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分析:如何开发高性能电容式触摸屏

日期:2018-06-27 人气:38

分析:如何开发高性能电容式触摸屏



[评论]:电阻式触摸屏最显着的缺点之一是精确度低,准确性会随着时间的推移逐渐减小。电容式触摸屏的精确度创造了许多新的应用,例如虚拟键盘和手写笔识别而没有手写笔。

    北京时间7月11日消息,中国触摸屏网络消息,最深刻的技术变化是触摸屏的性能从电阻式转变为电容式触摸屏技术。据市场研究机构iSuppli预测,到2011年,将近25%的触摸屏手机将被电阻式转移到电容式触摸屏。电容式触摸屏技术带来的各种好处将促进市场的快速增长。



当传统的电阻式触控面板感应到手指或触控笔时,顶层柔性透明材料被压下以接触下面的导电材料层;并且投射电容屏幕没有可移动部件。事实上,投射电容式感应硬件包括顶层玻璃,其次是X和Y轴组件,以及覆盖玻璃基板的铟锡氧化物(ITO)绝缘层。一些传感器供应商将制造具有X轴和Y轴传感器的单层传感器当手指或其他导电物体接近屏幕时,单层ITO中的小桥组件会在传感器和手指之间产生电容。该电容相对于系统相对较小,但可以使用各种技术来测量。


其中一种技术是使用TrueTouch组件,包括快速改变电容和使用泄放电阻来测量放电时间。这种全玻璃触摸表面为用户提供了平滑流畅的触摸。最终产品制造商也更喜欢玻璃屏幕,因为玻璃材料将为最终产品带来美观的工业设计,并为测量触摸提供卓越的电容信号。最后,不仅要考虑触摸面板的外观,还要了解其操作模式。为了设计具有卓越性能的触摸屏产品,必须注意以下参数。


准确度:根据手指的实际位置与测量位置之间的直线距离,精度可以定义为预定义的触摸屏区域中的最大定位误差。测量精度时,使用模拟或机械手指。将手指放置在面板上的确切位置,并将手指的实际位置与测量位置进行比较。准确性非常重要,用户希望系统准确找到你的手指位置。 电阻式触摸屏最令人尴尬的缺点之一是它们的准确度低,并且其准确度随着时间逐渐减少。 电容式触摸屏的精确度创造了许多新的应用,例如虚拟键盘和手写笔识别而没有手写笔。 图1显示了一个不完整的触摸面板数据,其中显示手指位置存在漫游现象,并且实际上模拟手指正在直线移动。

手指间距:手指间距定义为触摸屏控制器测量两个手指位置时屏幕上两个手指中心点之间的最短距离。手指间距测量方法(图2)是在面板上放置两个模拟或机械手指,然后逐渐拉开两个手指之间的距离,直到系统将两个手指检测为一个手指。一些触摸屏厂商的边缘到边缘的距离是手指边缘距离,有些是中心点之间的距离。 10mm机械手指的10mm手指间距表示有多个手指触摸屏幕或手指之间的距离为10mm。实际情况取决于触摸控制器的规格。没有良好的手指间距,不能设计多点触控解决方案。对于人造键盘,手指之间的间距尤其重要,因为使用模拟键盘时手指在屏幕上的间距一般较短。



图2测量手指间距。


响应时间:响应时间定义为触摸屏上的手指触摸事件与触摸屏控制器产生的中断信号之间的时间。测量方法是通过电子触摸来触摸手指触摸屏的环境,或者在面板上移动模拟手指。响应时间尤其重要,因为它直接影响用户在屏幕上移动手指的速度;平移或轻弹;用手指或笔在屏幕上书写。响应时间较慢的触摸面板会暂停一段时间,并且无法检测到移动。触摸屏响应时间是系统响应时间的一部分,其中包括:


·X / Y轴向扫描:触摸控制器扫描并测量传感器上电容变化的时间。

手指检测:将面板电容变化与预定义的手指默认值进行比较。如果改变超过手指的默认值,则检测手指的触摸。

·手指位置:根据多个传感器获得的结果数据,确定手指的实际位置。

手指追踪:当传感器上有多个手指时,每个手指必须正确识别,并指定一个唯一的识别符号。

中断延迟:这是指主站和服务之间的延迟。在大多数系统中,这个延迟不超过100微秒。

通信:通用系统使用400 kHz的I2C,或使用SPI与主机以1 MHz进行通信。


市场上有许多工具可用于缩短响应时间关键在于触控芯片的智能。例如,更具创造性的方法只需要扫描屏幕的一部分来检测手指的位置。当检测到手指时,它可以快速扫描并计算手指的实际位置。这节省了电力和时间。另一个重要的工具是并行处理,它使用不同的硬件组件进行扫描,手指处理和通信以同步这些任务。使用高度优化的手指检测算法,手指定位和手指识别(ID)可以减少处理和响应时间。


图片更新速率:手指在触摸屏上时,数据缓冲区中两个相邻触摸屏数据帧之间的时间。较低的帧更新率会导致系统检测动作暂停,检测到的移动路径也会变成不连续的线段而不是平滑的曲线。换句话说,如果触摸面板具有较高的帧更新速率,则可以提供更多的数据点,其可以被转化为平滑或完整的形状或运动轨迹。另外,高帧更新率也可以改善手势解释功能。智能触摸屏控制器(如TrueTouch)可以调整其图像更新速率以符合系统要求。手绘或手写应用程序需要相当高的屏幕更新速率,但移动拨号键盘只需要当用户按下或释放按钮时,主端可以被切断。


平均功耗:指控制器IC工作时触摸系统的平均功耗,包括时间扫描,处理,通信,休眠等,以及主处理器接收并解释触摸数据的时间。


功耗是一个非常常见的性能参数:测量设备消耗的电流乘以电压,并且可以导出功耗。就触摸屏的功耗而言,由于不同的使用模式产生不同的功耗,因此需要更精确的计算公式。手机的待机时间取决于触摸屏的待机或睡眠模式消耗的电流。


当触摸屏工作时,它也被分成许多模式,如WOT,颊部检测。例如,当应答5分钟的通话时,当正在查看或输入电话号码时,移动电话可以切换到触摸模式。 10秒,然后切换到提醒WOT或面颊检测模式。即使发送短信(SMS),混合WOT模式仍然与实际手指接触,并且控制器IC在键输入或思考期间在各种睡眠模式之间切换。


如果你不考虑这些电源模式,它会很容易当用户按下或释放按钮时,主端可以被切断。


平均功耗:指控制器IC工作时触摸系统的平均功耗,包括时间扫描,处理,通信,休眠等,以及主处理器接收并解释触摸数据的时间。


功耗是一个非常常见的性能参数:测量设备消耗的电流乘以电压,并且可以导出功耗。 就触摸屏的功耗而言,由于不同的使用模式产生不同的功耗,因此需要更精确的计算公式。 手机的待机时间取决于触摸屏的待机或睡眠模式消耗的电流。

当触摸屏工作时,它也被分成许多模式,如WOT,颊部检测。例如,当应答5分钟的通话时,当正在查看或输入电话号码时,移动电话可以切换到触摸模式。 10秒,然后切换到提醒WOT或面颊检测模式。即使发送短信(SMS),混合WOT模式仍然与实际手指接触,并且控制器IC在键输入或思考期间在各种睡眠模式之间切换。


如果不考虑这些功耗模式,则很容易被系统的功耗所误导。在大多数情况下,触摸屏在90-99%的时间内切换到面颊检测模式和触摸唤醒模式。有些系统允许用户设置处理时间与睡眠模式的比率,即使手指仍在面板上。如果系统仅检测到手指处于相同位置,则不需要200MHz的帧更新速率。要开发高性能触摸屏,您必须使用睡眠模式低功耗系统,并采用创新的睡眠和唤醒模式。


系统开发人员在设计电容式触摸屏系统时需要考虑很多其他事情关键因素:


手指电容:指手指和单个传感器组件之间的测量电容。测量手指电容时,使用真实手指代替金属机械手指以确保根据实际情况测量数据。影响反馈电容(CF)的因素包括覆盖上层的透镜的厚度和覆盖外层的材料的介电常数。


系统本底噪声:系统本底噪声是指在电容数字转换器输出端测得的噪声,它是数据转换器的输入(电容)值。


信噪比:信噪比(SNR)是手指信号与传感器测量噪声的比值。这是一个重要的参数,设计人员必须深入了解它才能开发出高效率的触控面板。系统必须能够调整,调整和滤除移动系统中的杂散噪声。对于高信号计数和最小噪声,请考虑使用高精度模拟前端组件来实现触摸功能。


诸如TrueTouch系列可编程解决方案之类的产品提供了许多优秀的滤波噪声机制。 PSoC可编程模拟组件可重新配置,在一段时间内集成信号以滤除噪声。不同的信号频率,封装包括扩频和虚拟随机频率也可以用来避免电磁干扰。 标准数字滤波器可以消除1至2位信号抖动或提供类似IIR的低通滤波器。 与附近区域检测到的样品相比,智能数字过滤器可以过滤掉异常样品。 智能过滤器仅受系统设计师创造力的限制。 图3显示了组件的噪声级别和检测到的触摸行为的示例。 在这个例子中,捕获的SNR是5。

理解和掌握重要的触摸屏性能参数可以大大改善触摸屏的设计。 了解这些标准还有助于选择具有合适技术的理想设计合作伙伴,以妥善处理移动消费产品的噪音和电气问题。


触摸屏的吸引力在于它们看似简单的设计。 更换笨重的按钮,轨迹球或传统屏幕后,触摸屏带来全新的操作模式,以创造引人注目的用户体验。 触摸屏设计的难点在于,为了提供美观和简单的设计,必须使用复杂的硬件,固件和制造技术。 掌握触摸屏设计的关键设计要点,关键性能参数和权衡考虑因素是开发一流触摸屏产品的第一步。