【技术帖】好用到“爆”的Trackpad是怎样实现的？背后原理请看这里！
2023-02-28
压感触控板火热背后原因
传统的触控板多采用机械按键，该设计类似体育项目里跳水中的“跳板”原理——因为靠近键盘的上半部分通常被固定着无法按动，只有下半部分可以实现点按操作，且机械按键不易清洁、长时间使用还容易出现左右两侧键程不一致等弊端。
压感按键融合了物理按键和触控按键交互的优势，既能保证设备外观的一体化，不用开孔、开缝，还能防水、防尘。最重要的是，它能够实现灵敏且精准的识别操控和交互体验。
除此之外，通过对压力分级，还可实现不同级别下不同的触觉反馈，结合手指轨迹，可以实现快速截屏、录屏、调节视频快进、后退等功能。
ag真人平台官方Trackpad整体框图
压力感应的实现原理
“压力感应+触觉反馈”的触控板一体化方案中关键的技术之一就是压力感应技术，此技术被广泛应用在笔记本电脑、智能穿戴、车载、智能家居等领域。
1. 压力传感器检测原理
压力传感器有很多种，应用比较广泛的应属压阻式压力传感器，此传感器由高灵敏度压阻式柔性材料制作，当其受力的作用产生拉伸或者压缩时，其电阻值会发生显著变化，配合惠斯通桥式检测电路，可引起检测电路的差分电压发生变化，基本原理如下图所示：
定义Vd为V+与V-之间的电压差，Vs为外部激励电压，R2和R4为阻值固定的电阻，R1和R3为压力传感器的等效电阻，它的阻值会随传感器所受压力的变化而变化。根据电路基础知识可知，V+点的电压为：
V-点的电压为：
Vd为两者相减。当压力传感器受力时，R1和R3发生变化，假设压力越大电阻越小，则压力越大，V+越大，V-越小，电压差Vd越大。
如下图所示，为ag真人平台官方压感触控方案中AW8680X系列芯片配合多颗压力传感器的工作原理。
当用户在触控面板表面施加一个力时，位于触控板PCB层下方的多颗压力传感器会产生对力的分担，压力使得传感器产生轻微的形变，进而改变其电阻，导致传感器周围的检测电路的电压发生变化，AW8680X的AFE模拟前端中的高精度ADC会对压力传感器周围的电压差进行采样，量化为数字量，处理软件和压力算法再将这些原始数据进行处理，计算出每一路传感器所受到的压力，再推导出最终的合力。
计算出压力后，可以对压力进行分级，压力处于不同级别时，控制马达以不同的方式振动，以实现不同的触觉反馈，如下图所示：
2. 触点检测原理
在ag真人平台官方压感触控解决方案中，使用互容式电容触控技术来确认手指接触面板的位置，支持5指同时检测。
先以实现单按键功能的电容传感器为例，介绍互容式电容触控的工作原理。下图给出了按键互容式传感器的布局，左侧为俯视图，右侧为侧视图。在互容测量系统中，TX电极被施加一个数字电压，传感器测量RX电极所接收到的电荷量，此电荷量与两个极板间的互电容CM强相关。
当手指靠近TX和RX极板时，互电容会减小至C1M，如下图所示，由于互电容减小，RX极板接收到的电荷量也会随之减少，传感器通过检测RX极板接收的电荷量来判断触摸/非触摸。
将单个互容式测量系统顺序排放成条状，就形成了线性滑块，当手指触碰滑块中的某一个传感器时，不仅会直接改变此传感器的互容值，还会对其周围的传感器产生影响，控制系统SoC会根据每一个传感器互容值的变化量，通过插值的质心算法确认手指触碰的位置。再将线性滑块在X轴和Y轴两个方向排列，就形成了触控板，如下图所示，手指在触摸板任意位置的触摸，都会引起某一个区域内的传感器互容值发生变化，通过扫描X轴方向和Y轴方向的线性滑块，即可确认手指的位置坐标(X,Y)。
在ag真人平台官方压感触控解决方案中，AW8680X芯片会作为主控，外接触控检测芯片，当有手指接触时，触控检测芯片会确认手指接触的位置并将坐标传输给AW8680X，如下图所示：
触觉反馈实现原理
触觉是人体发展最早、最基本的感觉，也是人体分布最广、最复杂的感觉系统，是一切神经通路的基础。这主要与它遍布身体的各个部位，从发展之初就与神经系统是一体的有很大关系，触觉的敏锐度会影响大脑辨识能力、身体的灵活及情绪的好坏。
触觉技术被用于创造触觉效果，即在消费电子设备上的手势或触觉反馈。借助触觉技术，消费电子设备制造商可以在其设备上为特定的互动体验创造与众不同的个性化触觉反馈，从而为消费者提供更具价值且更加逼真的独特体验。
为了通过触觉体验来建立物理隐喻，ag真人平台官方可以利用强度、锐度和粒度的相互作用向用户传达信息。
强度(Intensity)：感受到的刺激的力度或大小。刺激越强烈，触感体验就越强烈；
振动时长 ：振动的时间长短，振动的时间越长，刺激感知越持久；
锐度：刺激的柔性与刚性，锐度越高，刺激感知越清晰。
一个成熟的Haptic系统由三部分组成：
高性能的Haptic Driver IC
实现独立振动的振动器（如LRA）
实现自定义功能的Haptic接口
LRA（Linear Resonant Actuator，线性马达）触觉振动器主要是一个由弹簧，质量块和线圈组成的弹簧系统。弹簧将线圈悬浮在线性马达内部，当线圈中有电流流过时，线圈会产生磁场。线圈和带有磁性的质量块相连，当流过线圈的电流改变时，磁场的方向和强弱也会改变，质量块就会在变化的磁场中上下移动。这种运动被人们感知就会产生触觉效果。
Haptic技术中另一个重要组成部分就是线性马达驱动芯片。
以ag真人平台官方专为实现触觉反馈技术设计的马达驱动芯片AW86927为例，在ag真人平台官方的压感触控板方案中，Haptic的工作原理如下图所示：
AW8680X计算出面板所受的力后，会根据压力值的对应等级发送振动波形给AW86927马达驱动芯片，驱动芯片控制线性马达产生振动，对用户形成触觉反馈。
近些年，苹果、微软、联想、惠普、阿里云（戳此回顾：）等大厂纷纷采用压感触控板，且将该方案作为笔记本电脑的卖点之一。由此可见，“一体式全域压感触控板”替代传统的“跳板式”触控板是笔记本发展的重要方之一。ag真人平台官方也将继续完善压感触控板解决方案，实现更细腻、丰富的交互体验。
ag真人平台官方压感触控板解决方案特色
☆压感
·50-500g
·1-3级可调
☆3D触感特色
·触觉反馈（波形可调）
·全域按压
☆报点率：150Hz
☆HID PTP
☆低噪声
☆低功耗
☆在/离线固件更新
☆支持调试接口
☆方便定制化
·支持6感应器
·支持各级触控
·防误触
