如何測量電容式觸摸屏的實(shí)際信噪比

　　Specmanship和噪聲

　　信噪比計(jì)算和報(bào)告比建立一個(gè)代表性的測量環(huán)境還要棘手。尖峰的嚴(yán)重程度，時(shí)間噪聲問題表明，在數(shù)據(jù)手冊中的信噪比應(yīng)該充分表現(xiàn)尖峰噪聲。那么，應(yīng)該用什么樣的測量來量化信噪比呢? 基于我們的噪聲計(jì)數(shù)方式，有兩種可能。一個(gè)方法是使用標(biāo)準(zhǔn)偏差，或均方根(RMS);另一個(gè)方法是使用峰峰(pk-pk)測量。

　　在高斯噪聲系統(tǒng)中，使用標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算信噪比是安全的，因?yàn)槲覀兛梢允褂锰轄钷D(zhuǎn)換，通過6倍標(biāo)準(zhǔn)偏差噪聲來計(jì)算pk-pk值(99.7%可信)。當(dāng)顯示器關(guān)閉并且沒有充電器時(shí)，觸摸屏系統(tǒng)的噪聲僅僅是高斯噪聲，在這種情況下我們不關(guān)心信噪比是多少。我們唯一真正關(guān)心信噪比是當(dāng)觸摸屏集成到設(shè)備里的時(shí)候，比如手機(jī)。

　　峰峰值是另一種計(jì)算信噪比中噪聲的方法。下面是這兩種方法的原始數(shù)據(jù)集近似圖示(沒有經(jīng)過數(shù)字濾波)，其展示了充電器和LCD的典型噪聲水平。

　　圖2 –有觸摸時(shí)互電容交叉點(diǎn)信噪比測量數(shù)據(jù)

　　就像圖2中我們看到的那樣，手指信號(hào)(CF )是這樣測量的，取手指觸摸前100個(gè)采樣(約1秒)數(shù)據(jù)平均值和手指觸摸后100個(gè)采樣數(shù)據(jù)平均值的差。

　　接下來，我們確定當(dāng)前系統(tǒng)中的噪聲量(CNS)。系統(tǒng)噪聲是指在一段時(shí)間內(nèi)測量到的傳感器電容最大最小值的差值。此值代表測量到的噪聲量，但它并不包括量化誤差; 我們要加上一個(gè)LSB噪聲來恢復(fù)量化誤差。這在低分辨率系統(tǒng)中是尤其重要的。當(dāng)手指觸摸時(shí)我們把測量到的噪聲拿掉，以便我們可以復(fù)制我們關(guān)心的環(huán)境。在這里我們就要選擇使用標(biāo)準(zhǔn)偏差還是pk-pk值。當(dāng)手指觸摸為20.6計(jì)數(shù)時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)公式計(jì)算pk-pk噪聲為155計(jì)數(shù):

　　使用pk-pk噪聲計(jì)算的信噪比是6.7，而使用標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算的信噪比為49.9。很明顯，大部分人會(huì)把它們都放在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊里，但是哪一個(gè)更代表系統(tǒng)性能呢? 使用標(biāo)準(zhǔn)偏差，可能有一系列干凈數(shù)據(jù)夾雜一個(gè)大尖峰(即足以看起來像個(gè)手指)，并得到同樣的噪聲作為低幅高斯分布數(shù)據(jù)集。在這里你可以看到非常高的信噪比，盡管觸摸控制器并沒有滿足用戶界面的功能規(guī)格。如果使用pk-pk噪聲測量同一組數(shù)據(jù)，信噪比會(huì)接近1，你可以看出馬上意識(shí)到系統(tǒng)有問題。

　　早前有提到，標(biāo)準(zhǔn)偏差換為pk-pk，我們可以乘以6倍來達(dá)到99.7%的置信區(qū)間。如果我們將同樣的方式思考這個(gè)數(shù)據(jù)集，我們就可以看到，pk-pk噪聲估計(jì)錯(cuò)誤了32個(gè)計(jì)數(shù)，或20%。

　　計(jì)算                            噪聲              信噪比            計(jì)算差異

　　峰峰值                       154                  6.7

　　標(biāo)準(zhǔn)偏差(stdev)       20.6                49.9                  6.8X

　　stdev * 6                    124                 8.4                    25%

　　當(dāng)我們閱讀數(shù)據(jù)手冊時(shí)，請記住，標(biāo)準(zhǔn)偏差的SNR計(jì)算方法，沒有用于計(jì)算的數(shù)據(jù)集，并不能定量或定性的給出觸摸屏系統(tǒng)的功能和性能。使用pk-pk信噪比計(jì)算，很清楚的是，可以定性判斷是否有會(huì)影響性能的顯著噪聲。