Entwerfen mit Touch-Bedienelementen

Auf einen Blick

Dieser Artikel zeigt, wie Altium Designer die Entwicklung von Touch-Bedienelementen auf Leiterplatten unterstützt: Sie platzieren konfigurierbare kapazitive Sensorkomponenten im Schaltplan und erzeugen anschließend über einen ECO die entsprechenden Sensorstrukturen aus Kupfer auf der Leiterplatte. Er gibt einen Überblick über die unterstützten Herstellerbibliotheken, erklärt die Implementierung und Konfiguration von Touch-Sensoren und beschreibt die verfügbaren Touch-Sensortypen von Atmel, Cypress und Microchip, ihre Einsatzbereiche und ihre anpassbaren Abmessungen. Wenn Sie praxisnah erfahren möchten, wie sich elegante Touch-Bedienoberflächen direkt in Ihrem PCB-Workflow erstellen lassen, sind Sie hier richtig. Lesen Sie weiter und entdecken Sie, wie schnell sich diese Bedienelemente in Ihr Design integrieren lassen.

- Sie erfahren, welche Herstellerbibliotheken für Touch-Bedienelemente Altium Designer unterstützt und wie diese Bibliotheken konfigurierbare Tasten, Schieberegler und Drehräder bereitstellen.
- Sie lernen den grundlegenden Arbeitsablauf kennen: einen Touch-Sensor im Schaltplan platzieren, ihn konfigurieren und die daraus entstehende Sensorstruktur auf die Leiterplatte übertragen.
- Sie erhalten detaillierte Informationen zu den unterstützten Touch-Sensortypen von Atmel, Cypress und Microchip sowie zu den wichtigsten Konfigurationsoptionen, die deren endgültige Geometrie auf der Leiterplatte bestimmen.
Mit KI tiefer einsteigen:

Wie viele von uns sind zur Elektronik gekommen, weil uns die unzähligen coolen Schalter, Drehknöpfe, Leuchten und anderen technischen Bedienelemente fasziniert haben? Auch viele Jahre später ist diese Faszination noch da – nur steht heute die „schicke GUI“ im Mittelpunkt: elektronische Produkte mit einer eleganten, attraktiven Benutzeroberfläche. Ein zentraler Bestandteil dieser immer fortschrittlicheren (und kleineren) Produktoberflächen ist die Touch-Bedienung. Dezent und doch leistungsfähig macht sie ein Produkt effizienter in der Anwendung, senkt in der Regel die Herstellungskosten und verlängert dessen Lebensdauer, indem sie mechanische Schalter und Drehregler ersetzt, die unweigerlich verschleißen. Nehmen Sie Ihr liebstes smartes Gerät zur Hand, und Sie werden schnell feststellen: Ohne Touch-Bedienung wäre es schlicht nicht so smart – und ganz sicher weit weniger ansprechend und unterhaltsam.

Altium Designer unterstützt die Erstellung planarer kapazitiver Sensorstrukturen auf Ihrer Leiterplatte. Folgende Hersteller werden unterstützt:

  • Atmel-Touch-Bedienelemente – verschiedene eigenkapazitive und gegenseitig kapazitive Sensorstrukturen (Tasten, Drehräder, Schieberegler) zur Verwendung mit Atmel® QTouch®- und QMatrix®-Sensorcontrollern sind verfügbar.

  • Cypress-Touch-Bedienelemente – verschiedene eigenkapazitive Sensorstrukturen (Tasten, Schieberegler) zur Verwendung mit Cypress® CapSense®-Controllern sind verfügbar.

  • Microchip-Touch-Bedienelemente – verschiedene eigenkapazitive Sensorstrukturen (Ring, Schieberegler) zur Verwendung mit Microchip® mTouch®-Controllern sind verfügbar.

Um die Touch-Sensor-Unterstützung eines bestimmten Herstellers in Altium Designer nutzen zu können, müssen die Funktionen Atmel QTouch, Cypress Capsense und/oder Microchip mTouch in Ihrer Altium Designer-Installation aktiviert sein. Diese Funktionen können nach der Installation aktiviert bzw. deaktiviert werden.

Weitere Informationen zum Ändern der installierten Kernfunktionen finden Sie auf der Seite Installing & Managing (Altium Designer Develop, Altium Designer Agile, Altium Designer).

Prüfen Sie über Windows Explorer, ob die entsprechenden Bibliotheksdateien nun im zugehörigen Ordner unter \Users\Public\Documents\Altium\AD<solution>\Library (bei einer Standardinstallation) verfügbar sind – . Durch das Aktivieren der Touch-Sensor-Unterstützung für einen bestimmten Hersteller wird die entsprechende Bauteilbibliothek für die verschiedenen unterstützten Touch-Sensor-Technologien dieses Herstellers installiert, darunter Touch-Drehräder, Schieberegler und Tasten. Alle Bauteile sind konfigurierbar, sodass Sie Größe und Ausrichtung der Touch-Sensor-Geometrien entsprechend Ihren Designanforderungen festlegen können.

Sensorimplementierung

Ein Touch-Sensor wird in einem Design implementiert, indem der benötigte Sensortyp aus einer dedizierten integrierten Bibliothek platziert und konfiguriert wird. Den zugehörigen Konfigurationsdialog (Dialog QTouch Component, Dialog CapSense Component oder Dialog mTouch Component) für ein Sensorbauteil öffnen Sie, indem Sie mit der rechten Maustaste auf das Bauteil klicken und im Kontextmenü Configure wählen.

Beachten Sie, dass Sie über die Dropdown-Liste Sensor Component Type in den Dialogen zwar schnell zu einem anderen Sensorbauteiltyp wechseln können (das grafische Symbol wird entsprechend aktualisiert), die Angaben für Comment und Description des Bauteils sowie Design Item ID (für das verknüpfte Bibliotheksbauteil) jedoch weiterhin dem ursprünglich platzierten Sensortyp entsprechen und auf diesen verweisen.

Wenn alles wie gewünscht konfiguriert ist, aktualisieren Sie einfach die Zielleiterplatte. Die erforderlichen Änderungen werden mithilfe eines ECO umgesetzt, wodurch die Sensorstruktur zur Platzierung auf der Leiterplatte erzeugt wird. Anschließend müssen Sie die Sensoren nur noch an den für die Benutzeroberfläche Ihres Produkts vorgesehenen Stellen auf der Leiterplatte platzieren und mit den entsprechenden Touch-Sensor-Controllern verbinden. Jedes Sensorbauteil auf der Leiterplatte ist kein Footprint im üblichen Sinne, sondern die eigentliche Kupferelektrodenstruktur. Bei der Baugruppenmontage wird über dem Sensor eine Abdeckplatte angebracht.

Obwohl eigenkapazitive Sensorstrukturen mit oder ohne Abdeckplatte verwendet werden können, sind die Auswirkungen elektrostatischer Entladungen (ESD) auf den zugehörigen Controller ein wesentlicher Grund für den Einsatz einer solchen Platte. Bei gegenseitig kapazitiven Schieberegler- und Drehradsensoren verfügen mehrere Kanäle über separate X-Elektrodenanschlüsse zum Sensorcontroller und einen gemeinsamen Y-Elektrodenanschluss. Solche Sensoren sollten mit einer Abdeckplatte verwendet werden, die ohne Luftspalte aufgeklebt wird. Die Platte stellt ein geeignetes Medium für die elektrischen Felder zwischen den X- und Y-Elektroden bereit.
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Ein Touch-Bedienelement lässt sich im Handumdrehen implementieren – platzieren Sie einfach das Bauteil des gewünschten Sensortyps im Schaltplan, konfigurieren Sie es entsprechend Ihren Designanforderungen und übertragen Sie die Änderungen anschließend auf die Leiterplatte, um die Sensorstruktur zu erhalten.

Eine Sensorstruktur kann auch auf der Leiterplatte geändert werden. Die Änderungen lassen sich dann über ein ECO an das entsprechende Schaltplanblatt zurückübertragen.

Die folgenden Abschnitte beschreiben die konfigurierbaren Sensorbauteile, die in einem Design platziert werden können, ihre Konfigurationsoptionen und die daraus auf der Leiterplatte entstehenden Sensorstrukturen genauer. Dabei werden jeweils die Standardkonfigurationen gezeigt.

Atmel-Touch-Bedienelemente

Der Dialog QTouch Component bietet Bedienelemente zum Konfigurieren eines Touch-Sensor-Bauteils auf einem Schaltplanblatt, wenn Sie planare kapazitive Sensorstrukturen auf Ihrer Leiterplatte erstellen. Diese sind für die Verwendung mit den Atmel® QTouch®- und QMatrix®-Sensorcontrollern vorgesehen, an die die entsprechenden Elektroden der Sensorstrukturen angeschlossen werden.

Atmel-Touch-Bedienelemente – unterstützte eigenkapazitive Sensoren

Die folgenden eigenkapazitiven Sensoren werden für die Verwendung in Ihren Leiterplattendesigns unterstützt.

Ein Tasten- oder Schaltflächensensor ist ein zero-dimensional-Sensor. Er besitzt einen einzigen Berührungspunkt. Schieberegler- und Drehradsensoren sind one-dimensional-Sensoren – sie erfassen die Bewegung Ihres Fingers entlang einer einzigen Achse. Ein räumlich interpolierter Sensor nutzt die Geometrie seiner Elektroden zur Interpolation der elektrischen Felder. Ein resistiv interpolierter Sensor verwendet physische Widerstände für die Interpolation.

Jeder Kanal (jede Elektrode) dieser Sensoren besitzt eine einzelne direkte Verbindung zum Sensorcontroller. Die von solchen Sensoren ausgesendeten elektrischen Felder sind ungerichtet. Die Sensoren können zwar mit oder ohne darüberliegende Abdeckung verwendet werden, doch die Auswirkungen elektrostatischer Entladungen (ESD) auf den zugehörigen Controller sind ein wesentlicher Grund für den Einsatz einer solchen Abdeckung.

Alle diese Sensoren eignen sich für die Verwendung mit Atmel QTouch-Sensorcontrollern.

Atmel-Touch-Bedienelemente – Unterstützte Gegenkapazitätssensoren

Die folgenden Gegenkapazitätssensoren werden für die Verwendung in Ihren Leiterplattendesigns unterstützt.

Ein Tastensensor ist ein zero-dimensional Sensor. Er hat einen einzigen Berührungspunkt. Schiebe- und Radsensoren sind one-dimensional Sensoren – sie erkennen die Bewegung Ihres Fingers entlang einer einzelnen Achse. Ein Sensor mit räumlicher Interpolation nutzt die Geometrie seiner Elektroden, um die elektrischen Felder zu interpolieren. Ein Sensor mit resistiver Interpolation verwendet dafür diskrete Widerstände.

Jeder dieser Sensoren verfügt über X-Elektroden (Senden) und Y-Elektroden (Empfangen), wobei der Sensorcontroller die Gegenkapazität zwischen X und Y misst. Bei Schiebe- und Radsensoren haben die einzelnen Kanäle jeweils eigene X-Elektrodenanschlüsse am Sensorcontroller und einen gemeinsamen Y-Elektrodenanschluss. Solche Sensoren sollten mit einer darüberliegenden Abdeckplatte verwendet werden, die ohne Luftspalte aufgeklebt wird. Die Abdeckplatte dient dabei als geeignetes Medium für die elektrischen Felder zwischen den X- und Y-Elektroden.

Alle diese Sensoren eignen sich für die Verwendung mit Atmel QMatrix-Sensorcontrollern.

Cypress-Touch-Bedienelemente

Der Dialog CapSense Component bietet Bedienelemente zur Konfiguration einer Touch-Sensorkomponente auf einem Schaltplanblatt, wenn Sie planare kapazitive Sensorstrukturen auf Ihrer Leiterplatte für die Verwendung mit Cypress® CapSense®- und PSoC®-Controllern erstellen.

Die CapSense-Controller von Cypress, an die die entsprechenden Elektroden der Sensorstrukturen angeschlossen werden, basieren auf der Plattform Programmable System-on-Chip (PSoC®). Zu den Kategorien der CapSense-Controller gehören:

  • CapSense®
  • CapSense® Plus
  • CapSense® Express
  • Die PSoC®-Controllerfamilien – PSoC® 1, PSoC® 3, PSoC® 4 und PSoC® 5LP (die die PSoC® 5-Familie abgelöst hat).

Die folgenden Sensortypen mit Eigenkapazitätsmessung stehen für Ihre Leiterplattendesigns zur Verfügung.

Ein Tastensensor ist ein zero-dimensional-Sensor. Er verfügt über einen einzigen Berührungspunkt. Schiebereglersensoren sind one-dimensional-Sensoren – sie erkennen die Bewegung Ihres Fingers entlang einer einzelnen Achse.

Jeder Kanal (jede Elektrode) dieser Sensoren verfügt über eine einzelne, direkte Verbindung zum Sensorcontroller. Solche Sensoren sind hinsichtlich der von ihnen erzeugten elektrischen Felder ungerichtet. Sie können zwar mit oder ohne eine darüberliegende Abdeckplatte verwendet werden, doch die Auswirkungen elektrostatischer Entladungen (ESD) auf den zugehörigen Controller sind ein wesentlicher Grund für den Einsatz einer solchen Abdeckplatte.

Alle diese Sensoren eignen sich für den Einsatz mit Cypress CapSense- und PSoC-Controllern.

Microchip-Touch-Bedienelemente

Der Dialog mTouch Component bietet Einstellmöglichkeiten zum Konfigurieren einer Berührungssensorkomponente auf einem Schaltplanblatt, wenn Sie planare kapazitive Sensormuster auf Ihrer Leiterplatte für den Einsatz mit der Controllerfamilie Microchip® mTouch® erstellen. Bei den mTouch-Controllern von Microchip, an die die entsprechenden Elektroden der Sensormuster angeschlossen werden, handelt es sich üblicherweise um PIC-Bausteine. Die folgenden Eigenkapazitätssensortypen stehen für Ihre Leiterplattendesigns zur Verfügung.

Schiebereglersensoren sind one-dimensional-Sensoren – sie erkennen die Bewegung Ihres Fingers entlang einer einzelnen Achse.

Jeder Kanal (jede Elektrode) dieser Sensoren verfügt über eine einzelne, direkte Verbindung zum Sensorcontroller. Solche Sensoren sind hinsichtlich der von ihnen erzeugten elektrischen Felder ungerichtet. Sie können zwar mit oder ohne eine darüberliegende Abdeckplatte verwendet werden, doch die Auswirkungen elektrostatischer Entladungen (ESD) auf den zugehörigen Controller sind ein wesentlicher Grund für den Einsatz einer solchen Abdeckplatte.

Alle diese Sensoren eignen sich für den Einsatz mit Microchip mTouch-Controllern.

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