如何解决大型电容式触摸屏输入问题，无源手写笔带来自然操控体验

很多朋友对如何解决大型电容式触摸屏输入问题，无源手写笔带来自然操控体验不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

作者：赛普拉斯半导体公司的托德塞弗森

移动设备制造商希望为消费者提供一个自然易用的用户界面，就像使用纸和笔一样，同时具有计算机的高度灵活性。这样的高级功能可以帮助制造商实现产品差异化。具有手掌误操作消除功能的小尖头无源触控笔使制造商能够提供低成本的解决方案，以支持各种新的应用功能，如手写、编辑、签名捕捉和精确导航。

然而，上述功能的实现也面临一些挑战，无源手写笔的开发者必须满足电容传感技术在更大触摸屏上的一系列性能要求。具体来说，就是要用先进的算法和感应的方法来检测手写笔发出的小信号，同时还要排除用户手掌造成的更大的无用信号。

此外，设备必须能够在触控笔和多点触摸输入之间动态地来回切换，同时保持一定的速度、准确性和响应能力，从而确保理想的用户体验。

随着电容式触摸屏的尺寸越来越大，使用纸和笔这样的书写设备变得更加直观和方便。厂商支持手写笔功能最常见的方式是使用有源手写笔或者无源手写笔。有源手写笔使用电子元件，需要电源，并将信号传输到主机设备。有源手写笔可以支持高级功能，例如在显示屏上悬停、压力感应、按键支持和擦除。无源手写笔由导电材料制成，相当于用户身体的延伸。

用户手部的电容耦合支持无源手写笔在接触屏幕时发送信号。手写笔和主机平台之间没有主动通信，如何区分手指和被动手写笔是一个难题。

在许多情况下，如果有源触笔和无源触笔都可以实现相同的特性，就没有必要给系统增加额外的成本。有源手写笔的额外组件和功率要求使其难以打开市场，而无源手写笔的糟糕性能和/或笨重的头部会带来不自然的手写体验。

因此，如果无源手写笔的笔头为1至2 mm，用户在书写时可以将手掌搁在屏幕上，同时保持足够的速度和准确度，并确保接触点正好是“墨水”的“沾墨处”，就可以提高无源手写笔的用户体验。

为了创建可以支持手指和无源指示笔操作的实际实现方案，必须考虑许多不同的使用情况。例如，开发人员应该考虑系统在检测手指和手写笔输入之间的切换速度。同样，他们必须定义当手写笔在手指/手掌触摸屏幕之前、之后或同时触摸屏幕时，系统如何做出反应。其他重要因素包括配置手写笔与手的距离，以停止检测手写笔信号。

图1显示了手写笔用例中的状态机流程示例。

图1在被动触笔用例中使用示例触笔的状态机的矛盾被动触笔检测对于触摸控制工程师来说是一个复杂的问题。问题的根源在于“笔迹悖论”。所谓“手写笔悖论”，就是无源手写笔的信号比正常手指触摸输入的信号小很多，而用户却认为手写笔的笔尖那么细，应该比手指更准确。

精度和线性度与系统的信噪比成正比。因为本底噪声不会随着输入而改变，所以信号减弱会对信噪比产生很大的影响。电容式触摸屏的信号水平基本取决于触摸输入的覆盖面积。也就是说，2毫米无源触控笔的信号强度比典型的10毫米手指触摸的信号强度小25倍。这种信号强度的差异给触摸工程师带来了许多问题。

即使有较大的触摸信号，固件也必须能够检测到较小的手写笔信号，这往往需要不同的传感器扫描模式，抗噪性和刷新率都会受到影响。另外，无源手写笔最好配合大触摸板使用，但是大触摸板刷新率低或者距离传感器大，都会影响系统的性能。

从根本上说，处理信号强度差距需要解决两个问题。第一，虽然信号强度极低，但必须先检测到手写笔。第二，一旦检测到手写笔，必须准确上报。这两个问题各有各的难处。从概念上讲，最合理的触控笔检测方法是最大化传感器信号。

通常，通过最小化从传感器到信号电平(非常接近预期信号电平)的动态范围，或者甚至通过使用软件乘法和滤波来解决相关问题。而高增益系统通过正常手指触摸等大输入很容易达到饱和，需要认真处理正常触摸和小手写笔信号。一种常见的方法是在每个预期的信号电平下进行两次独立的扫描，以区分正常触摸和触笔输入。

图2触摸和笔简介这种模式切换很容易受到误检的影响，所以需要过滤掉误检。手指接近或离开触摸屏就是一个典型的例子。当手指靠近时，其信号电平很低(在无源触笔区域)，当手指离开时，信号电平也很低，因此必须使用其他判断来确认任何检测到的触笔输入。死区管理

检测到手写笔后，必须准确上报。与典型的手指触摸不同，无源触笔的尖端使用户能够准确地看到它在LCD上的位置。因此，虽然信噪比明显降低，但用户对触控笔控制的准确性有了更高的期望。此外，线性也是一个关键因素，因为手写笔通常用于书写。

与无源光笔的精度和线性度相关的关键问题是“死区”。“死区”是指触摸屏上的区域，即使输入激励转移到新的位置，报告信号电平也不会改变。例如，触摸屏上一个典型的5毫米传感器可以完全包围一个2毫米的无源触笔笔尖。图3触针尖端的死区

很难检测到触笔在传感器中心的微小移动，但对于传感器来说，输入通常被量化到组件的中心。因此，当触笔的移动被限制在传感器范围内时，它将被报告为处于固定位置，这被称为死区。

解决这个问题的一般方法是分析周围所有的传感器，利用它们创建查找表索引，从而修正报告位置，更好地掌握笔尖的实际位置。所以无源光笔的精度和线性度问题，归根结底是通过创造性的方法生成上述位置索引，或者设计更先进的查找表，因为死区通常是一个无法克服的物理问题，所以必须找到合适的修正方法。消除触摸误操作的必要性

被动手写笔的早期实现方案一次仅支持单一输入类型，普通手指触摸享有更高的优先级。如果屏幕上有正常的手指触摸，包括书写时握住手机或平板的边缘，或者将手掌放在屏幕上，那么手写笔系统就不能正常工作。但是，在大屏幕上使用手写笔时，这两种情况非常常见。为了使用方便，手写笔在屏幕上工作时，必须杜绝这种误操作，从而提高用户的满意度。

触摸屏幕之所以会影响手写笔的性能，还取决于信号间隙。触摸屏幕会导致其信号传播到多个传感器，而外围传感器通常在信号电平的触控笔区域。普通触控的信号水平远高于手写笔。这就像在黑暗的房间里有两个手电筒。一个是亮的，一个是暗的。手电筒越强，越难看到较暗的手电筒。此外，正常触摸也会产生共模噪声。

因此，如果嘈杂的触摸和触笔共享同一个传感器接收器，触笔输入将难以检测。

这些共模噪声问题是另一个大问题。通常，我们可以通过只扫描感兴趣的特定传感器来隔离无源指示笔所需的信号，从而解决这个问题。这时，我们假设可以初步检测到手写笔，并跟踪其在屏幕上的移动，从而使手写笔的第一次触摸最弱。然而，一旦传感器子集跟踪触笔，大多数令人不安的触摸问题就可以解决。

虽然上述大部分问题看起来很难解决，但目前触控控制器的发展使得我们的产品不仅有足够的灵敏度来检测小尖头的无源手写笔，还具有智能功能来过滤屏幕上的噪音和其他干扰物体。从用户的角度来看，智能触摸控制器可以处理许多与输入相关的检测和跟踪触摸对象的问题。

从系统层面来说，成功的关键是开发相关的应用，让用户能够更好地在自己的设备上使用、创建和控制程序，从而提高工作效率，带来更自然的控制体验。

——本文选自电子爱好者网10月《触控技术特刊》《透视新设计专栏》，转载请注明出处，违者必究！

以上知识分享希望能够帮助到大家！