如何測(cè)量電容式觸摸屏的實(shí)際信噪比

　　觸摸屏控制器制造商經(jīng)常拿各種規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)使自己的產(chǎn)品與眾不同。其中最常提到的就是信噪比(SNR)。然而，當(dāng)噪聲存在時(shí)，即使數(shù)字上看起來(lái)不錯(cuò)，也并不意味著SNR就是一個(gè)很好的系統(tǒng)性能指標(biāo)。這篇文章將討論什么是信噪比，它是如何計(jì)算的，它對(duì)系統(tǒng)性能意味著什么，是否能很好的度量觸摸性能。

　　什么是信噪比?

　　信噪比是觸摸屏控制器的性能指標(biāo)，現(xiàn)在已經(jīng)作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被大家接受。信噪比的問(wèn)題是沒(méi)有任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量、計(jì)算、報(bào)告方法，尤其是在某些典型系統(tǒng)中，噪聲具有高可變性的情況下，例如移動(dòng)電話(huà)。這兩個(gè)部分(信號(hào)和噪聲)的測(cè)量和計(jì)算很大程度上依賴(lài)于被測(cè)裝置(DUT)，有代表性的是移動(dòng)電話(huà)。值得注意的是，雖然信噪比作為性能衡量已被廣泛接受，行業(yè)專(zhuān)家明白，大多數(shù)市場(chǎng)宣揚(yáng)的高信噪比放到實(shí)際應(yīng)用中并不能保證。此外，在噪聲環(huán)境下，提供高信噪比也不能完全符合其功能規(guī)范。

　　在電容式觸摸屏中，信噪比中信號(hào)就是加上測(cè)量到的手指電容后的實(shí)際電容的變化量。手指電容取決于傳感器覆蓋物厚度、手指大小，DUT到地的寄生電容，以及傳感器模式(參見(jiàn)圖1以觸摸屏為例)。噪聲成分依賴(lài)于內(nèi)部控制器噪聲和外部噪聲源，本文將會(huì)就這些方面進(jìn)行討論。

　　圖1 –觸摸屏結(jié)構(gòu)(有觸摸)

　　投射式電容觸摸屏觸摸技術(shù)已應(yīng)用在很多新型智能手機(jī)中，觸摸傳感器使用時(shí)都會(huì)遇到噪聲。噪聲從顯示器(可能是LCD或AMOLED)耦合到觸摸傳感器，距離越近噪聲越大。不像模擬顯示那樣同步，這類(lèi)LCD噪聲通常是尖峰噪聲。USB充電器噪聲通常也是也尖峰噪聲。它也是最容易變化的，因?yàn)樵诿總€(gè)設(shè)備中AC / DC變壓器的結(jié)構(gòu)和組件是不同的。

　　第三方低成本的充電器特別容易出現(xiàn)這種噪聲尖峰。因此，當(dāng)觸摸控制器沒(méi)有像cypress Charger Armor那樣的噪聲抑制技術(shù)時(shí)，USB充電器是OEM廠(chǎng)商最頭疼的事情。當(dāng)所有這些外部噪聲存在時(shí)，我們期望觸摸控制器不會(huì)錯(cuò)誤報(bào)告手指觸摸或手指位置。他們并不能歸類(lèi)于普通，或高斯，或分布式噪聲。這就給工程師和營(yíng)銷(xiāo)人員帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，要區(qū)分出沒(méi)有噪聲時(shí)ADC的信噪比。

　　在眾多的測(cè)量條件下，信噪比一直能夠作為度量標(biāo)準(zhǔn)不能不說(shuō)是一個(gè)奇跡。此外，信噪比不能預(yù)測(cè)最重要和量化的觸摸屏噪聲相關(guān)參數(shù):抖動(dòng)(也稱(chēng)為無(wú)噪聲分辨率)和錯(cuò)誤觸摸報(bào)告。幸運(yùn)的是，有一個(gè)信噪比測(cè)量技術(shù)能預(yù)測(cè)非高斯噪聲存在時(shí)的抖動(dòng)。

　　噪聲如何影響觸摸屏系統(tǒng)

　　不好的信噪比會(huì)影響系統(tǒng)的魯棒性，造成假觸摸和位置跳動(dòng)。手指靠近觸摸屏?xí)r會(huì)干擾相交的兩個(gè)透明電極的邊緣電場(chǎng)。這種電容稱(chēng)為互電容。這就改變了傳感器的電容。交叉點(diǎn)發(fā)生在發(fā)射和接收電極直角交叉處。在手機(jī)觸摸屏上有好幾百個(gè)這樣的交叉點(diǎn)。觸摸屏控制器測(cè)量所有交叉點(diǎn)電容的變化，并把測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成量化的原始數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)量每個(gè)交叉點(diǎn)，而不是整個(gè)電極，控制器就能夠創(chuàng)建一個(gè)二維的觸摸屏傳感器電容圖表。

　　如果在手指附近交叉點(diǎn)發(fā)生一個(gè)大的噪聲尖峰，那么在位置計(jì)算算法就會(huì)添加一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志。然后該算法轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)到坐標(biāo);根據(jù)噪聲峰值大小，手指位置報(bào)告的坐標(biāo)可能是抖動(dòng)，當(dāng)手指靜止，可能在兩坐標(biāo)間交替。當(dāng)智能手機(jī)使用觸摸屏接口，插到USB充電器時(shí)，某些無(wú)意識(shí)的輸入或選擇可能會(huì)出現(xiàn)這些情況。

　　某些小抖動(dòng)可能影響并不是很顯著，但會(huì)給用戶(hù)接口帶來(lái)很多問(wèn)題。當(dāng)手指坐標(biāo)變化時(shí)，假如變化不明顯，手勢(shì)解碼算法可能誤解點(diǎn)擊或平移手勢(shì)，但這也能導(dǎo)致憤怒的小鳥(niǎo)不發(fā)火。更糟的是，在極端的情況下，充電器噪聲可能導(dǎo)致當(dāng)只有一個(gè)手指觸摸傳感器時(shí)，觸摸屏控制器報(bào)告多個(gè)手指。這就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，稱(chēng)為鬼點(diǎn)。鬼點(diǎn)的后果是手機(jī)應(yīng)用程序無(wú)法使用，那些只設(shè)計(jì)了單指觸摸或手勢(shì)的可能解碼算法無(wú)法正常工作。應(yīng)用廣泛的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不斷改進(jìn)的模擬電路設(shè)計(jì)和先進(jìn)的信號(hào)處理算法催生了當(dāng)代觸摸控制器，例如第四代TrueTouch(TMA440)控制器，可以抑制充電器噪聲。