Un controllore per schermi tattili evoluti

Nuovi requisiti
Ma gli schermi tattili evoluti sono notevolmente più sofisticati rispetto ai tradizionali touch screen che troviamo in tanti chioschi informativi, biglietterie automatiche ecc., e ancora più sofisticati sono i controllori che li gestiscono. Le differenze principali riguardano la necessità di rilevare più contatti contemporanei (almeno due dita), su aree molto piccole (soprattutto nel caso di acquisizione della scrittura manuale, poiché lo schermo viene toccato solo dalla punta di uno stilo) e a velocità molto alte (per seguire anche gli spostamenti più rapidi). Inoltre, per rendere un'interfaccia di questo tipo davvero comoda nell'uso reale, è necessario che il sistema sia in grado di ignorare i contatti accidentali: ad esempio la guancia o l'orecchio nel corso della telefonata, oppure le dita usate per afferrare il telefono, o la mano che si posa sullo schermo durante la scrittura. Questa sofisticata capacità di discernimento richiede una particolare gestione dello schermo sensibile e un'opportuna elaborazione del segnale rilevato, il tutto ovviamente senza venire meno ai vincoli posti dalle applicazioni portatili (basso consumo e ingombri ridotti) e senza ricorrere a costosi sensori speciali. Vari produttori di semiconduttori hanno già messo a punto controllori rivolti a questo tipo di applicazioni; uno di essi, il maxTouch recentemente presentato da Atmel, offre prestazioni particolarmente interessanti.

La gestione del pannello sensibile
La tecnologia maxTouch impiega normali schermi di tipo “projected capacitive”, nei quali l'area sensibile è suddivisa in una matrice di “nodi” ottenuti incrociando linee conduttive nelle due direzioni X e Y. Normalmente le linee sono realizzate su due diversi strati di un pannello trasparente Ito/vetro o Ito/Pet. Un sensore di questo tipo può essere gestito in più modi diversi; la tecnologia maxTouch si basa sul trasferimento di carica (charge transfer) e sulla tecnica di misura “mutual capacitance”. Nella tradizionale tecnica “self capacitance” si comanda una linea per volta sul piano X e si rileva il segnale (sempre una linea per volta) sul piano Y; in questo modo, però, non è possibile stabilire se una determinata linea è stata toccata con un dito solo o con due, inoltre in alcuni casi esiste un certo grado di ambiguità nella posizione del contatto. Nella tecnica “mutual capacitance”, invece, tutte le linee X vengono pilotate in sequenza e tutte le linee Y vengono lette per rilevare i cambiamenti di capacità. In questo modo ogni nodo della matrice può essere verificato singolarmente e senza ambiguità. La misura della capacità è effettuata tramite la tecnica charge transfer che Atmel ha battezzato Qmatrix, basata sul principio del partitore capacitivo e sull'impiego di una tensione a impulsi. Secondo Atmel, la combinazione tra mutual capacitance e charge transfer consente di ottenere un rapporto segnale/rumore particolarmente buono anche in presenza di forti sorgenti di disturbo, come il display e il caricabatteria. Un buon rapporto segnale/rumore è importante per rilevare contatti lievi - come quello dello stilo utilizzato per la scrittura manuale - anche senza ricorrere a complesse elaborazioni di estrazione del segnale, che consumano molta energia.

L'elaborazione del segnale
L'altro aspetto fondamentale della soluzione maxTouch riguarda l'elaborazione del segnale rilevato dallo schermo tattile; è questa, infatti, la funzione che consente di distinguere i comandi dell'utilizzatore dai contatti accidentali, di riconoscere i movimenti codificati (stretcth, pinch, rotate), di acquisire la scrittura manuale. L'elaborazione è affidata al microcontrollore AVR XMEGA di Atmel, ovviamente incorporato nel chip. Il primo dispositivo della famiglia maxTouch, denominato mXT224, impiega un core AVR Risc a ciclo singolo dotato di 32 registri e due engine Dsp che elaborano i dati riguardanti rispettivamente l'asse X e l'asse Y dello schermo. Il chip comprende inoltre un controllore DMA che gestisce il traffico di dati tra le periferiche e verso l'esterno, consentendo alla Cpu di dedicarsi esclusivamente all'elaborazione dei segnali provenienti dallo schermo. Un'altra importante caratteristica della tecnologia maxTouch riguarda i conduttori di collegamento tra schermo e controllore, che sono insensibili al tocco. In altre soluzioni, invece, questi collegamenti elettrici sono sensibili come lo schermo e pertanto, anche se coperti dall'involucro esterno del sistema, possono dare luogo a falsi comandi. In questi casi per minimizzare il problema il controllore viene collocato il più vicino possibile al display. L'impiego di conduttori insensibili, invece, offre maggiore libertà di scelta nella collocazione del circuito integrato.