터치 다운 하드웨어 대기 시간 측정 개요

대기 시간은 터치 디지타이저 시스템에서 발생하는 시간 지연의 측정값입니다. 시스템의 내재된 대기 시간은 터치 디바이스의 가장 중요한 매개 변수 중 하나이며 항상 노이즈 수준(SNR), 민감도, 전력 소비, 지터 등 몇 가지 중요한 기능들이 서로 상쇄되면서 대기 시간을 형성합니다.

대기 시간 측정의 시작점은 잘 정의된 표준입니다. 지정된 접촉 지점에서 손가락이나 스타일러스(액추에이터)가 처음으로 화면을 터치하는 순간입니다. 터치 다운 하드웨어 대기 시간의 엔드포인트는 호스트 운영 체제(예: Windows 8)가 대상 터치 디지타이저의 메시지를 인식하는 순간입니다(USB 디바이스의 경우 터치 디지타이저용 전용 USB 컨트롤러에서 대량 중단 요청이 검색되는 순간입니다. 일반적으로 이 요청은 초기 연락처 정보가 있는 들어오는 HID 보고서를 나타냅니다.) 모든 실용적인 목적을 위해 이 엔드포인트는 호스트 애플리케이션이 처음 연락처를 인식하는 순간인 WndProc 엔드포인트와 동일합니다(예: 네이티브 애플리케이션에 대한 WM_INPUT 및 WM_POINTER 메시지를 통해 또는 Microsoft Store 애플리케이션의 경우 Windows::UI::Input::PointerPoint 메시지를 통해).

방법

이 절차는 이 대기 시간을 측정하기 위해 손가락이 디지타이저를 터치하여 생성된 음향/기계적 파동에 의존합니다. 사소한 터치 접촉조차도 디지타이저 표면에 상당한 음향/기계적 파동을 일으키며, 이러한 현상은 가장 단순한 기성 마이크만 있어도 거의 0개의 가양성 및 거짓 부정이 거의 없는 매우 높은 SNR로 감지될 수 있습니다.

방법은 수동으로 터치 스크린을 여러 번 터치하는 테스트 대상에 의존합니다. 검사 기능에 불확실성이 내재되어 있으므로 대기 시간이 본질적으로 확률적이기 때문입니다. 이를 통해 경험적 누적 분포 함수를 구축할 수 있습니다. 이 함수에 대한 예측 가능한 기대치가 존재하며 전체 측정의 품질을 예측할 수 있습니다. 이 데이터를 사용하여 배포에 대한 기본 매개 변수를 추출할 수 있습니다.

각 측정은 매우 간단하게 실행됩니다. 테스트 대상이 손가락으로 디지타이저를 터치하여 음향/기계적 파동을 만듭니다. 실제 접촉과 파동이 디지타이저의 마이크에 도달하는 순간 사이의 작지만 측정 가능한 지연이 기록됩니다. 그런 다음, 마이크에서 웨이브가 감지되고, 증폭되고 임계값이 적절하게 지정되므로 논리 0 또는 1 수준으로 변환됩니다. 이 논리 값은 마이크로 컨트롤러 보드(예: AT90USBKEY2)에 공급되며, 컨트롤러 보드는 짧은 대기 시간(~μs)으로 이 변경을 수락하고 USB HID 보고서를 통해 최대 1ms 대기 시간으로 테스트 중인 디바이스로 전송합니다(1ms는 AT90USBKEY2와 같은 전속력 USB 디바이스의 최소 폴링 기간임).

호스트(즉, 테스트 중인 디바이스) 쪽에서는 두 가지 이벤트가 예상됩니다. 첫 번째는 물리적 접촉이 발생했음을 나타내는 HID 보고서를 마이크로 컨트롤러 보드에서 수신하는 것입니다. 두 번째는 터치 디지타이저의 HID 보고서입니다. 두 보고서 간의 시간 차이는 터치 다운 대기 시간을 나타냅니다.

이 측정에는 두 가지 불확실성이 있습니다. 이러한 두 가지 불확실성을 줄이기 위한 방법이 고안되었습니다. 첫 번째 불확실성은 실제 접촉과 웨이브가 마이크에 도달하는 시간 사이에 시간 지연이 있다는 것입니다(또는 더 구체적으로 말하면 실제 접촉과 마이크로 컨트롤러에서 논리 1이 수신되는 시간 사이의 지연). 이러한 지연 시간은 방법에 보정이라는 추가 단계를 추가하여 조정됩니다. 대기 시간 측정을 시작하기 전에 파동이 디지타이저의 가장 먼 위치에서 마이크(마이크로 컨트롤러)로 전파되는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 이 정보는 나중에 각 개별 측정값에 대한 절대 오차 추정값을 제공하는 데 사용됩니다. 대부분의 경우 이 값은 2ms 미만입니다(화면 크기와 디지타이저 표면에 사용되는 재질에 따라 다름).

두 번째 불확실성은 USB 채널에서 도입된 마이크로 컨트롤러와 호스트 컴퓨터(테스트 중인 디바이스) 간의 대기 시간입니다. 이러한 대기 시간은 마이크로 컨트롤러의 각 HID 보고서에 48비트 타임스탬프를 도입하여 처리합니다. 이 타임스탬프는 마이크로 컨트롤러의 입력 포트에서 논리 1이 검색되면 설정됩니다(이 이벤트와 타임스탬프 값 생성 사이에 ~μs 대기 시간 포함). 그런 다음, 호스트(테스트 중인 컴퓨터)의 클록과 대상(마이크로 컨트롤러) 쪽을 동기화하여 가장 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

이 방법은 완전히 자동화될 수 있으며 완전히 반복 가능합니다. 로봇은 인간 참여자 대신 터치를 유도하는 데 사용할 수 있습니다. 대신, 더 간단하고 편리한 설정을 사용하여 인간 참여자와 자연 측정값에 의존하는 더 간단한 솔루션이 권장됩니다. 관찰된 결과는 일관된 정밀도를 나타내며, 이는 설정의 복잡성과 측정값 정밀도 간에 균형을 이루었음을 나타냅니다.

하드웨어 요구 사항

이 섹션에서는 필요한 하드웨어 구성 요소에 대해 자세히 설명합니다. 여기서는 장비의 용도는 설명되어 있지만 실제 부품 번호는 제공되지 않습니다(실제 부품 번호는 이 문서의 뒷부분에 제공).

• 마이크 - 터치 디지타이저에서 음향 파동을 감지합니다. 터치 스크린에 쉽게 부착할 수 있는 작고 평평한 압전 마이크를 사용하는 것이 좋습니다.

• 음향 증폭기 - 마이크에서 신호를 증폭합니다.

• 임계 처리 회로 - 터치 사운드와 환경 소음을 구분합니다.

• 대기 시간이 ~μs인 두 개 이상의 입력 포트에서 USB HID 기능 및 폴링 기능을 제공하는 마이크로 컨트롤러 보드

• 보정 회로 - 음향파 전파, 즉 터치가 발생하는 시점과 마이크로 컨트롤러에서 논리 1이 수신되는 시점 사이의 시간을 측정합니다.

다음 섹션에서는 터치 다운 대기 시간 측정값 설정의 구현에 대해 설명합니다.

자세한 지침

측정을 수행하기 위한 하드웨어 디바이스는 다음 이미지에 표시됩니다. 상자에는 마이크 입력, 보정 금속판 입력 및 마이크로 컨트롤러 마이크로 USB 출력의 3개 구멍이 있습니다.

다음 이미지는 마이크, 음향 증폭기 및 임계값에 대한 회로를 보여 줍니다. 마이크로 컨트롤러 비교 회로를 사용하여 임계값을 적용할 수 있습니다.

마이크 연결은 다음 이미지에 표시됩니다. 이 설정에서는 탭과 환경 소음을 안정적이고 정확하게 구분하기에 충분한 매우 간단한 기성 마이크를 사용하고 있습니다.

보정 판 입력 장치는 다음 이미지와 같이 다른 구멍에 들어갑니다.

사용되는 마이크로 컨트롤러 보드는 AT90USBKEY2입니다.

방법에 설명된 것처럼, 이 마이크로 컨트롤러 보드는 임계 회로의 출력, 즉 논리 0과 1(보정 및 금속 판에서 동일함)의 변경을 감지하는 데 사용됩니다. 임계값을 초과하는 크기의 오디오 신호가 감지되면 해당 변경이 감지되고 이러한 각 이벤트에 대한 HID 보고서가 호스트로 전송됩니다. 음파가 진동하면 임계값이 여러 번 초과됩니다. 임계값을 초과할 때마다 변경 이벤트를 보내지 않도록 하려면 컨트롤러 논리가 각 변경 이벤트 이후 일정 기간 동안 오디오 신호를 무시해야 합니다. 이러한 시간 간격은 최종 결과가 손가락 탭당 하나의 변경 이벤트로만 나타나도록 충분히 길어야 합니다. 일반적으로 500ms보다 긴 기간이 적절합니다. 또는 모노 안정형 멀티 바이브레이터를 사용하거나 오디오 증폭기 및 MCU 입력 장치 뒤에 추가 논리 회로를 배치하여 사용할 수 있습니다. 권장 설정(펌웨어 + 소프트웨어)을 다시 사용하려면 오디오 임계 회로의 출력을 입력 핀 C0에 공급하고 금속 판 회로의 출력을 입력 C1에 공급해야 합니다. 마이크로 컨트롤러 보드와 임계 회로에는 공유 접지가 있어야 합니다(접지는 연결되어야 함). 핀 C0 및 C1과 접지의 배치는 다음 두 이미지에 표시됩니다.

이전 이미지의 빨간색 사각형으로 구분된 영역(AT90USBKEY 보드의 포트 C)은 다음 이미지에서 확대한 후 핀 C0, C1 및 접지를 적절히 표시한 것입니다.

이 보드에 대한 자세한 내용은 제조업체의 웹 사이트 및 보드에 대한 하드웨어 사용자 가이드를 참조하세요.