作者：賽普拉斯半導(dǎo)體公司Todd Severson

　　移動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)商希望為消費(fèi)者提供自然易用的用戶界面，就好像使用紙和筆一樣方便自如，同時(shí)還要具備電腦的高度靈活性，這樣的高級(jí)特性可幫助生產(chǎn)商實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。帶手掌誤動(dòng)作排除功能的小型尖頭無(wú)源手寫(xiě)筆讓制造商能夠提供支持手寫(xiě)、編輯、簽名捕獲、精確導(dǎo)航等各種新應(yīng)用功能的低成本解決方案。然而，上述功能的實(shí)現(xiàn)也面臨一些挑戰(zhàn)，無(wú)源手寫(xiě)筆的開(kāi)發(fā)人員必須滿足更大型觸摸屏上電容式感應(yīng)技術(shù)的一系列性能要求。具體來(lái)說(shuō)，需要采用高級(jí)算法和感應(yīng)方法來(lái)檢測(cè)手寫(xiě)筆發(fā)出的很小的信號(hào)，同時(shí)還要排除用戶手掌造成的較大的無(wú)用信號(hào)。此外，設(shè)備還必須能夠動(dòng)態(tài)地在手寫(xiě)筆和多點(diǎn)觸摸輸入之間來(lái)回切換，同時(shí)保持一定的速度、精確度和響應(yīng)性，從而確保理想的用戶體驗(yàn)。

　　隨著電容式觸摸屏的尺寸越來(lái)越大，類似于紙和筆一樣的使用寫(xiě)入設(shè)備變得更加直觀方便。制造商支持手寫(xiě)筆功能的最常見(jiàn)方法就是采用有源手寫(xiě)筆或無(wú)源手寫(xiě)筆。有源手寫(xiě)筆采用電子組件，需要一個(gè)電源，并向主機(jī)設(shè)備發(fā)射信號(hào)。采用有源手寫(xiě)筆能支持顯示屏上懸停、壓力感應(yīng)、按鍵支持、擦寫(xiě)等高級(jí)特性。無(wú)源手寫(xiě)筆則采用導(dǎo)電性材料，相當(dāng)于用戶身體的延伸。用戶手部的電容耦合支持無(wú)源手寫(xiě)筆觸碰屏幕時(shí)發(fā)送信號(hào)，手寫(xiě)筆和主機(jī)平臺(tái)之間不存在有源通信，因此如何區(qū)分手指和無(wú)源手寫(xiě)筆是一個(gè)難題。

　　在許多情況下，如果說(shuō)有源手寫(xiě)筆和無(wú)源手寫(xiě)筆都能實(shí)現(xiàn)相同的特性，則無(wú)需為系統(tǒng)增加額外的成本。有源手寫(xiě)筆額外的組件和電源要求使它很難打開(kāi)銷路，而無(wú)源手寫(xiě)筆的性能較差以及/或頭大笨重則會(huì)帶來(lái)不自然的手寫(xiě)體驗(yàn)。因此，如果無(wú)源手寫(xiě)筆的筆頭為1到2毫米，用戶手寫(xiě)時(shí)手掌能擱在屏幕上，同時(shí)保持足夠的速度和準(zhǔn)確度，并確保接觸點(diǎn)剛好就是“墨水”的“著墨之處”，則可提高無(wú)源手寫(xiě)筆的用戶體驗(yàn)。

　　為了創(chuàng)建一款切實(shí)可行的實(shí)現(xiàn)方案，其可同時(shí)支持手指和無(wú)源手寫(xiě)筆操作，必須考慮多種不同的使用情況。例如，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)考慮系統(tǒng)要在檢測(cè)手指和手寫(xiě)筆輸入之間的切換速度。同樣，他們還要定義手寫(xiě)筆在手指/手掌之前、之后或者同時(shí)觸摸屏幕時(shí)系統(tǒng)的反應(yīng)情況。其它重要因素還包括配置手寫(xiě)筆距離手多近時(shí)就不再檢測(cè)到手寫(xiě)筆信號(hào)。圖1給出了手寫(xiě)筆用例下的狀態(tài)機(jī)進(jìn)程實(shí)例。

　　圖1 無(wú)源手寫(xiě)筆用例下的狀態(tài)機(jī)使用實(shí)例

　　手寫(xiě)筆的悖論

　　無(wú)源手寫(xiě)筆檢測(cè)對(duì)于觸摸操控工程師而言是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。問(wèn)題的根源在于“手寫(xiě)筆悖論”。所謂“手寫(xiě)筆悖論”，是指無(wú)源手寫(xiě)筆的信號(hào)比正常手指觸摸輸入要小得多，而用戶則認(rèn)為手寫(xiě)筆的筆尖這么細(xì)，應(yīng)該比手指更加精確。

　　精確度和線性度與系統(tǒng)的信噪比成正比。由于噪聲底限不會(huì)隨輸入而改變，因此信號(hào)減弱會(huì)對(duì)信噪比造成較大影響。電容式觸摸屏的信號(hào)電平基本取決于觸摸輸入的覆蓋面積。這就是說(shuō)，2毫米無(wú)源手寫(xiě)筆的信號(hào)強(qiáng)度比典型的10毫米手指觸摸時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度小25倍。這種信號(hào)強(qiáng)度的差距給觸控工程師造成了許多問(wèn)題。即使在有較大觸摸信號(hào)的情況下，固件也必須能檢測(cè)到較小的手寫(xiě)筆信號(hào)，這往往需要采用不同的傳感器掃描模式，而抗噪性和刷新率都要受到影響。此外，無(wú)源手寫(xiě)筆最適合搭配較大的觸摸板使用，但大型觸摸板本來(lái)就刷新率低，或是要采用較大的間距傳感器，這二者都會(huì)影響系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

　　從根本上說(shuō)，應(yīng)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度差距需要解決兩個(gè)問(wèn)題。第一，盡管信號(hào)強(qiáng)度極低，也必須首先檢測(cè)到手寫(xiě)筆。第二，一旦檢測(cè)到手寫(xiě)筆，就必須進(jìn)行準(zhǔn)確報(bào)告。這兩大問(wèn)題各有難點(diǎn)。從概念上講，最合理的手寫(xiě)筆檢測(cè)方法是最大限度地提高傳感器信號(hào)。一般通過(guò)最大限度地減少傳感器到信號(hào)電平（非常接近預(yù)期信號(hào)電平）的動(dòng)態(tài)范圍，或者甚至通過(guò)采用軟件乘法和濾波等方法，來(lái)解決有關(guān)問(wèn)題。但是，高增益系統(tǒng)通過(guò)正常手指觸摸等較大輸入很容易達(dá)到飽和，所以必須認(rèn)真處理正常觸摸和較小的手寫(xiě)筆信號(hào)。一個(gè)常見(jiàn)的方法就是在每個(gè)預(yù)期的信號(hào)電平進(jìn)行兩次獨(dú)立的掃描，從而從手寫(xiě)筆輸入中區(qū)分出正常觸摸。

　　圖2 觸摸及手寫(xiě)筆簡(jiǎn)介

　　這種模式切換容易受到錯(cuò)誤檢測(cè)的影響，因此必須過(guò)濾掉錯(cuò)誤檢測(cè)的情況。手指靠近或離開(kāi)觸摸屏就是一個(gè)典型的例子。當(dāng)手指靠近時(shí)，其信號(hào)電平很低（在無(wú)源手寫(xiě)筆區(qū)），而離開(kāi)時(shí)信號(hào)電平同樣也很低，所以必須采用其它判斷器來(lái)確認(rèn)任何已檢測(cè)到的手寫(xiě)筆輸入。