北京時間03月07日消息，中國觸摸屏網訊，某些搭載觸控螢幕的手機相當出色，可讓使用者忘記自己使用的不是鍵盤而是一片玻璃。本文將說明觸控產品設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等，此外，也將闡述各種效能要求、標準測試以及常見的錯誤模式。

　　多點觸控螢幕市場持續快速成長，Windows 7與iPad引發各界對大螢幕的興趣，但市場的主力仍集中在手機市場，原因在于手機每年仍占極為可觀的出貨量。根據南韓市調機構Displaybank的報告，搭載觸控螢幕的手機，其市占率將從2010年的20%成長至2012年的30%，大多數的成長動力來自投射式電容(Projected Capacitive)觸控螢幕，這也是唯一能偵測多只手指(多點觸控)的常見觸控螢幕類型。

　　增進手勢感測精準判斷線性度測試為關鍵

　　當你的手指靠近或接觸到觸控螢幕時，投射式電容觸控螢幕會偵測出電容的變化。變化的幅度通常不到1pF，然而系統中的其他電容值卻遠大于此。適當地偵測這項訊號，然后轉換成手指的位置，是項相當困難的工作。有幾項量測方法如精準度、線性度、持續性、手指間隔、反應時間、更新率、手指電容、系統雜訊底線、訊噪比(SNR)等，能協助研判系統是否運作得宜。

　　精準度定義為「在預先定義的觸控螢幕區域內，最大的定位誤差，其值為手指實際位置與通報手指位置之間的直線距離」。舉例來說，若實際位置為(50,60)，而通報的位置為(51,62)，則該點的精準度就是SQRT((51-50)2+(62-60))像素。之后再把這個值轉換成公厘，以在不同面板上有相同的量測單位。

　　要正確的測量出精準度并非易事。這種測試通常是用正交座標機械臂(Cartesian Robot)來進行，這種機具外觀像是一部用模擬手指代替筆的X/Y軸平面繪圖機。手機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，則可將裝置置于機械手臂工作區的邊緣，讓手機和機械手臂之間能精準對位。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。從數學層面來說，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，或是真正的精準度問題(圖1)。

　　圖1 精準度與線性度

　　Moto Design在2010年被思科(Cisco)購并前曾發表一部影片，展示如何快速測試觸控螢幕的效能。其方法相當簡單：在螢幕上畫多條線，然后看線條是直線或波浪扭曲狀。畫對角線是因為電容式觸控感測器采用一組網狀排列的感測器，與X/Y軸向對位，因此畫對角線對系統產生的考驗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「通報結果與所有通報結果回歸直線的差異」。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)，則該點在反方向偏移了0.25毫米，線性度與精準度的評分都得到這是一個0.25毫米的誤差。但當使用者看螢幕時，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性定義為線條的「跳躍性」。持續性是量測位置的短距變化，其定義為「通報位置變化與實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，若第一點實際位置為(50,0)，通報位置為(49,0)，第二點實際位置為(100,0)，通報位置為(101,0)，則持續性誤差為(101-49)-(100-50)=2畫素。此值再轉換成距離值，以使在不同面板上有相同的量測單位。

　　在電容式觸控螢幕的生命周期內，上述三種量測數值都會維持不變。這是投射式電容觸控螢幕另一個勝過電阻式觸控螢幕的優點。電阻式觸控螢幕的許多屬性會隨時間和不同的環境條件而改變，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。

　　建構靈活觸控系統手指間隔/反應時間至關重要

　　在知道手指的位置后，還有另一項效能量測數值能用來改善使用者體驗。其中之一就是手指間隔。手指間隔不佳的元件，當兩只手指同時觸碰螢幕時，通常在鍵盤中間部分會出現通報錯誤的狀況。要測試手指間隔，方法相當直接，就是同時把兩只模擬的手指置于面板上，然后持續靠攏兩只手指，直到系統通報一只手指為止。若沒有良好的手指間隔機制，就不能建構真正的多點觸控解決方案。

　　手指間隔定義為「當兩只手指置于觸控螢幕上，且觸控螢幕控制器仍通報為兩只不同手指時，兩者中心點之間的最小距離」。一些觸控螢幕供應商標示的手指間隔為邊緣與邊緣的距離，有些則是中心點之間的距離。以10毫米機械手指測得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，實際情況端看觸控控制器的規格標示方法而定。

　　反應時間定義為「在觸控螢幕上發生手指觸碰事件與觸控螢幕控制器產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幕，借此模擬手指或把模擬手指移到螢幕上。反應時間較長的系統，在撥打號碼或輸入時會有遲緩的現象。較長的反應時間，會讓系統錯失快速的輕擊觸碰，像是點擊(Tap)或雙點按手勢的其中一次觸碰。觸控螢幕的反應時間，是偵測與定位手指時，所有掃描與處理時間的總和。觸控螢幕控制器內部的執行步驟如下：

　　‧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

　　解譯多個感測器結果，判斷手指的實際位置。

　　‧手指追蹤

　　當超過一個手指置于感測器時，系統必須辨識出每個手指，并指派給一個獨一無二的識別代號。

　　觸控螢幕的反應時間還要加入其他多個元素，才能評估最終使用者實際的整體系統反應時間：

　　‧岔斷延遲

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

　　‧通訊

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

　　‧觸碰處理

　　當觸碰資料已傳入系統時，系統必須做出反應。

　　‧使用者回饋

　　系統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「當手指出現在觸控螢幕上時，在資料緩沖區中，觸控螢幕資料的兩個連續畫格之間的時間」。在許多系統中，最大的反應時間是更新率的兩倍，因為觸控動作可能在該螢幕區域剛被掃描后就發生。

　　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，會將單一畫動手勢以多個較小手勢表現，甚至以多個觸碰點表現。

　　若觸控面板擁有高更新率，則能提供更多的資料點，讓系統解讀出平順或完整的形狀或動作。如賽普拉斯(Cypress)TrueTouch產品等的智慧型觸控螢幕控制器，能調整其更新率，以配合系統的功耗與反應時間等要求。

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

　　量測功耗并不像表面想像的簡單，因為在不同模式下，運作功耗會隨之改變，因此必須量測每種模式下的功耗，并根據每種模式所占的時間比率，再算出加權后的平均功耗。電腦制造商與手機制造商已研究這個問題許多年，其可以在以螢幕低亮度閱讀PDF檔時量測筆電的電池續航力，也可在觀看動作片DVD光碟時量測電池續航力。更可以在靠近或遠離基地臺的地方量測手機的通話時間。

　　在設計一個電容式觸控螢幕系統時，系統設計人員必須注意其他幾項重要參數。如手指與感測器元件之間測得的電容。手指電容是用實際的手指而非金屬模擬手指所測得的電容，以確保測得符合實際的數據。影響CF的因素包括上覆鏡片的厚度，以及上覆鏡片材質的介電常數。而系統雜訊底線則為相較于轉換器的輸入值(電容)，在電容至數位轉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雜訊的通報數據

　　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制。可編程類比元件可設定用來長時間整合各個訊號，借以濾除雜訊。包括展頻與偽隨機頻率等不同訊號頻率，都能用來避免電磁干擾。標準的數位濾波器可消除1～2位元的訊號抖動，或提供類似無限脈沖響應(IIR)的低通濾波器功能。智慧型數位濾波器可比較面板上相鄰采樣點的數據，然后剔除「不尋常」的樣本。智慧型濾波器唯一的限制，就是系統設計人員的創造力。

　　有許多因素會影響觸控螢幕的效能，開發一個成功的觸控螢幕產品，必須注意每一項因素。若產品的每個部分都符合這些規范，觸控螢幕就可擁有符合使用者期盼的直覺化操作介面。