показывала очень приличные ноутбуки на базе AMD Turion 64 X2 и Intel Core Duo. Нельзя сказать, что их наделили какими-то уникальными особенностями (хотя нет — ролик, в котором демонстрируется ударопрочность одной из моделей, впечатляет), однако дизайн у них привлекательный и местами почти-эппловский (MSI S262).
Благодарим компанию BenQ за помощь в организации поездки.
ТЕХНОЛОГИИ: Нежные прикосновения
Если вы подумали, что речь пойдет о сущностях, упомянутых в эпиграфе, — увы. Просто, написав заголовок, автор поинтересовался в «Яндексе», не слишком ли часто эти слова использовались в русскоязычных статьях. Оказалось, что использовались, но вовсе не в отношении координатных сенсорных датчиков, о которых и пойдет речь ниже.
Тема этой статьи родилась довольно курьезно. В редакцию пришел пресс-релиз, описывающий очередной сенсорный ЖК-дисплей (подобный самсунговскому, недавно представленному Володей Гуриевым довольно подробно). В тексте упоминалась некая «5-проводная технология тактильного сенсора», что по-русски звучит весьма коряво. Я запросил у представителя компании англоязычный вариант релиза и получил в ответ просьбу объяснить, как перевести это корректнее. Разумеется, русский перевод оказался полным «подстрочником», и «тактильный сенсор» я без сомнений переименовал в «координатный сенсорный датчик» или просто в «тачпад/тачскрин» (в зависимости от наличия дисплея). А вот с «5-проводным» оказалось сложнее. Английский вариант, увы, давно устоялся именно в таком виде (5-wire), что отражает суть устройства не совсем удачно — с тем же успехом четырехцилиндровый двигатель можно назвать четырехшатунным. Начав писать ответ, я так увлекся, что получилась целая статья, которую и предлагаю вашему вниманию. И, пользуясь тем, что русскоязычных публикаций о технологиях резистивных сенсорных датчиков практически нет, заодно предлагаю, пока не поздно, отказаться от самого употребительного варианта перевода слова wire, заменив в данном контексте хотя бы «провод» на «вывод» (еще более корректный «электрод» корректен, увы, не всегда, но не буду больше забегать вперед).
До некоторого времени я и сам считал, что тачскрины и тачпады построены на основе матрицы перекрещивающихся проводников, подобно пленочной клавиатуре. Однако появление сенсорных экранов с размерами 17 и более дюймов с высоким разрешением заставило в этом усомниться — сколько же нужно сделать выводов от матрицы и сколько входов должен иметь в таком случае считывающий информацию контроллер! Контактные выводы в наше время обходятся в массовом производстве сильно дороже, чем кремниевые чипы. Несмотря на то что существуют и «матричные» системы (о них чуть позже), основной рынок все же не за ними. На самом деле все гениальное — просто. И не нужно лезть в цифру, когда с головой хватает аналоговых решений. Итак, самая простая, но до сих пор чаще всего применяемая технология координатных сенсорных датчиков носит название резистивной матрицы.
Для разных типов резистивных матриц сегодня выпускается достаточное количество специализированных контроллеров (даже тип разъема и порядок разводки сигналов самой матрицы вполне устоялся, хоть и не принят как стандарт). Коммутация шин производится ключами на полевых транзисторах. Преобразованием и оцифровкой сигналов занимается 4—6-канальный АЦП (обычно интегрирующий, на основе таймера, порядка 12 бит разрешения, с быстродействием около 100 тысяч отсчетов в секунду); «лишние» каналы заняты измерением опорного напряжения и температуры, сильно влияющих на точность. Кроме того, контроллер содержит и один из вариантов последовательного интерфейса (больших скоростей передачи здесь не требуется, так что начиналось все с RS-232, а в последнее время применяется SPI или USB). Для примера привожу структурную схему контроллера AD7873 от Analog Devices.
На две поверхности (нижняя обычно стеклянная, а верхняя пленочная) напылен сплошной тонкий слой проводящего материала (столь тонкий, что прозрачность его зачастую превышает 90%). Поверхности обращены проводящим слоем друг к другу. Дабы проводники не замыкались самопроизвольно, на одну из поверхностей наносится «сетка» точечных полимерных изоляторов. В свободном состоянии слои не касаются друг друга ни в одной точке. Когда же к верхней (пленочной, то есть легко деформируемой) поверхности прикладывается некоторое усилие, происходит замыкание проводников и… Если вы думаете, что с такой конструкции можно снять только двоичный сигнал замкнуто/не замкнуто, то ошибаетесь. Проводящий слой имеет вовсе не нулевое сопротивление, и при замыкании образуется эквивалент резистивного делителя, с которого можно снять аналоговый сигнал, пропорциональный координате точки замыкания.
Один из первых способов построения резистивных матриц — 4- выводной (4-wire). Вдоль вертикальных сторон верхней поверхности, по ее краям, наносятся металлизированные дорожки с очень малым сопротивлением. Такие же две дорожки наносятся и на нижнюю поверхность, но уже по горизонтальным сторонам. Соответственно четыре вывода в разъеме матрицы подключены к этим четырем дорожкам. Никаких сложных математических расчетов параметров четырехполюсника здесь не требуется. Для измерения горизонтальной координаты на вертикальные шины подается заранее известная разность потенциалов — одна замыкается на «землю», вторая — на плюсовой выход опорного источника напряжения. Горизонтальные же шины соединяются вместе и служат средней точкой получившегося резисторного делителя. Для измерения вертикальной координаты производится соответствующая перекоммутация. Кроме того, с подобного датчика легко снимается дискретный сигнал факта нажатия.
Разумеется, зависимость координат от сопротивления нелинейна, это компенсируется как аппаратно (специальной формой «шин» по краю плоскости, к которой подключены выводы), так и программно — калибровкой. В зависимости от размера тачскрина и необходимой точности используется от 4 до 24 точек калибровки. Обойтись совсем без программной калибровки в таких матрицах не удается, поскольку кроме теоретических нелинейностей есть еще и практические — отклонения толщины напыленного резистивного слоя и его старение (особо актуальное для легко деформируемой верхней плоскости). Описанная матрица сегодня применяется в тачскринах с диагональю до 8—10 дюймов.
Последний из упомянутых недостатков 4-выводной матрицы (старение и соответствующее изменение сопротивления резистивного слоя верхней плоскости от частых деформаций) оказался весьма критичным, в связи с чем мысль инженеров пошла дальше. В качестве верхнего слоя была применена металлизация с достаточно низким сопротивлением, а все четыре шины, от которых сделаны выводы, переместились на нижнюю поверхность, причем в ее углы. Изменился и порядок коммутации. Теперь для измерения горизонтальной координаты «земля» стала прикладываться к двум левым углам, а калиброванный плюс — к двум правым; для вертикальной — соответственно к нижним и верхним углам. Средней точкой в матрице служит отдельный вывод от металлизированного верхнего слоя, так что матрица стала 5-выводной (5-wire). Стабильность характеристик такого решения значительно выше, чем у предыдущего, а размеры выпускаемых матриц доходят до 17—19 дюймов.
Погрешности измерения, однако, обусловлены не только старением. В процессе измерения по проводникам в шлейфе матрицы течет весьма значительный ток, а сопротивление этих проводников трудно привести к идеальному нулю. В зависимости от точки нажатия ток в проводниках перераспределяется, что вносит существенную нелинейность в показания. Для устранения этого эффекта опорные входы аналоговой части АЦП было решено перенести непосредственно на шины матрицы, исключив проводники шлейфа. Таким образом, появились дополнительные два (для пятивыводной матрицы от двух диагональных углов) или четыре (для четырехвыводной матрицы от всех четырех шин) проводника в шлейфе, не несущие токовой нагрузки, но фактически просто параллельные основным. Эти два варианта получили название соответственно 7-выводной и 8-выводной матриц (7-wire, 8-wire).
Имеются и специфические решения — для тех случаев, когда требуется распознавать два и более одновременных нажатий. Вся площадь сенсора разделяется на участки, каждый из которых представляет собой отдельную матрицу. Впрочем, допустимые зоны одновременного нажатия оказываются привязаны к определенным местам, и применимость таких конструкций, как правило, ограничена единственным графическим интерфейсом.
Аналоговые резистивные матрицы весьма чувствительны к помехам, особенно если учесть, что их
