電容式觸摸屏的實(shí)際信噪比測量

觸摸屏控制器制造商經(jīng)常拿各種規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)來使自己的產(chǎn)品與眾不同。其中最常提到的就是信噪比(SNR)。然而，當(dāng)噪聲存在時(shí)，即使數(shù)字上看起來不錯(cuò)，也并不意味著SNR就是一個(gè)很好的系統(tǒng)性能指標(biāo)。這篇文章將討論什么是信噪比，它是如何計(jì)算的，它對(duì)系統(tǒng)性能意味著什么，是否能很好的度量觸摸性能。

什么是信噪比?

信噪比是觸摸屏控制器的性能指標(biāo)，現(xiàn)在已經(jīng)作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被大家接受。信噪比的問題是沒有任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測量、計(jì)算、報(bào)告方法，尤其是在某些典型系統(tǒng)中，噪聲具有高可變性的情況下，例如移動(dòng)電話。這兩個(gè)部分(信號(hào)和噪聲)的測量和計(jì)算很大程度上依賴于被測裝置(DUT)，有代表性的是移動(dòng)電話。值得注意的是，雖然信噪比作為性能衡量已被廣泛接受，行業(yè)專家明白，大多數(shù)市場宣揚(yáng)的高信噪比放到實(shí)際應(yīng)用中并不能保證。此外，在噪聲環(huán)境下，提供高信噪比也不能完全符合其功能規(guī)范。

在電容式觸摸屏中，信噪比中信號(hào)就是加上測量到的手指電容后的實(shí)際電容的變化量。手指電容取決于傳感器覆蓋物厚度、手指大小，DUT到地的寄生電容，以及傳感器模式。噪聲成分依賴于內(nèi)部控制器噪聲和外部噪聲源，本文將會(huì)就這些方面進(jìn)行討論。

投射式電容觸摸屏觸摸技術(shù)已應(yīng)用在很多新型智能手機(jī)中，觸摸傳感器使用時(shí)都會(huì)遇到噪聲。噪聲從顯示器(可能是LCD或AMOLED)耦合到觸摸傳感器，距離越近噪聲越大。不像模擬顯示那樣同步，這類LCD噪聲通常是尖峰噪聲。USB充電器噪聲通常也是也尖峰噪聲。它也是最容易變化的，因?yàn)樵诿總€(gè)設(shè)備中AC/DC變壓器的結(jié)構(gòu)和組件是不同的。

第三方低成本的充電器特別容易出現(xiàn)這種噪聲尖峰。因此，當(dāng)觸摸控制器沒有像cypressChargerArmor那樣的噪聲抑制技術(shù)時(shí)，USB充電器是OEM廠商最頭疼的事情。當(dāng)所有這些外部噪聲存在時(shí)，我們期望觸摸控制器不會(huì)錯(cuò)誤報(bào)告手指觸摸或手指位置。他們并不能歸類于普通，或高斯，或分布式噪聲。這就給工程師和營銷人員帶來一個(gè)問題，要區(qū)分出沒有噪聲時(shí)ADC的信噪比。

在眾多的測量條件下，信噪比一直能夠作為度量標(biāo)準(zhǔn)不能不說是一個(gè)奇跡。此外，信噪比不能預(yù)測最重要和量化的觸摸屏噪聲相關(guān)參數(shù):抖動(dòng)(也稱為無噪聲分辨率)和錯(cuò)誤觸摸報(bào)告。幸運(yùn)的是，有一個(gè)信噪比測量技術(shù)能預(yù)測非高斯噪聲存在時(shí)的抖動(dòng)。

噪聲如何影響觸摸屏系統(tǒng)

不好的信噪比會(huì)影響系統(tǒng)的魯棒性，造成假觸摸和位置跳動(dòng)。手指靠近觸摸屏?xí)r會(huì)干擾相交的兩個(gè)透明電極的邊緣電場。這種電容稱為互電容。這就改變了傳感器的電容。交叉點(diǎn)發(fā)生在發(fā)射和接收電極直角交叉處。在手機(jī)觸摸屏上有好幾百個(gè)這樣的交叉點(diǎn)。觸摸屏控制器測量所有交叉點(diǎn)電容的變化，并把測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成量化的原始數(shù)據(jù)。通過測量每個(gè)交叉點(diǎn)，而不是整個(gè)電極，控制器就能夠創(chuàng)建一個(gè)二維的觸摸屏傳感器電容圖表。

如果在手指附近交叉點(diǎn)發(fā)生一個(gè)大的噪聲尖峰，那么在位置計(jì)算算法就會(huì)添加一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志。然后該算法轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)到坐標(biāo);根據(jù)噪聲峰值大小，手指位置報(bào)告的坐標(biāo)可能是抖動(dòng)，當(dāng)手指靜止，可能在兩坐標(biāo)間交替。當(dāng)智能手機(jī)使用觸摸屏接口，插到USB充電器時(shí)，某些無意識(shí)的輸入或選擇可能會(huì)出現(xiàn)這些情況。

我們可以斷定，在缺少規(guī)范化測量方法時(shí)，信噪比可以作為性能度量,但并不完美。這里有定義好了的性能指標(biāo)，測量步驟，計(jì)算方法，觸摸屏控制器供應(yīng)商(見賽普拉斯規(guī)范001-49389)和移動(dòng)設(shè)備OEM可以使用來量化觸摸性能。這些規(guī)范是必要的，可以保證可重復(fù)的試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證觸摸屏性能，減少觸摸屏測試硬件和固件變化。

典型的性能測試除了觸摸屏硬件和控制器接口外還需要金屬手指模擬器，夾具，示波器，函數(shù)發(fā)生器，自動(dòng)機(jī)械。例如，標(biāo)準(zhǔn)的抖動(dòng)測量過程分為七步，記錄手指位置坐標(biāo)上的時(shí)間噪聲。這里的測量表明有多大運(yùn)動(dòng)，多少距離，我們會(huì)期望是不動(dòng)的手指。這是一個(gè)相對(duì)簡單的參數(shù)測量，它直接并立即在用戶界面產(chǎn)生影響。相比之下，信噪比的影響在觸摸屏性能上就不那么直接了。即使在噪聲環(huán)境下，數(shù)字濾波器和位置計(jì)算算法也能夠去除抖動(dòng)，就是降低了信噪比值(作為一種性能度量)。把信噪比作為一個(gè)性能指標(biāo)是不可取的，因?yàn)樗荒茏罱K給你一個(gè)真正意義上的系統(tǒng)性能。

本文是想告訴大家，不要以點(diǎn)見面，以偏概全，信噪比并不能告訴我們系統(tǒng)是否很好地響應(yīng)觸摸。這就是為什么觸摸控制器領(lǐng)先制造商，如賽普拉斯TrueTouch，有一套測試和測量方法來評(píng)估新的觸摸屏設(shè)計(jì)的性能