Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 25-26 от 11 июля 2006 года (645 и 646 номер)

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.