觸摸屏控制器性能指標(biāo)信噪比的測(cè)量方案

觸摸屏控制器制造商經(jīng)常拿各種規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)噪聲存在時(shí)，即使數(shù)字上看起來(lái)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(wèn)題是沒(méi)有任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)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(huà)。這兩個(gè)部分(信號(hào)和噪聲)的測(cè)量和計(jì)算很大程度上依賴(lài)于被測(cè)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(shù)市場(chǎng)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(cè)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(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(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?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(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(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(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(qū)分出沒(méi)有噪聲時(shí)ADC的信噪比。

在眾多的測(cè)量條件下，信噪比一直能夠作為度量標(biāo)準(zhǔn)不能不說(shuō)是一個(gè)奇跡。此外，信噪比不能預(yù)測(cè)最重要和量化的觸摸屏噪聲相關(guān)參數(shù):抖動(dòng)(也稱(chēng)為無(wú)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(cè)量技術(shù)能預(yù)測(cè)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(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(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(cè)量所有交叉點(diǎn)電容的變化，并把測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成量化的原始數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)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(wú)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(cè)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(cè)量步驟，計(jì)算方法，觸摸屏控制器供應(yīng)商(見(jiàn)賽普拉斯規(guī)范001-49389)和移動(dòng)設(shè)備OEM可以使用來(lái)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(cè)試硬件和固件變化。

典型的性能測(cè)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(cè)量過(guò)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(cè)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(jiǎn)單的參數(shù)測(cè)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(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(jiàn)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(cè)試和測(cè)量方法來(lái)評(píng)估新的觸摸屏設(shè)計(jì)的性能。