С первого дня использования меня очень интересовал вопрос - как на обычном емкостном экране, воспринимающем только определенную область касания, можно было добиться работы тонкого стилуса, да еще и кнопки и несколько градусов давления? 
В этой статье я постараюсь ответить на этот вопрос, рассказав немного об интересных технических решениях, использованных в этом телефоне.
Для начала давайте вспомним теорию.
Емкостный экран определяет точку контакта по току утечки при зарядке конденсатора, одним из которых является экран телефона, а другим – тело человека.
На обратной стороне стекла вашего смартфона расположены тонкие линии прозрачного проводящего материала (их можно увидеть, если посмотреть на экран под определенным углом при хорошем освещении).
Емкостный датчик: мини-конденсаторы (в форме буквы H) и проводники между ними.
Контроллер сенсорного экрана заряжает и разряжает эти конденсаторы ограниченным током много раз в секунду, каждый раз измеряя емкость каждого конденсатора и сравнивая ее со стандартной емкостью, хранящейся в памяти.
Как только вы прикасаетесь пальцем к стеклу, вы становитесь такой большой пластиной конденсатора, что можете ее зарядить.
Естественно, для этого потребуется энергия, за которой зорко следит контроллер.
Как только он обнаружит, что любая ячейка начинает потреблять много энергии (много по сравнению с обычным потреблением, но даже для обычного светодиода это крохи), что при ограничении тока приводит к увеличению времени зарядки - он понимает, что со стеклом что-то не так.
затем они соприкоснулись.
На основе информации от нескольких конденсаторов можно рассчитать место и площадь контакта по достаточно сложным формулам.
Или несколько касаний, количество одновременно распознаваемых касаний ограничено только контроллером и размером экрана (на 3-дюймовом экране очень сложно уместить 20 пальцев).
Эта технология имеет ряд ограничений.
По ряду причин, таких как невозможность расположить элементы достаточно плотно (уменьшается прозрачность), ограниченная проводимость стекла, а также необходимость отсекать помехи от случайных прикосновений, наводок, грязи на экране и т.д. Пришлось довольствоваться с минимальной площадью касания 5х5 мм.
Кроме того, объект, который касается экрана, должен иметь достаточную собственную емкость, сравнимую с емкостью человеческого тела.
Что мы получаем в результате? Невозможность использования в перчатках (большинство из них имеют достаточно высокое сопротивление, чтобы свести ток утечки к минимуму, который не определяется контроллером), необходимость в больших стилусах, которые должны быть гальванически связаны с телом пользователя (это почему у большинства из них корпус металлический).
Какие системы ввода работают со стилусами, могут определять давление и обладают превосходной точностью? Это электромагнитные антенные системы, которые используются в подавляющем большинстве графических планшетов.
Графический планшет Wacom со стилусом: 
Принцип их работы также не слишком сложен - стилус передает (сигнал) на определенной частоте, а антенна внутри планшета принимает. Контроллер может узнать точное положение благодаря продуманной форме антенны, а информация о давлении на стилус передается частотными или кодовыми сообщениями.
Хитрая антенна внутри графического планшета: 
Точно такая же система реализована внутри Galaxy Note (и I, и II).
Сверху стекло, на обратной стороне которого расположен емкостный сенсор, ниже экран, ниже приемно-передающая антенна для стилуса.
Чтобы было понятнее, я нарисовал картинку.
А вот контроллер сенсорного экрана от Wacom (синий), который управляет всем этим хитрым управлением, и кабель к антенне (зеленый): 
Однако примерного описания технологии совершенно недостаточно, чтобы удовлетворить мое любопытство.
Еще немного и я бы решил разобрать стилус, но нашел Веб-сайт товарищ микросин, который уже это сделал.
Фотографии разобранного стилуса принадлежат ему.
Вот как это выглядит сбоку: 
Часть кузова удалила наждачной бумагой.
Батарейки нет, поэтому перо питается от экрана.
Передающая и приемная катушка ближе: 
А вот без дела: 
И плата: 
Схема очень простая, в какой-то степени даже «корявая».
Зато красиво и без лишних сложностей.
Простейший колебательный контур с переменной резонансной частотой.
Частоту можно менять либо изменяя емкость (дополнительный конденсатор подключается через кнопку и соответственно реагирует на ее нажатие), либо изменяя индуктивность - изменяя расстояние между двумя частями сердечника, на котором находится катушка.
рана.
А расстояние менялось за счет давления на кончик стилуса – оно передавалось на мягкую силиконовую прокладку, и приводило к изменению ее формы, а значит и зазора.
Да что я вам говорю, у меня есть фото: 
То же самое, 1 - проставочное кольцо, 2 - вторая часть сердечника, 3 - наконечник.
Наконечник также состоит из двух частей – пластиковой опоры и фторопластового наконечника: 
Что интересно, стилусу с такой конструкцией не нужен экран как таковой для обнаружения касания — достаточно поднести его к экрану и нажать кончиком пальца, а контроллер всё равно зарегистрирует нажатие.
Если закрепить кончик стилуса скотчем, то можно будет рисовать штрихами, не касаясь экрана.
Итак, давайте подведем итоги.
Сетчатая антенна, расположенная под экраном, генерирует импульсы с определенной частотой (судя по оценкам — десятки килогерц), на картинке они указаны как несущая частота — оранжевая стрелка.
Эти импульсы принимает дроссель, расположенный в игле, являющийся частью колебательного контура.
Схема устроена таким образом, что после «раскачки» она способна некоторое время колебаться самостоятельно, на своей резонансной частоте, постепенно расходуя запасенную энергию на нагрев и излучение.
Конечно, нагрев там минимальный, доли градуса, как и излучение, которое ослабевает в пределах нескольких сантиметров.
Но энергии при этом тратится мало, и, вероятно, была проделана большая работа по повышению эффективности.
Колебательный контур, резонансная частота которого зависит от индуктивности катушки (которая, в свою очередь, зависит от положения жала), и от емкости входящих в состав конденсаторов (которая зависит от нажатия кнопки) , излучает на этой частоте, которую принимает любая та же антенна, и индуцирует в ней ток.
Теперь в антенне телефона пульсирует ток сложной формы, состоящий из двух частот – точной «передающей» и «принимающей», которая меняется в зависимости от состояния стилуса.
Более того, в некоторых точках антенны напряженность поля приема выше — там, где стилус находится ближе всего к поверхности экрана.
Контроллер определяет эту точку, находит ее центр (это будет место касания стилуса), затем фильтрует «передающую» частоту и после обработки получает состояние стилуса — давление на перо и состояние кнопки.
.
Разве это не интересно? :) Посмотреть все фотографии из статьи в оригинальном разрешении можно на сайте альбом Пикаса .
И вы можете подписаться, чтобы не пропустить новые обзоры.
на странице компании И в моем профиле (кнопка подписаться) Теги: #Электроника для начинающих #сенсорные экраны #стилус #galaxy note #galaxy note 2
-
Резервное Копирование Вашего Сайта
19 Oct, 24 -
Как Работают Таймеры Javascript
19 Oct, 24
