在移動(dòng)游戲產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，手游外設(shè)已從 “可選配件” 升級(jí)為 “核心裝備”。其中，手機(jī)電容式防水肩鍵憑借無(wú)物理觸點(diǎn)、低延遲響應(yīng)、IP68 級(jí)防水等特性，成為專業(yè)手游玩家的首選。
技術(shù)演進(jìn)背景：從機(jī)械到電容的必然轉(zhuǎn)型
傳統(tǒng)的手機(jī)游戲物理肩鍵，存在以下三大主要痛點(diǎn)：
機(jī)械磨損（按鍵壽命約50萬(wàn)次）
防水缺陷（物理縫隙導(dǎo)致IP68認(rèn)證困難）
空間占用（單按鍵占用＞35mm3）
在手機(jī)游戲肩鍵的方案應(yīng)用上，電容式防水肩鍵與傳統(tǒng)物理肩鍵之間，主要區(qū)別如下：
技術(shù)維度 | 電容式防水肩鍵 | 傳統(tǒng)物理肩鍵 |
觸發(fā)原理 | 電容耦合，基于人體靜電場(chǎng)與感應(yīng)電極形成耦合電容，無(wú)物理接觸，通過(guò)檢測(cè)電容變化量判斷按鍵狀態(tài) | 機(jī)械觸點(diǎn)，通過(guò)物理按壓使觸點(diǎn)閉合導(dǎo)通電路 |
IP68級(jí)防水 | 依托“無(wú)活動(dòng)部件”的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，避免了按鍵開孔。通過(guò)多層密封、疏水性材料即可實(shí)現(xiàn) | 需借助“彈性密封圈+精密公差控制+納米涂層輔助”等技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)密封結(jié)構(gòu)平衡按壓需求與防水可靠性，實(shí)現(xiàn)難度大 |
響應(yīng)速度 | 100Hz，得益于電容檢測(cè)電路的高速處理和信號(hào)傳輸 | 40Hz–50Hz（彈簧復(fù)位延遲），機(jī)械結(jié)構(gòu)的彈簧復(fù)位過(guò)程存在一定延遲，影響響應(yīng)速度 |
磨損壽命 | 無(wú)物理接觸，不存在磨損問題 | 觸點(diǎn)磨損，約 50 萬(wàn)次，頻繁按壓導(dǎo)致觸點(diǎn)氧化、磨損，降低按鍵壽命 |
安裝方式 | 直接貼合在絕緣面板（如玻璃、塑料）下方，無(wú)需預(yù)留按壓空間? | 需通過(guò)螺絲、卡扣或焊接固定在設(shè)備外殼或電路板上。需預(yù)留按鍵下壓的物理空間，以保障觸發(fā)行程? |
電容式方案的核心優(yōu)勢(shì)在于非接觸式觸發(fā)，徹底解決了物理按鍵的磨損、進(jìn)灰、防水難題。通過(guò)算法優(yōu)化，其最小觸發(fā)距離已接近物理按鍵的鍵程體驗(yàn)。100Hz的響應(yīng)速度在《和平精英》《原神》等競(jìng)技游戲中可帶來(lái)明顯的操作優(yōu)勢(shì) 。
容式肩鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)：游戲肩鍵主要技術(shù)要求
電容式檢測(cè)，主要依賴的是檢測(cè)電容的變化，來(lái)判斷是否為按鍵觸摸。檢測(cè)電容的變化量，與實(shí)際按壓的接觸面積，以及檢測(cè)電極上的介電常數(shù)，有很大的相關(guān)性。
考慮到游戲場(chǎng)景下用戶的操作復(fù)雜性，每次按壓的實(shí)際接觸面積是不一致的，且可能存在邊緣觸摸的可能性（邊緣接觸面小，信號(hào)變化?。?，單一的閾值檢測(cè)的方案，無(wú)法覆蓋所有的接觸場(chǎng)景。另一方面，長(zhǎng)期使用，人手汗液會(huì)殘留在檢測(cè)電極表面，使電容變化量，較干燥場(chǎng)景下，變化更大，增加了誤觸發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，長(zhǎng)期使用，檢測(cè)電極表面溫度會(huì)上升，也會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大的干擾。
基于上述描述，電容式游戲按鍵，面臨的具體技術(shù)難點(diǎn)，可總結(jié)如下：
1. 極速響應(yīng)與全區(qū)域觸發(fā)
干手快速點(diǎn)擊：響應(yīng)時(shí)間需實(shí)現(xiàn)100Hz以上，確保連擊操作無(wú)感知滯后。 邊緣按壓：最低需要實(shí)現(xiàn)1/3鍵面的按壓識(shí)別（電極邊緣信號(hào)衰減導(dǎo)致靈敏度下降30%~50%）。
2. 復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定識(shí)別
帶水/汗操作：在 0.1~0.3ml 液體殘留（模擬洗手后未擦干狀態(tài)）下保持>95%識(shí)別率。 姿勢(shì)變化抗干擾：手指?jìng)?cè)滑/滾動(dòng)按壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接觸面積變化，信號(hào)特征不穩(wěn)定。
3. 精細(xì)化觸發(fā)控制
輕觸識(shí)別：手指輕搭在接觸面上可識(shí)別 緩慢按壓：速度≥0.2mm/s 可識(shí)別 長(zhǎng)按穩(wěn)定：持續(xù)10s+ 無(wú)斷觸 懸空防誤觸：感應(yīng)距離≤2mm（精度±0.3mm）
艾為游戲肩鍵算法方案：大禹防水算法
在容式游戲肩鍵的應(yīng)用場(chǎng)景上，艾為有一套自研的成熟算法方案——大禹防水算法。該算法方案，是為了應(yīng)對(duì)游戲場(chǎng)景下的各類問題，定制開發(fā)的一種專用方案。目前，已在手機(jī)游戲肩鍵上應(yīng)用，市場(chǎng)端反饋良好。方案的技術(shù)特點(diǎn)如下：
刷新速率可達(dá)到500HZ以上，滿足快速響應(yīng)的需求； 最多支持三檔靈敏度的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同群體對(duì)響應(yīng)速度的要求； 通過(guò)按壓信號(hào)的特征識(shí)別，實(shí)現(xiàn)高精度判別，提高了水、汗場(chǎng)景下識(shí)別的準(zhǔn)確率； 采用階梯式分段的閾值設(shè)定策略，適應(yīng)不同手勢(shì)下的按鍵觸發(fā)； 自適應(yīng)基線調(diào)整策略，保證長(zhǎng)時(shí)使用的穩(wěn)定性； 水量預(yù)測(cè)方案，根據(jù)信號(hào)特征，預(yù)測(cè)按鍵殘留的水量，采用特定的基線策略，應(yīng)對(duì)水量過(guò)多殘留的場(chǎng)景。
1. 算法模塊框架
該方案，算法在底層固件實(shí)現(xiàn)。上層可通過(guò)指令下發(fā)的方式，對(duì)初始電容狀態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)，以及對(duì)靈敏度的設(shè)置。底層固件，經(jīng)過(guò)一系列算法處理，輸出算法判定后的觸摸、非觸摸狀態(tài)，供上層處理。算法模塊框圖如下：
圖1 算法模塊框圖
2. 典型應(yīng)用場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)展示
干手點(diǎn)擊：
圖2 干手點(diǎn)擊
干手按壓變化按壓姿勢(shì)：
圖3 干手按壓變化按壓姿勢(shì)
帶水點(diǎn)擊：
圖4 帶水點(diǎn)擊
艾為游戲肩鍵方案實(shí)施：芯片選型
艾為游戲肩鍵應(yīng)用，算法集成在AW96205DNR系列芯片內(nèi)，該款芯片的主要特性如下：
圖5 AW96205DNR應(yīng)用框圖
芯片特性介紹
5通道高靈敏度 Cap Sensor
-電容分辨率：1aF
-補(bǔ)償電容：220 pF
-高性能自適應(yīng)溫補(bǔ)算法
-“大禹”防水防汗算法
-程序靈活，支持客制化
-10000次在線升級(jí)（OTA）
低功耗
-Active：22uA
-Doze：6.7uA
-Sleep：5.5uA
-Deep Sleep: 2.5uA
I2C ：400 kHz, 地址可擴(kuò)展
VCC：2.7~3.6V
內(nèi)存：16kB Flash，8kB RAM
溫度：-40°C~85°C
