L'actualité PCB - Guide de mise en page PCB pour contrôleurs tactiles capacitifs

Cette note d'application a pour but de fournir un guide de conception et de mise en page pour la structure et la disposition de divers PCB (cartes de circuits imprimés) utilisés dans la conception de capteurs tactiles capacitifs S - touchtm, tels que les panneaux fr4, PCB flexibles ou ito. Parmi les substrats PCB actuellement disponibles sur le marché, le fr4 est le plus utilisé. Fr4 est un stratifié de résine époxy renforcé de fibre de verre, le PCB peut être un PCB monocouche ou multicouche.

Lorsque la taille du module tactile est limitée, il n'est pas toujours possible d'utiliser un PCB à une couche, généralement un PCB à quatre ou deux couches. Nous allons présenter le Guide de mise en page de PCB en prenant l'exemple le plus couramment utilisé de PCB à double couche.

Conception et mise en page de PCB

Dans un PCB à double couche, le Contrôleur tactile S - touchtm et d'autres composants sont disposés au niveau inférieur de la carte PCB et les électrodes de capteur sont disposées au niveau supérieur de la carte PCB.

Les condensateurs d'adaptation d'accord nécessaires pour chaque canal de capteur peuvent être disposés directement sur la couche inférieure des électrodes de capteur. Il est à noter que le Contrôleur tactile S - touchtm est disposé sur la couche inférieure et qu'il faut s'assurer qu'aucune électrode de capteur n'est disposée sur la couche supérieure correspondante. Les zones vides des couches supérieure et inférieure peuvent être remplies avec une feuille de cuivre de mise à la terre en maille.

Règles de conception

Premier niveau (niveau supérieur)

L'électrode du capteur est située dans la couche supérieure du PCB (l'extrémité supérieure du PCB est fixée à la plaque de recouvrement). Pour améliorer la sensibilité, il est recommandé d'utiliser des électrodes inductives de 10 x 10 mm. Des électrodes inductives de plus petite taille peuvent être utilisées, mais la sensibilité sera réduite. Dans le même temps, il est recommandé que la taille de l'électrode d'induction ne dépasse pas 15 x 15 mm. Si l'électrode d'induction dépasse cette taille, elle réduira non seulement la sensibilité, mais augmentera également la sensibilité au bruit.

La zone vierge peut être remplie avec une feuille de cuivre mise à la Terre (largeur de piste de 6 mils, taille de grille de 30 mils).

La couche supérieure peut être utilisée pour poser des traces de signal communes (à l'exclusion des traces de signal de capteur). Les traces du signal du capteur doivent être posées au rez - de - chaussée autant que possible.

La distance entre l'électrode d'induction et la Feuille de cuivre mise à la terre doit être d'au moins 0,75 mm.

Deuxième niveau (Bas)

Le Contrôleur.S - touchtm et les autres composants passifs doivent être conçus et disposés au rez - de - chaussée.

Les traces de signal du capteur seront disposées au rez - de - chaussée. Ne pas câbler les traces de signal de capteur d'un canal sous les électrodes de détection des autres canaux de détection.

La zone vierge peut être remplie avec une feuille de cuivre mise à la Terre (largeur de piste de 6 mils, taille de grille de 30 mils).

La distance entre la trace du signal du capteur et la Feuille de cuivre mise à la terre doit être au moins deux fois plus grande que la largeur de la trace du signal du capteur.

Pour réduire la diaphonie, la distance entre les deux électrodes de détection / traces de signal de détection doit être augmentée autant que possible. Dans la mesure du possible, une feuille de cuivre de masse est ajoutée entre les deux traces d'électrode inductive / signal inductif.

La longueur des traces du signal du capteur n'a pas besoin d'être exactement la même longueur. Grâce à l'utilisation de condensateurs d'accord adaptés, il est possible d'équilibrer la capacité d'entrée entre les deux canaux. Cependant, lorsque l'espace du PCB le permet, il est préférable d'utiliser des traces de signal de capteur de longueur égale (la taille des électrodes de capteur est également uniforme). De cette façon, pour ajuster les valeurs de tolérance du capteur de tous les canaux de détection dans la plage dynamique détectée par le Contrôleur, il suffit de configurer un condensateur de référence standard, ce qui simplifie la difficulté de conception.

Aucune trace d'horloge, de données ou de signal périodique ne doit être parallèle et adjacente à la trace de signal du capteur. Ces lignes de signal doivent être aussi perpendiculaires que possible aux traces de signal du capteur ou disposées dans d'autres zones du PCB.

Si des traces d'horloge, de données ou de tout signal périodique doivent en effet être acheminées en parallèle avec les traces de signal du capteur, elles doivent être disposées sur des couches différentes et ne peuvent pas se chevaucher, et la longueur des Parties parallèles des traces de signal doit être réduite autant que possible.

Feuille de cuivre mise à la terre

Dans le PCB fr4 à double couche présenté précédemment, la Feuille de cuivre mise à la terre est utilisée pour remplir la zone de section vide du PCB. La Feuille de cuivre mise à la terre peut aider le module tactile à masquer les sources de bruit externes et peut également stabiliser la capacité intrinsèque du circuit du capteur.

Cependant, lors de l'utilisation de la Feuille de cuivre de mise à la terre, il y a plusieurs problèmes qui nécessitent une attention préalable. Cela est dû au fait que la Feuille de cuivre mise à la terre augmente la capacité intrinsèque du capteur et augmente également la probabilité de fausses détections dues aux gouttelettes d'eau.

Guide de conception de feuille de cuivre de mise à la terre:

. Il est recommandé d'utiliser une feuille de cuivre de mise à la terre maillée au lieu d'une feuille de cuivre de mise à la terre solide. Il est recommandé d'utiliser une feuille de cuivre mise à la terre avec 20% de maille (largeur de trace de 6 mils et taille de maille de 30 mils). L'angle de la Feuille de cuivre mise à la terre doit être réglé à 45°.

. La distance entre le capteur et la Feuille de cuivre de mise à la terre doit être d'au moins 0,5 mm et recommandée de 0,75 mm.

L'écart entre la trace du signal du capteur et la Feuille de cuivre mise à la terre doit être au moins deux fois la largeur de la trace.

Pour les PCB à quatre couches, si la trace du signal du capteur sur la troisième couche est supérieure à 10 cm, afin de minimiser la charge Capacitive sur les longues traces, il est recommandé de ne pas poser de feuille de cuivre de mise à la terre sur la couche inférieure.

.Si le panneau de placage utilise un matériau conducteur, il est recommandé de ne pas poser de feuille de cuivre de mise à la terre à la couche supérieure.

.Si le système de détection capacitif doit fonctionner dans un environnement humide, il est recommandé de ne pas poser de feuille de cuivre de mise à la terre à la couche supérieure.

Description et guide des fonctions de base du capteur

Par électrode de capteur capacitif, on entend une plaque d'électrodes conductrices servant à mesurer la capacité d'un doigt. Il est connecté à la borne d'entrée du canal de détection du Contrôleur S - touchtm. Les électrodes de capteur peuvent être fabriquées dans différentes géométries et tailles pour avoir différentes fonctions et applications.

Touchez le bouton

La fonction de base d'un bouton tactile est de détecter s'il y a un toucher de doigt. Le Contrôleur S - touchtm peut mesurer la capacité de l'électrode d'induction du bouton tactile. Si le doigt est relativement proche du bouton tactile, l'apparition d'un toucher du doigt est détectée lorsque la variation de capacité mesurée dépasse un seuil prédéterminé.

Le bouton tactile peut être conçu sous différentes formes, par example carrée, circulaire, triangulaire ou autre. Si la taille du PCB est limitée, la forme du bouton doit être conçue pour maximiser l'utilisation de l'espace afin de fournir une sensibilité optimale.

Pour les applications qui couvrent des boîtiers en plastique acrylique de 2 - 3 mm, il est recommandé d'utiliser des électrodes inductives carrées d'une taille minimale de 10 x 10 mm. La taille maximale recommandée ne dépasse pas 15 x 15 mm. Si vous dépassez cette taille, non seulement la sensibilité ne peut pas être améliorée, mais La sensibilité au bruit augmente également.

Touchez le curseur

La fonction de base du curseur tactile est de détecter la position de glissement du doigt dans une direction unidimensionnelle.

Une des applications typiques des curseurs tactiles est pour le contrôle du volume. Deux méthodes peuvent être utilisées pour implémenter le curseur tactile: le curseur d'état tactile et le curseur de ratiomètre.

Les boutons tactiles carrés sont étroitement alignés dans l'ordre et peuvent être conçus comme des barres coulissantes d'état tactile.

Lorsqu'un certain canal de capteur est détecté ouvert, vous pouvez déterminer la position du doigt sur le curseur tactile. Dans l'exemple ci - dessus, 5 capteurs ont été utilisés pour détecter 9 positions. Si les canaux S1 et S2 sont ouverts simultanément, cela signifie que la position du doigt est en position 2.

Pour les applications couvrant des boîtiers en plastique acrylique de 2 à 3 mm, il est recommandé d'utiliser des électrodes de capteur d'une taille minimale de 10 x 10 mm. La valeur recommandée de l'espace entre les capteurs coulissants est de 0,75 mm. L'espace entre deux électrodes de capteur adjacentes ne doit pas dépasser 1 mm. Cela permet de s'assurer que les deux canaux de capteur peuvent être ouverts simultanément lorsque le doigt de la main est dans l'espace.

Les avantages du curseur d'état tactile sont sa conception simple et sa grande stabilité dans les environnements bruyants. Cependant, si un grand nombre de positions est nécessaire, cette méthode ne peut pas être mise en oeuvre car trop de canaux de capteurs sont nécessaires.

Une autre méthode consiste à utiliser un curseur de mesure proportionnel. Le procédé n'est pas mis en oeuvre en détectant l'état du toucher sur chaque canal de capteur, mais en déterminant la position du doigt à partir d'une variation précise de la capacité mesurée sur chaque canal de capteur. La position précise du doigt est déterminée en calculant le rapport lors de la mesure de la variation précise de capacité de chaque canal de détection.

Un toucher du doigt dans la position ci - dessus entraînera une augmentation de la capacité des électrodes des trois canaux de détection. Comme les zones couvertes par les doigts sont différentes, la valeur de la capacité augmentée par chaque capteur est également différente. La position absolue du doigt sur le curseur peut alors être obtenue en traitant les données capacitives brutes du capteur.

Touch finder

Comme la barre coulissante, le touch rotator est également réalisé sur la base de la méthode de mesure de l'état et du rapport du toucher.

Un ajusteur appliquant la méthode d'état tactile détermine la position du doigt en vérifiant l'état de chaque canal de détection. Le rotateur utilise une méthode de mesure proportionnelle pour déterminer la position du doigt en mesurant la capacité exacte de chaque canal d'induction qui augmente en raison du toucher du doigt. Lorsque les doigts roulent sur le rotateur, il en résulte une augmentation de la capacité de plusieurs canaux inductifs. Il est alors possible de calculer la position exacte du toucher du doigt en calculant la valeur de la capacité ajoutée par ces canaux de détection.

La stabilité du touch Spinner pour la détection tactile du doigt dépend de la résolution souhaitée et du nombre de canaux de détection. Pour les rotateurs tactiles haute résolution, il peut être nécessaire d'utiliser plus de canaux de détection que de n'en utiliser que trois.

Autres Notes

Suivre ces directives de conception de base pour la conception et la mise en page de PCB peut rendre les applications de détection Capacitive plus fiables. D'autres facteurs importants doivent être pris en compte dans la conception de PCB, notamment:

. Il n'y a pas de plaques flottantes / plaques polaires sur la carte PCB. La zone vide du PCB peut être remplie de feuille de cuivre de mise à la terre ou laissée vide.

. Le PCB doit être conçu de telle sorte que la valeur de capacité de référence requise soit inférieure à 20 PF (la valeur de capacité de référence est déterminée lors du réglage du matériel) et que la capacité intrinsèque de chaque canal soit inférieure à 10 PF. Si elle est supérieure à cette valeur, certaines dispositions de base doivent être modifiées, telles que la réduction de la densité de la Feuille de cuivre à la terre, Agrandir la distance entre la piste / électrode d'entrée de détection et la Feuille de cuivre de masse, réduire la largeur de la piste de signal du capteur ou même supprimer la Feuille de cuivre de masse. Si la valeur maximale de la capacité d'entrée inductive dépasse 10 PF, vous devez utiliser un condensateur d'accord pour le réglage de l'adaptation.

Essayez de contrôler la différence de capacité intrinsèque entre chaque canal de détection à moins de 10 PF (cette différence peut être mesurée lors du réglage matériel). S'il dépasse 10 PF, il est nécessaire de réduire le décalage entre la longueur de la trace et la taille de l'électrode du capteur pour le réarranger et minimiser ainsi la différence.

Des résistances en série sont installées dans les lignes I2C SDA et SCL pour filtrer les interférences sonores causées par le faisceau de câbles reliant la carte mère au module tactile, ou les interférences de bruit d'alimentation pouvant entraîner une distorsion du signal I2C.