摘 要：本文闡述了在當(dāng)前移動支付高速發(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之一，從而研發(fā)和應(yīng)用專用移動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)計原理和關(guān)鍵技術(shù)，并對應(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；移動支付；設(shè)計原理；經(jīng)濟(jì)性分析

中圖分類號：TN918.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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

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

移動支付俗稱手機(jī)支付，是允許用戶使用其移動終端（主要是手機(jī)或Pad）對所消費的商品或服務(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：用戶通過移動終端機(jī)使用無線上網(wǎng)功能接入移動支付系統(tǒng)，移動支付系統(tǒng)將交易的要求傳送給綜合業(yè)務(wù)接入平臺（MSAP），MSAP確定此次交易金額，并通過移動支付系統(tǒng)通知用戶，用戶確認(rèn)后，付費通過直接接入網(wǎng)上銀行或電話銀行實現(xiàn)，完成移動支付過程。

移動支付系統(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，因此不誠實的參與方很可能對系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊。而且移動網(wǎng)絡(luò)和終端環(huán)境也常常不穩(wěn)定，無線網(wǎng)速問題、移動終端機(jī)的安全可靠性問題等，都會給移動支付系統(tǒng)的安全性造成威脅。

實際上，為了實現(xiàn)安全的移動支付，對移動終端機(jī)的要求非常高，移動終端機(jī)需要具有安全保密性好、運算速度快、高穩(wěn)定可靠、大信息量顯示、輕薄便攜、抗摔、抗沖擊、長壽命等特點。從移動終端機(jī)本身來看，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)射出的靜電場線進(jìn)行感應(yīng)，因而傳感電容可以被惡意干擾者通過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題，高麗雯等在《電容屏在軍事需求與國內(nèi)外的研制狀況》（中國高新技術(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，著名研究機(jī)構(gòu)《NPD Display Search》預(yù)計到2016年電容式觸屏手機(jī)滲透率將超過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)和操控臺也大量使用電容式觸摸屏）。因此，研發(fā)和應(yīng)用專用移動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。

可以用以下兩個示意圖來說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)計原理及關(guān)鍵技術(shù)

對于專用移動支付的電容式觸摸屏來說，要做到高可靠抗干擾的性能主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：

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

對于電容式觸摸屏，需在主控CPU之間加入觸摸屏驅(qū)動芯片，這樣就可把一部分編解碼工作交給驅(qū)動完成，這樣主控處理器就可以只在觸摸屏中斷請求時，來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，提高了整個系統(tǒng)硬件的工作效率。驅(qū)動芯片在穩(wěn)定性和多功能上各家表現(xiàn)良莠不齊，在移動支付中需要高穩(wěn)定性、高可靠性，且抗電磁干擾和安全性能尤為重要。驅(qū)動芯片要根據(jù)需求靈活改進(jìn)算法，來滿足移動支付的高穩(wěn)定、高可靠需求。開發(fā)專業(yè)的IC應(yīng)用軟件：IC軟件開發(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，可以很容易實現(xiàn)小容量高精度的電容；電容之間的匹配特性相對較好，電容網(wǎng)路可以直接對模擬輸入電壓采樣，不需要再增建額外的采樣/保持電路，降低了設(shè)計難度。軟件開發(fā)應(yīng)答校正程序，可以采用CRC或奇偶等校驗法。使電容觸摸芯片與客戶端直接進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗，以提高設(shè)備安全保密性。

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

目前普通的手機(jī)和PAD在抗沖擊振動等方面考慮的較少，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)計上對抗沖擊振動也考慮不多。目前有少部分手機(jī)在觸摸屏外表面邊框上設(shè)計了一個金屬包覆突起框，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。通過最新的納米級乳液聚合技術(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方向。另外，通過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，膠黏劑層性能不會改變。

3 用于移動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內(nèi)外的研制狀況》（中國高新技術(shù)企業(yè)，2012）中提出了電容屏在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用的幾個研究方案，包括：高透過率、寬溫應(yīng)用、抗沖擊、抗電磁干擾和設(shè)備加密方案等5個方面。從理論上來說，這些方案應(yīng)用于移動支付領(lǐng)域也能夠滿足移動支付產(chǎn)品對于安全保密、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，上述軍用電容式觸摸屏的方案過于復(fù)雜、成本明顯增加很多，而本文提到的設(shè)計原理和關(guān)鍵技術(shù)則明顯簡化了很多，只要相關(guān)技術(shù)獲得突破并批量應(yīng)用，單個產(chǎn)品并不會因此提高多少成本。目前民品市場上一塊品質(zhì)較好的4英寸膜結(jié)構(gòu)外掛式電容屏的銷價僅在25元人民幣左右，其中的驅(qū)動芯片價格只有幾元?？梢灶A(yù)計，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，因而其單個觸摸屏（非觸控顯示模組）采購價格增加的幅度不會超過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支付的高可靠抗干擾電容屏，對于手機(jī)或PAD的整體成本的提升最多也就在1%左右。如果一個產(chǎn)品的售價僅僅提高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，是易于實現(xiàn)的方案。

結(jié)語

移動支付給人們提供了巨大的便利，但在這個過程中也不可避免地要面對復(fù)雜的安全因素。為了實現(xiàn)安全移動支付的目的，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，是專門針對移動支付終端機(jī)定制的觸控顯示屏，其經(jīng)濟(jì)性和可行性都較高。

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