電容式感測技術(shù)在電玩游戲控制電路中的應(yīng)用

繪圖與處理速度能限制或展現(xiàn)游戲中軟件的開發(fā)狀況，因此最容易受到消費者和評論家關(guān)注。而主機控制器(console controller)也一樣非常重要。電玩控制器的接口方式不斷推陳出新，目的就是為了能與屏幕上所顯示出來的場景進行更有效的互動。

雖然多數(shù)電玩游戲的開發(fā)都著重在軟件和處理器上，但許多重大的創(chuàng)意和前瞻想法都與控制器相關(guān)。由于游戲系統(tǒng)及外圍廠商努力改善玩家與其系統(tǒng)互動的方式，因此無論是在人體工學、風格、功能、或是特色等方面都不斷地在開發(fā)改進。

尋找新的典范

我們可能都還記得具備四方形底座的Atari 最早期控制器，其中央有一根游戲桿，旁邊還有一顆按鍵的設(shè)計對于當時的電玩游戲而言已相當足夠。因為當時所需要的只有基本的方向控制和一個選擇按鍵，就可以進行游戲，而這個控制器則完全符合所需。任天堂后來發(fā)表了四方形控制器的任天堂娛樂系統(tǒng)(Nintendo Entertainment System)，其中方向按鍵取代了游戲桿，而且還增加第二顆按鍵，這是以現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)出來的重大改變。

從那時開始，控制器就開始變得越來越復雜?，F(xiàn)在，標準的游樂器主機控制器上具備比以往更多的按鍵，而且每個按鍵都擁有更強大的功能。具備壓力感應(yīng)間斷作用的按鍵讓其觸發(fā)作用獲得更好的控制，尤其對于駕駛類電玩游戲中的煞車與加速控制特別有用。

而按鍵組合在格斗游戲中也電容對電壓轉(zhuǎn)換器乃是利用切換式電容器技術(shù)。震動功能(rumble-packs)則讓玩家能體驗真實感覺，而不再只是聲光效果而已。由于游戲桿具備的卓越模擬功能性，讓其在最新的控制器上重現(xiàn)生機。電容式感測技術(shù)(電容式觸控感應(yīng))是最新的接口技術(shù)，能提高游戲控制器的可用性，以及最炫的機械設(shè)計。

電容式感測技術(shù)概觀

電容式感測最常用于個人計算機觸控板與可攜式媒體播放器上。手機制造商也開始投入資金來推廣其用途，并已開發(fā)出數(shù)種機型銷售上市。簡單的架構(gòu)、裝置防水性及堅固的機械式設(shè)計等都是電容式感測接口極具吸引力的特性。

方法

要達到電容式感測效果有好幾種方式，但基本的要素卻固定不變。其中，電容式傳感器不過是在印刷電路板中連接至控制器電路上的銅片(pad)。感測按鍵與其連接導線的組合會在其周圍產(chǎn)生電容。

設(shè)計時所考慮的接地面、金屬支撐裝置、還有其它電子與機械組件都會影響傳感器的電容值。一般認為傳感器電容值等同于它與接地面之間的電容值。當具有導電性的觸發(fā)物質(zhì)(例如手指)靠近傳感器到一定程度時，該電容值就會增加。這是因為導體本身會在傳感器與接地面之間產(chǎn)生更多可能的路徑，愈多的路徑則會產(chǎn)生愈多的場線，這樣一來就會提高整個電容值。

在電容式傳感器的前端是由切換式電容器(switched capacitors)、內(nèi)部電流源或是具有外部電阻器的電壓源所組成。這些方法都是為了要在感測電容器上輸入電壓值。而該電壓值可透過ADC、或由比較器所構(gòu)成的充電時間量測電路之處理，然后到達計數(shù)器或定時器。數(shù)字輸出值被電容式感測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和決定(decision-making)所使用時，則會在ADC 輸出值中產(chǎn)生轉(zhuǎn)變或在電容質(zhì)中的計數(shù)值產(chǎn)生模擬轉(zhuǎn)變。稍后我們會深入討論常用的兩種方法，也就是弛張震蕩器(relaxation oscillaTIon)以及連續(xù)近似法(successive approximaTIon)。

實際設(shè)計

要在實際的設(shè)計中構(gòu)建一個電容式傳感器并不難。如上所述，電容式傳感器不過就是在印刷電路板上放置一塊導體片，通常是銅片。而這塊導體片經(jīng)由觸發(fā)物質(zhì)—通常是手指，不僅能直接連結(jié)至控制組件;并可以直接與其互動。感應(yīng)板則置于感測區(qū)域正下方的一層覆蓋層(overlay)表面上。傳感器與覆蓋層之間最好不要有任何空氣，而且要用不導電的接合劑將傳感器基板緊緊黏附在覆蓋層上。

控制電路可以設(shè)置于傳感器附近，而且越近越好。傳感器在機械結(jié)構(gòu)上的需求決定了控制電路的配置。傳感器與控制電路距離越遠，則傳感器與接地面間的原生電容值就會隨之增加，因為導線會與周圍環(huán)境互動，并進而增加電容值;距離越長，增量就越明顯。

雖然要規(guī)定出最大的距離并不容易，但一般來說，6 到12 英寸可算是功能上限了。電容感應(yīng)應(yīng)用裝置的基板并非固定的;其中，最常見的設(shè)計是具備銅導線的基本FR4 印刷電路板。此外，附有銅片的彈性印刷電路板(通常用聚亞酰胺薄膜—Kapton)也很常見。彈性基板能夠讓機械設(shè)計更為容易，尤其是在彎曲的表面上。印刷在彈性物質(zhì)上如碳或銀的導電墨水，能以極低的成本制作電容式傳感器，但這當中會因為彈性物質(zhì)無法上焊錫，而需要控制印刷電路板以及連接器。

透明的導電物質(zhì)，例如氧化銦錫(Indium TInOxide;ITO)也快速地被廣泛使用在觸控式屏幕的應(yīng)用中。ITO 傳感器會被印刷在玻璃或是聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)薄膜上，然后再結(jié)合上最終的設(shè)計成品。雖然目前已有玻璃覆晶(chip-on-glass)用于控制這類的應(yīng)用，但是在印刷電路板上使用彈性連接器或是熱把焊接(hot bar soldering)卻是更經(jīng)濟的方法。