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)常拿各種規格和標準來(lái)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，當噪聲存在時(shí)，即使數字上看起來(lái)不錯，也并不意味著(zhù)SNR就是一個(gè)很好的系統性能指標。這篇文章將討論什么是信噪比，它是如何計算的，它對系統性能意味著(zhù)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，現在已經(jīng)作為行業(yè)標準被大家接受。信噪比的問(wèn)題是沒(méi)有任何行業(yè)標準的測量、計算、報告方法，尤其是在某些典型系統中，噪聲具有高可變性的情況下，例如移動(dòng)電話(huà)。這兩個(gè)部分(信號和噪聲)的測量和計算很大程度上依賴(lài)于被測裝置(DUT)，有代表性的是移動(dòng)電話(huà)。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(zhuān)家明白，大多數市場(chǎng)宣揚的高信噪比放到實(shí)際應用中并不能保證。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范。

在電容式觸摸屏中，信噪比中信號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(lài)于內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)已應用在很多新型智能手機中，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(lèi)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，因為在每個(gè)設備中AC/DC變壓器的結構和組件是不同的。

第三方低成本的充電器特別容易出現這種噪聲尖峰。因此，當觸摸控制器沒(méi)有像cypressChargerArmor那樣的噪聲抑制技術(shù)時(shí)，USB充電器是OEM廠(chǎng)商最頭疼的事情。當所有這些外部噪聲存在時(shí)，我們期望觸摸控制器不會(huì )錯誤報告手指觸摸或手指位置。他們并不能歸類(lèi)于普通，或高斯，或分布式噪聲。這就給工程師和營(yíng)銷(xiāo)人員帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，要區分出沒(méi)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準不能不說(shuō)是一個(gè)奇跡。此外，信噪比不能預測最重要和量化的觸摸屏噪聲相關(guān)參數:抖動(dòng)(也稱(chēng)為無(wú)噪聲分辨率)和錯誤觸摸報告。幸運的是，有一個(gè)信噪比測量技術(shù)能預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

不好的信噪比會(huì )影響系統的魯棒性，造成假觸摸和位置跳動(dòng)。手指靠近觸摸屏時(shí)會(huì )干擾相交的兩個(gè)透明電極的邊緣電場(chǎng)。這種電容稱(chēng)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，并把測量數據轉換成量化的原始數據。通過(guò)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，那么在位置計算算法就會(huì )添加一個(gè)錯誤標志。然后該算法轉換原始數據到坐標;根據噪聲峰值大小，手指位置報告的坐標可能是抖動(dòng)，當手指靜止，可能在兩坐標間交替。當智能手機使用觸摸屏接口，插到USB充電器時(shí)，某些無(wú)意識的輸入或選擇可能會(huì )出現這些情況。

我們可以斷定，在缺少規范化測量方法時(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，測量步驟，計算方法，觸摸屏控制器供應商(見(jiàn)賽普拉斯規范001-49389)和移動(dòng)設備OEM可以使用來(lái)量化觸摸性能。這些規范是必要的，可以保證可重復的試驗結果，驗證觸摸屏性能，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，函數發(fā)生器，自動(dòng)機械。例如，標準的抖動(dòng)測量過(guò)程分為七步，記錄手指位置坐標上的時(shí)間噪聲。這里的測量表明有多大運動(dòng)，多少距離，我們會(huì )期望是不動(dòng)的手指。這是一個(gè)相對簡(jiǎn)單的參數測量，它直接并立即在用戶(hù)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，數字濾波器和位置計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)性能指標是不可取的，因為它不能最終給你一個(gè)真正意義上的系統性能。

本文是想告訴大家，不要以點(diǎn)見(jiàn)面，以偏概全，信噪比并不能告訴我們系統是否很好地響應觸摸。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(lái)評估新的觸摸屏設計的性能