触摸屏设计挑战升级 工程师该如何提升用户体验？

器具有足够的接收通道，从而在单个周期内扫描整个屏幕。大多数触摸屏叠层都是由位于外壳玻璃下的传感器模式组成，其中包含大量的"单位晶胞（unit cell）"，这些晶胞以x和y方向排列，其中x方向用于发射，y方向用于接收，或反之亦然。接收通道会收集数据并使用模数转换器（ADC）将每个单位晶胞中的互电容变化转换为数字数据，以供主机解析手指触摸点的坐标。如果接收通道或ADC的数量不足，则需要多次扫描以及更长的时间来扫描整个面板。这会导致在给定的时间周期内只能获取更少的样本，从而带来不良的用户体验。

　　有一种方法可帮助解决处理问题，即为触摸控制器添加一个更大的处理器，或者将部分计算卸载到系统的主处理单元。这意味着将电容数据发送到主机端，并在应用或图形处理器上运行算法。其中一个实现方案就是使用触摸屏控制器扫描传感器，搜索第一次触摸，然后将图像传输至主机处理器。然后，主机会处理整个阵列、过滤噪声、查找触摸坐标，并跟踪手指ID。采用并行处理支持在作为触摸屏和显示屏主机的数千兆赫多内核处理器上完成大量数字运算。

　　信噪比（SNR）

　　SNR是指信号功率与噪声功率之比，换言之，即有用信息与错误或不相关数据之比。触摸屏面板上的传感器相当于一根大型天线，可接收荧光灯、LCD或充电器等系统和环境噪声。

　　图2 TT Combined image_White

　　大型屏幕可作为更大型的天线，因此更容易接收噪声并使接收通道达到饱和。这会造成误触摸、触摸中断或触摸屏"锁定"以致触摸屏完全无法报告数据，从而显著影响触摸性能。为了排除这些干扰，触摸屏控制器要求能够增强信号或降低噪声。提高信噪比的一些主要方法包括提高发射电压以增强信号；使用硬件及数字滤波法降低噪声，或利用跳频远离噪声频率。

　　信噪比与发射电压成线性比例。发射电压可通过充电泵或VDDA驱动程序来提供。在大多数消费类电子设备中，充电泵一般可带有2.7-3V电源，且能进一步将这一电源电压提升到更高的电压。大屏幕的问题在于充电泵对高电容面板的驱动能力有限。也就是说必须增加外部泵或电源，而这会相应增加成本和功耗。

　　在没有足够信号的情况下，另一个选项是最大限度地降低噪声。第一道防线就是使用滤波器创造更加洁净的电容环境。如果这种方法无效，第二道防线一般是使用跳频去搜索干扰较少的频率。如上所述，大尺寸面板的寄生电容和电阻更高，会影响电阻电容（RC）时间常数，从而导致发射频率更低。更低的频率意味着它很难在噪声范围以外扫描整个面板。较高的发射频率会给触摸控制器提供更大的空间，使其远离噪声源。理想的最大发射频率为350kHz或者更高，但需要根据客户的具体目标，不断地在信噪比、刷新率以及功耗之间进行权衡，从而优化每台设备。台式电脑上的单机游戏更注重响应速度而非功耗，然而便携式设备则需要考虑功耗以延长电池使用寿命。

　　功耗

　　随着移动性在我们生活中占据着越来越重要的位置，功耗成为了消费者在选择便携式电子设备时的一项重要考虑因素。市场调查显示，大多数用户认为电池使用寿命是购买新型便携式设备时需要考虑的最重要特性之一。

　　图3 电池寿命的重要性

　　由于液晶显示屏尺寸的加大，功耗通常与屏幕尺寸成正比。液晶显示屏的功耗在整个系统功耗中占相当大的比例。要想保持电池使用寿命，一种方法就是在系统中使用更大的电池组。但这会增加系统的重量，从而影响用户的便携性体验。另一种方法是通过降低刷新率、降低发射电压、禁用各种数字滤波器或使用尽可能低的模拟/数字电源，但这种方法会降低设备性能。同样，这些解决方案都会给用户体验带来负面影响，因此都不是理想的方案。

　　对于好的设备而言，重量与性能都是关键因素，延长电池使用寿命的最佳解决方案就是优化系统中单个组件的功耗。对于触摸屏控制器来说，这就意味着为设备制定灵活的功耗管理方案。

　　总功耗取决于设备的状态或使用情况。一款智能的高能效触摸屏控制器应具备多状态功耗管理，如工作状态、低功耗状态和深度休眠状态等，其中每种状态都有一套降低功耗的独特方案。这些都是通过触摸控制器的配置参数来管理的。

　　· 工作状态下，触摸屏具有最快的触摸响应时间，因为设备会积极地扫描触摸屏，从而确定触摸的存在并识别触摸坐标。

　　· 在工作状态下，如在一定时间内未检测到触摸事件，设备就会进入低功耗状态。这会进一步降低功耗并相应地延长响应时间。如设备检测到任何触摸事件，则会自动从低功耗状态切换到工作状态。

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