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電容式觸摸屏的設(shè)計

作者: 時間:2012-06-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

響應(yīng)時間:響應(yīng)時間定義為,上手指觸碰事件與控制器產(chǎn)生中斷信號之間的時間。測量方法是以電子觸動仿真手指的環(huán)境,或在面板上移動一只模擬手指。響應(yīng)時間尤其重要,因為它直接影響用戶在屏幕上移動手指的速度;進(jìn)行平移或輕彈的操作;用手指或筆在屏幕上書寫。響應(yīng)時間緩慢的觸控面板,會有短暫停頓和偵測不到移動動作的情況。觸摸屏的響應(yīng)時間是系統(tǒng)響應(yīng)時間的一部分,其中包括:

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/160492.htm

  X/Y軸向掃描:觸控控制器掃描與測量傳感器上變化所耗費(fèi)的時間。

  手指偵測:比較面板變化與預(yù)先定義的手指默認(rèn)值。若變化幅度超越手指默認(rèn)值,就會偵測到手指的觸碰。

  手指位置:根據(jù)多個傳感器得到的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行推算,判斷手指的實(shí)際位置。

  手指追蹤:當(dāng)傳感器上置有多只手指,每只手指必須正確辨識,并指派一個獨(dú)特的辨識符號。

  中斷延遲:是指主控端上岔斷指示和服務(wù)之間的延遲,在大多數(shù)的系統(tǒng)中,這種延遲不會超過100微秒。

  通信:一般系統(tǒng)在400kHz時使用I2C,或在1MHZ時使用SPI來與主控端進(jìn)行通信。

  市面上有許多工具能用來縮短響應(yīng)時間,關(guān)鍵在于觸控芯片的智能,比如較有創(chuàng)意的方法僅需掃描部分屏幕,即可偵測到手指位置,當(dāng)偵測到手指后,就能快速掃描,計算出手指實(shí)際的定位,藉此節(jié)省耗電與時間。另一個重要工具是并行處理,使用不同的硬件組件進(jìn)行掃描、手指處理及通信,使這些工作同步進(jìn)行。采用高度優(yōu)化的算法進(jìn)行手指偵測、手指定位及手指識別碼(ID),能夠縮短處理與響應(yīng)時間。

  畫面更新率:當(dāng)手指出現(xiàn)在觸摸屏上時,一個數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)觸摸屏數(shù)據(jù)的兩個相鄰幀之間的時間。低畫面更新率會導(dǎo)致系統(tǒng)偵測動作有停頓現(xiàn)象,偵測到的移動路線也會變成不連續(xù)的線段,而不是流暢的曲線。換言之,若觸控面板擁有高畫面更新率,就能提供更多的數(shù)據(jù)點(diǎn),可轉(zhuǎn)譯成流暢或完整的形狀或動作軌跡,此外,高畫面更新率還能改進(jìn)手勢的解譯功能。諸如TrueTouch這類智能觸摸屏控制器能夠調(diào)整其畫面更新率來配合系統(tǒng)需求。手繪或手寫應(yīng)用需要相當(dāng)高的畫面更新率,但手機(jī)撥號鍵盤僅需在使用者按下或放開按鈕時,截斷主控端即可。

  平均功耗:是指觸控系統(tǒng)的平均功耗,包括控制器IC工作時的時間掃描、處理、通信、休眠等,以及主處理器接收與解譯觸控數(shù)據(jù)的時間。

  功耗是很常見的性能參數(shù):測量裝置消耗的電流乘以電壓,就能推算出功耗。在觸控面板的功耗方面,需要更精密的計算公式,因為不同使用模式會產(chǎn)生不同功耗。手機(jī)的待機(jī)時間取決于觸摸屏的待機(jī)或休眠模式消耗的電流。

  觸摸屏在工作時,還分成許多種模式,例如觸碰喚醒(WOT)、面頰偵測(Cheek Detect),比如接聽一通5分鐘來電,正在檢視或輸入電話號碼時,手機(jī)可能切換至觸控模式達(dá)10秒,之后再切換至提醒通話時的WOT或面頰偵測模式。即使在傳送文字信息(SMS)時,仍是混合WOT模式與實(shí)際手指接觸,在按鍵輸入或思考時,控制器IC會在各種睡眠模式之間進(jìn)行切換。

  若不考慮這些功耗模式,就會很容易被系統(tǒng)耗電量所誤導(dǎo),在大多數(shù)的情況中,觸摸屏90~99%的時間都是切換至面頰偵測模式及觸碰喚醒模式。有些系統(tǒng)允許使用者自行設(shè)定處理時間與休眠模式的比例,甚至手指仍置于面板的時候。若系統(tǒng)僅偵測到手指置于相同位置,就不需要200MHz的畫面更新率。想要開發(fā)一個高性能觸摸屏,必須運(yùn)用休眠模式的低功耗系統(tǒng),并搭配創(chuàng)新的休眠與喚醒模式來工作。

  系統(tǒng)研發(fā)人員在一個式觸摸屏系統(tǒng)時,還要考慮許多其它重要因素:

  手指電容:是指手指與單一傳感器組件之間測量到的電容。測量手指電容時,是使用一只真實(shí)手指,而不是金屬的機(jī)械手指,以確保測得符合實(shí)際狀況的數(shù)據(jù)。影響回授電容(CF)的因素包括覆蓋上層的鏡片厚度及覆蓋外層材料的介電常數(shù)。

  系統(tǒng)本底噪聲:系統(tǒng)本底噪聲是指電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出端所測量到的噪聲,是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸入(電容)值。

  信噪比:信噪比(SNR)是傳感器測得的手指信號與測量噪聲之比。這是個重要參數(shù),人員必須深入了解它,才能開發(fā)出高效率的觸控面板。系統(tǒng)必須能調(diào)節(jié)、適應(yīng)并濾除移動系統(tǒng)中的寄生噪聲。為獲得高信號數(shù)以及極少的噪聲數(shù),可考慮針對觸控功能采用精確的模擬前端組件。

  諸如TrueTouch系列可編程解決方案這類產(chǎn)品,可在濾除噪聲方面提供許多絕佳的機(jī)制。PSoC可編程模擬組件能重新組態(tài),以整合持續(xù)一段時間的信號,藉此濾除噪聲。不同的信號頻率,包括擴(kuò)頻與虛擬隨機(jī)頻率,亦可用來避免電磁干擾。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字濾波器能移除1~2位的信號抖動或提供類似IIR的低通濾波器。智能數(shù)字濾波器能比對附近區(qū)域偵測到的樣本,濾除不正常的樣本,智能濾波器僅受限于系統(tǒng)人員的創(chuàng)意。圖3顯示一個組件的噪聲水平范例,及偵測到的觸控行為。在這個例子中,擷取到的SNR為5。

  

  圖3 信噪比(SNR)范例。

  了解與掌握重要的觸摸屏效能參數(shù),就能大幅改進(jìn)觸摸屏設(shè)計。了解這些標(biāo)準(zhǔn),也有助于選擇理想的設(shè)計伙伴,這些業(yè)者擁有適合的技術(shù),能妥善應(yīng)對移動消費(fèi)產(chǎn)品的噪聲與電氣問題。

  觸摸屏吸引人的優(yōu)點(diǎn),就在于其外表看似簡單的設(shè)計。在取代笨重的按鈕、軌跡球或傳統(tǒng)屏幕后,觸摸屏帶來一種全新的操作模式,創(chuàng)造出令人喜愛的使用體驗。觸摸屏設(shè)計的難點(diǎn)在于,想要提供美觀簡潔的設(shè)計,必須采用精密復(fù)雜的硬件、固件體以及制造技術(shù)。掌握觸摸屏的設(shè)計要點(diǎn)、關(guān)鍵性能參數(shù),以及觸摸屏設(shè)計的權(quán)衡考慮要素,是開發(fā)出一流觸摸屏產(chǎn)品的第一步。

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