如何測量電容式觸摸屏的實際信噪比

　　觸摸屏控制器制造商經(jīng)常拿各種規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)來使自己的產(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，即使數(shù)字上看起來不錯，也并不意味著SNR就是一個很好的系統(tǒng)性能指標(biāo)。這篇文章將討論什么是信噪比，它是如何計算的，它對系統(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。信噪比的問題是沒有任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測量、計算、報告方法，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(yè)專家明白，大多數(shù)市場宣揚的高信噪比放到實際應(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(參見圖1以觸摸屏為例)。噪聲成分依賴于內(nèi)部控制器噪聲和外部噪聲源，本文將會就這些方面進(jìn)行討論。

　　圖1 –觸摸屏結(jié)構(gòu)(有觸摸)

　　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(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)觸摸控制器沒有像cypress Charger Armor那樣的噪聲抑制技術(shù)時，USB充電器是OEM廠商最頭疼的事情。當(dāng)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(qū)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(biāo)準(zhǔn)不能不說是一個奇跡。此外，信噪比不能預(yù)測最重要和量化的觸摸屏噪聲相關(guān)參數(shù):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(shù)能預(yù)測非高斯噪聲存在時的抖動。

　　噪聲如何影響觸摸屏系統(tǒng)

　　不好的信噪比會影響系統(tǒng)的魯棒性，造成假觸摸和位置跳動。手指靠近觸摸屏?xí)r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(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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成量化的原始數(shù)據(jù)。通過測量每個交叉點，而不是整個電極，控制器就能夠創(chuàng)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(fā)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(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，手指位置報告的坐標(biāo)可能是抖動，當(dāng)手指靜止，可能在兩坐標(biāo)間交替。當(dāng)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(xiàn)這些情況。

　　某些小抖動可能影響并不是很顯著，但會給用戶接口帶來很多問題。當(dāng)手指坐標(biāo)變化時，假如變化不明顯，手勢解碼算法可能誤解點擊或平移手勢，但這也能導(dǎo)致憤怒的小鳥不發(fā)火。更糟的是，在極端的情況下，充電器噪聲可能導(dǎo)致當(dāng)只有一個手指觸摸傳感器時，觸摸屏控制器報告多個手指。這就帶來了一個問題，稱為鬼點。鬼點的后果是手機應(yīng)用程序無法使用，那些只設(shè)計了單指觸摸或手勢的可能解碼算法無法正常工作。應(yīng)用廣泛的知識產(chǎn)權(quán)，不斷改進(jìn)的模擬電路設(shè)計和先進(jìn)的信號處理算法催生了當(dāng)代觸摸控制器，例如第四代TrueTouch(TMA440)控制器，可以抑制充電器噪聲。