Сенсорная панель, или по-другому тачпад, была изобретена в 1988 году Джорджем Герфайде. Затем корпорация Apple лицензировала его проект и, начиная с 1994 года, стала использовать в ноутбуках PowerBook. С тех пор тачпад является наиболее распространенным устройством управления ноутбуком. Как же он работает — об этом в сегодняшнем выпуске.
Тачпад представляет собой плоскую сенсорную панель, содержащую пакет печатных плат. Панель чаще всего имеет прямоугольную форму площадью не более 50 квадратных сантиметров. Она располагается ниже клавиатуры и слегка утоплена в корпус лэптопа.
Работа тачпада основана на измерении электрической ёмкости между пальцем и датчиком или между двумя датчиками. Ёмкостные датчики расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с необходимой точностью. Чувствительная поверхность устройства представляет собой сетку из двух слоёв металлических проводников, разделённых слоем тонкой изолирующей прокладки из лавсановой плёнки. Два слоя проводников выполняют роль обкладок, прокладка — роль диэлектрика, а конденсаторы формируются на пересечении перпендикулярных проводников. При этом слои расположены таким образом, что проводники одного слоя перпендикулярны проводникам другого.
После включения устройства между обкладками конденсатора образуется электрическое поле. Микроконтроллер подаёт напряжение на два проводника, расположенных в разных слоях, измеряет сопротивление между ними и запоминает измеренное значение. Затем он подаёт напряжение на два других проводника, расположенных в разных слоях, и так повторяется до тех пор, пока микроконтроллер не измерит и не сохранит сопротивления между каждой парой проводников, расположенных в разных слоях. Время, за которое микроконтроллер успевает снять показания со всех датчиков, является одной из характеристик тачпадов. После этого устройство переходит в обычный режим работы.
Тело человека является хорошим проводником. При приближении к чувствительной поверхности палец изменяет электрическое поле и ёмкости конденсаторов. Микроконтроллер измеряет сопротивление между парами проводников и сравнивает измеренные значения с сохранёнными в памяти. Анализируя отклонения измеренных значений, микроконтроллер определяет координаты места касания и давление, оказываемое на поверхность. Чем больше давление или количество приложенных пальцев, тем больше полная ёмкость конденсатора, образуемого поверхностью устройства и пальцами. Из-за того, что тачпад работает при измерении ёмкости, пользоваться им ручкой или карандашом невозможно.
Стоит отметить, что на ёмкость конденсаторов влияют не только пальцы, но внешние электрические поля и другие физические эффекты. В результате ёмкость постоянно меняется или дрожит. Для устранения дрожания применяются «фильтрующие» алгоритмы. Они сглаживают резкие изменения значений. Чаще всего используется простой алгоритм, называемый алгоритмом «усредняющего окна». Согласно ему значение текущих координат определяется усреднением двух последних не сглаженных значений.
Тачпады являются устройствами с довольно низким разрешением. Разрешения тачпадов достаточно для офисных приложений и веб-браузеров, но не для работы с графическими программами.
