많은 IoT 장치는 장치를 보다 직관적이고 사용하기 쉽게 만들기 위해 터치 스크린 인터페이스를 UI의 일부로 포함하기 시작했습니다. 훌륭한 인터페이스는 고객이 IoT 제품을 정말 좋아하고 사용하고 싶게 만들 수 있지만, 열악한 HMI 인터페이스는 장치를 사용할 수 없게 만들어 브랜드 가치를 손상시킵니다.

터치 인터페이스가 IoT 장치에 미칠 수 있는 이러한 영향을 고려할 때 터치 인터페이스를 사용하기 좋게 만드는 특성이 무엇인지 궁금합니다. Infineon 전문가와의 상담을 통해 저는 안정적이고 반응성이 뛰어나며 전력 소비가 낮은 터치 인터페이스가 모든 장치에 적합한 훌륭한 인터페이스를 만드는 특성 중 일부라는 사실을 배웠습니다.

신뢰성

터치 인터페이스가 신뢰할 수 있다고 간주되려면 사용자의 손가락이 화면을 터치하는 시점을 일관되고 정확하게 감지해야 합니다. 이 결과를 얻기 위해 터치 인터페이스에는 사용자의 손가락 터치로 인한 전기장 및 정전용량의 변화를 감지하는 정전식 터치 센서가 있습니다. 문제는 이 작동 원리를 통해 센서가 인간의 접촉뿐만 아니라 소음의 형태로 센서에 영향을 미치는 전기 전도성 물체도 감지할 수 있다는 것입니다. 터치 인터페이스가 젖으면 전자기 소스나 곤충, 동물 또는 액체와 같은 물리적 물체로 인해 소음이 발생할 수 있습니다. 소음이 너무 심하면 잘못된 트리거로 인해 인터페이스가 비정상적으로 작동하고 심지어 작동을 멈출 수도 있습니다.

전자기 소스의 소음은 다음과 같은 원인으로 발생할 수 있습니다.

• 스마트폰, Wi-Fi 라우터 등 전자제품에서 방출되는 에너지
• 무거운 가전제품의 소음이 기기 벽면 전원 코드를 통해 전달되는 라인 전원
• 사용자 터치 이벤트 중에 제품을 통해 센서에 물리적으로 결합되는 정전기 방전입니다.

이러한 소스에서 발생하는 소음을 완화하려면 전자기 소스의 영향을 최소화하기 위한 보드 레이아웃을 포함하는 시스템 수준 접근 방식이 필요합니다. 또한 일반적인 소음원에 본질적으로 영향을 받지 않는 터치 컨트롤러를 선택하면 설계 프로세스가 크게 단순화될 수 있습니다. 시스템 수준에서 소음을 고려하지 못하면 보드 하드웨어를 여러 번 변경해야 하는 복잡하고 시간 소모적인 문제 해결로 이어질 수 있습니다.

액체의 간섭을 처리하려면 터치 인터페이스에 액체 내성이 필요합니다. 액체 내성은 액체에 노출되었을 때 터치 인터페이스가 안정적으로 작동하는 능력을 측정한 것입니다. 액체가 정전식 센서 근처에 있으면 터치 인터페이스의 잘못된 긍정으로 인해 터치 인터페이스를 사용할 수 없게 될 수 있습니다. 주방 가전제품, 스마트 시계, 무선 이어버드와 같은 애플리케이션은 물과 땀이 있는 곳에서 작동해야 하는 경우가 많기 때문에 일정 수준의 액체 내성이 필요합니다.

응답

터치 인터페이스의 반응성은 사용자 동작이 얼마나 빨리 감지되는지로 측정할 수 있습니다. 반응성과 관련하여 터치 인터페이스의 중요한 설계 요소에는 새로 고침 빈도, 저전력 최적화, 정전식 센서 설계 및 깨우기 시간이 포함됩니다.

새로 고침 빈도는 디스플레이가 얼마나 빨리 업데이트되고 새로운 사용자 터치를 확인하는지 결정합니다. 장치는 일반적으로 사용자가 느리다고 인식하지 않도록 매초마다 업데이트하거나 새로 고쳐야 합니다. 새로 고침 빈도(40Hz~120Hz)가 높을수록 사용자 작업에 더 빠르게 응답하고 더 좋고 더 유동적인 사용자 환경을 만들 수 있습니다. 배터리 구동 장치의 경우 새로 고침 빈도가 낮으면 설계자가 응답성과 전력 최적화의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다.

용량성 센서 설계는 인터페이스의 응답성에도 영향을 미칩니다. 응답 속도가 느려지는 원인 중 하나는 손가락 터치로 인한 센서 정전 용량의 변화가 쉽게 감지될 만큼 크지 않은 열악한 정전 용량 센서 설계입니다. 사용자 인터페이스를 손가락으로 터치하면 사용자의 손가락과 센서 사이의 중첩에 정비례하여 센서의 정전 용량이 변경됩니다(수백 아토패럿에서 수 피코패럿까지). 센서 정전 용량의 변화가 클수록 터치 컨트롤러가 사용자 터치를 더 빠르게 감지합니다.

이어버드와 같은 장치의 터치 센서가 작을수록 센서와 사용자 손가락 사이의 중첩 영역이 작아지기 때문에 사용자의 터치로 인한 센서 정전용량 변화가 작아집니다. 이어버드의 경우 터치 센서가 2mm~4mm 크기의 영역에 맞아야 하는 경우가 많습니다. 이러한 커패시턴스 변화 수준은 때로는 너무 작아서 노이즈 소스와 확실하게 구별할 수 없습니다. 이러한 소형 터치 센서의 경우 수백 아토패럿의 정전용량 변화를 감지할 수 있는 고성능 컨트롤러를 사용하는 것이 중요합니다.

응답성의 또 다른 요소는 장치가 일정 기간 동안 비활성화된 후 장치가 사용자 터치에 얼마나 빨리 반응할 수 있는지입니다. 터치 인터페이스의 반응성을 유지하려면 사용자 터치가 감지될 때 빠르게 깨어나야 합니다. 깨우기 터치 감지 속도를 높이는 한 가지 방법은 기생 정전 용량과 관련하여 사용자 터치로 인한 정전 용량 변화를 쉽게 확인할 수 있도록 센서를 설계하는 것입니다. 기생 용량은 인터페이스가 켜져 있을 때 항상 존재하는 센서의 기본 수준 용량입니다. 터치 정전 용량 수준을 높이면서 센서 기생 정전 용량을 최소화하면 인터페이스의 응답성이 향상됩니다.

저전력

터치 인터페이스는 사용자 터치를 확인하기 위해 활성 상태로 유지되는 하위 시스템이므로 저전력이어야 합니다. 터치 인터페이스가 사용자 터치를 적극적으로 확인할 때 최대 밀리와트의 전력을 소비할 수 있습니다. 이러한 전력 소비량은 다른 하위 시스템에 비해 작을 수 있지만 항상 활성화되어야 한다는 요구 사항으로 인해 낮은 전력 소비는 모든 터치 인터페이스의 핵심 기능입니다. 이러한 절전은 제한된 배터리 용량을 최대한 활용해야 하는 웨어러블이나 이어버드와 같은 장치에 중요합니다.

터치 인터페이스의 전력 소비를 최소화하려면 인터페이스를 가능한 한 오랫동안 저전력 절전 모드로 유지하고 집단 감지 또는 근접 감지를 사용하여 사용자 터치에 반응하여 인터페이스를 빠르게 깨우는 등의 기술을 사용할 수 있습니다. 터치 인터페이스가 사용자 터치를 감지하지 못하면 전력 소비를 단 몇 마이크로와트까지 낮출 수 있는 저전력 완전 절전 상태로 전환할 수 있습니다.

집단화 및 근접 감지와 같은 기술을 사용하면 깨우기 이벤트를 확인해야 하는 센서 입력 수를 줄여 터치 인터페이스가 활성 모드에서 소비하는 시간을 줄일 수 있습니다. 집단 감지는 대기 모드에서 시스템을 깨울 수 있는 모든 물리적 센서가 함께 연결되어 단일 가상 "집단 센서"를 형성하는 경우입니다. 용량성 컨트롤러는 각 센서를 개별적으로 스캔하는 대신 집단으로 연결된 센서만 스캔하면 되기 때문에 더 오랫동안 절전 모드를 유지하므로 장치가 활성화되고 전력을 소비하는 시간이 줄어듭니다. 근접 감지는 집단 센서와 비슷하지만 가상 집단 센서 대신 정전용량형 근접 센서를 사용합니다. 이 정전용량형 근접 센서는 손이 센서에 닿지 않고도 센서 근처에 있을 때 손의 존재를 감지할 수 있습니다.

시작하기

신뢰할 수 있고 반응성이 뛰어나며 저전력인 터치 인터페이스를 만드는 데 필요한 이러한 모든 기술을 사용하면 IoT 장치를 구축하기 위해 극복해야 하는 수많은 기술 과제 중에서 어디서 어떻게 시작해야 할지 알기 어려울 수 있습니다.

더 쉽게 시작할 수 있도록 우리 요귀하의 IoT 디자인 Infineon은 CAPSENSE 설계 가이드 과 IoT를 쉽게 만드는 가이드. 이 가이드는 IoT 설계를 이전보다 더 쉽고 빠르게 만들 수 있는 시스템 수준 솔루션을 제공합니다. 가이드에서는 소비자 및 산업 제어용 솔루션과 함께 터치 인터페이스를 설계하기 위한 실용적인 설계 팁을 찾을 수 있습니다. 가이드의 모든 솔루션은 IoT 제품 개발 과정의 속도를 높이고 더 빠르게 시장에 출시하는 데 도움이 됩니다.