2021年12月24日 星期五

【觸控】SNR 的計算與參考資料

電容式觸控設計中,訊號雜訊比,SNR (Signal Noise Ratio) 往往是用來評斷一顆觸控 IC 與系統整合效果好不好的評斷標準,SNR 也往往是韌體演算法開發者跟數位類比設計者相互爭論的一個議題,底下將說明 SNR 的計算方式、一些大廠的參考資料,以及部分的實例應用。

 

計算方法

SNR 即為訊號雜訊比,因此計算方法如下: \[ \style{text-align:left;} { \begin{align*} SNR=\frac{Signal}{Noise} \label{01}\tag{01} \end{align*} } \] 若單位為dB時,則計算方法如下: \[ \style{text-align:left;} { \begin{align*} SNR=20\log{\frac{Signal}{Noise}} \label{02}\tag{02} \end{align*} } \]



訊號(Signal)

訊號指觸控後的平均變化量(Delta),在指定的導體接觸後,觀察訊號的變化量,在特定的取樣次數(N)內取平均得到的變化量數值,可用式子表達如下: \[ \style{text-align:left;} { \begin{align*} Signal = \frac{ \sum_{i=1}^{N} TouchedData_i}{N} - Baseline \label{03}\tag{03} \end{align*} } \]



雜訊(Noise)

雜訊訊的爭議比訊號來得多上許多。雜訊的定義分為兩個主要系統,分別為均方差(Root-Mean-Square, RMS)系統與最大最小差異系統(Max-Min)。此外,雜訊的定義又可分為觸控後雜訊,以及非觸控雜訊;但由於觸控後雜訊牽涉的雜訊系統更為複雜,為簡化系統並且便於設定系統內的門檻值(Touched Threshold),這邊以非觸控雜訊作為主要討論的對象。

均方差雜訊表達式如下: \[ \style{text-align:left;} { \begin{align*} Noise = \sqrt{ \frac{ \sum_{i=1}^{N} (NonTouchedData_i- Baseline)^2}{N} } \label{04}\tag{04} \end{align*} } \]
最大最小差異雜訊表達式如下: \[ \style{text-align:left;} { \begin{align*} Noise = \frac{MaxNonTouchedData-MinNonTouchedData}{2} \label{05}\tag{05} \end{align*} } \] 式 (\(\ref{05}\)) 有部分系統會不除以2,直接以最大非觸控數值減去最小非觸控數值作為雜訊,此法所計算的 SNR 較小,表示如下: \[ \style{text-align:left;} { \begin{align*} Noise = MaxNonTouchedData-MinNonTouchedData \label{06}\tag{06} \end{align*} } \]



廠商的參考文件

底下列出部分廠商的公開參考文件,各家的 SNR 計算方法均有些許差異。
  1. ATMEL ( PDF ) (2016 被 Microchip 併購)
  2. Cypress ( DOC ) ( 需要帳號登入 )
  3. SILICON LABS ( PDF | Page )
  4. TEXAS INSTRUMENTS ( PDF )



電容式觸控

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