信噪比对触摸屏用户体验的影响 - 触摸屏设计挑战升级 工程师该如何提升用户体验？

　　信噪比（SNR）

　　SNR是指信号功率与噪声功率之比，换言之，即有用信息与错误或不相关数据之比。触摸屏面板上的传感器相当于一根大型天线，可接收荧光灯、LCD或充电器等系统和环境噪声。

　　

　　图2 TT Combined image_White

　　大型屏幕可作为更大型的天线，因此更容易接收噪声并使接收通道达到饱和。这会造成误触摸、触摸中断或触摸屏“锁定”以致触摸屏完全无法报告数据，从而显著影响触摸性能。为了排除这些干扰，触摸屏控制器要求能够增强信号或降低噪声。提高信噪比的一些主要方法包括提高发射电压以增强信号；使用硬件及数字滤波法降低噪声，或利用跳频远离噪声频率。

　　信噪比与发射电压成线性比例。发射电压可通过充电泵或VDDA驱动程序来提供。在大多数消费类电子设备中，充电泵一般可带有2.7-3V电源，且能进一步将这一电源电压提升到更高的电压。大屏幕的问题在于充电泵对高电容面板的驱动能力有限。也就是说必须增加外部泵或电源，而这会相应增加成本和功耗。

　　在没有足够信号的情况下，另一个选项是最大限度地降低噪声。第一道防线就是使用滤波器创造更加洁净的电容环境。如果这种方法无效，第二道防线一般是使用跳频去搜索干扰较少的频率。如上所述，大尺寸面板的寄生电容和电阻更高，会影响电阻电容（RC）时间常数，从而导致发射频率更低。更低的频率意味着它很难在噪声范围以外扫描整个面板。较高的发射频率会给触摸控制器提供更大的空间，使其远离噪声源。理想的最大发射频率为350kHz或者更高，但需要根据客户的具体目标，不断地在信噪比、刷新率以及功耗之间进行权衡，从而优化每台设备。台式电脑上的单机游戏更注重响应速度而非功耗，然而便携式设备则需要考虑功耗以延长电池使用寿命。

　　功耗

　　随着移动性在我们生活中占据着越来越重要的位置，功耗成为了消费者在选择便携式电子设备时的一项重要考虑因素。市场调查显示，大多数用户认为电池使用寿命是购买新型便携式设备时需要考虑的最重要特性之一。

　　

　　图3 电池寿命的重要性

　　由于液晶显示屏尺寸的加大，功耗通常与屏幕尺寸成正比。液晶显示屏的功耗在整个系统功耗中占相当大的比例。要想保持电池使用寿命，一种方法就是在系统中使用更大的电池组。但这会增加系统的重量，从而影响用户的便携性体验。另一种方法是通过降低刷新率、降低发射电压、禁用各种数字滤波器或使用尽可能低的模拟/数字电源，但这种方法会降低设备性能。同样，这些解决方案都会给用户体验带来负面影响，因此都不是理想的方案。

　　对于好的设备而言，重量与性能都是关键因素，延长电池使用寿命的最佳解决方案就是优化系统中单个组件的功耗。对于触摸屏控制器来说，这就意味着为设备制定灵活的功耗管理方案。

　　总功耗取决于设备的状态或使用情况。一款智能的高能效触摸屏控制器应具备多状态功耗管理，如工作状态、低功耗状态和深度休眠状态等，其中每种状态都有一套降低功耗的独特方案。这些都是通过触摸控制器的配置参数来管理的。

　　· 工作状态下，触摸屏具有最快的触摸响应时间，因为设备会积极地扫描触摸屏，从而确定触摸的存在并识别触摸坐标。

　　· 在工作状态下，如在一定时间内未检测到触摸事件，设备就会进入低功耗状态。这会进一步降低功耗并相应地延长响应时间。如设备检测到任何触摸事件，则会自动从低功耗状态切换到工作状态。

　　· 深度休眠状态下的功耗最低。这种状态下设备不进行任何扫描且不报告任何触摸。这时需要中断，才能唤醒触摸屏控制器，并将其切换到工作状态。

　　

　　图4 电源状态图

　　不同功耗状态是由系统环境决定的。比如，如果一段时间内屏幕没有被触摸，系统就会让用户界面停止活动以延长电池使用寿命。而这是通过主机管理设备上的各个组件来完成的，比如关闭液晶显示屏以及将触摸控制器置于低功耗状态等。在低功耗状态下，一旦检测到触摸事件，触摸屏控制器就会切换到工作模式，并继续扫描，以确定面板上的触摸坐标。如果在低功耗状态下未检测到触摸事件，主机就会驱动触摸控制器进入深度休眠状态以节省电量。这些动态功耗管理状态让消费者在使用便携式移动设备时能够灵活地管理触摸性能和功耗。

　　随着触摸屏的发展，为了保证用户体验，应采用系统级方法。触摸屏会受物理现象限制，要想让电容式触摸继续成为移动消费类电子产品的技术选择，那么独创性和集成度是关键。人们正在开发新的触摸屏材料以提高面板速度，同时也在定义主机处理架构以卸载部分繁重的数字运算。硬件和软件也在不断改进，滤除噪声的同时提高信号强度，同时，人们正在采用系统级功耗方式来延长电池使用寿命。设计人员面临的下一个重大挑战就是如何以更低成本实现这一切。

——本文选自电子发烧友网10月《触控技术特刊》“透视新设计栏目”，转载请注明出处，违者必究！