新的触控技术带来了更大、更薄且可折叠的显示屏

随着对更大、更薄且更灵敏的触摸屏需求增加，设计它们的复杂度也随之增加。智能手机、平板电脑、汽车显示屏和工业控制界面的设计师面临一个矛盾：用户期望触控性能日益复杂——即使在恶劣的电磁环境中——而机械设计则推动了薄和集成的物理极限。

随着最新一波可折叠设备中更薄更大面板的兴起，这种压力正在加剧。该类别正在快速扩张：根据Future Market Insights的数据，折叠屏市场预计将从2025年的89亿美元激增至2035年的761亿美元，十年间年均增长率为24%。基于低温多晶氧化物（LTPO）背板的更先进OLED屏幕也在上升，预计复合年增长率为14.5%。

这一激增主要源于消费者对更亮屏幕和延长电池寿命的需求，进而推动显示组件变得更薄且更节能。然而，这种向更薄堆叠的趋势带来了与噪声干扰和信号衰减相关的多项挑战，工程师必须克服这些挑战，以保持高触控响应性和准确性。

这一演变中的关键摩擦点之一是电容触摸系统的信号完整性。随着显示组件缩小并垂直堆叠，触摸传感器通常会被放置在更靠近电磁干扰源（EMI），包括显示驱动器和电源电路。结果是信噪比（SNR）下降，削弱了触控输入的响应性和准确性。

为此，一种新的电容感测方法正在兴起：多频区并行传感（MFRPS）。这一架构转变为工程师提供了解决抗噪声、可扩展性、延迟和能效等多种应用场景挑战的路径。

为什么传统触控感应在更薄的显示屏上遇到困难

电容触控感测的当前标准是单频扫描，其中驱动突发或步进等于发射器数量。虽然这种方法在需求较小的环境中表现良好，但在下一代触摸屏的环境中开始出现不足。

薄显示器中的电容式触控系统特别容易受到三类噪声影响：

• 触摸显示（T2D）噪声：它源于传统方波驱动信号中锐利的上升和下降边缘，这些信号会引入谐波干扰，导致闪烁或视觉失真。

• 显示到触控（D2T）噪声：问题源于刷新周期中显示屏的高频切换活动，这些活动会与触摸传感器耦合，导致幻影触碰或信号损坏。

• 沉降噪音：由于更薄的堆叠中RC时间常数增加，阻碍电容元件完全充电。这降低了有效信噪比，并影响了触控的准确性。

应对所有这些潜在的噪声源变得越来越具有挑战性。可折叠和大型显示屏，采用更薄的堆叠和宽敞的面板区域，增加了EMI带来的挑战。同时，多点手势需要极低的延迟和精确的位置追踪。主动式笔利用电子设备允许用户直接在显示屏上写字，也要求相同的条件。在电池供电设备中，触摸控制器必须在始终开机模式下保持警觉，同时不消耗电力预算。

但现实是，单频扫描因其本质上更长的周期时间和易受干扰的影响，已经达到了性能上限。

MFRPS通过将面板划分为几个独立作的区域，每个区域拥有独立的码分复用（CDM）突发，频率不同，从而增强了传统的单频扫描（见图1）。这不仅降低了有效感应带宽和噪声敏感性，还实现了更有针对性的滤波和增强的抗噪能力。通过分散传感工作负载并隔离频区，工程师在不同屏幕尺寸和配置下获得了更大的灵活性和可扩展性。

1. 多频区并行传感（MFRPS）将触控传感器划分为三个独立的频率区，每个区域同时驱动，以实现更快的扫描速度和增强抗噪能力。

MFRPS：在不同频率下并联运行

MFRPS的核心是重新构想电容触摸面板的扫描方式，以感知触感。MFRPS不是在单一频率上工作或逐个扫描，而是将面板划分为多个区域，每个区域同时工作但频率不同。这些区域并行扫描，使系统能够在更短时间内以更高保真度收集更多数据（见图2）。

2. 实现MFRPS信号路径，接收机从所有频率区域捕获合并信号，然后对其进行分离和数字处理以提取触控信息。

这种方法具有几个关键优势：

• 面板扫描时间缩短：通过跨多个区域同时测量，整体帧率显著提升，从而减少触摸与响应之间的延迟。

• 增强的抗噪能力：频率多样性使系统能够更有效地隔离和减轻干扰（见图3）。

3. 比较传统单频系统与MFRPS系统之间的传感带宽，展示了并行频率区域如何实现更窄的带宽和增强的抗噪声能力。

平行触感线条之间的创新

MFRPS本身无法解决折叠屏及其他先进显示器的所有噪声、功耗和延迟问题。在大多数情况下，它还会被嵌入在显示屏后方触控控制器中的几项其他创新所补充：

• 连续时间数字传感：连续时数字传感取代了传统的模拟前端（AFE），利用高速采样和实时信号处理进一步提升信噪比。触摸控制器内部的dAFE将混音台从模拟域移动到数字域。如果没有dAFE，每个混频器都需要专用的模拟电路，使用三对I/Q时总共需要六个混频器。

  连续时间数字传感与MFRPS结合，缩小传感带宽，滤除瞬态噪声，并保持信号完整性。

• 伪正弦波驱动：传统方波信号会引入谐波，干扰触控信号的完整性和显示的清晰度。触摸控制器利用伪正弦驱动，用更平滑的正弦波替代用于驱动显示的锐利方波。因此，它可以显著减少谐波，提升触摸显示器时的清晰度。

  伪正弦波驱动技术还使得低压工艺能够实现更高的驱动电压。

• 并行 IQ 解调：主动触控笔输入不仅要求高分辨率，还要求笔尖与辅助元件之间的信号分离可靠。基于MFRPS的架构支持并行的同相（I）和正交（Q）信号解调，提高了精度并最小化抖动。

• 节能推停模式：在移动设备和嵌入式系统中，触控感应即使在低功耗状态下也必须保持响应性。传统上，“休眠”模式需要两次连发来扫描面板——这种技术使感应时间和功耗都翻倍。使用MFRPS，单次突发即可实现同样效果，将推蓊功率消耗降低多达40%。

向并行触控感应的转变：对工程师意味着什么

MFRPS带来了许多技术优势。但它的价值在于简化并强化了各种设备的设计流程，使得即使在电气环境恶劣的情况下，也能实现更薄且更复杂的显示屏。MFPRS也非常适合笔和手势为重的界面，且不会消耗电池续航。

MFRPS的多功能性也使其成为多个领域的推动者，包括：

• 消费电子产品

• 工业应用

• 零售和销售点系统

• 汽车

除了性能和灵活性外，MFRPS最重要的方面之一是能够将触摸界面设计统一到单一可扩展架构下。从紧凑型移动设备到宽屏仪表盘和坚固面板，工程师们可以更自由地选择不同应用中使用的频率区域，从而拥有统一的传感框架。

触觉感知未来基础

MFRPS标志着触摸控制系统发展的重大转变。它通过增加并行性、引入频率多样性以及提升功耗效率和可扩展性，解决了标准电容传感长期存在的局限性。

随着显示器变得更加沉浸和互动，驱动它们的触控技术也必须不断发展。MFRPS已准备好迎接这一挑战——不是作为小众增强，而是作为支持下一代人机交互（HMI）的基础架构转变。