„Erster Spezial-Touchscreen-Controller für Industrie- und Automotive-Applikationen“

| Autor: Michael Eckstein

Mit Höhen und Tiefen: Die neuen aXiom-Controller von Touchnetix sollen auch konturierte Overlays steuern können.
Mit Höhen und Tiefen: Die neuen aXiom-Controller von Touchnetix sollen auch konturierte Overlays steuern können. (Bild: Touchnetix)

Touchscreens mit spürbaren Konturen wie Senken im Overlay erhöhen die Bediensicherheit beträchtlich – sind aber eine Herausforderung für die Steuerelektronik. Touchnetix hat jetzt einen Ein-Chip-Controller vorgestellt, der solche Applikationen ermöglichen soll – und noch weitere Besonderheiten aufweist.

„Unser aXiom-Chip ist der erste Touch-Controller, der von Grund auf für die Anforderungen der Industrie entwickelt wurde“, sagt Chris Ard, Managing Director von Touchnetix. Bislang seien Controller in erster Linie für Massenmärkte entwickelt worden – Smartphones, Radiowecker und anderen Konsumgütern. Diese Chips würden dann erst im Nachhinein für Anwendungen wie die Industrie, Medizin oder Automotive angepasst. Doch gerade diese Applikationen seien besonders anspruchsvoll: „Hier kommt es auf höchste Zuverlässigkeit an“, erklärt der Touchnetix-Manager. „Komponenten, die hier eingesetzt werden, müssen unter härtesten Bedingungen tadellos funktionieren.“

Die Anforderungen sind auf jeden Fall vielfältig: So muss ein Touchscreen je nach Anwendung beispielsweise mit dicken Handschuhen oder auch Nässe funktionieren. Auch muss er unterschiedlich dicke Frontgläser unterstützen und möglicherweise unter extremen Temperaturen – kalt wie heiß – arbeiten. Grundvoraussetzung dafür ist eine hohe Empfindlichkeit. „In diesem Zusammenhang ist ein großer Signal-Rausch-Abstand essenziell“, erklärt Ard. Diese Signal to Noise Ratio (SNR) erfordere hohe Spannungen im Analogteil des Chips. Darunter jedoch leidet nicht nur die Laufzeit im Batteriebetrieb.

Hohe Spannungen erschweren auch die elektromagnetische Verträglichkeit elektronischer Komponenten und Baugruppen – ein Punkt, der nicht zuletzt in medizinischen Umgebungen wichtig ist. Nach Angaben von Ard hat Touchnetix es geschafft, eine sehr hohe Empfindlichkeit bei vergleichsweise niedrigen Spannungen von lediglich 2,5 V (Peak) zu realisieren. Damit einher gehe eine sehr hohe Störfestigkeit gegenüber leitungsgebundenen Störungen sowie geringe hochfrequente Emissionen. So erfülle der Chip die CISPR25-Level-3-Spezifikationen für Strahlungsemissionen. Darüber hinaus ist er laut Touchnetix für AEC-Q100 Grade 2 zertifiziert.

ASIC plus RTOS ermöglichen „radikal neue HMIs“

Basis des Controllers bildet ein applikationsspezifisches IC (ASIC), auf dem ein Echtzeit-Betriebssystem läuft (RTOS, Real-Time Operating System). „Besonders die Analogfunktionen sind schwierig zu implementieren“, erläutert Ard. Daher habe man die Architektur soweit wie möglich digital ausgelegt. Laut Touchnetix ermöglichen die Chips der aXiom-Baureihe eine „radikal neue Gestaltung der Benutzeroberfläche“, beispielsweise mit gekrümmten und konturierten Overlays, Hover- und Näherungsfunktionen, Druckstärkenerkennung und integrierter Haptiksteuerung. Selbst konturierte Bildschirme mit stellenweise unterschiedlichen Dicken ließen sich mit aXiom-Chips mit einer Touch-Funktionalität ausrüsten – „bei gleichbleibender Empfindlichkeit über die gesamte Fläche“, versichert Ard.

Darüber hinaus verfügt der neue Controller über eine integrierte „Force Sensing“-Funktion. Vergleichbar mit modernen Notebook-Touchpads ist es damit möglich, eine Funktion erst beim Druck auf das Display auszulösen. Das ist hilfreich beispielsweise beim Bedienen des Touchscreens im Auto während der Fahrt: Man berührt den Bildschirm, gleitet mit aufgesetztem Finger bis zum gewünschten Icon, und öffnet die jeweilige Anwendung oder Funktion ohne Absetzen mit einem Fingerdruck. „Das minimiert Fehlbedienungen“, ist Ard sicher. Gemeinsam mit den auf dem Chip implementierten Hover-, Proximity- und Touch-Funktionen sei es möglich, 3D-Touch-Effekte zu realisieren.

Proprietärer DSP und weitreichend digitale Architektur für hohe SNR

Das analoge Frontend arbeite mit einer schmalbandigen Sinuswellenform mit geringer Spannung. Mit der nahtlosen Frequenzumschaltung ließen sich störbehaftete Frequenzbereiche umgehen. Darüber hinaus sorgt ein nach Angaben des Unternehmens leistungsstarker, proprietärer digitaler Signalprozessor (DSP) für schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten. „Unsere Architektur hat einen sehr hohen Signal-Rausch-Abstand von 80 dB“, freut sich Ard. Typische Konkurrenzprodukte würden rund 50 bis 55 dB erreichen. Dadurch würden dem Controller 2,5 V Spitzenspannung zum Ansteuern des Sensors reichen. Andere Controller würden häufig mit Steuerspannungen von 30 V oder mehr arbeiten.

DC-freien Vorspannungen würden zudem zu einer geringeren Belastung der Komponenten beitragen – was wiederum der Lebensdauer zuträglich ist. Denn hohe Ansteuerspannungen können beispielsweise zu Verfärbungen und Metallmigration im Sensormaterial führen, einer Art galvanischen Korrosion.

Ard hebt eine weitere Besonderheit des Controllers hervor: Demnach ermögliche es der DSP, die Empfindlichkeit an jedem Punkt der Sensormatrix unterschiedlich zu justieren. Dadurch ließe sich das Berührungsverhalten regional anpassen. Erst so sei es möglich, stellenweise unterschiedlich dicke Overlays zu verwenden und doch die Berührungsempfindlichkeit über den gesamten Bildschirm gleichmäßig auszulegen. „Denken Sie an Bildschirme, die durch Senken in der Oberfläche dem Bediener ein haptisches Feedback geben und so eine sichere Anwendung auch ohne Blickkontakt ermöglichen“, sagt Ard. Das freut den Pressenbediener ebenso wie die Krankenschwester im OP.

Controller erkennt Annäherung ab 10 cm Abstand

Nach Angaben von Touchnetix ermöglicht der aXiom-Controller den Aufbau von Touch-Displays, die bereits ab 10 cm eine Annäherung der Hand und ab 6 cm Abstand eine grobe Positionierung des Fingers erfassen. Die integrierte Haptiksteuerung ermögliche zudem spürbares Feedback, was das Bedienen des Screens noch sicherer machen soll. „Die Druckstärkensensorik des aXiom AX310 erfasst Verschiebungen von nur 5 Mikrometern“ erklärt Ard.

Die aXiom-Controller unterstützen nach Angaben des Herstellers Touchscreens mit bis zu 56 x 56 Abtastkanälen bei Tastfrequenzen von bis zu 200 Hz für die Berührungs- und Anpressdrucksensorik. Die Displays könnten auch Diagonalen von mehr als 15,6 Zoll und beliebige Seitenverhältnisse haben. Das sei wichtig für die anvisierten Zielmärkten, da hier häufig nicht standardisierte Formate zum Einsatz kommen, zum Beispiel nicht rechteckige oder extrem breite Formate. Passend zu den Controllern liefert Touchnetix die Entwicklungssoftware „TouchXhub“.

„Wir haben Touchscreen-Technologie geliefert, noch bevor das iPhone auf den Markt kam“

Obwohl das Unternehmen noch jung ist – Touchnetix wurde 2010 gegründet – vereint es jahrelange Expertise. So verfügen die vier Gründer über insgesamt mehr als 50 Jahren Erfahrung auf dem Feld der kapazitiven Touch-Technologie. Sie arbeiteten bereits in den frühen 2000er-Jahren gemeinsam in der Quantum Research Group und bildeten nach der Übernahme durch Atmel im Jahr 2008 das Kern-Management-Team der Touch Technology Group.

Laut Ard hat Quantum früh auf das Geschäft mit Smartphones gesetzt. „Wir hatten zur rechten Zeit das richtige Produkt“, erklärt Ard. „Wir haben kapazitive Touchscreens an Samsung und Motorola geliefert, noch bevor das iPhone auf den Markt gekommen ist“, erläutert Ard. Nur durch diese geballte Expertise sei es möglich gewesen, mit Touchnetix die neuen aXiom-Controller mit nur rund 20 Mann in kurzer Zeit zu entwickeln.

„In der Industrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Automotive sind Leistung, Zuverlässigkeit, sichere Bedienbarkeit und lange Lebensdauer die entscheidenden Faktoren für Touchscreens – und damit auch für die Steuerelektronik beziehungsweise der Touch-Controller“, sagt Ard. Doch Controller für Consumer-Anwendungen seien nicht auf die Bedürfnisse dieser Branchen zugeschnitten. Mit seinen aXiom-Chips habe Touchnetix ein Produkt genau für diesen Bedarf entwickelt.

„Der europäische Markt ist extrem wichtig für uns, besonders der deutsche mit seiner ausgeprägten Automobilindustrie“, sagt Ard. Auch seien die Deutschen stark beispielsweise in der Medizintechnik, einem weiteren Kernmarkt von Touchnetix. Der drohende Brexit bereitet Ard indes wenig Sorgen: „Wir sind ein britisch-norwegisches Unternehmen und liefern IP.“

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