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2010年1月26日 星期二
淺談電源管理
前言
-- 攝取知識是人的天性，從發現問題到解決問題的過程可以替我們帶來成就感，並且滿足最基本的求知慾。隨著網路的發達，我們已經可以簡單的獲取許多專業的知識。但是面臨不是自己所熟知的專業領域，卻常因為過多的專有名詞使之作罷。
-- 既然要推廣半調子運動，我想就以最淺顯易懂、最少專有名詞的方式撰寫，以達成真正能夠簡單的得到知識之目的。文章很臭長，但相信可以幫助思考，讓學習不只是輸入，也許能夠做到舉一反三。
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在解釋電源管理是什麼之前,請先思考兩個問題：
1.為何電源需要管理？
2.為什麼叫做電源"管理"？
-- 電路板上，每看到一個電性元件就是一個能量的損失（先避開特殊狀況）。如果電路板上不需要電源管理的元件，不但能為板子上省下許多空間，也必然減少板子上的損失。既然如此為何需要電源管理？
-- 事實上如果可以不需要電源管理，任何產品只要接上牆壁上來自於台電的110伏特交流電即可使用，是多麼方便的事情。但也由於科技的發達、製成的進步，積體電路（IC）所需要的工作電壓持續下降當中（製成,效率,耐壓...等考量）。
在解釋電源管理是什麼之前,請先思考兩個問題：
1.為何電源需要管理？
2.為什麼叫做電源"管理"？
-- 電路板上，每看到一個電性元件就是一個能量的損失（先避開特殊狀況）。如果電路板上不需要電源管理的元件，不但能為板子上省下許多空間，也必然減少板子上的損失。既然如此為何需要電源管理？
-- 事實上如果可以不需要電源管理，任何產品只要接上牆壁上來自於台電的110伏特交流電即可使用，是多麼方便的事情。但也由於科技的發達、製成的進步，積體電路（IC）所需要的工作電壓持續下降當中（製成,效率,耐壓...等考量）。
-- 面臨中央處理器、通訊晶片...等積體電路所需求的電壓不同，經由牆壁上台電提供的110伏特交流電壓也必須跟著修正。但是台電終究是台電，台灣的電都由他產生，他沒辦法為誰改變。因此在台電與晶片之間我們需要一個媒介,幫忙把110伏特的交流電做適當的轉換提供給積體電路（5伏特，3伏特，1.8伏特，0.9伏特 ...），這之間的過程稱之為電源管理。
-- 現在已經對於為何需要電源管理以及為何稱之為電源"管理"有初步的了解！請再思考一個問題：已知一10伏特直流電源,欲製作一2伏特直流電源,試問該怎麼做？
-- 現在已經對於為何需要電源管理以及為何稱之為電源"管理"有初步的了解！請再思考一個問題：已知一10伏特直流電源,欲製作一2伏特直流電源,試問該怎麼做？
（請努力的思考這個問題，在放棄之前決不要往下看文章，因為做電源管理的人已經被現有的理論給侷限。如果你從來不知道什麼是電源管理，請努力的想、絞盡腦汁的想，說不定還是一張純潔無暇白紙的你就是創新電源管理領域的新秀。）
-- 放棄了嗎？沒關係！（不過歡迎推文回報你花多少時間放棄，我想這也是另外一個有趣的問題：AGT（Average Giving-up Time），但是在維基百科上沒有查到任何資料，或許是因為這個名詞是我剛才發明吧！）下面會簡單探討現今電源管理的處理方式：
『步驟一』
問：如果把今天的早中晚餐一次準備好，請你在早上一口氣吃完，今天就別再吃了，請告訴我這個要求過不過份？
答：當然過份，為什麼要吃得這麼撐，餓了在吃不行嗎？
-- 如果你的回答跟上述一樣，我想你已經踏進了電源管理的門檻，要利用10伏特直流轉換成2伏特直流也是這種少量多餐的概念。在電源以及積體電路的中間適當的裝上一個開關，透過不斷的打開/關閉開關達成能量的傳送，電源的管理就是從這邊開始。
-- 如上圖所示，這種概念可不可行？需要多少能量，先一次給予，用完了再索取。但是稍早提到，積體電路所能"直接接觸"到的電壓只能壓低在2伏特（以下均以2伏特為例）。雖然能量這樣給予是可行的，但是10伏特的電壓會把積體電路燒壞（早上只吃早餐可接受，但是要一口吞掉，嘴巴不夠大）。
-- 這時候符合邏輯的思考方式應該是：如果有一個東西能將這些能量慢慢的送過去有多好阿！值得慶幸的是在被動元件當中（電阻，電容，電感），電容是一個可以拿來濾電壓的元件：
如上圖所示，適當的開啟/關閉開關，就能夠在電容上達成轉換2伏特電壓的目的。理論上這樣已經做完了電源管理了吧？
『步驟二』
-- 不過仔細想想，電容之所以可以"濾電壓"，是因為該元件的特性：電容上的電壓不能瞬間改變，除非...瞬間能夠灌進/抽掉極大的電流，如下面公式所示：
-- 其實在理想的世界當中，任何的元件如果能夠承受瞬間極大的電流，那麼電源的轉換真的已經完成了！ 可惜的是我們不在理想的世界當中。任何元件受到瞬間極大的電流都會壞掉，因此還是正視這個問題好了。瞬間極大的電流怎麼辦？
-- 這時候符合邏輯的思考方式應該是：如果有一個東西能將這些能量慢慢的送過去有多好阿！又值得慶幸的是在被動元件當中，電感是一個可以拿來濾電流的元件：
如上圖所示，適當的開啟/關閉開關，就能夠在電容上達成轉換2伏特電壓的目的，並且沒有瞬間極大的電流，理論上這樣總該做完了電源管理了吧？
『步驟三』
-- 不過仔細想想，電感之所以可以"濾電流"，是因為他有一個特性：電感上的電流不能瞬間改變，除非...瞬間能夠加上極大的電壓，如下面公式所示：
-- 此時此刻，如果腦筋夠靈敏，能夠舉一反三的你應該會想到：
(啊！我知道了！找個極大的電壓加上去,然後又拿電流濾波...$##$%#,還可以寫成無限循環的迴圈：
while(1)
{
加電容>>濾電壓
加電感>>濾電流
} )
-- Nice try，but wrong！因為這樣會沒完沒了。也因為會沒完沒了，應該要有另一個符合邏輯的思考方式：既然電流流到一半開關就必須要斷開了，那就斷開吧，但能不能找到其他的路徑給電流流過？ 不致使電感上的電流產生瞬間的變化。
-- 如上圖所示，適當的在電路中加上二極體，讓開關斷開時,電感上的電流有路徑流即可。
-- 這時候符合邏輯的思考方式應該是：可是這樣電流就在某一個路徑一直畫圈圈，不是很怪嗎？能有這樣的疑問確實代表你已經能融入符合邏輯的思考了！不過電路也是相當人性化的，如果在生活周遭看到下面影片的現象不覺得怪，我想我們也不用對電流一直轉圈圈感到大驚小怪了！
文章介紹簡易的電源轉換概念，以10伏特直流轉換2伏特直流為例子，如有錯誤請不吝嗇的指教。
2010年1月25日 星期一
觸碰螢幕 ─ 電容式
觸碰螢幕 ─ 電容式(表面式電容、投射式電容)
電容式觸控螢幕比電阻式觸控螢幕的電路更加較複雜且是透光性可達95~99%，其結構原理有兩種，表面式電容應用在如ATM上的觸控螢幕，只可控制一點。另一種為投射式電容可支援多點訊息，且可小幅度偵測Z值變化。
每當手指接觸到螢幕，就會與外側導電層上的電場產生電容耦合，而吸去微小的電流，用手指所吸收的電極就可測量來自各個角落的電流，這個電流的變化就是接觸點的位置，接觸面板的物體需要能導電體，才能吸收電流，所以iPhone對觸控筆不會感應，必須使用會導電的手指皮膚部份。
工作原理
電容式觸控面板的應用需由觸控面板（Touch Panel）、控制器（TouchController）及軟體驅動程式（Utility）等3 部分，以下將針對觸控面板說明。
一般電容式觸控面板是在透明玻璃表面鍍上一層ITO或ATO及保護膜而與液晶銀幕間則需作防電子訊號干擾處理。人與觸控面板沒有接觸時，各種電極（Electrode）是同電位的，觸控面板沒有上沒有電流通過。當與觸控面板接觸時，人體內的靜電流入地面而產生微弱電流通過。檢測電極依電流值變化，可以算出接觸的位置。玻璃表面上ITO層有電阻係數，為了得到一樣電場所以在其週邊安裝電極，電流從四邊或者四個角輸入，四邊輸入法較四角輸入法容易計算。(兩者原理我還不很懂希望有高手能解釋一下)
表面式電容
利用表面的透明電極（ITO or ATO），跟人體接觸所生成的電流變化，經由四個角落的感應區感應位置，傳導類比訊號到控制器，最後由控制器計算並傳到電腦經由螢幕輸出。
投射式電容
基本上仍以電容式觸控面板概念， 增加兩組存在不同平面又相互垂直的透明導線（X、Y）與驅動線所構成， 由於X、Y架構在不同表面，其相交處形成一電容節點， 當電流經驅動線通過其中之一的導線時， 另一層導線及與偵測電容值變化的電子迴路相通。 操作時，控制器先後供電流予不同層之驅動線，因而使各節點與導線間形成一特定電場， 當手指或觸動媒介接近時，控制器迅速測知在節點與導線間的電容值改變， 進而確認觸動之位置。由於透明導線在面板上形成不同於表面電容的三維電場， 因此，觸動不須實際接觸仍可發生；換言之，投射電容式具有Z軸分辨能力的觸控應用技術。
電容式觸控螢幕比電阻式觸控螢幕的電路更加較複雜且是透光性可達95~99%，其結構原理有兩種，表面式電容應用在如ATM上的觸控螢幕，只可控制一點。另一種為投射式電容可支援多點訊息，且可小幅度偵測Z值變化。
每當手指接觸到螢幕，就會與外側導電層上的電場產生電容耦合，而吸去微小的電流，用手指所吸收的電極就可測量來自各個角落的電流，這個電流的變化就是接觸點的位置，接觸面板的物體需要能導電體，才能吸收電流，所以iPhone對觸控筆不會感應，必須使用會導電的手指皮膚部份。
工作原理
電容式觸控面板的應用需由觸控面板（Touch Panel）、控制器（TouchController）及軟體驅動程式（Utility）等3 部分，以下將針對觸控面板說明。
一般電容式觸控面板是在透明玻璃表面鍍上一層ITO或ATO及保護膜而與液晶銀幕間則需作防電子訊號干擾處理。人與觸控面板沒有接觸時，各種電極（Electrode）是同電位的，觸控面板沒有上沒有電流通過。當與觸控面板接觸時，人體內的靜電流入地面而產生微弱電流通過。檢測電極依電流值變化，可以算出接觸的位置。玻璃表面上ITO層有電阻係數，為了得到一樣電場所以在其週邊安裝電極，電流從四邊或者四個角輸入，四邊輸入法較四角輸入法容易計算。(兩者原理我還不很懂希望有高手能解釋一下)
表面式電容
利用表面的透明電極（ITO or ATO），跟人體接觸所生成的電流變化，經由四個角落的感應區感應位置，傳導類比訊號到控制器，最後由控制器計算並傳到電腦經由螢幕輸出。
投射式電容
基本上仍以電容式觸控面板概念， 增加兩組存在不同平面又相互垂直的透明導線（X、Y）與驅動線所構成， 由於X、Y架構在不同表面，其相交處形成一電容節點， 當電流經驅動線通過其中之一的導線時， 另一層導線及與偵測電容值變化的電子迴路相通。 操作時，控制器先後供電流予不同層之驅動線，因而使各節點與導線間形成一特定電場， 當手指或觸動媒介接近時，控制器迅速測知在節點與導線間的電容值改變， 進而確認觸動之位置。由於透明導線在面板上形成不同於表面電容的三維電場， 因此，觸動不須實際接觸仍可發生；換言之，投射電容式具有Z軸分辨能力的觸控應用技術。
2010年1月16日 星期六
觸碰螢幕--電阻式
電阻式
種類：四線、五線、八線式
電阻式觸控面板是由兩層具有導電性質的材料結合（ITO Indium Tin Oxide 或者是ATO Antimony Tin Oxide ）中間以絕緣Dots隔開，經由上下兩層互相接觸，產生類比壓降訊號，藉由線路輸出，再經過控制器轉換成數位訊號，最後由電腦計算出觸控的正確位置。
以電阻式的技術來說，四線式的規格約佔了50％以上的市場佔有率。其主要組成包括一片氧化銦錫導電玻璃ITO Glass，以及一片ITO Film 導電薄膜，一般而言，ITO Glass 與ITO Film 導電後均使用+5V 的電壓（亦有廠商使用不同於+5V 的電壓），在這兩層導電體的中間以隔球Spacer 將ITO Glass 與ITO Film 區隔開分開，其目的在避免無觸摸時造成短路而產生誤動作。但若以手指、筆或其他介質對面板觸壓，便可使上下層接觸造成短路，產生壓降測得類比信號之座標位置經由控制器轉換成數位信號，再將數位信號的座標值傳送至Host 端，便可得知觸壓點進而對主機進行存取的動作。
依照產品材質的不同，透光度最高可達81％，觸控靈敏度可維持在85g。表面即使受到刮傷，只要不損壞ITO Glass依然可以正常動作。
四線式:
四線式之主要工作原理為將上部及下部各視為負責X 軸及Y 軸座標的工作。在ITOGlass 與ITO Film 的四週邊緣各加裝兩條導電線路，同時於兩端各設定一固定電壓，使其成為一個均勻的電場。如以上層為X 軸，（X+, X-）送出（5. 0）V 的電壓。由於在上下部間Dot Spacer 為阻隔，使上下兩層絕緣。
種類：四線、五線、八線式
電阻式觸控面板是由兩層具有導電性質的材料結合（ITO Indium Tin Oxide 或者是ATO Antimony Tin Oxide ）中間以絕緣Dots隔開，經由上下兩層互相接觸，產生類比壓降訊號，藉由線路輸出，再經過控制器轉換成數位訊號，最後由電腦計算出觸控的正確位置。
以電阻式的技術來說，四線式的規格約佔了50％以上的市場佔有率。其主要組成包括一片氧化銦錫導電玻璃ITO Glass，以及一片ITO Film 導電薄膜，一般而言，ITO Glass 與ITO Film 導電後均使用+5V 的電壓（亦有廠商使用不同於+5V 的電壓），在這兩層導電體的中間以隔球Spacer 將ITO Glass 與ITO Film 區隔開分開，其目的在避免無觸摸時造成短路而產生誤動作。但若以手指、筆或其他介質對面板觸壓，便可使上下層接觸造成短路，產生壓降測得類比信號之座標位置經由控制器轉換成數位信號，再將數位信號的座標值傳送至Host 端，便可得知觸壓點進而對主機進行存取的動作。
依照產品材質的不同，透光度最高可達81％，觸控靈敏度可維持在85g。表面即使受到刮傷，只要不損壞ITO Glass依然可以正常動作。
四線式:
四線式之主要工作原理為將上部及下部各視為負責X 軸及Y 軸座標的工作。在ITOGlass 與ITO Film 的四週邊緣各加裝兩條導電線路，同時於兩端各設定一固定電壓，使其成為一個均勻的電場。如以上層為X 軸，（X+, X-）送出（5. 0）V 的電壓。由於在上下部間Dot Spacer 為阻隔，使上下兩層絕緣。
當按壓時，一軸(X軸,Y軸)先行傳輸另一軸導電，如此迅速交替將所測得的類比信號之座標位置經由控制器轉換成數位信號，再將數位信號的座標值傳送至Host 端，便可得知觸壓點。
五線式
其主要組成方式與四線式大致相同，將ITO Glass 與ITO Film 分成上下兩層導電層，導電後亦使用+5V 的電壓。中間亦以Spacer 將上下兩個導電層分開。其最大的不同在於四線式上下層分別控制X 軸與Y 軸各兩條導電線。但五線式則由下部導電層來控制X 軸與Y 軸的四條線。而上層則全權負責量測將X 軸與Y 軸所觸壓的電伏。所偵測到的電壓值傳送給控制器後取得座標，經轉換後將數位信號傳送至主機。由於上層為一個均勻的導電層的，任何一個點都可以負責傳輸電壓的工作，故較四線式的產品耐用度高，在稍惡劣的環境下亦能維持一貫的靈敏度與準確性。
五線式
其主要組成方式與四線式大致相同，將ITO Glass 與ITO Film 分成上下兩層導電層，導電後亦使用+5V 的電壓。中間亦以Spacer 將上下兩個導電層分開。其最大的不同在於四線式上下層分別控制X 軸與Y 軸各兩條導電線。但五線式則由下部導電層來控制X 軸與Y 軸的四條線。而上層則全權負責量測將X 軸與Y 軸所觸壓的電伏。所偵測到的電壓值傳送給控制器後取得座標，經轉換後將數位信號傳送至主機。由於上層為一個均勻的導電層的，任何一個點都可以負責傳輸電壓的工作，故較四線式的產品耐用度高，在稍惡劣的環境下亦能維持一貫的靈敏度與準確性。
八線式：
嚴格來說八線式產品其實是四線式產品的延伸，為了避免因受環境的影響或其他週邊設備導致電壓的的讀取值有所誤差，於是除上下導電層的4 條引線外各再增加一條參考線，共計8 條。其目的在於能讀取更實際的電壓值以提升操作的精準度。
嚴格來說八線式產品其實是四線式產品的延伸，為了避免因受環境的影響或其他週邊設備導致電壓的的讀取值有所誤差，於是除上下導電層的4 條引線外各再增加一條參考線，共計8 條。其目的在於能讀取更實際的電壓值以提升操作的精準度。
2010年1月11日 星期一
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