請(qǐng)給我一支電容觸控筆

OverLord

觸控因何而生？

以往的觸屏手機(jī)標(biāo)配手寫(xiě)筆，是因?yàn)槠洳捎玫碾娮杵猎O(shè)計(jì)需要對(duì)電阻膜施加一定的壓力才能產(chǎn)生相應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)而達(dá)到觸控的效果，并且因?yàn)榫炔蛔?，也更適于使用手寫(xiě)筆或者任意比較尖銳的物體進(jìn)行精確觸控操作。而電容屏無(wú)需按壓即可操作，主要使用人體觸碰操作，甚至為了避免誤觸，還專門設(shè)計(jì)為除了手指以外的其他人體部分觸碰也大都不起作用。

在精度和操作舒適性方面都遠(yuǎn)不如現(xiàn)在普遍使用的電容屏。以前的觸控屏幕，由于采用電阻式設(shè)計(jì)，點(diǎn)擊屏幕的時(shí)候需要稍微使點(diǎn)力壓下去才會(huì)有響應(yīng)（圖1），并且，你可以使用而現(xiàn)在的觸控屏，由于采用電容式設(shè)計(jì)，同時(shí)，它的反應(yīng)變得更為靈敏，只要有些許的接觸，屏幕就會(huì)響應(yīng)，而且支持多點(diǎn)觸控，不像電阻式觸控屏非常難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

這就是電阻式觸控屏與電容式觸控屏的本質(zhì)差異：電阻式觸控屏的核心結(jié)構(gòu)是兩層相隔很近的導(dǎo)電層，當(dāng)有物體“壓住”屏幕上的某一個(gè)點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)電層會(huì)接觸導(dǎo)通，在屏幕的橫向和豎向檢測(cè)得到特定的電信號(hào)，從而分辨出該接觸點(diǎn)的位置坐標(biāo)，完成一次觸發(fā)操作;而與之不同的電容式觸控屏，同樣具備多層結(jié)構(gòu)，不同之處在于電容屏是在一層透明導(dǎo)電薄膜上面蓋有透明的絕緣層，當(dāng)具備導(dǎo)電能力的物體（或手指）觸控到電容屏表面時(shí)，靜電場(chǎng)發(fā)生了扭曲，絕緣層之間的電容發(fā)生了改變，通過(guò)這個(gè)電容信號(hào)的改變得到一個(gè)坐標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)了觸控操作（圖2）。

顯然，盡管都叫做“觸控”，但是他們的實(shí)現(xiàn)原理、使用方式是截然不同的，電容屏的原理決定了絕緣物體不能實(shí)現(xiàn)物體觸控——最簡(jiǎn)單的例子就是冬季戴上傳統(tǒng)手套無(wú)法觸控操作。所以早年的電阻屏觸控筆（圖3）就是個(gè)尖銳物體而已，可用很多其他物品，甚至是一根牙簽來(lái)替代，但現(xiàn)在的電容屏觸控筆要復(fù)雜得多。

電容觸控筆是這樣的

說(shuō)到電容觸控筆，說(shuō)白了就是要模擬人體的電學(xué)特征，是利用導(dǎo)體材料制作的具有導(dǎo)電特性、用來(lái)觸控電容式屏幕完成人機(jī)對(duì)話操作用的筆（圖4）。電容筆的筆尖是具有導(dǎo)電特性，能夠和屏幕之間形成一個(gè)暫時(shí)的電容，對(duì)這個(gè)電容充電產(chǎn)生電流，從而識(shí)別觸控坐標(biāo)。而且，電容式觸控筆其實(shí)也是個(gè)統(tǒng)稱，具體細(xì)分下來(lái)，還分為EMR電感筆（Electro Magnetic Resonance，電磁感應(yīng)輸入技術(shù)）、AES主動(dòng)電容筆（Active Electrostatic Solution，主動(dòng)式靜電感應(yīng)技術(shù)）和被動(dòng)電容筆三種不同的類型。其中，被動(dòng)電容電容筆因?yàn)榫瓤刂撇?，功能有限已?jīng)被市場(chǎng)淘汰，主要的競(jìng)爭(zhēng)就存在于電感筆和主動(dòng)電容筆之間了，尤其是后者優(yōu)勢(shì)特別明顯。

我們都知道電和磁有許多相似之處：帶電體周圍有電場(chǎng)，磁體周圍也有磁場(chǎng);同種電荷相斥，同名磁極也相斥;異種電荷相吸，異名磁極也相吸;變化的電場(chǎng)能激發(fā)磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)也能激發(fā)電場(chǎng);用摩擦的方法能使物體帶上電，如果用磁鐵的一極在一根鐵棒上沿同：6向摩擦幾次，也能使鐵棒磁化?；\統(tǒng)的講，電流周圍都存在磁場(chǎng)。無(wú)論是通電直導(dǎo)線，通電環(huán)形線圈還是通電螺線管，通電螺繞環(huán)等，它們都能產(chǎn)生磁場(chǎng)，即所謂電磁感應(yīng)。

電感筆就是將電磁技術(shù)應(yīng)用于觸控筆之上，隨著觸控筆的移動(dòng)，屏幕內(nèi)的感應(yīng)板隨之產(chǎn)生磁場(chǎng)，觸控筆的共振回路就會(huì)產(chǎn)生微弱的電，這個(gè)電流在經(jīng)過(guò)反饋過(guò)程行成“震蕩”產(chǎn)生的磁，再反饋回來(lái)，通過(guò)往復(fù)循環(huán)（筆的移動(dòng)觸控），在屏幕上完成信號(hào)坐標(biāo)的精確計(jì)算（圖5）。

要實(shí)現(xiàn)壓感，EMR式的電感筆就要在內(nèi)部添加電容器，通過(guò)施加壓力時(shí)筆尖位置的變化產(chǎn)生的電容器正負(fù)極之間距離的差距，從而改變電容實(shí)現(xiàn)壓力感應(yīng)（圖6）。

EMR電感筆實(shí)際上幾乎不需要供電（電池），所以可以做得非常細(xì)，適合制作成嵌入機(jī)身可插拔的方式（圖7），但是它需要在觸控屏下方帶有一層電磁感應(yīng)層，這就導(dǎo)致設(shè)備的厚度很難進(jìn)一步做得輕薄，而且大屏邊緣處識(shí)別精度不高。因此它更多地應(yīng)用在手機(jī)這類小屏幕以及部分入門級(jí)產(chǎn)品上。而后來(lái)居上的AES主動(dòng)電容筆就幾乎沒(méi)有EMR電感筆的缺點(diǎn)，在使用時(shí)，AES主動(dòng)電容筆會(huì)在移動(dòng)時(shí)不停發(fā)送低頻信號(hào)，這些信號(hào)包含的信息有諸如筆尖壓力、按鍵狀態(tài)等等。相應(yīng)的，觸控屏內(nèi)帶有傳感器，用多個(gè)相互呈直角排列的靜電網(wǎng)格同時(shí)負(fù)責(zé)一般觸摸和AES主動(dòng)電容筆的定位（圖8）。

與一般的觸摸感應(yīng)類似，屏幕內(nèi)的一個(gè)網(wǎng)格都會(huì)和AES觸控筆形成電場(chǎng)，筆的位置就是根據(jù)在每個(gè)傳感器網(wǎng)格接收單元上檢測(cè)到的電荷量差異來(lái)識(shí)別的。而的壓感測(cè)試則是使用內(nèi)置的光學(xué)組件，測(cè)得快門對(duì)光線的阻擋程度，即可得到壓力等級(jí)，因此識(shí)別更準(zhǔn)確快速（圖9）。蘋(píng)果等廠商還通過(guò)內(nèi)置陀螺儀芯片（圖10）感應(yīng)觸控筆的傾斜程度，讓繪出的線條呈現(xiàn)出粗細(xì)差異，得到猶如真筆一般的使用體驗(yàn)。AES的這些特點(diǎn)使其特別適合繪畫(huà)等應(yīng)用。

同時(shí)，AES主動(dòng)電容筆不需要屏幕內(nèi)置專門的觸控筆感應(yīng)層，可以讓屏幕進(jìn)一步減少厚度，也減輕重量，因此這幾年已然成為市場(chǎng)主流。當(dāng)然了，AES也不是完美的，它需要供電這一點(diǎn)還是會(huì)讓不少人覺(jué)得有些許麻煩，這恐怕是AES主動(dòng)電容筆的“阿喀琉斯之踵”吧。

典型產(chǎn)品

蘋(píng)果Pencil 2

蘋(píng)果的觸控筆目前是市場(chǎng)上無(wú)出其右的存在。它的壓感和傾斜感應(yīng)非常好，而且筆觸感、延遲問(wèn)題都得到了完善的解決。不過(guò)，它的價(jià)格也是最貴的，2代Apple Pencil的價(jià)格接近千元，著實(shí)令人咋舌。

微軟Surface Pen

微軟Surface Pen是少有的可與Apple Pencil 2直面競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品，這款為自家Surface系列打造的觸控筆具備4096級(jí)壓感，側(cè)傾感應(yīng)也很出色。在功能性上，Surface Pen無(wú)疑是更好的那個(gè)，其筆身帶有兩個(gè)按鈕，可以實(shí)現(xiàn)更加快捷的操作，基本可以做到操作不離筆，非常好用。

華為MPencil

華為的MPencil也是為自家旗下設(shè)備推出的一款產(chǎn)品，支持4096級(jí)壓力感應(yīng)，擁有一流的“跟手性”，可根據(jù)筆尖的力度不同而變換繪線的粗細(xì)，還支持智能擦除，十分方便高效。作為和國(guó)際大廠對(duì)標(biāo)的產(chǎn)品，華為MPencil價(jià)格并不便宜，但是其功能已與其他高端產(chǎn)品非常接近，一分錢一分貨還是很有道理的。

羅技Crayon

作為著名的外設(shè)廠商，羅技產(chǎn)品非常強(qiáng)悍，而且兼容性出色，這款Crayon就是蘋(píng)果官方認(rèn)證的第三方觸控筆產(chǎn)品。作為蘋(píng)果與羅技合作的一款重要產(chǎn)品，它承擔(dān)的使命是在低端教育市場(chǎng)填補(bǔ)蘋(píng)果Pencil過(guò)于高價(jià)而留下的空白。從書(shū)寫(xiě)及日常簡(jiǎn)單繪畫(huà)的使用操作來(lái)看，羅技Crayon非常舒適，操控也很精確，除了沒(méi)有壓感之外，其他方面一點(diǎn)也不輸于蘋(píng)果Pencil系列產(chǎn)品，是一款非常好的替代品，而它的價(jià)格可比蘋(píng)果自家產(chǎn)品便宜多了。

除了以上這些還有不少第三方的觸控筆，限于篇幅就不過(guò)多介紹了。這里要特別說(shuō)明的是三星觸控筆用戶雖多，但都是隨機(jī)附帶，沒(méi)有單獨(dú)銷售，所以在這里也就略過(guò)了，有興趣的讀者不妨實(shí)際體驗(yàn)以后再做決定。