面向移动支付的高可靠抗干扰电容式触摸屏设计原理及经济性分析

摘 要：本文阐述了在当前移动支付高速发展的情况下，作为标准输入终端的电容式触摸屏也是很容易被攻击的安全隐患点之一，从而研发和应用专用移动支付的高可靠抗干扰电容式触摸屏就成为了一件非常必要的事情。本文提出了一种高可靠抗干扰的电容屏设计原理和关键技术，并对应用这种技术的高可靠抗干扰电容屏的经济性和可行性作了分析。

关键词：电容式触摸屏；高可靠；抗干扰；移动支付；设计原理；经济性分析

中图分类号：TN918.8 文献标识码：A

《2014-2019年中国移动支付行业细分深度调研与发展机遇分析报告》（中国产业信息网2014-5-19）指出：从全球移动支付发展的情况来看，2014年全球移动支付交易值将达到3250亿美元，与2013年的交易价值相比，增长达38%，而在可预见的未来，全球移动支付市场仍将维持在40%左右的复合增速持续快跑。这意味着，随着新一代消费者的消费习惯发生改变，移动支付将面临前所未有的发展机遇。同时，与任何新事物发展壮大的哲学规律一样，在移动支付爆发增长的过程中仍然会面临多种挑战，其中安全问题是移动支付所要面对的首要问题。

1 移动支付系统及应用于其中的专用电容式触控屏作用简介

移动支付俗称手机支付，是允许用户使用其移动终端（主要是手机或Pad）对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。通常的操作方式是：用户通过移动终端机使用无线上网功能接入移动支付系统，移动支付系统将交易的要求传送给综合业务接入平台（MSAP），MSAP确定此次交易金额，并通过移动支付系统通知用户，用户确认后，付费通过直接接入网上银行或电话银行实现，完成移动支付过程。

移动支付系统面临的环境非常复杂，它不仅同其他电子商务安全系统一样存在外部恶意攻击者，而且由于移动支付系统的参與者之间经常存在着利益冲突，因此不诚实的参与方很可能对系统进行恶意攻击。而且移动网络和终端环境也常常不稳定，无线网速问题、移动终端机的安全可靠性问题等，都会给移动支付系统的安全性造成威胁。

实际上，为了实现安全的移动支付，对移动终端机的要求非常高，移动终端机需要具有安全保密性好、运算速度快、高稳定可靠、大信息量显示、轻薄便携、抗摔、抗冲击、长寿命等特点。从移动终端机本身来看，负责输入指令的电容式触控显示屏是最容易被攻击的模块之一。由于电容式触摸屏的原理是利用触摸屏电极发射出的静电场线进行感应，因而传感电容可以被恶意干扰者通过电磁干扰等手段篡改输入指令。关于电容屏遭到恶意攻击的问题，高丽雯等在《电容屏在军事需求与国内外的研制状况》（中国高新技术企业，2012）一文中也有比较详细的描述，本文不再赘述。

由于电容式触摸屏具有诸多性能上的优势，著名研究机构《NPD Display Search》预计到2016年电容式触屏手机渗透率将超过90%，而PAD则是100%采用电容式触摸屏作为指令的输入方式（银行ATM机和操控台也大量使用电容式触摸屏）。因此，研发和应用专用移动支付的高可靠抗干扰电容式触摸屏就成为了一件非常必要的事情。

可以用以下两个示意图来说明高可靠抗干扰的专用电容屏触控显示模块的作用和研制思想。

2 高可靠抗干扰的电容屏设计原理及关键技术

对于专用移动支付的电容式触摸屏来说，要做到高可靠抗干扰的性能主要包括以下几个方面的内容：

2.1 高可靠抗干扰的驱动芯片和专业IC应用软件

对于电容式触摸屏，需在主控CPU之间加入触摸屏驱动芯片，这样就可把一部分编解码工作交给驱动完成，这样主控处理器就可以只在触摸屏中断请求时，来控制触摸屏控制芯片工作，并接收或传送数据给触摸屏控制芯片，提高了整个系统硬件的工作效率。驱动芯片在稳定性和多功能上各家表现良莠不齐，在移动支付中需要高稳定性、高可靠性，且抗电磁干扰和安全性能尤为重要。驱动芯片要根据需求灵活改进算法，来满足移动支付的高稳定、高可靠需求。开发专业的IC应用软件：IC软件开发采用电容逐次逼近算法，它具有突出的抗干扰性能和低功耗，可以很容易实现小容量高精度的电容；电容之间的匹配特性相对较好，电容网路可以直接对模拟输入电压采样，不需要再增建额外的采样/保持电路，降低了设计难度。软件开发应答校正程序，可以采用CRC或奇偶等校验法。使电容触摸芯片与客户端直接进行数据校验，以提高设备安全保密性。

2.2 抗冲击振动、耐宽温的电容式触摸屏结构设计、材料选择与优化

目前普通的手机和PAD在抗冲击振动等方面考虑的较少，大多采用普通钢化玻璃（又称强化玻璃），钢化玻璃本身虽具有较高的抗压强度，但是一般钢化玻璃不仅易碎而且防玄光能力不足，另外在整机结构设计上对抗冲击振动也考虑不多。目前有少部分手机在触摸屏外表面边框上设计了一个金属包覆突起框，虽然只有大约0.3mm高度，但手机屏摔碎的概率就明显下降。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，有优良的透光性，其透光率可达93%。但是单纯的聚甲基丙烯酸甲酯质脆、耐冲击强度差。通过最新的纳米级乳液聚合技术，在聚合初期向聚甲基丙烯酸甲酯的分子链中接枝具有增强冲击性能的官能团，可以合成一种新型的有机玻璃材料，该材质在保持有机玻璃原有的透光率不变的前提下，还具备较高的弯曲模量和良好的韧性，具备良好的抗冲击性能，今后是可以考虑的一个方向。另外，通过最新的钢化玻璃表面镀膜技术，能够提高钢化玻璃本身的强度，同时也可以使产品具有防玄光的能力。目前由于贴合触摸屏的OCA胶的玻璃态转化温度低，导致其热力学性能不稳定，胶黏剂层极易在高温、低温或者紫外线等外部环境的影响下失去粘结性，使触摸屏无法在宽温的条件下工作。需要研发和应用一种新型的OCA胶，这种胶以偏苯三酐、环氧树脂和甲基丙烯酸缩水甘油酯等为原料合成一种新型OCA胶，该胶具有高玻璃态转化温度和热力学稳定性、抗紫外线照射。使固化后的胶黏剂层化学性能更加稳定，在高低温和紫外线照射的条件下，胶黏剂层性能不会改变。

3 用于移动支付的高可靠抗干扰电容屏的经济性、可行性分析

高麗雯等在《电容屏在军事需求与国内外的研制状况》（中国高新技术企业，2012）中提出了电容屏在军事领域中应用的几个研究方案，包括：高透过率、宽温应用、抗冲击、抗电磁干扰和设备加密方案等5个方面。从理论上来说，这些方案应用于移动支付领域也能够满足移动支付产品对于安全保密、高稳定可靠、抗摔、抗冲击等方面的要求，但是军用触摸屏与民用触摸屏的设计理念还是有明显的不同。军用产品通常不考虑经济性、轻薄便携性等民用产品的特点，上述军用电容式触摸屏的方案过于复杂、成本明显增加很多，而本文提到的设计原理和关键技术则明显简化了很多，只要相关技术获得突破并批量应用，单个产品并不会因此提高多少成本。目前民品市场上一块品质较好的4英寸膜结构外挂式电容屏的销价仅在25元人民币左右，其中的驱动芯片价格只有几元。可以预计，在采用本文方案的新技术产品其生产工艺成熟后，由于其原材料成本并未上升，因而其单个触摸屏（非触控显示模组）采购价格增加的幅度不会超过20%，而触摸屏（非触控显示模组）成本在智能手机总成本中的占比，低端机大概在5%左右，高端机甚至可以低于2%，因此，采用本文方案的专用移动支付的高可靠抗干扰电容屏，对于手机或PAD的整体成本的提升最多也就在1%左右。如果一个产品的售价仅仅提高1%左右，而产品的安全保密、稳定可靠性有明显的提升，相信消费者是比较容易接受的。因此，本文提出的方案，其经济性和可行性都较高，是易于实现的方案。

结语

移动支付给人们提供了巨大的便利，但在这个过程中也不可避免地要面对复杂的安全因素。为了实现安全移动支付的目的，就必须考虑支付终端中普遍使用的电容式触控模组的安全性问题。本文提出的这种高可靠抗干扰的专用电容式触控显示模块的研制思路，具有安全保密好、高稳定可靠、轻薄便携、抗摔、抗冲击等特点，是专门针对移动支付终端机定制的触控显示屏，其经济性和可行性都较高。

参考文献

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[2]高丽雯，等.电容屏在军事需求与国内外的研制状况[J].中国高新技术企业，2012（02）：41-43.

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