Design kapazitiver Touchsensor-Leiterplatten in Altium Designer

Zachariah Peterson
|  Erstellt: November 10, 2020  |  Aktualisiert am: August 12, 2022
Design kapazitiver Touchsensor-Leiterplatten in Altium Designer

Wenn Sie mit der Funktionsweise von Smartphones und anderen Touchscreen-Geräten vertraut sind, kennen Sie auch kapazitive Touchsensoren. Dank dieser Sensoren können Touchscreens beispielsweise Finger von anderen Objekten unterscheiden, aber das ist nicht alles. Viele Sensoren funktionieren mit kapazitiver Sensorik, mit Sensoren zur Abstandsmessung, Beschleunigung, Kraft, Feuchtigkeit und Flüssigkeitsstand. Angesichts der Anzahl der HMI-Geräte, die voraussichtlich in naher Zukunft nachgefragt werden, benötigen Ingenieure Werkzeuge, um diese Sensoren direkt auf Leiterplatten zu designen und zu simulieren. Altium Designer bietet alle Funktionen, die für das Design kapazitiver Touch-Sensoren und vieler weiterer Komponenten erforderlich sind.

ALTIUM DESIGNER®

Das einzige Leiterplatten-Designpaket mit einem umfassenden Toolset für das Design kapazitiver Touchsensoren und vieles mehr.

Das Zeitalter des IoT ist da, und neue Geräte, die als Schnittstelle zu Umwelt und zum Menschen dienen, kommen online. Diese Geräte benötigen Sensorarrays zum Sammeln von Daten sowie Verarbeitungsfunktionen zum Verarbeiten, Speichern und Übertragen dieser Daten an die Cloud. Ein Sensortyp mit umfassender Funktionalität sind kapazitive Sensoren, die eine Änderung der Kapazität und den daraus resultierenden Strom aufgrund des Ladens oder Entladens in ein digitales Signal umwandeln.

Beim Design von kapazitiven Touch-Leiterplatten spielen Ihr Leiterplattendesign und Ihr Layout eine entscheidende Rolle für die Sensorleistung des Geräts. Mit dem richtigen Layout für Ihren Sensor können Sie die Reaktionsfähigkeit des Sensors maximieren und die parasitäre Kapazität reduzieren, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis für diese Geräte optimiert wird. Mit den richtigen Designtools können Sie kapazitive Touchsensoren einfach in Ihre nächste Leiterplatte integrieren.

Leiterplatten-Designprozess für kapazitive Touchsensoren

Beim Entwerfen eines kapazitiven Touchsensors auf Ihrer Leiterplatte muss festgelegt werden, ob Sie Änderungen der Eigenkapazität oder der gegenseitigen Kapazität im Sensorelement nutzen möchten. Der Touchsensor kann einfach mit einer MCU gesteuert werden. Ein Eigenkapazitätssensor benötigt nur einen Eingangspin (Rx), um das Signal vom Touchsensor zu erfassen, während ein gegenseitiger Kapazitätssensor einen Tx- und Rx-Pin verwendet, um das Signal vom Sensor zu empfangen.

Sofern Sie keinen handelsüblichen kapazitiven Touchsensor verwenden, müssen Sie die Leiter für Ihren Sensor direkt auf Ihre Platte drucken. Sie müssen dann Ihre Leiter an eine durchgehende Massefläche koppeln, die unter jedem Leiter verläuft. Bei einem gegenseitigen kapazitiven Touchsensor müssen Sie einen Bitstrom vom Tx-Pin an einen Leiter senden. Der andere Leiter bleibt floating, während er mit dem Rx-Pin verbunden ist. Mit einem Eigenkapazitäts-Touchsensor müssen Sie sich nur darum kümmern, den Rx-Pin an Ihren Leiter anzuschließen.

Drucken von Touchsensor-Elementen mit Ihren CAD-Tools

Mit den richtigen CAD-Tools in Ihrer Leiterplatten-Designsoftware können Sie zwei wichtige Aufgaben bei dem Design kapazitiver Touchsensoren ausführen. Erstens können Sie die Leiter, die Sie für Ihren Sensor benötigen, genau dimensionieren und anordnen. Zweitens können Sie auf ein 3D-Modell für die dielektrische Abdeckung Ihres Touchsensors zugreifen und es direkt auf Ihrem Sensor platzieren.

Leiterarrays für das Leiterplattendesign mit kapazitiven Touchsensoren in Altium Designer

Dies sind nur einige Beispiele der Leiteranordnungen, die Sie mit den CAD-Tools in Altium Designer erstellen können.

Anwendungen für kapazitive Touchsensoren

Kapazitive Touchsensoren können für eine ganze Reihe von Anwendungen verwendet werden. Zusätzlich zum direkten Sensorkontakt zwischen einem menschlichen Finger und einem Dielektrikum kann ein kapazitiver Touchsensor so konfiguriert werden, dass er eine Annäherung erfasst, ohne direkten Kontakt mit dem Sensor herzustellen. Diese Sensoren können auch so ausgelegt werden, dass sie die genaue Position eines Fingers auf einem Sensor messen. Mit einigen zusätzlichen Berechnungen in der MCU kann dasselbe Array so konfiguriert werden, dass es Bewegungen über den Sensor hinweg erkennt. Wenn es wichtig ist, Störungen durch Wasser zu vermeiden, ist ein gegenseitiger kapazitiver Touchsensor besser geeignet.

Design für kapazitive Touchsensor-Anwendungen

Genau wie ein Sensor, der den direkten statischen Kontakt mit einem menschlichen Finger misst, benötigt Leiterplatten-Designsoftware für kapazitive Touchsensoren präzise CAD-Tools, die Ihr Leitungslayout nicht auf eine bestimmte Geometrie beschränken. Mit den richtigen Komponentenbibliotheken können Sie Ihrer Leiterplatte problemlos Modelle für Ihre unterstützende Elektronik hinzufügen und so eine vollständige kapazitive Touchsensor-Lösung entwerfen.

Arbeiten mit einheitlichen Komponentenbibliotheken in Altium Designer

Zugreifen auf Komponenten in einheitlichen Komponentenbibliotheken

Leiterplatten-Designsoftware für kapazitive Touchsensoren

Touchsensoren sind überraschend einfache Komponenten, aber ihr Design erfordert die korrekten CAD- und Layout-Tools. Ihre CAD-Tools müssen es Ihnen ermöglichen, Kupferflächen in jeder Geometrie zu definieren, die Sie sich vorstellen können. Außerdem benötigen Sie einen Lagenaufbau-Manager, um Ihre Masse- und Stromversorgungsflächen an den richtigen Stellen im Lagenaufbau zu platzieren. Mit Altium Designer haben Sie Zugriff auf all diese Designfunktionen und vieles mehr in einer einzigen Designumgebung.

Verwenden Sie Altium Designer für Ihre nächste kapazitive Touchsensor-Leiterplatte

Altium Designer enthält die wichtigen Tools, die Sie für das Leiterplattendesign mit kapazitiven Touchsensoren benötigen, sowie viele andere, mit denen Sie solche Sensoren auch in andere Komponenten integrieren können. Diese Designsoftware enthält eine vollumfassende Designhierarchie, die Ihre Designdaten standardisiert und Ihnen hilft, nahtlos in die Produktion überzugehen – und das alles in einer einzigen Designumgebung. Keine andere Designsoftware bietet einen solchen Grad an Integration.

Anderen Designplattformen fehlt die nötige Funktionalität zum Design anpassbarer kapazitiver Touchsensoren direkt auf der Leiterplatte. Stattdessen sind Sie auf die Funktionen im Handel erhältlicher Sensoren beschränkt. Andere Programme enthalten möglicherweise auch für solche Komponenten keine Modelle. Vielmehr empfiehlt es sich, mit der einzigen integrierten Designsoftware auf dem Markt zu arbeiten, die eine große Anzahl von Komponenten unterstützt und alle wichtigen Designtools in einem einzigen Programm zusammenbringt.

Mit Altium Designer haben Sie immer Zugriff auf die Ressourcen, die Sie für einen erfolgreichen Designprozess benötigen. Vom AltiumLive-Forum über Podcasts bis hin zu einer umfangreichen Wissensdatenbank stehen Ihnen zahlreiche Ressourcen zur Verfügung, die Sie bei Ihrem Design unterstützen. Es ist an der Zeit, zur führenden Leiterplatten-Designplattform auf dem Markt zu wechseln. Es wird Zeit, Altium Designer auszuprobieren.

Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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