PCB 뉴스 - 접점식 터치 컨트롤러 PCB 레이아웃 가이드

이 출원 지침은 S-TouchTM 접점식 터치 센싱 설계에 사용되는 다양한 PCB(인쇄회로기판)(예: FR4, 플렉시블 PCB 또는 ITO 패널)의 구조 및 레이아웃에 대한 설계 레이아웃 지침을 제공하기 위한 것입니다.현재 시장에서 사용 가능한 PCB 기판 중 FR4가 가장 많이 사용되고 있다.FR4는 유리섬유 강화 에폭시 수지층 압판으로 PCB는 단층 또는 다층 PCB가 될 수 있다.

터치 모듈의 크기가 제한되어 있을 때 단일 레이어 PCB를 사용하는 것이 항상 가능한 것은 아니며, 일반적으로 4 레이어 또는 2 레이어 PCB를 사용합니다.PCB 레이아웃 가이드는 가장 일반적으로 사용되는 이중 레이어 PCB를 예로 들겠습니다.

PCB 설계 및 레이아웃

이중 PCB에서 S-TouchTM 터치 컨트롤러 및 기타 구성 요소는 PCB 보드 하단에 배치되고 센서 전극은 PCB 최상위에 배치됩니다.

각 센서 채널에 필요한 튜닝 일치 콘덴서는 센서 전극의 아래층에 직접 배치할 수 있습니다.S-TouchTM 터치 컨트롤러가 하단에 배치되어 있고 센서 전극이 상응하는 최상위에 배치되어 있지 않은지 확인해야 한다는 점을 지적해야 한다.최상위와 하단의 빈 영역은 메쉬 형태의 접지 동박으로 채울 수 있습니다.

설계 규칙

한 레이어 (최상위)

센서 전극은 PCB의 최상위 계층(PCB의 상단은 커버리지와 고정되어 있음)에 있습니다.감도를 높이기 위해서는 10x10mm 크기의 유도전극을 사용하는 것이 좋습니다. 작은 크기의 유도전극은 사용할 수 있지만 감도는 낮아집니다.아울러 감응전극의 크기는 15x15mm를 넘지 않도록 권고했다. 감응전극이 이 크기를 초과하면 감도를 떨어뜨릴 뿐 아니라 소음에 대한 감수성도 증가한다.

공백 영역은 접지 동박으로 채울 수 있습니다 (흔적선 너비는 6밀이, 격자 크기는 30밀이).

최상층은 공공 신호 흔적선 (센서 신호 흔적선 제외) 을 부설하는 데 사용할 수 있다.센서 신호 흔적선은 가능한 한 밑바닥에 깔아야 한다.

감응 전극과 접지 동박 사이의 거리는 최소 0.75mm여야 한다.

레이어 2 (아래쪽)

.S-TouchTM 컨트롤러 및 기타 패시브 구성 요소는 설계되어 베이스에 배치되어야 합니다.

센서 신호 흔적선이 밑바닥에 배치될 것이다.한 통로의 센서 신호 흔적선을 다른 감지 통로의 감지 전극 아래에 배선하지 마라.

공백 영역은 접지 동박으로 채울 수 있습니다 (흔적선 너비는 6밀이, 격자 크기는 30밀이).

센서 신호 흔적선과 접지 동박 사이의 거리는 센서 신호 흔적선의 폭의 최소 두 배여야 한다.

간섭을 줄이기 위해서는 가능한 한 두 개의 감지 전극/감지 신호 흔적선 사이의 거리를 늘려야 한다.가능한 경우 두 개의 감응 전극/감응 신호 흔적선 사이에 접지 동박을 추가합니다.

센서 신호 흔적선의 길이는 완전히 같은 길이가 필요하지 않다.일치하는 튜닝 콘덴서를 사용하기 때문에 두 채널 사이의 입력 콘덴서의 균형을 맞출 수 있습니다.그러나 PCB 공간이 허용될 때는 같은 길이의 센서 신호 흔적선 (센서 전극의 크기도 균일하다) 을 사용하는 것이 좋다.이렇게 하면 모든 감지 채널의 센서 임피던스 값을 컨트롤러 감지의 동적 범위로 조정하기 위해 표준 참조 콘덴서를 하나만 설치하면 설계 난이도를 간소화할 수 있다.

어떠한 시계, 데이터 또는 주기적 신호 흔적도 센서 신호 흔적선과 평행하지 않고 그와 인접해서는 안 된다.이러한 신호선은 가능한 한 센서의 신호 흔적선에 수직이거나 PCB의 다른 영역에 배치되어야합니다.

만약 시계, 데이터 또는 그 어떤 주기적인 신호 흔적선이 센서의 신호 흔적선과 병행하여 배선해야 한다면, 그것들은 서로 다른 층에 배치되어야 하며 중첩되어서는 안 되며, 신호 흔적선의 병행 부분의 길이는 가능한 한 줄여야 한다.

접지 동박

앞서 설명한 이중 FR4 PCB에서 접지 동박은 PCB의 빈 횡단 면적을 채우는 데 사용됩니다.접지 동박은 터치 모듈이 외부 소음원을 차단하는 데 도움을 주고 센서 회로의 고유 용량도 안정시킬 수 있다.

그러나 접지 동박을 사용할 때 미리 주의해야 할 몇 가지 문제가 있다.접지된 동박이 센서의 고유 용량을 늘리고 물방울로 인한 오류 감지 가능성도 높였기 때문이다.

접지 동박 설계 가이드:

. 솔리드 접지 동박 대신 메쉬 형태의 접지 동박을 사용하는 것이 좋습니다.그물코의 20% 접지 동박(6밀 이적선 너비와 30밀 귀그물코 사이즈)을 사용하는 것이 권장된다.접지 동박의 각도는 45 ° 로 설정해야 합니다.

. 센서와 접지 동박 사이의 거리는 최소 0.5mm, 0.75mm로 권장됩니다.

센서 신호 흔적선과 접지 동박 사이의 간격은 적어도 흔적선 너비의 두 배여야 한다.

4층 PCB의 경우 3층에 센서 신호 흔적선이 10cm 이상이면 긴 흔적선의 용량 부하를 최소화하기 위해 밑바닥에 접지 동박을 깔지 말 것을 권고했다.

. 만약 포장 레이어에 전기 전도성 재료가 사용된다면 맨 위에 접지 동박을 깔지 않는 것이 좋습니다.

. 축축한 환경에서 콘덴서 감지 시스템이 작동해야 하는 경우 최상층에 접지 동박을 깔지 않는 것이 좋습니다.

센서 기본 기능 설명 및 가이드

커패시터 센서 전극은 손가락 커패시터를 측정하는 데 사용되는 전도성 전극판을 말한다.S-TouchTM 컨트롤러의 감지 채널 입력부에 연결됩니다.센서 전극은 다양한 기능과 응용을 위해 다양한 기하학적 형태와 크기를 만들 수 있습니다.

터치 버튼

터치 버튼의 기본 기능은 손가락 터치 여부를 감지하는 것이다. S-TouchTM 컨트롤러는 터치 버튼이 전극을 감지하는 용량을 측정할 수 있다.손가락이 터치 버튼에 상대적으로 가까이 있으면 측정된 용량 변화가 미리 설정된 임계값을 초과하면 손가락 터치가 감지됩니다.

터치 버튼은 정사각형, 원형, 삼각형 또는 기타 모양과 같은 다양한 모양으로 설계될 수 있습니다.PCB의 크기가 제한된 경우 버튼 모양은 공간을 최대한 활용하여 최적의 감도를 제공하도록 설계되어야 합니다.

2-3mm 아크릴 플라스틱 케이스를 덮는 용도로 최소 10x10mm의 사각형 감지 전극을 사용하는 것이 좋습니다. 최대 크기는 15x15mm를 넘지 않는 것이 좋습니다. 이 크기를 초과하면 감도가 향상되지 않을 뿐만 아니라 소음 민감도도 증가합니다.

터치 슬라이더

터치 슬라이더의 기본 기능은 손가락이 1차원 방향에서 미끄러지는 위치를 감지하는 것입니다.

터치 슬라이더의 일반적인 응용 프로그램 중 하나는 음량 조절에 사용되는 것이다.터치 슬라이더는 상태 슬라이더와 배율 테이블 슬라이더의 두 가지 방법으로 구현됩니다.

사각형 터치 버튼은 터치 상태 슬라이더로 설계될 수 있도록 순서대로 촘촘하게 배열되어 있습니다.

센서 채널이 열려 있는 것을 감지하면 터치 슬라이더에서 손가락의 위치를 확인할 수 있습니다.위의 예에서는 5개의 센서를 사용하여 9개의 위치를 감지합니다.S1과 S2 채널이 동시에 열리면 손가락의 위치가 위치 2라는 것을 의미합니다.

2-3mm 아크릴 플라스틱 케이스를 덮는 응용의 경우 최소 10x10mm 크기의 센서 전극을 사용하는 것이 좋습니다. 슬라이딩 센서 사이의 권장 간격 값은 0.75mm입니다. 인접한 두 감지 전극 사이의 간격은 1mm를 넘지 않아야 합니다. 손가락이 간격에 잘 맞으면 두 센서 채널이 동시에 열릴 수 있도록 하기 위해서입니다.

터치 상태 슬라이더의 장점은 단순한 디자인과 시끄러운 환경에서의 높은 안정성입니다.그러나 많은 위치가 필요한 경우 센서 채널이 너무 많이 필요하기 때문에 이 방법은 구현 될 수 없습니다.

다른 방법은 슬라이더를 배율 계량기로 측정하는 것입니다.이 방법은 각 센서 채널의 터치 상태를 감지하여 구현되는 것이 아니라 각 센서 채널에서 측정 된 용량의 정확한 변화를 기반으로 손가락의 위치를 식별하여 구현됩니다.각 감지 채널의 정확한 용량 변화를 측정할 때 비율을 계산하여 손가락의 정확한 위치를 결정합니다.

위의 위치에서 손가락을 만지면 세 개의 감지 채널 전극의 용량이 증가합니다.손가락을 덮는 면적이 다르기 때문에 센서마다 증가하는 용량 값도 다르다.그런 다음 센서의 원래 커패시터 데이터를 처리하여 슬라이더에서 손가락의 절대적인 위치를 얻을 수 있습니다.

터치 마이크로 모뎀

슬라이더와 마찬가지로 터치 회전기도 터치 상태와 비율 측정 방법에 근거하여 실현된다.

터치 상태 방법을 적용한 마이크로 모뎀은 각 감지 채널의 상태를 확인하여 손가락의 위치를 결정합니다.회전기는 손가락 터치로 인해 증가하는 각 감지 채널의 정확한 용량을 측정하여 손가락의 위치를 결정하는 비례 측정법을 사용합니다.손가락이 회전기에서 굴러갈 때 몇 개의 감지 채널의 용량이 증가할 수 있다.그런 다음 이러한 감지 채널에 추가된 용량 값을 계산하여 손가락 터치의 정확한 위치를 계산할 수 있습니다.

손가락 터치 감지에 사용되는 터치 회전기의 안정성은 필요한 해상도와 감지 채널의 수에 따라 달라집니다.고해상도 터치 회전기의 경우 세 개의 감지 채널만 사용하는 것이 아니라 더 많은 감지 채널을 사용해야 할 수도 있습니다.

기타 고려사항

이러한 PCB 설계 및 레이아웃의 기본 설계 지침에 따라 커패시터 센싱 어플리케이션을 더욱 신뢰할 수 있습니다.PCB 설계에서는 다음과 같은 다른 중요한 요소를 고려해야 합니다.

. PCB 보드에는 부표 / 극판이 없습니다.PCB의 빈 영역은 접지 동박을 채우거나 비워 둘 수 있습니다.

. PCB의 설계는 필요한 레퍼런스 커패시터 값을 20pF보다 작게 해야 합니다 (하드웨어 조정 시 레퍼런스 커패시터 값은 결정됨). 각 채널의 고유 커패시터는 10pF보다 작아야 합니다. 이 값보다 크면 접지 동박의 밀도를 낮추는 등 기본 레이아웃을 수정해야 합니다.감지 입력 흔적/전극과 접지 동박 사이의 거리를 확대하고 센서 신호 흔적선의 폭을 줄이거나 접지 동박까지 제거한다.감지 입력 용량의 최대값이 10pF를 초과하는 경우 일치 설정을 위해 튜닝 콘덴서를 사용해야 합니다.

각 감지 채널 간의 고유 용량의 차이를 10pF 이내로 제어하려고 시도합니다 (하드웨어 조정 중에 측정 가능).만약 그것이 10pF를 초과한다면 흔적선 길이와 센서 전극 크기 사이의 미스매치를 줄여 다시 배치함으로써 차이를 최소화할 필요가 있다.

.I2C SDA 및 SCL 회선에 직렬 저항기를 설치하여 마더보드와 터치 모듈을 연결하는 하네스로 인한 노이즈 간섭을 필터링하거나 I2C 신호가 왜곡될 수 있는 전원 노이즈 간섭을 제거합니다.