響應時(shí)間:響應時(shí)間定義為,觸摸屏上手指觸碰事件與觸摸屏控制器產(chǎn)生中斷信號之間的時(shí)間。測量方法是以電子觸動(dòng)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。響應時(shí)間尤其重要,因為它直接影響用戶(hù)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(shū)寫(xiě)。響應時(shí)間緩慢的觸控面板,會(huì )有短暫停頓和偵測不到移動(dòng)動(dòng)作的情況。觸摸屏的響應時(shí)間是系統響應時(shí)間的一部分,其中包括:
X/Y軸向掃描:觸控控制器掃描與測量傳感器上電容變化所耗費的時(shí)間。
手指偵測:比較面板電容變化與預先定義的手指默認值。若變化幅度超越手指默認值,就會(huì )偵測到手指的觸碰。
手指位置:根據多個(gè)傳感器得到的結果數據進(jìn)行推算,判斷手指的實(shí)際位置。
手指追蹤:當傳感器上置有多只手指,每只手指必須正確辨識,并指派一個(gè)獨特的辨識符號。
中斷延遲:是指主控端上岔斷指示和服務(wù)之間的延遲,在大多數的系統中,這種延遲不會(huì )超過(guò)100微秒。
通信:一般系統在400kHz時(shí)使用I2C,或在1MHZ時(shí)使用SPI來(lái)與主控端進(jìn)行通信。
市面上有許多工具能用來(lái)縮短響應時(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,即可偵測到手指位置,當偵測到手指后,就能快速掃描,計算出手指實(shí)際的定位,藉此節省耗電與時(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。采用高度優(yōu)化的算法進(jìn)行手指偵測、手指定位及手指識別碼(ID),能夠縮短處理與響應時(shí)間。
畫(huà)面更新率:當手指出現在觸摸屏上時(shí),一個(gè)數據緩沖器內觸摸屏數據的兩個(gè)相鄰幀之間的時(shí)間。低畫(huà)面更新率會(huì )導致系統偵測動(dòng)作有停頓現象,偵測到的移動(dòng)路線(xiàn)也會(huì )變成不連續的線(xiàn)段,而不是流暢的曲線(xiàn)。換言之,若觸控面板擁有高畫(huà)面更新率,就能提供更多的數據點(diǎn),可轉譯成流暢或完整的形狀或動(dòng)作軌跡,此外,高畫(huà)面更新率還能改進(jìn)手勢的解譯功能。諸如TrueTouch這類(lèi)智能觸摸屏控制器能夠調整其畫(huà)面更新率來(lái)配合系統需求。手繪或手寫(xiě)應用需要相當高的畫(huà)面更新率,但手機撥號鍵盤(pán)僅需在使用者按下或放開(kāi)按鈕時(shí),截斷主控端即可。
平均功耗:是指觸控系統的平均功耗,包括控制器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數據的時(shí)間。
功耗是很常見(jiàn)的性能參數:測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,需要更精密的計算公式,因為不同使用模式會(huì )產(chǎn)生不同功耗。手機的待機時(shí)間取決于觸摸屏的待機或休眠模式消耗的電流。
觸摸屏在工作時(shí),還分成許多種模式,例如觸碰喚醒(WOT)、面頰偵測(Cheek Detect),比如接聽(tīng)一通5分鐘來(lái)電,正在檢視或輸入電話(huà)號碼時(shí),手機可能切換至觸控模式達10秒,之后再切換至提醒通話(huà)時(shí)的WOT或面頰偵測模式。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,在按鍵輸入或思考時(shí),控制器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 )很容易被系統耗電量所誤導,在大多數的情況中,觸摸屏90~99%的時(shí)間都是切換至面頰偵測模式及觸碰喚醒模式。有些系統允許使用者自行設定處理時(shí)間與休眠模式的比例,甚至手指仍置于面板的時(shí)候。若系統僅偵測到手指置于相同位置,就不需要200MHz的畫(huà)面更新率。想要開(kāi)發(fā)一個(gè)高性能觸摸屏,必須運用休眠模式的低功耗系統,并搭配創(chuàng )新的休眠與喚醒模式來(lái)工作。
系統研發(fā)人員在設計一個(gè)電容式觸摸屏系統時(shí),還要考慮許多其它重要因素:
手指電容:是指手指與單一傳感器組件之間測量到的電容。測量手指電容時(shí),是使用一只真實(shí)手指,而不是金屬的機械手指,以確保測得符合實(shí)際狀況的數據。影響回授電容(CF)的因素包括覆蓋上層的鏡片厚度及覆蓋外層材料的介電常數。
系統本底噪聲:系統本底噪聲是指電容至數字轉換器輸出端所測量到的噪聲,是數據轉換器的輸入(電容)值。
信噪比:信噪比(SNR)是傳感器測得的手指信號與測量噪聲之比。這是個(gè)重要參數,設計人員必須深入了解它,才能開(kāi)發(fā)出高效率的觸控面板。系統必須能調節、適應并濾除移動(dòng)系統中的寄生噪聲。為獲得高信號數以及極少的噪聲數,可考慮針對觸控功能采用精確的模擬前端組件。
諸如TrueTouch系列可編程解決方案這類(lèi)產(chǎn)品,可在濾除噪聲方面提供許多絕佳的機制。PSoC可編程模擬組件能重新組態(tài),以整合持續一段時(shí)間的信號,藉此濾除噪聲。不同的信號頻率,包括擴頻與虛擬隨機頻率,亦可用來(lái)避免電磁干擾。標準的數字濾波器能移除1~2位的信號抖動(dòng)或提供類(lèi)似IIR的低通濾波器。智能數字濾波器能比對附近區域偵測到的樣本,濾除不正常的樣本,智能濾波器僅受限于系統設計人員的創(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。
了解與掌握重要的觸摸屏效能參數,就能大幅改進(jìn)觸摸屏設計。了解這些標準,也有助于選擇理想的設計伙伴,這些業(yè)者擁有適合的技術(shù),能妥善應對移動(dòng)消費產(chǎn)品的噪聲與電氣問(wèn)題。
觸摸屏吸引人的優(yōu)點(diǎn),就在于其外表看似簡(jiǎn)單的設計。在取代笨重的按鈕、軌跡球或傳統屏幕后,觸摸屏帶來(lái)一種全新的操作模式,創(chuàng )造出令人喜愛(ài)的使用體驗。觸摸屏設計的難點(diǎn)在于,想要提供美觀(guān)簡(jiǎn)潔的設計,必須采用精密復雜的硬件、固件體以及制造技術(shù)。掌握觸摸屏的設計要點(diǎn)、關(guān)鍵性能參數,以及觸摸屏設計的權衡考慮要素,是開(kāi)發(fā)出一流觸摸屏產(chǎn)品的第一步。