面向移動(dòng)支付的高可靠抗干擾電容式觸摸屏設(shè)計(jì)原理及經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要：本文闡述了在當(dāng)前移動(dòng)支付高速發(fā)展的情況下，作為標(biāo)準(zhǔn)輸入終端的電容式觸摸屏也是很容易被攻擊的安全隱患點(diǎn)之一，從而研發(fā)和應(yīng)用專用移動(dòng)支付的高可靠抗干擾電容式觸摸屏就成為了一件非常必要的事情。本文提出了一種高可靠抗干擾的電容屏設(shè)計(jì)原理和關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)應(yīng)用這種技術(shù)的高可靠抗干擾電容屏的經(jīng)濟(jì)性和可行性作了分析。

關(guān)鍵詞：電容式觸摸屏；高可靠；抗干擾；移動(dòng)支付；設(shè)計(jì)原理；經(jīng)濟(jì)性分析

中圖分類號(hào)：TN918.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《2014-2019年中國(guó)移動(dòng)支付行業(yè)細(xì)分深度調(diào)研與發(fā)展機(jī)遇分析報(bào)告》（中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)2014-5-19）指出：從全球移動(dòng)支付發(fā)展的情況來(lái)看，2014年全球移動(dòng)支付交易值將達(dá)到3250億美元，與2013年的交易價(jià)值相比，增長(zhǎng)達(dá)38%，而在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，全球移動(dòng)支付市場(chǎng)仍將維持在40%左右的復(fù)合增速持續(xù)快跑。這意味著，隨著新一代消費(fèi)者的消費(fèi)習(xí)慣發(fā)生改變，移動(dòng)支付將面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇。同時(shí)，與任何新事物發(fā)展壯大的哲學(xué)規(guī)律一樣，在移動(dòng)支付爆發(fā)增長(zhǎng)的過(guò)程中仍然會(huì)面臨多種挑戰(zhàn)，其中安全問(wèn)題是移動(dòng)支付所要面對(duì)的首要問(wèn)題。

1 移動(dòng)支付系統(tǒng)及應(yīng)用于其中的專用電容式觸控屏作用簡(jiǎn)介

移動(dòng)支付俗稱手機(jī)支付，是允許用戶使用其移動(dòng)終端（主要是手機(jī)或Pad）對(duì)所消費(fèi)的商品或服務(wù)進(jìn)行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。通常的操作方式是：用戶通過(guò)移動(dòng)終端機(jī)使用無(wú)線上網(wǎng)功能接入移動(dòng)支付系統(tǒng)，移動(dòng)支付系統(tǒng)將交易的要求傳送給綜合業(yè)務(wù)接入平臺(tái)（MSAP），MSAP確定此次交易金額，并通過(guò)移動(dòng)支付系統(tǒng)通知用戶，用戶確認(rèn)后，付費(fèi)通過(guò)直接接入網(wǎng)上銀行或電話銀行實(shí)現(xiàn)，完成移動(dòng)支付過(guò)程。

移動(dòng)支付系統(tǒng)面臨的環(huán)境非常復(fù)雜，它不僅同其他電子商務(wù)安全系統(tǒng)一樣存在外部惡意攻擊者，而且由于移動(dòng)支付系統(tǒng)的參與者之間經(jīng)常存在著利益沖突，因此不誠(chéng)實(shí)的參與方很可能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊。而且移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和終端環(huán)境也常常不穩(wěn)定，無(wú)線網(wǎng)速問(wèn)題、移動(dòng)終端機(jī)的安全可靠性問(wèn)題等，都會(huì)給移動(dòng)支付系統(tǒng)的安全性造成威脅。

實(shí)際上，為了實(shí)現(xiàn)安全的移動(dòng)支付，對(duì)移動(dòng)終端機(jī)的要求非常高，移動(dòng)終端機(jī)需要具有安全保密性好、運(yùn)算速度快、高穩(wěn)定可靠、大信息量顯示、輕薄便攜、抗摔、抗沖擊、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。從移動(dòng)終端機(jī)本身來(lái)看，負(fù)責(zé)輸入指令的電容式觸控顯示屏是最容易被攻擊的模塊之一。由于電容式觸摸屏的原理是利用觸摸屏電極發(fā)射出的靜電場(chǎng)線進(jìn)行感應(yīng)，因而傳感電容可以被惡意干擾者通過(guò)電磁干擾等手段篡改輸入指令。關(guān)于電容屏遭到惡意攻擊的問(wèn)題，高麗雯等在《電容屏在軍事需求與國(guó)內(nèi)外的研制狀況》（中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012）一文中也有比較詳細(xì)的描述，本文不再贅述。

由于電容式觸摸屏具有諸多性能上的優(yōu)勢(shì)，著名研究機(jī)構(gòu)《NPD Display Search》預(yù)計(jì)到2016年電容式觸屏手機(jī)滲透率將超過(guò)90%，而PAD則是100%采用電容式觸摸屏作為指令的輸入方式（銀行ATM機(jī)和操控臺(tái)也大量使用電容式觸摸屏）。因此，研發(fā)和應(yīng)用專用移動(dòng)支付的高可靠抗干擾電容式觸摸屏就成為了一件非常必要的事情。

可以用以下兩個(gè)示意圖來(lái)說(shuō)明高可靠抗干擾的專用電容屏觸控顯示模塊的作用和研制思想。

2 高可靠抗干擾的電容屏設(shè)計(jì)原理及關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于專用移動(dòng)支付的電容式觸摸屏來(lái)說(shuō)，要做到高可靠抗干擾的性能主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

2.1 高可靠抗干擾的驅(qū)動(dòng)芯片和專業(yè)IC應(yīng)用軟件

對(duì)于電容式觸摸屏，需在主控CPU之間加入觸摸屏驅(qū)動(dòng)芯片，這樣就可把一部分編解碼工作交給驅(qū)動(dòng)完成，這樣主控處理器就可以只在觸摸屏中斷請(qǐng)求時(shí)，來(lái)控制觸摸屏控制芯片工作，并接收或傳送數(shù)據(jù)給觸摸屏控制芯片，提高了整個(gè)系統(tǒng)硬件的工作效率。驅(qū)動(dòng)芯片在穩(wěn)定性和多功能上各家表現(xiàn)良莠不齊，在移動(dòng)支付中需要高穩(wěn)定性、高可靠性，且抗電磁干擾和安全性能尤為重要。驅(qū)動(dòng)芯片要根據(jù)需求靈活改進(jìn)算法，來(lái)滿足移動(dòng)支付的高穩(wěn)定、高可靠需求。開(kāi)發(fā)專業(yè)的IC應(yīng)用軟件：IC軟件開(kāi)發(fā)采用電容逐次逼近算法，它具有突出的抗干擾性能和低功耗，可以很容易實(shí)現(xiàn)小容量高精度的電容；電容之間的匹配特性相對(duì)較好，電容網(wǎng)路可以直接對(duì)模擬輸入電壓采樣，不需要再增建額外的采樣/保持電路，降低了設(shè)計(jì)難度。軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)答校正程序，可以采用CRC或奇偶等校驗(yàn)法。使電容觸摸芯片與客戶端直接進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以提高設(shè)備安全保密性。

2.2 抗沖擊振動(dòng)、耐寬溫的電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇與優(yōu)化

目前普通的手機(jī)和PAD在抗沖擊振動(dòng)等方面考慮的較少，大多采用普通鋼化玻璃（又稱強(qiáng)化玻璃），鋼化玻璃本身雖具有較高的抗壓強(qiáng)度，但是一般鋼化玻璃不僅易碎而且防玄光能力不足，另外在整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)抗沖擊振動(dòng)也考慮不多。目前有少部分手機(jī)在觸摸屏外表面邊框上設(shè)計(jì)了一個(gè)金屬包覆突起框，雖然只有大約0.3mm高度，但手機(jī)屏摔碎的概率就明顯下降。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗稱有機(jī)玻璃，有優(yōu)良的透光性，其透光率可達(dá)93%。但是單純的聚甲基丙烯酸甲酯質(zhì)脆、耐沖擊強(qiáng)度差。通過(guò)最新的納米級(jí)乳液聚合技術(shù)，在聚合初期向聚甲基丙烯酸甲酯的分子鏈中接枝具有增強(qiáng)沖擊性能的官能團(tuán)，可以合成一種新型的有機(jī)玻璃材料，該材質(zhì)在保持有機(jī)玻璃原有的透光率不變的前提下，還具備較高的彎曲模量和良好的韌性，具備良好的抗沖擊性能，今后是可以考慮的一個(gè)方向。另外，通過(guò)最新的鋼化玻璃表面鍍膜技術(shù)，能夠提高鋼化玻璃本身的強(qiáng)度，同時(shí)也可以使產(chǎn)品具有防玄光的能力。目前由于貼合觸摸屏的OCA膠的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度低，導(dǎo)致其熱力學(xué)性能不穩(wěn)定，膠黏劑層極易在高溫、低溫或者紫外線等外部環(huán)境的影響下失去粘結(jié)性，使觸摸屏無(wú)法在寬溫的條件下工作。需要研發(fā)和應(yīng)用一種新型的OCA膠，這種膠以偏苯三酐、環(huán)氧樹(shù)脂和甲基丙烯酸縮水甘油酯等為原料合成一種新型OCA膠，該膠具有高玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度和熱力學(xué)穩(wěn)定性、抗紫外線照射。使固化后的膠黏劑層化學(xué)性能更加穩(wěn)定，在高低溫和紫外線照射的條件下，膠黏劑層性能不會(huì)改變。

3 用于移動(dòng)支付的高可靠抗干擾電容屏的經(jīng)濟(jì)性、可行性分析

高麗雯等在《電容屏在軍事需求與國(guó)內(nèi)外的研制狀況》（中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012）中提出了電容屏在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用的幾個(gè)研究方案，包括：高透過(guò)率、寬溫應(yīng)用、抗沖擊、抗電磁干擾和設(shè)備加密方案等5個(gè)方面。從理論上來(lái)說(shuō)，這些方案應(yīng)用于移動(dòng)支付領(lǐng)域也能夠滿足移動(dòng)支付產(chǎn)品對(duì)于安全保密、高穩(wěn)定可靠、抗摔、抗沖擊等方面的要求，但是軍用觸摸屏與民用觸摸屏的設(shè)計(jì)理念還是有明顯的不同。軍用產(chǎn)品通常不考慮經(jīng)濟(jì)性、輕薄便攜性等民用產(chǎn)品的特點(diǎn)，上述軍用電容式觸摸屏的方案過(guò)于復(fù)雜、成本明顯增加很多，而本文提到的設(shè)計(jì)原理和關(guān)鍵技術(shù)則明顯簡(jiǎn)化了很多，只要相關(guān)技術(shù)獲得突破并批量應(yīng)用，單個(gè)產(chǎn)品并不會(huì)因此提高多少成本。目前民品市場(chǎng)上一塊品質(zhì)較好的4英寸膜結(jié)構(gòu)外掛式電容屏的銷價(jià)僅在25元人民幣左右，其中的驅(qū)動(dòng)芯片價(jià)格只有幾元。可以預(yù)計(jì)，在采用本文方案的新技術(shù)產(chǎn)品其生產(chǎn)工藝成熟后，由于其原材料成本并未上升，因而其單個(gè)觸摸屏（非觸控顯示模組）采購(gòu)價(jià)格增加的幅度不會(huì)超過(guò)20%，而觸摸屏（非觸控顯示模組）成本在智能手機(jī)總成本中的占比，低端機(jī)大概在5%左右，高端機(jī)甚至可以低于2%，因此，采用本文方案的專用移動(dòng)支付的高可靠抗干擾電容屏，對(duì)于手機(jī)或PAD的整體成本的提升最多也就在1%左右。如果一個(gè)產(chǎn)品的售價(jià)僅僅提高1%左右，而產(chǎn)品的安全保密、穩(wěn)定可靠性有明顯的提升，相信消費(fèi)者是比較容易接受的。因此，本文提出的方案，其經(jīng)濟(jì)性和可行性都較高，是易于實(shí)現(xiàn)的方案。

結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)支付給人們提供了巨大的便利，但在這個(gè)過(guò)程中也不可避免地要面對(duì)復(fù)雜的安全因素。為了實(shí)現(xiàn)安全移動(dòng)支付的目的，就必須考慮支付終端中普遍使用的電容式觸控模組的安全性問(wèn)題。本文提出的這種高可靠抗干擾的專用電容式觸控顯示模塊的研制思路，具有安全保密好、高穩(wěn)定可靠、輕薄便攜、抗摔、抗沖擊等特點(diǎn)，是專門(mén)針對(duì)移動(dòng)支付終端機(jī)定制的觸控顯示屏，其經(jīng)濟(jì)性和可行性都較高。

參考文獻(xiàn)

[1]劉文琦.移動(dòng)支付系統(tǒng)安全的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2008.

[2]高麗雯，等.電容屏在軍事需求與國(guó)內(nèi)外的研制狀況[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（02）：41-43.

[3] http：//www.chyxx.com/industry/ 201405/245636.html.2014年中國(guó)移動(dòng)支付產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析（中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，2014-5-19）[Z].

[4]袁琦.移動(dòng)支付要達(dá)到金融級(jí)的安全體系[J].金卡工程，2011（11）：1-2.

[5]呂明，呂延.觸摸屏的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)前景[J].機(jī)床電器，2012（03）：4-7.