隨著對更大、更薄且更靈敏的觸摸屏需求增加，設計它們的復雜度也隨之增加。智能手機、平板電腦、汽車顯示屏和工業控制界面的設計師面臨一個矛盾：用戶期望觸控性能日益復雜——即使在惡劣的電磁環境中——而機械設計則推動了薄和集成的物理極限。

隨著最新一波可折疊設備中更薄更大面板的興起，這種壓力正在加劇。該類別正在快速擴張：根據Future Market Insights的數據，折疊屏市場預計將從2025年的89億美元激增至2035年的761億美元，十年間年均增長率為24%。基于低溫多晶氧化物（LTPO）背板的更先進OLED屏幕也在上升，預計復合年增長率為14.5%。

這一激增主要源于消費者對更亮屏幕和延長電池壽命的需求，進而推動顯示組件變得更薄且更節能。然而，這種向更薄堆疊的趨勢帶來了與噪聲干擾和信號衰減相關的多項挑戰，工程師必須克服這些挑戰，以保持高觸控響應性和準確性。

這一演變中的關鍵摩擦點之一是電容觸摸系統的信號完整性。隨著顯示組件縮小并垂直堆疊，觸摸傳感器通常會被放置在更靠近電磁干擾源（EMI），包括顯示驅動器和電源電路。結果是信噪比（SNR）下降，削弱了觸控輸入的響應性和準確性。

為此，一種新的電容感測方法正在興起：多頻區并行傳感（MFRPS）。這一架構轉變為工程師提供了解決抗噪聲、可擴展性、延遲和能效等多種應用場景挑戰的路徑。

為什么傳統觸控感應在更薄的顯示屏上遇到困難

電容觸控感測的當前標準是單頻掃描，其中驅動突發或步進等于發射器數量。雖然這種方法在需求較小的環境中表現良好，但在下一代觸摸屏的環境中開始出現不足。

薄顯示器中的電容式觸控系統特別容易受到三類噪聲影響：

• 觸摸顯示（T2D）噪聲：它源于傳統方波驅動信號中銳利的上升和下降邊緣，這些信號會引入諧波干擾，導致閃爍或視覺失真。

• 顯示到觸控（D2T）噪聲：問題源于刷新周期中顯示屏的高頻切換活動，這些活動會與觸摸傳感器耦合，導致幻影觸碰或信號損壞。

• 沉降噪音：由于更薄的堆疊中RC時間常數增加，阻礙電容元件完全充電。這降低了有效信噪比，并影響了觸控的準確性。

應對所有這些潛在的噪聲源變得越來越具有挑戰性。可折疊和大型顯示屏，采用更薄的堆疊和寬敞的面板區域，增加了EMI帶來的挑戰。同時，多點手勢需要極低的延遲和精確的位置追蹤。主動式筆利用電子設備允許用戶直接在顯示屏上寫字，也要求相同的條件。在電池供電設備中，觸摸控制器必須在始終開機模式下保持警覺，同時不消耗電力預算。

但現實是，單頻掃描因其本質上更長的周期時間和易受干擾的影響，已經達到了性能上限。

MFRPS通過將面板劃分為幾個獨立作的區域，每個區域擁有獨立的碼分復用（CDM）突發，頻率不同，從而增強了傳統的單頻掃描（見圖1）。這不僅降低了有效感應帶寬和噪聲敏感性，還實現了更有針對性的濾波和增強的抗噪能力。通過分散傳感工作負載并隔離頻區，工程師在不同屏幕尺寸和配置下獲得了更大的靈活性和可擴展性。

1. 多頻區并行傳感（MFRPS）將觸控傳感器劃分為三個獨立的頻率區，每個區域同時驅動，以實現更快的掃描速度和增強抗噪能力。

MFRPS：在不同頻率下并聯運行

MFRPS的核心是重新構想電容觸摸面板的掃描方式，以感知觸感。MFRPS不是在單一頻率上工作或逐個掃描，而是將面板劃分為多個區域，每個區域同時工作但頻率不同。這些區域并行掃描，使系統能夠在更短時間內以更高保真度收集更多數據（見圖2）。

2. 實現MFRPS信號路徑，接收機從所有頻率區域捕獲合并信號，然后對其進行分離和數字處理以提取觸控信息。

這種方法具有幾個關鍵優勢：

• 面板掃描時間縮短：通過跨多個區域同時測量，整體幀率顯著提升，從而減少觸摸與響應之間的延遲。

• 增強的抗噪能力：頻率多樣性使系統能夠更有效地隔離和減輕干擾（見圖3）。

3. 比較傳統單頻系統與MFRPS系統之間的傳感帶寬，展示了并行頻率區域如何實現更窄的帶寬和增強的抗噪聲能力。

平行觸感線條之間的創新

MFRPS本身無法解決折疊屏及其他先進顯示器的所有噪聲、功耗和延遲問題。在大多數情況下，它還會被嵌入在顯示屏后方觸控控制器中的幾項其他創新所補充：

• 連續時間數字傳感：連續時數字傳感取代了傳統的模擬前端（AFE），利用高速采樣和實時信號處理進一步提升信噪比。觸摸控制器內部的dAFE將混音臺從模擬域移動到數字域。如果沒有dAFE，每個混頻器都需要專用的模擬電路，使用三對I/Q時總共需要六個混頻器。

  連續時間數字傳感與MFRPS結合，縮小傳感帶寬，濾除瞬態噪聲，并保持信號完整性。

• 偽正弦波驅動：傳統方波信號會引入諧波，干擾觸控信號的完整性和顯示的清晰度。觸摸控制器利用偽正弦驅動，用更平滑的正弦波替代用于驅動顯示的銳利方波。因此，它可以顯著減少諧波，提升觸摸顯示器時的清晰度。

  偽正弦波驅動技術還使得低壓工藝能夠實現更高的驅動電壓。

• 并行 IQ 解調：主動觸控筆輸入不僅要求高分辨率，還要求筆尖與輔助元件之間的信號分離可靠。基于MFRPS的架構支持并行的同相（I）和正交（Q）信號解調，提高了精度并最小化抖動。

• 節能推停模式：在移動設備和嵌入式系統中，觸控感應即使在低功耗狀態下也必須保持響應性。傳統上，“休眠”模式需要兩次連發來掃描面板——這種技術使感應時間和功耗都翻倍。使用MFRPS，單次突發即可實現同樣效果，將推蓊功率消耗降低多達40%。

向并行觸控感應的轉變：對工程師意味著什么

MFRPS帶來了許多技術優勢。但它的價值在于簡化并強化了各種設備的設計流程，使得即使在電氣環境惡劣的情況下，也能實現更薄且更復雜的顯示屏。MFPRS也非常適合筆和手勢為重的界面，且不會消耗電池續航。

MFRPS的多功能性也使其成為多個領域的推動者，包括：

• 消費電子產品

• 工業應用

• 零售和銷售點系統

• 汽車

除了性能和靈活性外，MFRPS最重要的方面之一是能夠將觸摸界面設計統一到單一可擴展架構下。從緊湊型移動設備到寬屏儀表盤和堅固面板，工程師們可以更自由地選擇不同應用中使用的頻率區域，從而擁有統一的傳感框架。

觸覺感知未來基礎

MFRPS標志著觸摸控制系統發展的重大轉變。它通過增加并行性、引入頻率多樣性以及提升功耗效率和可擴展性，解決了標準電容傳感長期存在的局限性。

隨著顯示器變得更加沉浸和互動，驅動它們的觸控技術也必須不斷發展。MFRPS已準備好迎接這一挑戰——不是作為小眾增強，而是作為支持下一代人機交互（HMI）的基礎架構轉變。