如何測量電容式觸摸屏的實際信噪比
2015-08-10
什么是信噪比?
信噪比是觸摸屏控制器的性能指標，現在已經作為行業標準被大家接受。信噪比的問題是沒有任何行業標準的測量、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，例如移動電話。這兩個部分(信號和噪聲)的測量和計算很大程度上依賴于被測裝置(DUT)，有代表性的是移動電話。值得注意的是，雖然信噪比作為性能衡量已被廣泛接受，行業專家明白，大多數市場宣揚的高信噪比放到實際應用中并不能保證。此外，在噪聲環境下，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。噪聲成分依賴于內部控制器噪聲和外部噪聲源，本文將會就這些方面進行討論。
投射式電容觸摸屏觸摸技術已應用在很多新型智能手機中，觸摸傳感器使用時都會遇到噪聲。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，因為在每個設備中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，當觸摸控制器沒有像cypressChargerArmor那樣的噪聲抑制技術時，USB充電器是OEM廠商最頭疼的事情。當所有這些外部噪聲存在時，我們期望觸摸控制器不會錯誤報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問題，要區分出沒有噪聲時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是一個奇跡。此外，信噪比不能預測最重要和量化的觸摸屏噪聲相關參數:抖動(也稱為無噪聲分辨率)和錯誤觸摸報告。幸運的是，有一個信噪比測量技術能預測非高斯噪聲存在時的抖動。
噪聲如何影響觸摸屏系統
不好的信噪比會影響系統的魯棒性，造成假觸摸和位置跳動。手指靠近觸摸屏時會干擾相交的兩個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。交叉點發生在發射和接收電極直角交叉處。在手機觸摸屏上有好幾百個這樣的交叉點。觸摸屏控制器測量所有交叉點電容的變化，并把測量數據轉換成量化的原始數據。通過測量每個交叉點，而不是整個電極，控制器就能夠創建一個二維的觸摸屏傳感器電容圖表。
如果在手指附近交叉點發生一個大的噪聲尖峰，那么在位置計算算法就會添加一個錯誤標志。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，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，某些無意識的輸入或選擇可能會出現這些情況。
我們可以斷定，在缺少規范化測量方法時，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(見賽普拉斯規范001-49389)和移動設備OEM可以使用來量化觸摸性能。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，函數發生器，自動機械。例如，標準的抖動測量過程分為七步，記錄手指位置坐標上的時間噪聲。這里的測量表明有多大運動，多少距離，我們會期望是不動的手指。這是一個相對簡單的參數測量，它直接并立即在用戶界面產生影響。相比之下，信噪比的影響在觸摸屏性能上就不那么直接了。即使在噪聲環境下，數字濾波器和位置計算算法也能夠去除抖動，就是降低了信噪比值(作為一種性能度量)。把信噪比作為一個性能指標是不可取的，因為它不能最終給你一個真正意義上的系統性能。
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