請給我一支電容觸控筆

OverLord

觸控因何而生？

以往的觸屏手機標配手寫筆，是因為其采用的電阻屏設計需要對電阻膜施加一定的壓力才能產生相應的坐標數據，進而達到觸控的效果，并且因為精度不足，也更適于使用手寫筆或者任意比較尖銳的物體進行精確觸控操作。而電容屏無需按壓即可操作，主要使用人體觸碰操作，甚至為了避免誤觸，還專門設計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不如現在普遍使用的電容屏。以前的觸控屏幕，由于采用電阻式設計，點擊屏幕的時候需要稍微使點力壓下去才會有響應（圖1），并且，你可以使用而現在的觸控屏，由于采用電容式設計，同時，它的反應變得更為靈敏，只要有些許的接觸，屏幕就會響應，而且支持多點觸控，不像電阻式觸控屏非常難實現這一點。

這就是電阻式觸控屏與電容式觸控屏的本質差異：電阻式觸控屏的核心結構是兩層相隔很近的導電層，當有物體“壓住”屏幕上的某一個點時，兩個導電層會接觸導通，在屏幕的橫向和豎向檢測得到特定的電信號，從而分辨出該接觸點的位置坐標，完成一次觸發操作;而與之不同的電容式觸控屏，同樣具備多層結構，不同之處在于電容屏是在一層透明導電薄膜上面蓋有透明的絕緣層，當具備導電能力的物體（或手指）觸控到電容屏表面時，靜電場發生了扭曲，絕緣層之間的電容發生了改變，通過這個電容信號的改變得到一個坐標位置，從而實現了觸控操作（圖2）。

顯然，盡管都叫做“觸控”，但是他們的實現原理、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現物體觸控——最簡單的例子就是冬季戴上傳統手套無法觸控操作。所以早年的電阻屏觸控筆（圖3）就是個尖銳物體而已，可用很多其他物品，甚至是一根牙簽來替代，但現在的電容屏觸控筆要復雜得多。

電容觸控筆是這樣的

說到電容觸控筆，說白了就是要模擬人體的電學特征，是利用導體材料制作的具有導電特性、用來觸控電容式屏幕完成人機對話操作用的筆（圖4）。電容筆的筆尖是具有導電特性，能夠和屏幕之間形成一個暫時的電容，對這個電容充電產生電流，從而識別觸控坐標。而且，電容式觸控筆其實也是個統稱，具體細分下來，還分為EMR電感筆（Electro Magnetic Resonance，電磁感應輸入技術）、AES主動電容筆（Active Electrostatic Solution，主動式靜電感應技術）和被動電容筆三種不同的類型。其中，被動電容電容筆因為精度控制差，功能有限已經被市場淘汰，主要的競爭就存在于電感筆和主動電容筆之間了，尤其是后者優勢特別明顯。

我們都知道電和磁有許多相似之處：帶電體周圍有電場，磁體周圍也有磁場;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;變化的電場能激發磁場，變化的磁場也能激發電場;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。籠統的講，電流周圍都存在磁場。無論是通電直導線，通電環形線圈還是通電螺線管，通電螺繞環等，它們都能產生磁場，即所謂電磁感應。

電感筆就是將電磁技術應用于觸控筆之上，隨著觸控筆的移動，屏幕內的感應板隨之產生磁場，觸控筆的共振回路就會產生微弱的電，這個電流在經過反饋過程行成“震蕩”產生的磁，再反饋回來，通過往復循環（筆的移動觸控），在屏幕上完成信號坐標的精確計算（圖5）。

要實現壓感，EMR式的電感筆就要在內部添加電容器，通過施加壓力時筆尖位置的變化產生的電容器正負極之間距離的差距，從而改變電容實現壓力感應（圖6）。

EMR電感筆實際上幾乎不需要供電（電池），所以可以做得非常細，適合制作成嵌入機身可插拔的方式（圖7），但是它需要在觸控屏下方帶有一層電磁感應層，這就導致設備的厚度很難進一步做得輕薄，而且大屏邊緣處識別精度不高。因此它更多地應用在手機這類小屏幕以及部分入門級產品上。而后來居上的AES主動電容筆就幾乎沒有EMR電感筆的缺點，在使用時，AES主動電容筆會在移動時不停發送低頻信號，這些信號包含的信息有諸如筆尖壓力、按鍵狀態等等。相應的，觸控屏內帶有傳感器，用多個相互呈直角排列的靜電網格同時負責一般觸摸和AES主動電容筆的定位（圖8）。

與一般的觸摸感應類似，屏幕內的一個網格都會和AES觸控筆形成電場，筆的位置就是根據在每個傳感器網格接收單元上檢測到的電荷量差異來識別的。而的壓感測試則是使用內置的光學組件，測得快門對光線的阻擋程度，即可得到壓力等級，因此識別更準確快速（圖9）。蘋果等廠商還通過內置陀螺儀芯片（圖10）感應觸控筆的傾斜程度，讓繪出的線條呈現出粗細差異，得到猶如真筆一般的使用體驗。AES的這些特點使其特別適合繪畫等應用。

同時，AES主動電容筆不需要屏幕內置專門的觸控筆感應層，可以讓屏幕進一步減少厚度，也減輕重量，因此這幾年已然成為市場主流。當然了，AES也不是完美的，它需要供電這一點還是會讓不少人覺得有些許麻煩，這恐怕是AES主動電容筆的“阿喀琉斯之踵”吧。

典型產品

蘋果Pencil 2

蘋果的觸控筆目前是市場上無出其右的存在。它的壓感和傾斜感應非常好，而且筆觸感、延遲問題都得到了完善的解決。不過，它的價格也是最貴的，2代Apple Pencil的價格接近千元，著實令人咋舌。

微軟Surface Pen

微軟Surface Pen是少有的可與Apple Pencil 2直面競爭的產品，這款為自家Surface系列打造的觸控筆具備4096級壓感，側傾感應也很出色。在功能性上，Surface Pen無疑是更好的那個，其筆身帶有兩個按鈕，可以實現更加快捷的操作，基本可以做到操作不離筆，非常好用。

華為MPencil

華為的MPencil也是為自家旗下設備推出的一款產品，支持4096級壓力感應，擁有一流的“跟手性”，可根據筆尖的力度不同而變換繪線的粗細，還支持智能擦除，十分方便高效。作為和國際大廠對標的產品，華為MPencil價格并不便宜，但是其功能已與其他高端產品非常接近，一分錢一分貨還是很有道理的。

羅技Crayon

作為著名的外設廠商，羅技產品非常強悍，而且兼容性出色，這款Crayon就是蘋果官方認證的第三方觸控筆產品。作為蘋果與羅技合作的一款重要產品，它承擔的使命是在低端教育市場填補蘋果Pencil過于高價而留下的空白。從書寫及日常簡單繪畫的使用操作來看，羅技Crayon非常舒適，操控也很精確，除了沒有壓感之外，其他方面一點也不輸于蘋果Pencil系列產品，是一款非常好的替代品，而它的價格可比蘋果自家產品便宜多了。

除了以上這些還有不少第三方的觸控筆，限于篇幅就不過多介紹了。這里要特別說明的是三星觸控筆用戶雖多，但都是隨機附帶，沒有單獨銷售，所以在這里也就略過了，有興趣的讀者不妨實際體驗以后再做決定。