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触摸显示屏系统设计中的噪声、功耗和校准性能

发表时间:2018-04-26 14:38【

  在触摸显示屏系统设计中,首先要先确定应用的范围以及需求,包括触摸显示屏的尺寸以及分辨 率等。根据要求选择用电容式、红外式、表面声波式还是电阻式触摸显示屏,然后就要达到一定 的信噪比和线性度来保证最后触摸显示屏的性能。其中,噪声、功耗和校准是必须重视的3项 性能。

  (1)功耗

  尽管目前电池技术的体积容量比越来越高,寿命指标也得到提高,但是保持触摸显示屏系统 的功耗尽可能低是至关重要的,之所以重要是因为触摸显示屏系统的复杂性急剧增长。此外,终 端用户正期待着每一次电池充电之后,电子设备能够被使用更长的时间。

  触摸显示屏系统由触摸板、触摸显示屏控制器和主处理器等部分组成,触摸板和触摸显示屏控制器之 间的模拟接口对触摸显示屏系统功耗的影响最大。影响这种模拟接口的主要因素是系统电源 (tD)、面板电阻和面板的开关时间比。如果没有稳定时间,一般来说,降低面板和模拟接 口功耗的方法就是采用具有较高电阻的触摸显示屏并保持应用的开关时间比为低,从而降低系统 的功耗。如果电路中增加一个抑制噪声的电容网络,随着时间的推移,电阻较低的触摸板将 消耗较低的总功率。

  影响触摸显示屏控制器和主处理器数字接口功耗的主要因素是高数字流量引起的串行总线的 功耗,对数字转换结果进行平均处理,可以降低触摸显示屏控制器对主处理器的影响以及数字接 口的功耗。如果触摸显示屏控制器在数据被传输到主处理器之前过滤坐标数据,触摸显示屏控制器与 主处理器之间的数字接口的功耗就不是最大。当面板处于打开状态时,触摸显示屏将通过模拟接 口消耗大量的功率。

  如果低功耗是设计要控制的目标,应特别注意模拟电源的关闭策略、巧妙实现A-D转换器/处理器的数字接口并优化触摸显示屏的控制算法。

触摸显示屏系统设计中的噪声、功耗和校准性能

  (2) 噪声

  噪声是电子设备不可避免的问题之一,在触摸显示屏系统中,噪声主要来自LCD背光电路。 另外,作为一种人机接口,由于操作者和操作环境可能引入静电和电磁脉冲,这也是潜在的

  噪声来源。

  通常,这些噪声是通过触摸显示屏控制器,从模拟输入电路进人系统的。因此,在输人电路 采取措施可以有效降低噪声,这些方法包括:

  1) 优化PCB布线,互连线应该尽可能短,投射电容式触摸显示屏的电源应该采用高阶逐次 逼近寄存器(SAR)类型的A-D转换器,并采用适当的滤波处理。

  2) 在电源和地之间放置旁路电容,且应尽可能地靠近投射电容式触摸显示屏。平均或过滤 每一个触摸显示屏坐标中的多重取样率。具体实施位置有两个:主控软件的主处理器和投射电容 式触摸显示屏硬件,而后者效果更好一些,并在降低数字接口通信量和主处理器开销方面具有 优势。

  (3) 校准

  实际上,传统的鼠标是一种相对定位系统,只与前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸显示屏 则是一种绝对坐标系统,要选哪里就直接点哪里,与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐 标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系,每次触摸的数据通过校准转为 屏幕上的坐标,不管在什么情况下,触摸显示屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由 于技术原理的原因,并不能保证同一点触摸每一次采样数据都是相同的,不能保证绝对坐标 定位,也就是“点不准”,这就是触摸显示屏的漂移问题。对于性能质量好的触摸显示屏来说,漂移 的情况出现得并不是很严重。

  因此,触摸显示屏产品通常需要在加电时校准,以典型4线电阻式触摸显示屏系统为例,其触摸 屏传感器位于系统LCD显示屏表层。对触摸显示屏施压后,触摸显示屏控制器会感应到压力,并对 轴与F轴坐标进行测量。很多误差源会影响该测量结果的准确性与可靠性,其中大多数误 差都是由于电子噪声、比例系数以及机械不同轴性等问题造成的。其中,比例系数与机械不 同轴性源于触摸显示屏与显示屏的部件装配,通常系统中的触摸显示屏控制器与显示屏具有不同的分 辨率,因此需要通过比例系数将彼此坐标进行匹配。实际的比例系数会随部件的不同而有所 差异,需要通过校准来减少乃至消除不匹配的情况。

  触摸显示屏的校准需要将触摸显示屏控制器报告的坐标转换为准确反映该点与图形在显示屏与 LCD上所处位置的坐标。通过一系列比例系数来获得校准结果,纠正由于机械不同轴性引 起的移动与转动误差。


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