電容式觸摸屏設(shè)計(jì)難點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯電容式觸摸屏設(shè)計(jì)難點(diǎn)及注意事項(xiàng) 對(duì)觸摸屏性能影響最為深遠(yuǎn)的技術(shù)轉(zhuǎn)變要算是從電阻式轉(zhuǎn)移至電容式觸摸屏技術(shù)。依據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)iSuppli猜測(cè)，到2011年前，近25%的觸摸屏手機(jī)將由電阻式轉(zhuǎn)移至電容式觸摸屏。電容式觸摸屏技術(shù)帶來的各種效益，將促使市場(chǎng)快速成長(zhǎng)。 傳統(tǒng)的電阻式觸控面板在感測(cè)到手指或觸控筆時(shí)，頂層柔性透亮材料被下壓，接觸到下方的導(dǎo)電材料層;而投射式電容屏沒有可移動(dòng)部件。事實(shí)上，投射式電容感 測(cè)硬件包含玻璃材質(zhì)的頂層，之后是X與Y軸的組件，以及掩蓋在玻璃基板上的氧化銦錫(ITO)絕緣層。部分傳感器供貨商會(huì)做一顆單層傳感器，內(nèi)嵌X與Y軸 傳感器和小型橋接組

2、件于一單層ITO之中，當(dāng)手指或其它導(dǎo)電物體靠近屏幕時(shí)，就會(huì)在傳感器與手指之間產(chǎn)生一個(gè)電容。相對(duì)于系統(tǒng)而言，此電容相當(dāng)小，但可利 用多種技術(shù)測(cè)出此電容。 其中一種技術(shù)是采納TrueTouch組件，包括快速轉(zhuǎn)變電容，并利用一個(gè)泄放電阻來測(cè)量放電時(shí)間。這種全玻璃 的觸控表面帶給使用者光滑流暢的觸感。終端產(chǎn)品制造商也偏愛玻璃屏，由于玻璃材質(zhì)會(huì)讓終端產(chǎn)品擁有線條美觀的工業(yè)設(shè)計(jì)感，并能為測(cè)量觸控供應(yīng)優(yōu)質(zhì)的電容信 號(hào)。最終，不僅要考慮觸控面板的外觀，了解其運(yùn)作模式也相當(dāng)重要。為設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的觸摸屏產(chǎn)品，必需留意以下參數(shù)。 精確度：精確度可定義為，在一個(gè)預(yù)先定義的觸摸屏區(qū)域中最大的定位誤差，以手指的實(shí)際位置

3、與測(cè)量位置之間的直線距離為單位。在測(cè)量精確度時(shí)，使用的是一只模擬或機(jī)械手指。 手指置于面板上的一個(gè)精確位置，再把手指實(shí)際位置與測(cè)量位置進(jìn)行比較。精確度特別重要，使用者盼望系統(tǒng)能精確地找到手指位置。電阻式觸摸屏最令人詬病的一 項(xiàng)缺點(diǎn)，就是低精確度，而且精確度會(huì)隨時(shí)間漸漸減弱。電容式觸摸屏的精確度制造出很多新應(yīng)用，例如虛擬鍵盤，以及不用觸控筆的手寫辨識(shí)。圖1顯示一個(gè)結(jié)構(gòu) 不完整的觸控面板數(shù)據(jù)，顯示手指位置有游移現(xiàn)象，而實(shí)際上模擬手指是進(jìn)行直線移動(dòng)。 圖1 范例顯示在觸控面板追蹤中的不精確度或誤差 手指間距：手指間距定義為，當(dāng)觸摸屏掌握器測(cè)量?jī)芍皇种傅奈恢脮r(shí)，兩只手指中心點(diǎn)之間在屏幕上的最短距離。手

4、指間距測(cè)量方法(圖2)，是將兩個(gè)模擬或機(jī)械手指置于面板上，然后漸漸拉近兩只手指的距離，直到系統(tǒng)測(cè)到兩只手指為一只手指為止。有些觸摸屏供貨商的手指間距是指邊緣至邊緣的距離，有些則 是中心點(diǎn)之間的距離。10毫米機(jī)械手指的10毫米手指間距，表明有多只手指觸遇到屏幕，或是手指之間的距離為10毫米，實(shí)際狀況取決于觸控掌握器的規(guī)格定 義。假如沒有良好的手指間距，就無法設(shè)計(jì)出多點(diǎn)觸控解決方案。對(duì)于仿真鍵盤而言，手指間距尤其重要，由于一般在使用仿真鍵盤時(shí)，手指在屏幕上的間距通常很 短。 圖2 測(cè)量手指間距 響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間定義為，觸摸屏上手指觸碰大事與觸摸屏掌握器產(chǎn)生中斷信號(hào)之間的時(shí)間。測(cè)量方法是以電子觸動(dòng)

5、仿真手指觸摸屏的環(huán)境，或在面板上移動(dòng)一 只模擬手指。響應(yīng)時(shí)間尤其重要，由于它直接影響用戶在屏幕上移動(dòng)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(shí)間緩慢的觸控面板，會(huì) 有短暫停頓和偵測(cè)不到移動(dòng)動(dòng)作的狀況。觸摸屏的響應(yīng)時(shí)間是系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的一部分，其中包括： X/Y軸向掃描：觸控掌握器掃描與測(cè)量傳感器上電容變化所耗費(fèi)的時(shí)間。 手指?jìng)蓽y(cè)：比較面板電容變化與預(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(huì)偵測(cè)到手指的觸碰。 手指位置：依據(jù)多個(gè)傳感器得到的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，推斷手指的實(shí)際位置。 手指追蹤：當(dāng)傳感器上置有多只手指，每只手指必需正確辨識(shí)，并指派一個(gè)獨(dú)特的辨識(shí)符號(hào)。 中斷

6、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(huì)超過100微秒。 通信：一般系統(tǒng)在400kHz時(shí)使用I2C，或在1MHZ時(shí)使用SPI來與主控端進(jìn)行通信。 市面上有很多工具能用來縮短響應(yīng)時(shí)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(cè)到手指位置，當(dāng)偵測(cè)到手指后，就能快速掃 描，計(jì)算出手指實(shí)際的定位，藉此節(jié)約耗電與時(shí)間。另一個(gè)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。采納高度 優(yōu)化的算法進(jìn)行手指?jìng)蓽y(cè)、手指定位及手指識(shí)別碼(ID)，能夠縮短處理與響應(yīng)時(shí)間。 畫面更新率：當(dāng)手指消失在觸摸屏上時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器

7、內(nèi)觸摸屏數(shù)據(jù)的兩個(gè)相鄰幀之間的時(shí)間。低畫面更新率會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)偵測(cè)動(dòng)作有停頓現(xiàn)象，偵測(cè)到 的移動(dòng)路線也會(huì)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，就能供應(yīng)更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可轉(zhuǎn)譯成流暢或完整的外形或動(dòng)作軌跡， 此外，高畫面更新率還能改進(jìn)手勢(shì)的解譯功能。諸如TrueTouch這類智能觸摸屏掌握器能夠調(diào)整其畫面更新率來協(xié)作系統(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(hào)鍵盤僅需在使用者按下或放開按鈕時(shí)，截?cái)嘀骺囟思纯伞?平均功耗：是指觸控系統(tǒng)的平均功耗，包括掌握器IC工作時(shí)的時(shí)間掃描、處理、通信、休眠等，以及主處理器接收與解譯觸控?cái)?shù)據(jù)的時(shí)間。 功耗是很常見的性能參

8、數(shù)：測(cè)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(jì)算公式，由于不同使用模式會(huì)產(chǎn)生不同功耗。手機(jī)的待機(jī)時(shí)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(shí)，還分成很多種模式，例如觸碰喚醒(WOT)、臉蛋偵測(cè)(CheekDetect)，比如接聽一通5分鐘來電，正在檢視或輸入電話號(hào)碼 時(shí)，手機(jī)可能切換至觸控模式達(dá)10秒，之后再切換至提示通話時(shí)的WOT或臉蛋偵測(cè)模式。即使在傳送文字信息(SMS)時(shí)，仍是混合WOT模式與實(shí)際手指接 觸，在按鍵輸入或思索時(shí)，掌握器IC會(huì)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(huì)很簡(jiǎn)單被系統(tǒng)耗電量所誤導(dǎo)，在大多數(shù)的 狀

9、況中，觸摸屏9099%的時(shí)間都是切換至臉蛋偵測(cè)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(shí)間與休眠模式的比例，甚至手指仍置于面板的時(shí) 候。若系統(tǒng)僅偵測(cè)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(gè)高性能觸摸屏，必需運(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)人員在設(shè)計(jì)一個(gè)電容式觸摸屏系統(tǒng)時(shí)，還要考慮很多其它重要因素： 手指電容：是指手指與單一傳感器組件之間測(cè)量到的電容。測(cè)量手指電容時(shí)，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(cè)得符合實(shí)際狀況的數(shù)據(jù)。影響回授電容(CF)的因素包括掩蓋上層的鏡片厚度及掩蓋外層材料的介電常數(shù)。 系統(tǒng)本底

10、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(cè)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(cè)得的手指信號(hào)與測(cè)量噪聲之比。這是個(gè)重要參數(shù)，設(shè)計(jì)人員必需深化了解它，才能開發(fā)出高效率的觸控面板。系統(tǒng)必需能調(diào)整、適應(yīng)并濾除移動(dòng)系統(tǒng)中的寄生噪聲。為獲得高信號(hào)數(shù)以及極少的噪聲數(shù)，可考慮針對(duì)觸控功能采納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，可在濾除噪聲方面供應(yīng)很多絕佳的機(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(shí)間的信號(hào)，藉此濾除噪聲。不同的信號(hào)頻率，包括擴(kuò)頻與虛擬隨機(jī)頻率，亦可用來避開電磁干擾。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字濾波器能移除12位的信號(hào)抖動(dòng)或供應(yīng)類似IIR 的低通濾波器。智能數(shù)字濾波器能比對(duì)四周區(qū)域偵測(cè)到的樣本，濾除不正常的樣本，智能濾波器僅受限于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)意。圖3顯示一個(gè)組件的噪聲水平范例， 及偵測(cè)到的觸控行為。在這個(gè)例子中，擷取到的SNR為5。 圖3 信噪比(SNR)范例 了解與把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(jì)。了解這些標(biāo)準(zhǔn)，也有助于選擇抱負(fù)的設(shè)計(jì)伙伴，這些業(yè)者擁有適合的技術(shù)，能妥當(dāng)應(yīng)對(duì)移動(dòng)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)，