PCBニュース - 静電容量タッチコントローラPCBレイアウトガイド

This application note aims to provide design layout guidance for the structure and layout of various PCBs (printed circuit boards) (such as FR4, flexible PCB or ITO panels) used in the design of S-TouchTM capacitive touch sensing.
現在市販されているPCB基板の中で, FR 4は最もよく使われるものです. FR 4はガラス繊維強化エポキシ樹脂積層体である, そして、PCBは単層であるかまたは 多層プリント基板

タッチモジュールのサイズが制限される場合、単層PCBを使用することは必ずしも不可能であり、通常、4層または2層のPCBが使用される。最も一般的に使用されている2層PCBを例として、PCBレイアウトガイドラインを紹介します。

PCB設計 and layout

イン a two-layer PCB, S - TouchTMタッチ・コントローラと他の構成要素は、1980年代の底層に配置されます PCBボード, そして、センサー電極はPCBの最上部に配置される.

各センサチャネルに必要な同調整合コンデンサは、センサ電極の底部層に直接配置することができる。S - TouchTMタッチコントローラは下部層に配置されており、対応するトップ層にセンサ電極が配置されていないことが保証されるべきである。上部と底層の空白領域はメッシュ接地銅箔で充填することができる。

デザインルール

1階

センサー電極はPCBの最上部に位置している（PCBの上端はオーバーレイボードで固定されている）。感度を上げるためには、10×10 mmの大きさの検知電極を用いることが推奨される。小さいサイズの検知電極を使用することができるが、感度は低下する。同時に、検出電極のサイズが15×15 mmを超えないことが望ましい。感知電極がこのサイズを超えると、感度を低下させるだけでなく、ノイズに対する感受性も増大する。

空の領域は、接地された銅箔で埋められることができます（跡幅は6マイルで、格子サイズは30マイルです）。

最上層は、共通の信号トレース（センサ信号トレースを含まない）を置くために使用することができる。センサ信号の痕跡は、できるだけ底層に敷くべきである。

検知電極と接地銅箔との距離は、少なくとも0.75 mmである。

2階（底）

S - TouchTMコントローラと他の受動部品は、底層に設計されて、レイアウトされなければなりません。

センサー信号トレースは底層に配置されます。他の検知チャンネルの検知電極の下で、1つのチャンネルのセンサー信号跡をルートしないでください。

空の領域は、接地された銅箔で埋められることができます（跡幅は6マイルで、格子サイズは30マイルです）。

センサ信号トレースと接地銅箔との間の距離は、センサ信号トレースの少なくとも2倍の幅でなければならない。

クロストークを低減するために、2つの検知電極／検知信号トレース間の距離をできるだけ増加させるべきである。可能な場合、2つの検知電極／感知信号トレース間に接地銅箔を追加する。

センサー信号跡の長さは、正確に同じ長さである必要はありません。同調同調コンデンサの使用のために、2つのチャンネル間の入力静電容量は、平衡できる。しかしながら、PCBスペースが許容される場合、同じ長さのセンサ信号トレースを使用するのがベストである（センサ電極のサイズも均一である）。このようにして、全ての検知チャネルのセンサ容量リアクタンス値をコントローラ感知のダイナミックレンジ内に調整するためには、1つの基準基準コンデンサのみを設定する必要があり、設計の困難性を単純化する。

任意のクロック、データまたは周期的な信号トレースは、センサ信号トレースに平行にかつ隣接して配置されるべきではない。これらの信号線は、センサの信号トレースに可能な限り垂直でなければならず、またはPCBの他の領域に配置されるべきである。

クロック、データ、または任意の周期的な信号トレースが、センサの信号トレースと並列にルーティングされる必要がある場合、それらは異なる層に配置され、オーバーラップすることができず、信号トレースの並列部分の長さをできるだけ短くする必要がある。

銅箔の接地

二層FR 4 PCBへの以前の導入では、接地された銅箔がPCBのブランク断面積を充填するために使用された。接地銅箔は、タッチモジュールが外部ノイズ源を遮蔽するのを助けることができ、センサ回路の固有キャパシタンスも安定化することができる。

しかし、接地銅箔を用いた場合には、予め注意を払う必要がある。これは接地銅箔がセンサの固有容量を増加させ、水滴による誤検出の可能性を高めるためである。

銅箔設計ガイドの接地

固体接地銅箔の代わりにメッシュ接地銅箔を使用することをお勧めします。20 %メッシュグランド銅箔（6ミルトレース幅と30ミルメッシュサイズ）を使用することをお勧めします。接地銅箔の角度は45°°とする。

センサと接地銅箔との距離は、少なくとも0.5 mmであり、0.75 mmが推奨される。

センサー信号跡と接地銅箔の間のギャップは、少なくともトレースの幅の2倍であるべきです。

つの層PCBの場合、第3の層のセンサ信号トレースが10 cmより大きい場合、長トレースの容量負荷を最小にするために、底部層に接地銅箔を配置しないことが推奨される。

いくつかの導電性材料を被覆板に使用すると、接地された銅箔を最上層に配置しないことが推奨される。

静電容量感知システムが湿った環境で働く必要があるなら、接地された銅箔を一番上の層に置くのを勧められません。

センサ基本機能記述とガイド

静電容量センサ電極は、フィンガーキャパシタンスを測定するために使用される導電性電極板を指す。S−TouchTMコントローラの検知チャンネルの入力端子に接続される。センサー電極は、様々な幾何学的形状および大きさに作られ、異なる機能および用途を有する。

タッチボタン

タッチボタンの基本機能は、指が触れるかどうかを検出することです。S−TouchTMコントローラは、タッチボタンの検知電極の静電容量を測定することができる。指がタッチ・ボタンに比較的近い場合、測定された静電容量変化が予め定められた閾値を超えるときに、フィンガー・タッチの発生は検出される。

タッチボタンは、正方形、円、三角形やその他の図形など、さまざまな形で設計することができます。PCBのサイズが制限されるならば、ボタン形は最高の感度を提供するためにスペースの使用を最大にするように設計されなければなりません。

2 - 3 mmのアクリルのプラスチックシェルでおおわれているアプリケーションのために、それは10 x 10 mmの最小サイズでスクエアセンシング電極を使うことを勧められます。最大サイズが15×15 mmを超えないことをお勧めします。この大きさを超えると感度が向上するだけでなく、ノイズの影響も大きくなる。

スライダをタッチ

タッチスライダの基本機能は、指のスライド位置を1次元方向に検出することです。

つのタッチスライダーの典型的なアプリケーションのボリュームコントロールです。つの方法は、タッチスライダを実装するために使用することができます：タッチ状態スライダと比率メータースライダ。

正方形のタッチボタンは、タッチ状態のスライドバーとして設計することができます順序で密接に配置されています。

あるセンサチャンネルがオンされたことが検出されると、タッチスライダ上の指の位置を決定することができる。上記の例では、5個のセンサを用いて9箇所を検出する。S 1とS 2チャンネルが同時にオンであれば、指の位置が位置2にあることを意味する。

2〜3 mmのアクリルプラスチックシェルで被覆された用途では、最小10×10 mmのセンサー電極を使用することが推奨される。スライダセンサ間の推奨間隙値は0.75 mmである。隣接する2つの検出電極間のギャップは1 mmを超えてはならない。これは、指が正確に隙間にあるとき、2つのセンサー・チャンネルが同時に開くことができることを確実とするためです。

タッチ状態スライダーの利点は、ノイズの多い環境でそのシンプルなデザインと高い安定性です。しかし、多数の場所が必要である場合、あまりに多くのセンサー・チャンネルの必要性のため、この方法を実行することができない。

別の方法は比例測定スライダーを使用することである。この方法は、各センサ・チャンネル上のタッチ状態を検出することによって実施されないが、各センサ・チャンネルによって測定された静電容量の正確な変化に基づいて、指の位置を決定することによって実現される。各検出チャネルの正確な静電容量変化が測定されるとき、指の正確な位置は比率を計算することによって決定される。

上記の位置に指接触すると、3つの感知チャネル電極のキャパシタンスが増加する。指で覆われた領域の違いにより、各センサによって付加される静電容量値も異なる。そして、センサの生容量データを処理することにより、スライダ上のフィンガの絶対位置を求めることができる。

タッチスピナー

スライドバーのように、タッチローターもタッチ状態と比率測定方法に基づいて実装されています。

タッチ状態法を適用したスピナーは、各感知チャネルの状態をチェックすることによって指の位置を決定する。回転計は、比例測定方法を使用して、指のタッチのために増加した各々の感知チャンネルの正確な静電容量を測定することによって、指の位置を決定する。フィンガーがスピナーの上で転がるときに、それはいくつかの検知チャンネルの静電容量が増加する原因になります。そして、これらの検出チャンネルにより加算された静電容量値を算出することにより、正確な指タッチの位置を算出することができる。

手指タッチ検出のためのタッチローターの安定性は、要求された解像度と検知チャンネル数に依存する。高解像度のタッチ・ローターのために、より多くの検知チャンネルは、3つの検知チャンネルだけの代わりに使われる必要があるかもしれません。

その他

これらの基本的な設計ガイドライン PCB設計 そして、レイアウトは静電容量感知アプリケーションをより信頼できる. In PCB設計, その他の重要な要因は考慮すべきである, を含む

. 浮き板がない/上の極板 PCBボード. PCBの空白領域は、接地された銅箔または左の空白で満たされることができます.

必要な基準容量値が20 pF未満であるように設計されるべきである（基準容量値はハードウェア調整の間、決定される）。そして、各々のチャンネルの固有容量は10 pF未満でなければならない。この値より大きい場合は、接地銅箔の密度を減少させ、感知入力トレース／電極と接地銅箔との間の距離を拡大し、センサ信号トレースの幅を狭くするか、接地銅箔を除去するような、いくつかの基本的なレイアウトを変更する必要がある。感知入力容量の最大値が10 pFを超える場合、整合設定用の同調コンデンサを使用する必要がある。

10 pF以内の各検知チャネル間の固有キャパシタンスの差を制御する（この差はハードウェア調整中に測定することができる）。10 pFを超えると、その差を最小にするために、トレース長とセンサ電極サイズとの再レイアウトに対する不整合を低減する必要がある。

マザーボードとタッチモジュールを接続している配線ハーネスに起因する雑音干渉をフィルターにかけるためにI 2 C SDAとSCL線で直列抵抗器をインストールしてください、あるいは、I 2 C信号歪曲を引き起こすかもしれない力雑音からの干渉。