电容触摸感测硬件包含玻璃材质的顶层,之后是X与Y轴的组件,以及覆盖在玻璃基板上的氧化铟锡(ITO)绝缘层。部分传感器供货商会做一颗单层传感器,内嵌X与Y轴传感器和小型桥接组件于一单层ITO之中,当手指或其它导电物体靠近屏幕时,就会在传感器与手指之间产生一个电容。

其中一种技术是采用TrueTouch组件,包括快速改变电容,并利用一个泄放电阻来测量放电时间。这种全玻璃的触控表面带给使用者光滑流畅的触感。终端产品制造商也偏爱玻璃屏,因为玻璃材质会让终端产品拥有线条美观的工业设计感,并能为测量触控提供优质的电容信号。


精确度:精确度可定义为,在一个预先定义的触摸屏区域中最大的定位误差,以手指的实际位置与测量位置之间的直线距离为单位。

在测量精确度时,使用的是一只模拟或机械手指。手指置于面板上的一个准确位置,再把手指实际位置与测量位置进行比较。精确度非常重要,使用者希望系统能准确地找到手指位置。


手指间距:手指间距定义为,当触摸屏控制器测量两只手指的位置时,两只手指中心点之间在屏幕上的最短距离。


响应时间:响应时间定义为,触摸屏上手指触碰事件与触摸屏控制器产生中断信号之间的时间。测量方法是以电子触动仿真手指触摸屏的环境,或在面板上移动一只模拟手指。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;进行平移或轻弹的操作;用手指或笔在屏幕上书写。响应时间缓慢的触控面板,会有短暂停顿和侦测不到移动动作的情况。触摸屏的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:触控控制器扫描与测量传感器上电容变化所耗费的时间。

手指侦测:比较面板电容变化与预先定义的手指默认值。若变化幅度超越手指默认值,就会侦测到手指的触碰。

手指位置:根据多个传感器得到的结果数据进行推算,判断手指的实际位置。

手指追踪:当传感器上置有多只手指,每只手指必须正确辨识,并指派一个独特的辨识符号。

中断延迟:是指主控端上岔断指示和服务之间的延迟,在大多数的系统中,这种延迟不会超过100微秒。

通信:一般系统在400kHz时使用I2C,或在1MHZ时使用SPI来与主控端进行通信。

市面上有许多工具能用来缩短响应时间,关键在于触控芯片的智能,比如较有创意的方法仅需扫描部分屏幕,即可侦测到手指位置,当侦测到手指后,就能快速扫描,计算出手指实际的定位,藉此节省耗电与时间。另一个重要工具是并行处理,使用不同的硬件组件进行扫描、手指处理及通信,使这些工作同步进行。采用高度优化的算法进行手指侦测、手指定位及手指识别码(ID),能够缩短处理与响应时间。

画面更新率:当手指出现在触摸屏上时,一个数据缓冲器内触摸屏数据的两个相邻帧之间的时间。低画面更新率会导致系统侦测动作有停顿现象,侦测到的移动路线也会变成不连续的线段,而不是流畅的曲线。换言之,若触控面板拥有高画面更新率,就能提供更多的数据点,可转译成流畅或完整的形状或动作轨迹,此外,高画面更新率还能改进手势的解译功能。诸如TrueTouch这类智能触摸屏控制器能够调整其画面更新率来配合系统需求。手绘或手写应用需要相当高的画面更新率,但手机拨号键盘仅需在使用者按下或放开按钮时,截断主控端即可。

平均功耗:是指触控系统的平均功耗,包括控制器IC工作时的时间扫描、处理、通信、休眠等,以及主处理器接收与解译触控数据的时间。

功耗是很常见的性能参数:测量装置消耗的电流乘以电压,就能推算出功耗。在触控面板的功耗方面,需要更精密的计算公式,因为不同使用模式会产生不同功耗。手机的待机时间取决于触摸屏的待机或休眠模式消耗的电流。

触摸屏在工作时,还分成许多种模式,例如触碰唤醒(WOT)、面颊侦测(CheekDetect),比如接听一通5分钟来电,正在检视或输入电话号码时,手机可能切换至触控模式达10秒,之后再切换至提醒通话时的WOT或面颊侦测模式。即使在传送文字信息(SMS)时,仍是混合WOT模式与实际手指接触,在按键输入或思考时,控制器IC会在各种睡眠模式之间进行切换。

若不考虑这些功耗模式,就会很容易被系统耗电量所误导,在大多数的情况中,触摸屏90~99%的时间都是切换至面颊侦测模式及触碰唤醒模式。有些系统允许使用者自行设定处理时间与休眠模式的比例,甚至手指仍置于面板的时候。若系统仅侦测到手指置于相同位置,就不需要200MHz的画面更新率。想要开发一个高性能触摸屏,必须运用休眠模式的低功耗系统,并搭配创新的休眠与唤醒模式来工作。

系统研发人员在设计一个电容式触摸屏系统时,还要考虑许多其它重要因素:

手指电容:是指手指与单一传感器组件之间测量到的电容。测量手指电容时,是使用一只真实手指,而不是金属的机械手指,以确保测得符合实际状况的数据。影响回授电容(CF)的因素包括覆盖上层的镜片厚度及覆盖外层材料的介电常数。

系统本底噪声:系统本底噪声是指电容至数字转换器输出端所测量到的噪声,是数据转换器的输入(电容)值。

信噪比:信噪比(SNR)是传感器测得的手指信号与测量噪声之比。这是个重要参数,设计人员必须深入了解它,才能开发出高效率的触控面板。系统必须能调节、适应并滤除移动系统中的寄生噪声。为获得高信号数以及极少的噪声数,可考虑针对触控功能采用精确的模拟前端组件。


触摸屏吸引人的优点,就在于其外表看似简单的设计。在取代笨重的按钮、轨迹球或传统屏幕后,触摸屏带来一种全新的操作模式,创造出令人喜爱的使用体验。触摸屏设计的难点在于,想要提供美观简洁的设计,必须采用精密复杂的硬件、固件体以及制造技术。掌握触摸屏的设计要点、关键性能参数,以及触摸屏设计的权衡考虑要素,是开发出一流触摸屏产品的第一步。


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【 浏览次数: 】【 发布时间:2017-11-14】

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