Проектирование и производство печатных плат для матричных клавиатур | Защита от фантомных нажатий

проектирование печатной платы матричной клавиатуры преобразует большое количество переключателей в практичный набор сигналы строки и столбца контроллераМатрица, направление диодов, время сканирования, подавление дребезга контактов, дополнительные позиции компоновки и схема расположения контактов в микропрограмме должны описывать единый, согласованный продукт. Ошибка трассировки может затрагивать только одну клавишу, целую строку, столбец или конкретную комбинацию клавиш, поэтому тестирование в процессе производства должно выходить за рамки проверки работоспособности платы без компонентов.

Компания Highleap Electronics оказывает услуги по изготовлению печатных плат для клавиатур, сборке печатных плат, программированию встроенного ПО и разработке матричных тестовых стендов для механических клавиатур, кнопочных панелей и панелей управления. Клиенты могут запросить предварительную смету, указав количество клавиш, компоновку и ожидаемое количество продукции; полная схема для первого контакта не требуется.

Многие клавиатурные матрицы реализуются на двух медных слоях и могут использовать компоненты с обеих сторон. Двухслойная печатная плата — это не то же самое, что односторонняя сборка, и трассировку матрицы не следует описывать как требующую односторонней платы только потому, что переключатели видны сверху.

Архитектура и конструкция клавиатурной матрицы. Входные данные.

Использование строк и столбцов позволяет уменьшить количество контактов за счет сканирования точек пересечения, а не назначения одного контакта микроконтроллера каждой клавише. Размеры матрицы следует выбирать с учетом доступности GPIO микроконтроллера, физической трассировки, поддержки прошивки и дополнительных положений клавиш. Эффективная матрица не всегда является наименьшим математическим прямоугольником; немного большая матрица может обеспечить более чистую трассировку или лучшую поддержку вариантов.

Закупка и проектирование печатных плат для клавиатурных матриц.

Для составления первого коммерческого предложения не требуется готовый комплект электроники, но для запуска в производство в конечном итоге необходимо однозначное определение расположения клавиш. Наиболее полезная информация на начальном этапе — это физическая компоновка, приблизительное количество клавиш, необходимые интерфейсы и наличие у заказчика уже установленного программного обеспечения. Highleap сможет определить, является ли проект простой матричной компоновкой, преобразованием компоновки или производственным пакетом, включающим контроллер и программное обеспечение.

Диоды, эффект "призрачного изображения" и одновременное нажатие клавиши

Почему возникает эффект "призрачного изображения"?

Без изоляции определенные комбинации из трех клавиш могут создать непреднамеренный путь протекания тока, который будет выглядеть как четвертый ключ. Матричные диоды Они ограничивают направление тока и обычно устанавливаются на каждом переключателе, когда требуется надежная работа нескольких клавиш. Их ориентация должна соответствовать как определению матрицы, так и направлению сканирования прошивки.

Функция защиты от фантомных нажатий не идентична функции NKRO.

Диоды, устанавливаемые на каждую клавишу, устраняют основную электрическую причину появления фантомных нажатий, но окончательное поведение при переключении также зависит от прошивки, формата отчета USB HID, беспроводного протокола и конкретных тестируемых комбинаций. Поэтому маркетинговые заявления должны быть привязаны к утвержденному плану тестирования, а не выведены только из изображения на печатной плате.

Дополнительные варианты компоновки создают скрытый матричный риск.

Универсальная печатная плата может включать в себя клавиши ввода ANSI/ISO, разделенную клавишу Backspace, разделенную клавишу пробела или альтернативные позиции нижнего ряда. Взаимоисключающие посадочные места для переключателей могут использовать один и тот же узел матрицы, но на сборочном чертеже и в микропрограмме необходимо указать, какие позиции фактически установлены. Неконтролируемые дополнительные позиции могут привести к появлению дубликатов клавиш, невозможных комбинаций или тестового приспособления, которое нажимает не на ту координату.

• Укажите ориентацию диода с помощью четкой маркировки катода и на сборочном чертеже.
• Не допускайте создания непредусмотренных параллельных путей при выборе необязательных позиций.
• Проверьте комбинации клавиш, выбранные на основе реального сценария использования продукта.
• Укажите, является ли целевым показателем приемки 6KRO, NKRO или набор тестов, разработанный специально для заказчика.

Маршрутизация строк/столбцов, сканирование и корреляция микропрограммного обеспечения.

Сигналы в матрицах относительно низкоскоростные, но некачественная компоновка все равно может создавать проблемы при производстве и электромагнитной совместимости. Длинные параллельные участки могут вызывать помехи при переключении светодиодов; переходные отверстия, расположенные под контактами переключателей, могут уменьшать механический зазор; трассы, проложенные слишком близко к краям платы или монтажным отверстиям, могут быть повреждены во время декомпозиции или сборки. Highleap проверяет расстояние между контактами, соотношение отверстий, доступ к диодам и размещение контрольных точек во время Обзор DFM.

• Обеспечьте единообразие именования строк/столбцов на этикетках печатных плат, в микропрограммном обеспечении и измерительных приспособлениях.
• Размещайте диоды с видимым эталоном полярности и машиночитаемой ориентацией.
• Избегайте прокладки кабелей, требующей излишнего сужения в местах повторного расположения отверстий для выключателей.
• Обеспечьте доступ к тестированию для цепей строк и столбцов, где требуется диагностика приспособлений.
• Отделите цепи питания светодиодов с помехами от чувствительных областей сброса контроллера, генератора и USB.

Трасса матричных выводов, как правило, работает на низкой скорости, но трассировка всё равно влияет на технологичность производства, восприимчивость к электромагнитным помехам, загруженность разъёмов и доступ для тестирования. Многие платы клавиатур имеют двухслойную конструкцию, хотя для плотной RGB-подсветки, беспроводных модулей или сложных секций управления могут потребоваться дополнительные слои. Заливка заземления не должна служить оправданием для оставления узких обратных каналов или плохо выполненной стыковки вокруг шумных зон питания и USB.

Сканирование, подавление дребезга контактов и корреляция прошивки

Версия аппаратного обеспечения должна соответствовать определению матрицы микропрограммного обеспечения. Контакты строк, контактов столбцов, направление диодов, загрузчик, раскладка клавиатуры и вариант продукта должны иметь идентификаторы ревизии. Настройки подавления дребезга контактов следует проверять с использованием фактической технологии переключателей или контактов, а не копировать вслепую с другой клавиатуры.

Для пакетов КМК/ВИА Для загрузки утвержденного бинарного файла или прошивки заказчика Highleap может проверить соответствие физических и логических клавиш. Разработка прошивки и права собственности на алгоритмы остаются на усмотрение заказчика, если иное не включено в объем проекта.

Контрольный список для проверки конструкции клавиатурной матрицы

Изготовление, сборка печатных плат и разработка испытательных стендов.

Повторяющиеся схемы расположения переключателей и диодов делают матрицы клавиатур хорошо подходящими для автоматизированной сборки, но повторяющиеся схемы также могут скрывать систематические ошибки. Обратная настройка диода или неправильная ориентация питателя могут повлиять на всю плату. Поэтому при проверке первого образца следует проверять полярность по нескольким координатам и подтверждать фактическое сканирование клавиш, прежде чем приступать к сборке всей партии.

Электрическое тестирование печатной платы без компонентов проверяет медные соединения, но не может подтвердить поведение матрицы после добавления компонентов и прошивки. Автоматический оптический контроль (АОИ) обнаруживает множество дефектов полярности и пайки, в то время как функциональное приспособление проверяет систему. Оба метода необходимы для эффективного управления.

Для составления первоначального коммерческого предложения не требуется схема печатной платы. Заказчик может начать с определения компоновки, количества клавиш и желаемых функций; подробные данные о матрице и версии согласовываются перед началом производства.

Матричные испытательные стенды и изоляция отказов

Качественный диагностический прибор делает больше, чем просто сообщает о «сбое клавиатуры». Он определяет вероятную группу неисправностей. Если выходят из строя все клавиши в одном ряду, прибор или программное обеспечение должны указывать на неисправность цепи ряда, контакта микроконтроллера, последовательного компонента или паяного соединения. Если выходит из строя только одна клавиша, диагностика должна различать выключатель или розетка с возможностью горячей замены контакт, ориентация диода, обрыв трассы и отображение прошивки.

A ложе из гвоздей или устройство с ключом Он может инициировать работу каждого коммутационного узла, считывать USB- или последовательный вывод и сравнивать результат с выпущенной картой клавиш. Он должен различать обрывы дорожек, перевернутые диоды, перемычки из припоя, неправильные выводы микроконтроллера и ошибки сопоставления прошивки. Сочетание проверки электрической сети с проверкой событий на уровне приложения снижает количество ложных диагнозов.

1. В первую очередь проверьте питание, тактовую частоту и программирование микроконтроллера.
2. Проверьте состояние неактивности строк и столбцов.
3. Стимулируйте каждое пересечение матриц.
4. Используйте заданные комбинации клавиш для фантомных нажатий и наведения курсора.
5. Проверяйте позиции необязательной компоновки только в соответствующем варианте.
6. Записывайте сбои по местоположению сетевого и физического ключа.

NPI, инженерные изменения и производственная документация

В процессе внедрения новых продуктов (NPI) первую собранную матрицу следует проверить с помощью одной контролируемой сборки встроенного ПО и физической карты расположения клавиш. При внесении инженерных изменений необходимо указать, затрагивают ли они медь, направление диодов, выводы микроконтроллера, загрузчик, карту клавиш или программное обеспечение для измерительных приборов; небольшая корректировка печатной платы может сделать недействительной тестовую программу, даже если ее структура осталась неизменной.

Первоначальная смета может начинаться с описания конструкции, приблизительного количества и необходимого объема поставки. Перед запуском в производство обычно включается контролируемый пакет, содержащий файлы Gerber или ODB++, данные сверления, спецификацию материалов, центроид, сборочные чертежи, матричную таблицу, двоичный файл прошивки, карту клавиш и требования к тестированию.

Стабильные матрицы, встроенное ПО и определения вариантов повышают эффективность панелей, упрощают закупку компонентов и повторное использование оснастки. Перед выпуском альтернативные диоды, микроконтроллеры и разъемы необходимо проверить на соответствие корпусу, полярность, электрические характеристики и влияние программирования.

Протоколы проверки и тестирования печатных плат Matrix

При необходимости в заказе могут быть указаны данные о тестировании электрической части печатной платы, проверке полярности диодов, автоматизированном оптическом контроле (АОИ), версии прошивки, результатах диагностики строк/столбцов, результатах вывода каждой клавиши и утвержденных комбинациях одновременного нажатия. Эти данные должны быть привязаны к одной и той же печатной плате, прошивке и версии варианта продукта.

Часто задаваемые вопросы по проектированию печатных плат для клавиатурных матриц

Зачем в клавиатурной матрице используются диоды?

Они контролируют направление тока в каждом положении переключателя и помогают предотвратить непреднамеренные траектории нажатия клавиш при одновременном нажатии нескольких клавиш.

Гарантируют ли диоды автоматически отсутствие отрицательного сопротивления (NKRO)?

Нет. Диоды поддерживают защиту от фантомных нажатий, но переключение между состояниями также зависит от сканирования прошивки, транспортного уровня и конфигурации отчета HID.

Может ли печатная плата для клавиатурной матрицы быть двухслойной?

Да. Двухслойная конструкция является распространенной, хотя дополнительные ограничения, связанные с RGB-подсветкой, беспроводной связью или маршрутизацией, могут оправдать увеличение количества слоев.

Что следует тестировать в производственной среде?

Каждое пересечение матрицы, направление диода, логическое сопоставление клавиш, заданные многоклавишные комбинации, USB/беспроводной выход и применимые дополнительные положения.