Návrh a výroba desek plošných spojů klávesnice | Anti-ghosting

Návrh plošných spojů s maticí klávesnice přemění velké množství spínačů na praktickou sadu řádkové a sloupcové signály regulátoruMatice, směr diod, časování skenování, odskok, volitelné pozice rozvržení a mapa pinů firmwaru musí popisovat jeden konzistentní produkt. Chyba směrování může ovlivnit pouze jednu klávesu, celý řádek, sloupec nebo specifickou kombinaci více kláves, takže produkční testování musí jít nad rámec kontinuity holé desky.

Společnost Highleap Electronics nabízí výrobu desek plošných spojů pro klávesnice, osazování desek plošných spojů, programování firmwaru a vývoj maticových testovacích přípravků pro mechanické klávesnice, numerické bloky a ovládací panely. Zákazníci si mohou vyžádat úvodní cenovou nabídku s uvedením počtu kláves, rozvržení a očekávaného množství; pro první kontakt není vyžadováno kompletní schéma zapojení.

Mnoho matic klávesnic je implementováno na dvou měděných vrstvách a může používat součástky na obou stranách. Dvouvrstvá deska plošných spojů není totéž co jednostranná montáž a směrování matic by nemělo být popisováno jako vyžadující jednostrannou desku jen proto, že přepínače jsou viditelné nahoře.

Architektura a návrh klávesnicové matice

Řádky a sloupce snižují počet pinů skenováním průniků, spíše než přiřazováním jednoho pinu MCU ke každé klávese. Rozměry matice by měly být vybrány s ohledem na dostupnost GPIO MCU, fyzické směrování, podporu firmwaru a volitelné pozice kláves. Efektivní matice není vždy nejmenší matematický obdélník; o něco větší matice může vést k čistšímu směrování nebo lepší podpoře variant.

Vstupy pro zadávání a návrh plošných spojů s maticí klávesnice

První cenová nabídka nevyžaduje kompletní elektrický balíček, ale pro vydání do produkce je nakonec nutná jednoznačná definice pozic klíčů. Nejužitečnějšími včasnými informacemi je fyzické rozložení, přibližný počet klíčů, požadovaná rozhraní a to, zda zákazník již má firmware. Highleap pak dokáže identifikovat, zda se jedná o jednoduchou maticovou sestavu, konverzi rozvržení nebo produkční balíček řídicí jednotky a firmwaru.

Diody, ghosting a klávesové zkratky

Proč dochází k ghostingu

Bez izolace mohou určité kombinace tří kláves vytvořit nezamýšlenou proudovou cestu, která se jeví jako čtvrtá klávesa. Maticové diody omezují směr proudu a běžně se montují na přepínač, když je vyžadován robustní víceklávesový provoz. Jejich orientace musí odpovídat jak definici matice, tak směru skenování firmwaru.

Anti-ghosting není identický s NKRO

Diody pro jednotlivé klíče odstraňují hlavní elektrickou příčinu ghostingu, ale konečné chování při přepnutí závisí také na firmwaru, formátu zprávy USB HID, bezdrátovém protokolu a konkrétních testovaných kombinacích. Marketingová tvrzení by proto měla být vázána na schválený testovací plán, nikoli pouze na grafické znázornění desky plošných spojů.

Volitelné rozvržení vytváří skryté riziko matice

Univerzální deska plošných spojů může obsahovat klávesy ANSI/ISO Enter, rozdělený Backspace, rozdělený mezerník nebo alternativní pozice v dolním řádku. Vzájemně se vylučující pozice přepínačů mohou sdílet maticový uzel, ale montážní výkres a firmware musí identifikovat, které pozice jsou skutečně osazeny. Nekontrolované volitelné pozice mohou vést k duplicitním klávesám, nemožným kombinacím nebo testovacímu přípravku, který stiskne nesprávnou souřadnici.

• Specifikujte orientaci diody s jasným označením katody a montážním výkresem.
• Zabraňte tomu, aby volitelné pozice vytvářely nezamýšlené paralelní cesty.
• Ověřte kombinace více kláves vybraných ze skutečného případu použití produktu.
• Definujte, zda je cílem akceptace 6KRO, NKRO nebo sada testů specifická pro zákazníka.

Směrování řádků/sloupců, skenování a korelace firmwaru

Maticové signály jsou relativně nízkorychlostní, ale špatné uspořádání může i tak způsobovat problémy s výrobou a EMC. Dlouhé paralelní vedení může způsobovat šum při spínání LED; propojky umístěné pod piny spínače mohou zmenšit mechanickou vůli; vodiče vedené příliš blízko okrajů desky nebo montážních otvorů se mohou poškodit během depanelizování nebo montáže. Highleap kontroluje rozteče, vztahy otvorů, přístup k diodám a umístění testovacích bodů během... Recenze DFM.

• Zachovejte konzistentní názvy řádků/sloupců napříč popisky desek plošných spojů, firmwarem a přípravky.
• Umístěte diody s viditelnou polaritou a strojově čitelnou orientací.
• Vyhněte se směrování, které vyžaduje zbytečné ohýbání krku kolem opakovaných otvorů pro přepínače.
• Zajistěte testovací přístup pro řádkové a sloupcové sítě, u kterých se očekává diagnostika upínacích přípravků.
• Oddělte napájecí cesty hlučných LED diod od citlivých oblastí resetu ovladače, oscilátoru a USB.

Maticové stopy jsou obecně nízkorychlostní, ale směrování stále ovlivňuje vyrobitelnost, náchylnost k elektromagnetickému rušení, zahlcení konektorů a přístup k testům. Mnoho desek klávesnic je dvouvrstvých desek plošných spojů, ačkoli husté RGB, bezdrátové moduly nebo složité řídicí sekce mohou vyžadovat další vrstvy. Uzemnění by nemělo být používáno jako výmluva pro ponechání úzkých míst zpětného toku nebo špatně umístěného propojení kolem hlučných napájecích a USB oblastí.

Skenování, odrušení a korelace firmwaru

Verze hardwaru musí odpovídat definici matice firmwaru. Piny řádků, piny sloupců, směr diod, bootloader, mapa kláves a varianta produktu by měly nést identifikátory revizí. Nastavení debounce by mělo být ověřeno s aktuální technologií spínače nebo kontaktu, spíše než kopírováno slepě z jiné klávesnice.

Pro QMK/VIA nebo zákaznického firmwaru, Highleap může načíst schválený binární soubor a ověřit mapu fyzických a logických klíčů. Vývoj firmwaru a vlastnictví algoritmu zůstávají definovány zákazníkem, pokud nejsou samostatně zahrnuty do rozsahu projektu.

Kontrolní seznam pro návrh matice klávesnice

Výroba, montáž desek plošných spojů a vývoj testovacích přípravků

Opakované vzory spínačů a diod dělají matice klávesnic vhodné pro automatizovanou montáž, ale opakované vzory mohou také skrývat systematické chyby. Obrácený program diod nebo nesprávná orientace napáječe mohou ovlivnit celou desku. Ověření prvního výrobku by proto mělo zkontrolovat polaritu na více souřadnicích a potvrdit skutečné skenování kláves předtím, než bude pokračováno v kompletní montáži.

Elektrický test holé desky ověřuje konektivitu mědi, ale nemůže prokázat chování matice po přidání součástek a firmwaru. AOI detekuje mnoho vad polarity a pájení, zatímco funkční přípravek ověřuje systém. Obojí je nezbytné pro smysluplné ovládání.

Pro úvodní cenovou nabídku není vyžadováno žádné schéma plošných spojů. Zákazník může začít s rozvržením, počtem klíčů a požadovanými funkcemi; podrobná matice a data vydání jsou potvrzeny před výrobou.

Maticové testovací přípravky a izolace poruch

Dobrý přípravek hlásí více než jen „selhala klávesnice“. Identifikuje pravděpodobnou skupinu selhání. Pokud selže každá klávesa v jedné řadě, přípravek nebo software by měl ukazovat na síť řady, pin MCU, sériovou součástku nebo pájený spoj. Pokud selže jedna klávesa, diagnostika by měla rozlišovat... přepínač nebo hot-swap socket kontakt, orientace diody, otevřená trasa a mapování firmwaru.

A hřebíkový lůžko nebo upínací přípravek ovládaný klíčem Může stimulovat každý přepínací uzel, číst výstup USB nebo sériového portu a porovnat výsledek s uvolněnou mapou klíčů. Měl by rozlišit otevřené stopy, obrácené diody, pájecí můstky, chybné piny MCU a chyby mapování firmwaru. Spárování testu elektrické sítě s testem událostí na úrovni aplikace snižuje počet falešných diagnóz.

1. Nejprve ověřte napájení, hodiny a naprogramování MCU.
2. Zkontrolujte nečinné stavy řádků a sloupců.
3. Stimulujte každý průnik matice.
4. Spouštějte definované kombinace více kláves pro ghosting a rollover.
5. Ověřte pozice volitelného rozvržení pouze u příslušné varianty.
6. Zaznamenávejte selhání podle umístění síťového a fyzického klíče.

NPI, technické změny a záznamy o výrobě

Během NPI by měla být první sestavená matice ověřena pomocí jedné řízené sestavy firmwaru a mapy fyzických poloh kláves. Technické změny musí identifikovat, zda mění měď, směr diod, piny MCU, bootloader, mapu kláves nebo software přípravku; malá revize desky plošných spojů může zneplatnit testovací program, i když se obrys nezmění.

Počáteční cenová nabídka může začít s rozvržením, přibližným množstvím a požadovaným rozsahem dodávek. Před uvedením do výroby obvykle řízený balíček obsahuje Gerber nebo ODB++, data pro vrtání, kusovník, centroid, montážní výkresy, maticovou tabulku, binární soubor firmwaru, mapu kláves a požadavky na testování.

Stabilní definice matic, firmwaru a variant zlepšují efektivitu panelů, nákup součástek a opětovné použití příslušenství. Před vydáním je nutné zkontrolovat alternativní diody, mikrokontroléry a konektory z hlediska pouzdra, polarity, elektrického chování a vlivu na programování.

Záznamy o kontrole a testech maticových desek plošných spojů

Pokud je to v objednávce specifikováno, mohou záznamy zahrnovat elektrický test holé desky, kontrolu polarity diod, AOI, revizi firmwaru, výsledky diagnostiky řádků/sloupců, výstup všech kláves a schválené kombinace přepnutí. Tyto záznamy by měly být vázány na stejnou desku plošných spojů, firmware a revizi varianty produktu.

Nejčastější dotazy k návrhu desek plošných spojů s klávesnicí

Proč se v matrici klávesnice používají diody?

Řídí směr proudu v každé poloze přepínače a pomáhají předcházet nechtěným drahám kláves při stisknutí více kláves.

Zaručují diody automaticky NKRO?

Ne. Diody podporují anti-ghosting, ale přechod na další režim závisí také na skenování firmwaru, konfiguraci transportu a hlášení HID.

Může být deska plošných spojů s klávesnicí dvouvrstvá?

Ano. Dvouvrstvá konstrukce je běžná, i když přidaná omezení RGB, bezdrátového připojení nebo směrování mohou ospravedlnit použití více vrstev.

Co by se mělo testovat ve výrobě?

Každý průnik matice, směr diody, mapování logických kláves, definované kombinace více kláves, USB/bezdrátový výstup a příslušné volitelné pozice.