市场中的两大积极的趋势，Atmel采取了“优雅”的解决方案：首先，在IDT的增强手机市场上，Atmel明智地决定选择电容性传感器来降低成本；第二，在BSW市场上，IDT仍处于强势地位，Atme推出了PureTouch—一系列集成了触觉功能的控制器。
　　部分企业的技术与产品动向
　　 Cypress谈移动触摸屏的四个趋势
　　我们看到移动产品领域出现了一些新的重大趋势：电容式触摸屏无处不在，而且成本更低、越来越薄、性能也越来越强。移动产品正快速迁移到电容式触摸技术，该技术可提供良好的用户体验，同时还能帮助实现出色的工业设计。用户能够直接同显示屏互动，操作起来更加直观简便，而不必再去摆弄好多按钮。Cypress（赛普拉斯）TrueTouch技术部市场总监John Carey称，其TrueTouch产品线可提供全面的器件系列，从而支持任何价位的移动电话、平板电脑等产品。TrueTouch Gen4可为业界领先的电容式触摸系列产品提供最低功耗、最快的刷新率和最佳的信噪比。
　　降低移动器件采用电容式触摸技术的成本是市场发展的另一重大趋势。众多创新技术的发展不断推动这一想法成为可能。用于多点触摸技术的单层感应器，如赛普拉斯的SLIM，可将电容式触摸屏中价格最高的组件数量减少一半！此外，其它创新技术还包括 on-cell 和 in-cell 技术，使感应器能集成到显示屏中，并作为统一的模块出售。赛普拉斯的 Gen4 内置专利的DisplayArmor技术，能够消除显示屏的噪声，从而实现叠层技术。
　　器件正变得越来越薄。在显示屏中集成感应器可减少层数和降低厚度。此外，其它创新技术如 sensor-onlens、单层感应器和移除屏蔽层等也能减少层数，从而降低整体厚度。确保触摸控制器不受显示屏噪声影响显得至关重要，Gen4能做到这一点。
　　最后，性能水平也在不断提升。手机已开始采用四核处理器以改善其性能，而对于触摸性能的要求也随之不断增加。触摸性能的一个关键因素就是控制器如何良好地处理充电器的噪声。微型USB端口作为手机充电端口的标准化工作为市场带来了大量低成本的第三方充电器。这些充电器会给系统带来较高的共模噪声，可能会引发误判的触摸事件，甚至会导致触摸屏完全无法使用，但赛普拉斯的ChargerArmor可有效地解决这一问题。
　　比亚迪微电子微电子的技术与本土策略
　　比亚迪微电子微电子2011年开始进入高增长的触摸屏领域，面向手机、平板电脑等。去年12月推出了单层方案，在降低整个电容屏的模组价格上有很大优势。已在中国大陆申请了70项专利。该公司还推出了一颗芯片就能支持10.1英寸屏的方案；今年下半年还会再推带USB的方案，单芯片支持17英寸的平板电脑，主要和台湾大厂配合，因为下半年Windows 8发布后，预计会有很大的市场需求。
　　比亚迪微电子尽管刚刚起步，但看到触控市场的前景很广阔。在单片式玻璃(OGS)与面板内嵌式(In-Cell)触控方案的竞赛中，比亚迪微电子更看好前者。比亚迪微电子触控系列产品总监杨云称，为了让手机屏薄型化，通常有两个技术方向，一是把传感器集成到显示的TFT里；另一种方向是集成到Cover lens(覆盖层)。
　　国内也有In-cell，只不过现在品质还不是做得特别好。比亚迪微电子也正在研发In-cell等堆叠技术，该技术最大的困难在于工艺。
　　目前，台湾产业链可能会偏向于In-cell，因为他们有TFT等成熟技术；国内有可能会主做Cover lens。比亚迪微电子认为，In-cell除了薄型化外，在成本构成上是不占优势的。因为原来镀膜已很复杂，另外在这上面又叠了一个更加复杂的东西，良率将是个挑战。 　　在抗干扰方面，比亚迪微电子有多种方法，一是提高发射端的能量，发射端采用高压发射，这样可以提高信噪比；另外，在IC里集成了创新的噪声侦测技术，当发现整机产品插上充电器的时候（因为噪声主要是来源于充电器共模噪声），可以侦测充电器，并动态调节比亚迪微电子芯片的帧率，以把噪声降低；同时如果发现这个策略还不奏效的话，会采取另外一个更极端的策略，即把大噪声干脆去除，同时在后面通过硬件智能化的方法，再把它补偿回来。“从我们目前评估来看，国内质量较差的充电器对屏也没有太大的影响。”杨云称。
　　依靠本地化优势
　　比亚迪微电子的特点是能配合本土产品推产品，离客户很近。
　　具体来看，当前的智能机在往1000元人民币靠拢，会以互电容为主。另外还存在一个100美元的市场。因此，未来触控市场将是两级分化的。国内一部分企业在做高端的手机—1500元/200美元以上的，像小米、魅族、华为高端手机等，为此，比亚迪微电子推广互电容方案。但是还有一部分厂商面向生产线/打工一族，定位100美元价位的，比亚迪微电子有单层方案配合。
　　比亚迪微电子的优势会强调客户的体验、对客户的反应速度；另外强调成本。首先原厂的服务工程师是直接贴近客户的，反应时间快；另外，比亚迪微电子的工程师会回来反馈其产品缺陷、优点，因此新产品推进速度较快，可以4个月/周期推出一款新产品。
　　参考文献：
　　[1]迎九.Cypress:电容屏势如破竹.电子产品世界,2012(1):85
　　[2]编辑部.跨领域整合 触控竞争力再升级.零组件,2012(2):34-37
　　[3]2011年触控面板市场先探[R/OL]. (2012-2-22).http://www. displaysearch.com.cn/press_releases/20120222.php
　　[4]DisplaySearch 特别分析:微软Window 8强化对触控屏幕支持，触控产值在Mobile PC将快速提升[R/OL].(2012-1-16). http://www.displaysearch.com.cn/press_releases/20120116. php
　　[5]2011年超过5.6亿片投射式触控面板使用在手机应用端[R/OL].(2011-12-26). http://www.displaysearch.com.cn/press_ releases/20111226.php