HID设备手指导航

 人机界面（HMI）已经发展成为一个关键领域，很多技术公司已经很重视它。拥有创新用户界面的新产品在任何领域都容易被接受。例如，在出现苹果iPod酷酷的滚轮之前， MP3播放器已经在市场上存在很长时间了，iPod的出现给原来的MP3市场一个巨大冲击。然后他们又扩展了新的技术，在i-Phone里引入了创新的触摸屏。现在触摸屏都已经是便携式的设备的标配了。简而言之，具备创新接口的产品更能脱颖而出。
   人机接口设备(HID)是把人的指示传输到机器指令的设备，并且要尽可能的使人机交互得更加顺畅。每个HID设备是由三部分组成。第一部分是模拟前端，它直接和人打交道，收集他们的输入。中间部分是逻辑传输功能模块，它把人的指令翻译成机器能懂的语言。最后一部分是通讯模块，它和机器接口接收输入。

图1：HID
下面是区分用户接口忧劣的重要的性能参数：
• 易于使用
• 功耗
• 尺寸
• 成本
• 易于设计
• 易于生产
• 精确度
• 噪声抑制
• 寿命长短
• 速度
• 分辩率
• 可量测性

把上述所有的参数集中在一个单一技术里是不可能的。根据不同的应用，可以权衡这些参数，决定哪些要哪些不要。
什么是手指导航

手指导航就是上述所讲的用户界面之一，它使手机和其他手持消费类产品更具竞争力。下面我们将会看到手指导航在HID应用中是多么重要

手指导航从不动点取样报告通过它的手指运动。这个功能和轨迹球或笔记本上的“红点”比较类似。从光源来的连续光在这个区域反射出微观纹理特征，导致不同的空间频率，他们是表面的和运动的信号。光源可以是LED或激光。连续的激光光源比LED光源应用广泛，因为LED容易受外部振动和环境光影响。
 

图2：手指导航模块

  模拟前端(AFE)是这项技术的关键部分。通常AFE是一个探测器，这个探测器可以接收反射的激光光源。除了常规器件模拟数字转换器(ADC)，还需要其他信号处理器件，以确保噪声源都被消除掉。

当信号处理时，逻辑传递函数模块负责照顾根据所选的通信协议的转换要求。通常，这可以由一个低速 CPU来完成。

通信可以是有线或无线。USB是市场上最常见的有线HID产品，因为在现有各种操作系统中都支持标准的HID类驱动。有许多无线方式可作为选项，如红外、蓝牙、2.4GHz射频。每一个协议都各有利弊，在这里就不详细讨论了。

图3：手指导航模块--横断面视图
手指导航设计分三部分：

• 光学部分
• 电气部分
• 机械部分

复杂的电气设计可以通过可编程的智能SoC变得简单。最困难的部分就是光学和机械部件的整合，这个设计可以确保光源有效地反射到探测器。这绝对需要一个专家了解所有这三个部分的设计，这样才能使手指导航模块更有效率地工作。在下一节里，将会通过应用实例来讨论手指导航如何比现有设备里的导航技术更先进。
无线空中鼠标/演示器/遥控器中的手指导航:
现有架构

图4：无线空中鼠标/演示器--现有架构
手指导航改良架构:

图5：无线空中鼠标/演示器—改良架构
• 可由多用途的手指导航传感器替代昂贵的数字加速度计
• 可由光标替代激光笔来完成演示指示
• 可由更耐用、更美观的电容按键替代机械按钮
• 手指导航可以降低遥控器按钮的数量。不需要在远程提供菜单，可以在目标设备显示GUI，手指导航移动到选项并选中。

Cypress的OvationONS™激光导航方案可以说是精密运动感应应用的突破性技术。这些器件拥有赛普拉斯OptiCheck™激光技术专利，它们具备很多性能优点，如在高速下高精度跟踪、广泛的表面覆盖度、低功耗。该产品可提供快速、准确、灵敏的跟踪，并且不会损失传统导航系统的有点。OvationONS™器件专门设计用来简化器件、降低生产成本、提高良品率的。赛普拉斯的手指导航方案大大降低了生产成本和产品尺寸，大大的提高了性能。
注：对于 2.4GHz无线射频通信，在电脑这边需要一个接收器。本文中将不讨论其框图。

图6：基于赛普拉斯方案的无线空中鼠标/演示器方案
无线键盘/鼠标集成的手指导航
在大多数情况下，无线键盘和鼠标是一起工作的。然而，给它们找到一个独立的空间是很困难的。把他们两个整合到一起也是很困难的，这是因为鼠标形状因素和操作表面有限制。高分辨率高精度的手指导航技术形状很小，使整合变得很简单。此外，游戏HID所要求的性能都很高，手指导航可以解决这些问题，并且不会丢失传统HID的优点。