Журнал «Компьютерра» № 25-26 от 11 июля 2006 года (645 и 646 номер)

На две поверхности (нижняя обычно стеклянная, а верхняя пленочная) напылен сплошной тонкий слой проводящего материала (столь тонкий, что прозрачность его зачастую превышает 90%). Поверхности обращены проводящим слоем друг к другу. Дабы проводники не замыкались самопроизвольно, на одну из поверхностей наносится «сетка» точечных полимерных изоляторов. В свободном состоянии слои не касаются друг друга ни в одной точке. Когда же к верхней (пленочной, то есть легко деформируемой) поверхности прикладывается некоторое усилие, происходит замыкание проводников и… Если вы думаете, что с такой конструкции можно снять только двоичный сигнал замкнуто/не замкнуто, то ошибаетесь. Проводящий слой имеет вовсе не нулевое сопротивление, и при замыкании образуется эквивалент резистивного делителя, с которого можно снять аналоговый сигнал, пропорциональный координате точки замыкания.

Один из первых способов построения резистивных матриц — 4-выводной (4-wire). Вдоль вертикальных сторон верхней поверхности, по ее краям, наносятся металлизированные дорожки с очень малым сопротивлением. Такие же две дорожки наносятся и на нижнюю поверхность, но уже по горизонтальным сторонам. Соответственно четыре вывода в разъеме матрицы подключены к этим четырем дорожкам. Никаких сложных математических расчетов параметров четырехполюсника здесь не требуется. Для измерения горизонтальной координаты на вертикальные шины подается заранее известная разность потенциалов — одна замыкается на «землю», вторая — на плюсовой выход опорного источника напряжения. Горизонтальные же шины соединяются вместе и служат средней точкой получившегося резисторного делителя. Для измерения вертикальной координаты производится соответствующая перекоммутация. Кроме того, с подобного датчика легко снимается дискретный сигнал факта нажатия.

Разумеется, зависимость координат от сопротивления нелинейна, это компенсируется как аппаратно (специальной формой «шин» по краю плоскости, к которой подключены выводы), так и программно — калибровкой. В зависимости от размера тачскрина и необходимой точности используется от 4 до 24 точек калибровки. Обойтись совсем без программной калибровки в таких матрицах не удается, поскольку кроме теоретических нелинейностей есть еще и практические — отклонения толщины напыленного резистивного слоя и его старение (особо актуальное для легко деформируемой верхней плоскости). Описанная матрица сегодня применяется в тачскринах с диагональю до 8—10 дюймов.

Последний из упомянутых недостатков 4-выводной матрицы (старение и соответствующее изменение сопротивления резистивного слоя верхней плоскости от частых деформаций) оказался весьма критичным, в связи с чем мысль инженеров пошла дальше. В качестве верхнего слоя была применена металлизация с достаточно низким сопротивлением, а все четыре шины, от которых сделаны выводы, переместились на нижнюю поверхность, причем в ее углы. Изменился и порядок коммутации. Теперь для измерения горизонтальной координаты «земля» стала прикладываться к двум левым углам, а калиброванный плюс — к двум правым; для вертикальной — соответственно к нижним и верхним углам. Средней точкой в матрице служит отдельный вывод от металлизированного верхнего слоя, так что матрица стала 5-выводной (5-wire). Стабильность характеристик такого решения значительно выше, чем у предыдущего, а размеры выпускаемых матриц доходят до 17—19 дюймов.

Погрешности измерения, однако, обусловлены не только старением. В процессе измерения по проводникам в шлейфе матрицы течет весьма значительный ток, а сопротивление этих проводников трудно привести к идеальному нулю. В зависимости от точки нажатия ток в проводниках перераспределяется, что вносит существенную нелинейность в показания. Для устранения этого эффекта опорные входы аналоговой части АЦП было решено перенести непосредственно на шины матрицы, исключив проводники шлейфа. Таким образом, появились дополнительные два (для пятивыводной матрицы от двух диагональных углов) или четыре (для четырехвыводной матрицы от всех четырех шин) проводника в шлейфе, не несущие токовой нагрузки, но фактически просто параллельные основным. Эти два варианта получили название соответственно 7-выводной и 8-выводной матриц (7-wire, 8-wire).

Имеются и специфические решения — для тех случаев, когда требуется распознавать два и более одновременных нажатий. Вся площадь сенсора разделяется на участки, каждый из которых представляет собой отдельную матрицу. Впрочем, допустимые зоны одновременного нажатия оказываются привязаны к определенным местам, и применимость таких конструкций, как правило, ограничена единственным графическим интерфейсом.