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解析:电容式触摸屏设计难点及注意事项

解析:电容式触摸屏设计难点及注意事项

 对触摸屏性能影响最为深远的技术改变要算是从电阻式转移至电容式触摸屏技术。根据市调机构iSuppli预测,到2011年前,近25%的触摸屏手机将由电阻式转移至电容式触摸屏。电容式触摸屏技术带来的各种效益,将促使市场快速成长。  传统的电阻式触控面板在感测到手指或触控笔时,顶层柔性透明材料被下压,接触到下方的导电材料层;而投射式电容屏没有可移动部件。事实上,投射式电容感 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。相对于系统而言,此电容相当小,但可利 用多种技术测出此电容。
  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。最后,不仅要考虑触控面板的外观,了解其运作模式也相当重要。为设计出性能优良的触摸屏产品,必须注意以下参数。
  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。电阻式触摸屏最令人诟病的一 项缺点,就是低准确度,而且准确度会随时间逐渐减弱。电容式触摸屏的精确度创造出许多新应用,例如虚拟键盘,以及不用触控笔的手写辨识。图1显示一个结构 不完整的触控面板数据,显示手指位置有游移现象,而实际上模拟手指是进行直线移动。


  图1:范例显示在触控面板追踪中的不准确度或误差 对触摸屏性能影响最为深远的技术改变要算是从电阻式转移至电容式触摸屏技术。根据市调机构iSuppli预测,到2011年前,近25%的触摸屏手机将由电阻式转移至电容式触摸屏。电容式触摸屏技术带来的各种效益,将促使市场快速成长。


  传统的电阻式触控面板在感测到手指或触控笔时,顶层柔性透明材料被下压,接触到下方的导电材料层;而投射式电容屏没有可移动部件。事实上,投射式电容感 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。相对于系统而言,此电容相当小,但可利 用多种技术测出此电容。
  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。最后,不仅要考虑触控面板的外观,了解其运作模式也相当重要。为设计出性能优良的触摸屏产品,必须注意以下参数。
  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。电阻式触摸屏最令人诟病的一 项缺点,就是低准确度,而且准确度会随时间逐渐减弱。电容式触摸屏的精确度创造出许多新应用,例如虚拟键盘,以及不用触控笔的手写辨识。图1显示一个结构 不完整的触控面板数据,显示手指位置有游移现象,而实际上模拟手指是进行直线移动。


 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。
  诸如TrueTouch系列可编程解决方案这类产品,可在滤除噪声方面提供许多绝佳的机制。PSoC可编程模拟组件能重新组态,以整合持续一段 时间的信号,藉此滤除噪声。不同的信号频率,包括扩频与虚拟随机频率,亦可用来避免电磁干扰。标准的数字滤波器能移除1~2位的信号抖动或提供类似IIR 的低通滤波器。智能数字滤波器能比对附近区域侦测到的样本,滤除不正常的样本,智能滤波器仅受限于系统设计人员的创意。图3显示一个组件的噪声水平范例, 及侦测到的触控行为。在这个例子中,撷取到的SNR为5。


  图3:信噪比(SNR)范例


  了解与掌握重要的触摸屏效能参数,就能大幅改进触摸屏设计。了解这些标准,也有助于选择理想的设计伙伴,这些业者拥有适合的技术,能妥善应对移动消费产品的噪声与电气问题。
  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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