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[導(dǎo)讀]某些搭載觸控螢?zāi)坏氖謾C(jī)相當(dāng)出色,可讓使用者忘記自己使用的不是鍵盤而是一片玻璃。本文將說明觸控產(chǎn)品設(shè)計上各種潛在的錯誤來源,其中包括假觸碰、錯失觸碰以及定位不準(zhǔn)等,此外,也將闡述各種效能要求、標(biāo)準(zhǔn)測試以

某些搭載觸控螢?zāi)坏氖謾C(jī)相當(dāng)出色,可讓使用者忘記自己使用的不是鍵盤而是一片玻璃。本文將說明觸控產(chǎn)品設(shè)計上各種潛在的錯誤來源,其中包括假觸碰、錯失觸碰以及定位不準(zhǔn)等,此外,也將闡述各種效能要求、標(biāo)準(zhǔn)測試以及常見的錯誤模式。
多點(diǎn)觸控螢?zāi)皇袌龀掷m(xù)快速成長,Windows 7與iPad引發(fā)各界對大螢?zāi)坏呐d趣,但市場的主力仍集中在手機(jī)市場,原因在于手機(jī)每年仍占極為可觀的出貨量。根據(jù)南韓市調(diào)機(jī)構(gòu)Displaybank的報告,搭載觸控螢?zāi)坏氖謾C(jī),其市占率將從2010年的20%成長至2012年的30%,大多數(shù)的成長動力來自投射式電容(Projected Capacitive)觸控螢?zāi)?,這也是唯一能偵測多只手指(多點(diǎn)觸控)的常見觸控螢?zāi)活愋汀?

增進(jìn)手勢感測精準(zhǔn)判斷線性度測試為關(guān)鍵

當(dāng)你的手指靠近或接觸到觸控螢?zāi)粫r,投射式電容觸控螢?zāi)粫蓽y出電容的變化。變化的幅度通常不到1pF,然而系統(tǒng)中的其他電容值卻遠(yuǎn)大于此。適當(dāng)?shù)貍蓽y這項(xiàng)訊號,然后轉(zhuǎn)換成手指的位置,是項(xiàng)相當(dāng)困難的工作。有幾項(xiàng)量測方法如精準(zhǔn)度、線性度、持續(xù)性、手指間隔、反應(yīng)時間、更新率、手指電容、系統(tǒng)雜訊底線、訊噪比(SNR)等,能協(xié)助研判系統(tǒng)是否運(yùn)作得宜。

精準(zhǔn)度定義為“在預(yù)先定義的觸控螢?zāi)粎^(qū)域內(nèi),最大的定位誤差,其值為手指實(shí)際位置與通報手指位置之間的直線距離”。舉例來說,若實(shí)際位置為(50,60),而通報的位置為(51,62),則該點(diǎn)的精準(zhǔn)度就是SQRT((51-50)2+(62-60))像素。之后再把這個值轉(zhuǎn)換成公厘,以在不同面板上有相同的量測單位。

要正確的測量出精準(zhǔn)度并非易事。這種測試通常是用正交座標(biāo)機(jī)械臂(Cartesian Robot)來進(jìn)行,這種機(jī)具外觀像是一部用模擬手指代替筆的X/Y軸平面繪圖機(jī)。手機(jī)必須置于已知的位置,之后手指必須移至面板上的某個精準(zhǔn)定位位置。若裝置本身的邊緣平坦而且沒有凸出的按鈕,則可將裝置置于機(jī)械手臂工作區(qū)的邊緣,讓手機(jī)和機(jī)械手臂之間能精準(zhǔn)對位。但若裝置本身有彎曲邊緣或凸出按鈕,則對位就可能不精確。從數(shù)學(xué)層面來說,移除對位誤差是可能的,但會引入不確定性:究竟誤差是來自置放位置不精準(zhǔn),或是真正的精準(zhǔn)度問題(圖1)。


圖1 精準(zhǔn)度與線性度
Moto Design在2010年被思科(Cisco)購并前曾發(fā)表一部影片,展示如何快速測試觸控螢?zāi)坏男?。其方法相?dāng)簡單:在螢?zāi)簧袭嫸鄺l線,然后看線條是直線或波浪扭曲狀。畫對角線是因?yàn)?strong>電容式觸控感測器采用一組網(wǎng)狀排列的感測器,與X/Y軸向?qū)ξ?,因此畫對角線對系統(tǒng)產(chǎn)生的考驗(yàn)壓力會高于垂直與水平線。這種測試法真正測試的是線性度。

線性度定義為“通報結(jié)果與所有通報結(jié)果回歸直線的差異”。但這個定義可能低估了使用者看到誤差的幅度。若通報的位置在某個方向上偏移0.25毫米(mm),則該點(diǎn)在反方向偏移了0.25毫米,線性度與精準(zhǔn)度的評分都得到這是一個0.25毫米的誤差。但當(dāng)使用者看螢?zāi)粫r,他們看到的是位置偏移了0.5毫米,因此或許另一個專有名詞更適合用來描述這種誤差。

其中一種方式是把持續(xù)性定義為線條的“跳躍性”。持續(xù)性是量測位置的短距變化,其定義為“通報位置變化與實(shí)際位置變化之間的最大差距,沿著第一個通報位置與第二個通報位置之間的直線量測”。舉例來說,若第一點(diǎn)實(shí)際位置為(50,0),通報位置為(49,0),第二點(diǎn)實(shí)際位置為(100,0),通報位置為(101,0),則持續(xù)性誤差為(101-49)-(100-50)=2畫素。此值再轉(zhuǎn)換成距離值,以使在不同面板上有相同的量測單位。

在電容式觸控螢?zāi)坏纳芷趦?nèi),上述三種量測數(shù)值都會維持不變。這是投射式電容觸控螢?zāi)涣硪粋€勝過電阻式觸控螢?zāi)坏膬?yōu)點(diǎn)。電阻式觸控螢?zāi)坏脑S多屬性會隨時間和不同的環(huán)境條件而改變,正由于它們是一個單一大型感測器,因此任何誤差都會影響整個面板。

建構(gòu)靈活觸控系統(tǒng)手指間隔/反應(yīng)時間至關(guān)重要

在知道手指的位置后,還有另一項(xiàng)效能量測數(shù)值能用來改善使用者體驗(yàn)。其中之一就是手指間隔。手指間隔不佳的元件,當(dāng)兩只手指同時觸碰螢?zāi)粫r,通常在鍵盤中間部分會出現(xiàn)通報錯誤的狀況。要測試手指間隔,方法相當(dāng)直接,就是同時把兩只模擬的手指置于面板上,然后持續(xù)靠攏兩只手指,直到系統(tǒng)通報一只手指為止。若沒有良好的手指間隔機(jī)制,就不能建構(gòu)真正的多點(diǎn)觸控解決方案。

手指間隔定義為“當(dāng)兩只手指置于觸控螢?zāi)簧希矣|控螢?zāi)?strong>控制器仍通報為兩只不同手指時,兩者中心點(diǎn)之間的最小距離”。一些觸控螢?zāi)还?yīng)商標(biāo)示的手指間隔為邊緣與邊緣的距離,有些則是中心點(diǎn)之間的距離。以10毫米機(jī)械手指測得10毫米的手指間隔,可能意謂手指相互接觸,或兩只手指相距10毫米,實(shí)際情況端看觸控控制器的規(guī)格標(biāo)示方法而定。

反應(yīng)時間定義為“在觸控螢?zāi)簧习l(fā)生手指觸碰事件與觸控螢?zāi)豢刂破鳟a(chǎn)生岔斷訊號之間相隔的時間”。要測得這個時間,可用電子脈沖刺激觸控螢?zāi)唬宕四M手指或把模擬手指移到螢?zāi)簧?。反?yīng)時間較長的系統(tǒng),在撥打號碼或輸入時會有遲緩的現(xiàn)象。較長的反應(yīng)時間,會讓系統(tǒng)錯失快速的輕擊觸碰,像是點(diǎn)擊(Tap)或雙點(diǎn)按手勢的其中一次觸碰。 觸控螢?zāi)坏姆磻?yīng)時間,是偵測與定位手指時,所有掃描與處理時間的總和。觸控螢?zāi)豢刂破鲀?nèi)部的執(zhí)行步驟如下:

·X/Y軸掃描

觸控控制器掃描與量測感測器電容變化所需的時間。

·手指偵測

比較面板的電容變化以及預(yù)先定義的手指門檻。若變化超過手指的門檻,代表已偵測到手指。

·手指定位

解譯多個感測器結(jié)果,判斷手指的實(shí)際位置。

·手指追蹤

當(dāng)超過一個手指置于感測器時,系統(tǒng)必須辨識出每個手指,并指派給一個獨(dú)一無二的識別代號。

觸控螢?zāi)坏姆磻?yīng)時間還要加入其他多個元素,才能評估最終使用者實(shí)際的整體系統(tǒng)反應(yīng)時間:

·岔斷延遲

主控端上岔斷指示與岔斷服務(wù)之間的延遲。在大多數(shù)系統(tǒng)中,延遲不到100微秒(μs),但在某些系統(tǒng)中,則可能高達(dá)10毫秒(ms)。

·通訊

一般系統(tǒng)采用400KHz的I2C或1MHz的串列周邊介面(SPI)來和主控端進(jìn)行通訊。

·觸碰處理

當(dāng)觸碰資料已傳入系統(tǒng)時,系統(tǒng)必須做出反應(yīng)。

·使用者回饋
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系統(tǒng)可透過一些指示訊息,代表觸碰動作已被辨識。包括聲響、視覺輸出、或觸覺回饋。

更新率定義為“當(dāng)手指出現(xiàn)在觸控螢?zāi)簧蠒r,在資料緩沖區(qū)中,觸控螢?zāi)毁Y料的兩個連續(xù)畫格之間的時間”。在許多系統(tǒng)中,最大的反應(yīng)時間是更新率的兩倍,因?yàn)橛|控動作可能在該螢?zāi)粎^(qū)域剛被掃描后就發(fā)生。

低更新率會讓曲線看似由許多線段組成,而不是平滑的曲線。低更新率的系統(tǒng),會將單一畫動手勢以多個較小手勢表現(xiàn),甚至以多個觸碰點(diǎn)表現(xiàn)。

觸控面板擁有高更新率,則能提供更多的資料點(diǎn),讓系統(tǒng)解讀出平順或完整的形狀或動作。如賽普拉斯(Cypress)TrueTouch產(chǎn)品等的智慧型觸控螢?zāi)?strong>控制器,能調(diào)整其更新率,以配合系統(tǒng)的功耗與反應(yīng)時間等要求。

盡管描繪或手寫應(yīng)用,需要快速的更新率,但手機(jī)撥號鍵盤則僅須在按鈕被按下或釋放時及時向主控端發(fā)出岔斷即可。

量測功耗并不像表面想像的簡單,因?yàn)樵诓煌J较?,運(yùn)作功耗會隨之改變,因此必須量測每種模式下的功耗,并根據(jù)每種模式所占的時間比率,再算出加權(quán)后的平均功耗。電腦制造商與手機(jī)制造商已研究這個問題許多年,其可以在以螢?zāi)坏土炼乳喿xPDF檔時量測筆電的電池續(xù)航力,也可在觀看動作片DVD光碟時量測電池續(xù)航力。更可以在靠近或遠(yuǎn)離基地臺的地方量測手機(jī)的通話時間。

在設(shè)計一個電容式觸控螢?zāi)幌到y(tǒng)時,系統(tǒng)設(shè)計人員必須注意其他幾項(xiàng)重要參數(shù)。如手指與感測器元件之間測得的電容。手指電容是用實(shí)際的手指而非金屬模擬手指所測得的電容,以確保測得符合實(shí)際的數(shù)據(jù)。影響CF的因素包括上覆鏡片的厚度,以及上覆鏡片材質(zhì)的介電常數(shù)。而系統(tǒng)雜訊底線則為相較于轉(zhuǎn)換器的輸入值(電容),在電容至數(shù)位轉(zhuǎn)換器的輸出端所測得的雜訊值。

此外,一個感測器測得的手指訊號,除以觀測到的量測雜訊。不同廠商量測雜訊的方法不同,因此必須了解他們采用的量測方法。在圖2中,峰對峰雜訊為10,但均方根(RMS)雜訊則約為3。這意謂著峰對峰的SNR雜訊會好上三倍,但實(shí)際上SNR并沒有改變,只是描述方式改變而已。

圖2 Peak to Peak與RMS雜訊的通報數(shù)據(jù)
而賽普拉斯TrueTouch系列元件的可編程解決方案,在濾除雜訊方面提供絕佳的機(jī)制。可編程類比元件可設(shè)定用來長時間整合各個訊號,藉以濾除雜訊。包括展頻與偽隨機(jī)頻率等不同訊號頻率,都能用來避免電磁干擾。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)位濾波器可消除1~2位元的訊號抖動,或提供類似無限脈沖響應(yīng)(IIR)的低通濾波器功能。智慧型數(shù)位濾波器可比較面板上相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù),然后剔除“不尋?!钡臉颖尽V腔坌蜑V波器唯一的限制,就是系統(tǒng)設(shè)計人員的創(chuàng)造力。

有許多因素會影響觸控螢?zāi)坏男?,開發(fā)一個成功的觸控螢?zāi)划a(chǎn)品,必須注意每一項(xiàng)因素。若產(chǎn)品的每個部分都符合這些規(guī)范,觸控螢?zāi)痪涂蓳碛蟹鲜褂谜咂谂蔚闹庇X化操作介面。

(本文作者任職于賽普拉斯)



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