Test de acuratețe a atingerii și jitter pentru creionul de citit: cum este validat touch-ul capacitiv

Public țintă: Acest articol se adresează inginerilor QA, integratorilor de panouri tactile și managerilor de produs OEM care trebuie să evalueze stratul tactil capacitiv pe pixurile de citit B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2 și Y6, cu accent specific pe acuratețea atingerii, jitter și latența gesturilor. Presupunem că ați manipulat cel puțin un sample și doriți o metodologie de măsurare defensibilă, pe care o puteți replica în propriul laborator.

Atingerile capacitive de pe un pix de citit nu sunt un ecran tactil de smartphone. Este un panou mic, cu rezoluție scăzută — 4 până la 8 zone tactile pe B1, B2, F8, P2, Q6, Y6 și o matrice 2D completă pe K7, KF1, L5, Q8, T2 — folosit pentru navigarea în meniu, căutarea în dicționar și comenzi rapide prin gesturi. Stiva mecanică este, de asemenea, diferită: 0,8 mm până la 1,2 mm strat de suprapunere din plastic, fără sticlă, fără strat oleofob și un controler IC optimizat pentru atingere cu degetul liber sau cu unghia stiloului. Metodologia de validare trebuie să reflecte acest lucru.

1. De ce atingerea unui pix de citit nu este ca atingerea unui telefon

Cele trei diferențe principale dintre un senzor tactil de pix de citit și un ecran tactil de smartphone:

1. Dimensiunea senzorului: 25 mm pe 18 mm pe K7, KF1, L5, Q8, T2 (modelele cu matrice completă), față de 5 mm pe 5 mm până la 10 mm pe 8 mm pe modelele simple de tip butoane.
2. Materialul suprapunerii: plastic PMMA sau PC, nu sticlă. Plasticul reduce costul, dar adaugă 0,3 mm până la 0,5 mm de echivalent distanță de aer, pe care controlerul IC trebuie să o compenseze.
3. Obiectul atingerii: deget liber sau unghie de stylus, nu vârf de deget cu mănușă. Unele programe școlare folosesc stylus-pointere, pe care trebuie să le susținem.

Aceste constrângeri duc la un set diferit de criterii de acceptanță. Un smartphone este judecat după urmărirea multi-touch la swipe rapid cu degetul; un pix de citit este judecat după acuratețea atingerii unice, jitter la menținere stabilă și latența recunoașterii gesturilor. Le acoperim pe toate trei în acest articol.

2. Stiva hardware a atingerii

Pe modelele cu matrice completă (K7, KF1, L5, Q8, T2) senzorul tactil este un panou ITO (oxid de indiu și staniu) cu un singur strat de 0,5 mm, laminat pe partea inferioară a plasticului capacului LCD. Modelul ITO este o matrice de electrozi 16 x 12, oferind 192 de noduri fizice și o rezoluție tactilă de aproximativ 1,6 mm per nod. Controlerul IC este un Focaltech FT6336U pe K7 și KF1, un FT5426 pe Q8 și T2 și un Goodix GT911 pe L5.

Pe modelele simple de tip butoane (B1, B2, F8, P2, Q6, Y6) senzorul tactil este o zonă cu 4 sau 8 pad-uri de auto-capacitanță, rutate direct sub zona butoanelor carcasei. Nu există matrice; fiecare zonă este un buton tactil discret.

3. Acuratețea atingerii: Metodologia de testare

Acuratețea atingerii este definită ca distanța euclidiană dintre centroizul atingerii raportate și punctul real de atingere, măsurată în 9 puncte de calibrare pe senzor. Folosim un deget robotic (un vârf metalic cilindric cu raza de 5 mm, împământat pentru a imita capacitatea unui deget) montat pe un gantry cu 3 axe, cu repetabilitate de 0,05 mm.

Secvența de testare:

1. Ciclați alimentarea pixului de 3 ori. Renunțați la primele 5 coordonate raportate după fiecare pornire, pentru a evita drift-ul de încălzire.
2. Mutați degetul robotic la punctul P1 (5 mm de colțul stânga-sus). Mențineți 500 ms. Capturați coordonata medie raportată pe perioada de menținere.
3. Repetați pentru încă 8 puncte (4 colțuri, 4 mijloace de latură).
4. Calculează eroarea la fiecare punct ca sqrt((x_raportat - x_real)^2 + (y_raportat - y_real)^2).
5. Raportează eroarea medie și eroarea maximă pe cele 9 puncte.

O unitate trece dacă eroarea medie ≤ 1,5 mm și eroarea maximă ≤ 3,0 mm. Specificația mai strictă se aplică pentru L5, Q8 și T2, deoarece senzorul are mai multe noduri pe unitatea de suprafață. Eroarea medie la o producție recentă de 800 de unități Q8 a fost de 0,94 mm, eroarea maximă de 2,18 mm.

Pentru modelele cu zone simple, acuratețea nu este un număr, ci o trecere/respingere: fiecare dintre cele 4 sau 8 zone trebuie să se declanșeze atunci când degetul se află la mai puțin de 6 mm de centrul zonei și nu trebuie să se declanșeze atunci când degetul se află în banda moartă inter-zonă adiacentă (cu lățimea de 1,5 mm).

4. Jitter: Metodologia de testare

Jitter-ul este definit ca deviația standard a coordonatei centroidului raportat pe o menținere stabilă de 2 secunde într-o singură locație fizică. Testăm în 5 puncte: centru, 4 colțuri. O unitate trece dacă jitter-ul la fiecare punct de testare este sub 0,6 mm pentru L5, Q8, T2, 0,8 mm pentru K7 și KF1 și 1,0 mm pentru modelele cu zone simple.

Sursele dominante de jitter, în ordinea contribuției:

1. Interferența de frecvență a rețelei (50 Hz / 60 Hz) care se cuplează în traseele ITO. Atenuată cu un condensator de bypass de 0,1 µF pe fiecare electrod.
2. Deriva de temperatură a condensatorului de referință al IC-ului controller-ului. Atenuată prin recalibrare periodică la fiecare 8 secunde.
3. Vibrația mecanică a carcasei stiloului la contactul cu degetul. Atenuată de manșonul de cauciuc din jurul ferestrei LCD.

5. Latența tactilă și latența gesturilor

Latența tactilă se măsoară ca timpul dintre evenimentul de contact fizic și prima întrerupere raportată de IC-ul controller-ului către MCU-ul gazdă. Măsurăm aceasta cu un rezistor de detectare a curentului în serie cu electrodul tactil și cu un trigger de osciloscop pe pinul de întrerupere al gazdei. Pe întreaga gamă:

Latența gesturilor este specificația mai importantă, deoarece utilizatorul percepe gestul ca pe o acțiune completă doar atunci când ecranul răspunde. Pe L5, Q8 și T2, un swipe-către-pagina-următoare trebuie să se finalizeze în sub 60 ms pentru ca animația să se simtă lină. Măsurăm latența gestului desenând un swipe de 50 mm pe senzor la 200 mm/s și cronometrând de la ultimul eșantion al swipe-ului până la întreruperea de gest-recunoscut a gazdei.

6. AQL pe linia de calibrare tactilă

AQL pe stația de calibrare tactilă este de nivel II:

• Defecte critice (atingere complet non-responsivă pe 2 sau mai multe zone, sau atingeri fantomă fără deget prezent): AQL 0.
• Defecte majore (eroare medie > 2,0 mm, eroare maximă > 4,0 mm, jitter > 1,2 mm, latență gest > 100 ms): AQL 1,0.
• Defecte minore (eroare medie între 1,5 și 2,0 mm, jitter între 0,8 și 1,2 mm): AQL 2,5.

Calibrarea tactilă se efectuează după etapa de calibrare a ecranului LCD, în același jig. Timpul de ciclu al stației totale este de 14 secunde pentru LCD plus 6 secunde pentru tactil. La toate cele 11 modele, stația combinată optică + tactilă asigură o rată de 96,4% la prima trecere și 99,1% la trecerea finală.

7. Moduri de defecțiune în teren

Pe parcursul celor peste 47.000 de unități expediate din 2023, defecțiunile legate de funcția tactilă reprezintă 4,2% din totalul returnărilor. Modurile dominante de defecțiune, în ordinea frecvenței:

1. Zgârietură sau lovitură a plasticului de acoperire care depășește 0,3 mm adâncime, provocând o zonă moartă localizată. 38% din returnările legate de tactil.
2. Coroziunea traseelor ITO cauzată de infiltrarea de lichide (transpirație, suc, umiditate din mediul școlar). 27% din returnări.
3. Lipire rece a circuitului integrat al controlerului, de obicei la un colț al BGA. 19% din returnări.
4. Blocare de firmware în bucla de interogare tactilă. 11% din returnări.
5. Deteriorare mecanică în urma unei căderi de la 1,5 m, care deplasează senzorul față de stratul de acoperire. 5% din returnări.

Pentru mai multe informații despre testarea la impact a plasticului de acoperire, consultați Testul de cădere a creionului de citit la 1,5 metri ISTA. Pentru modul în care datele de calibrare ale senzorului sunt stocate în OTP, consultați Software și dispozitiv de testare pentru producția creionului de citit. Pentru modul în care algoritmul de recunoaștere a gesturilor utilizează coordonatele tactile, consultați Algoritmul de recunoaștere a gesturilor pentru creionul de citit. Pentru limbajul de specificații OEM pe care îl recomandăm pentru acceptarea tactilă, consultați Șablon de specificații OEM și ODM pentru creionul de citit. Pentru a solicita un raport de testare tactilă de la un lot de producție curent, consultați /request-a-quote.

8. Cum se redactează o specificație tactilă într-un contract OEM

O specificație tactilă defensabilă include următoarele:

• Tipul senzorului tactil (matriceal sau zonal) și numărul de noduri.
• Rata de actualizare ≥ 80 Hz pentru modelele zonale, ≥ 100 Hz pentru modelele matriceale.
• Eroare medie de acuratețe ≤ 1,5 mm și eroare maximă ≤ 3,0 mm (numai pentru modelele matriceale).
• Jitter (1-sigma) ≤ 0,6 mm pentru L5/Q8/T2, ≤ 0,8 mm pentru K7/KF1, ≤ 1,0 mm pentru modelele zonale.
• Latența tactil-întrerupere ≤ 12 ms pentru modelele matriceale, ≤ 18 ms pentru modelele zonale.
• Latența de recunoaștere a gesturilor ≤ 100 ms pentru modelele matriceale.
• AQL nivel II la stația de calibrare.

Dacă furnizorul oferă un „touch capacitiv” fără aceste valori, solicitați raportul de calibrare pentru fiecare unitate înainte de a semna. Furnizăm acest raport în mod implicit fiecărui cumpărător OEM, fără cost suplimentar.

9. Capacitatea și costul stației de calibrare

Stația de calibrare tactilă rulează la 22 de secunde pe unitate pentru întreaga gamă, ceea ce stabilește ritmul limitativ pentru clusterul stației optice și tactile. Avem 6 stații care rulează în paralel, oferind o capacitate a clusterului de aproximativ 980 de unități pe schimb de 8 ore. La o lună tipică de 23 de zile lucrătoare, rezultă aproximativ 67.000 de unități pe lună per cluster, ceea ce este suficient pentru a susține volumul anual de 47.000 de unități pe care l-am expediat din 2023, cu capacitate de rezervă.

Costul stației este de 42.000 $ pentru gantry plus 11.500 $ pentru analizorul de culoare, însumând 53.500 $ per linie. Două linii (una pentru LCD-only și una pentru tactil-only) rulează în paralel pentru modelele matriceale. Pentru modelele zonale folosim un test simplu de continuitate de 4 secunde în locul gantry-ului robotic.

10. Comparație cu ecranele tactile ale tabletelor de consum

Cumpărătorii întreabă adesea cum se compară ecranul tactil al creionului de citit cu cel al unei tablete de consum. Trei răspunsuri oneste:

1. Rezoluție: o tabletă de 10 inci are aproximativ de 4 ori mai multe noduri tactile pe unitatea de suprafață. Creionul de citit are o rezoluție mai mică prin design.
2. Rata de reîmprospătare: o tabletă funcționează la 120 Hz până la 240 Hz. Un creion de citit funcționează la 80 Hz până la 120 Hz. Rata mai mică este acceptabilă deoarece gesturile cu creionul sunt lente (200 mm/s) în comparație cu glisările cu degetul (1000 mm/s).
3. Multi-touch: o tabletă acceptă 10 atingeri simultane. Un creion de citit acceptă 1 (K7/KF1) sau 5 (L5/Q8/T2). Copiii care utilizează un creion de citit aproape niciodată nu au nevoie de mai mult de 1 sau 2 atingeri simultane.

Dacă aplicația dvs. necesită funcționalitate multi-touch în 10 puncte, creionul de citit este produsul nepotrivit. Dacă aplicația dvs. necesită o navigare fiabilă cu un singur deget într-o implementare școlară cu cost redus, cele 11 modele acoperă curba preț-performanță de la 3,80 $ (B1) la 14,50 $ (T2) per unitate FOB.

Lecturi conexe

• Algoritmul de recunoaștere a gesturilor pentru creionul de citit
• Controlerul tactil și gesturile pentru creionul de citit
• Uniformitatea luminozității afișajului creionului de citit
• Software și dispozitiv de testare pentru producția creionului de citit
• Controlul calității și standardele AQL pentru creionul de citit
• Testul de cădere a creionului de citit la 1,5 metri ISTA