Altium Designerで静電容量式タッチセンサーPCBを設計する

スマートフォンやその他のタッチスクリーンを搭載したデバイスの仕組みに精通している場合、すでに静電容量式タッチセンサーについても知っていることでしょう。これらのセンサーは、タッチスクリーンが指とその他の物体を区別することを可能にするだけでなく、近接、変位、力、湿度、液面レベルを測定するために静電容量センシングを使用するセンサーも多数あります。近い将来に需要が見込まれるHMIデバイスの数を考えると、エンジニアはこれらのセンサーをPCB上で直接設計しシミュレートするためのツールが必要です。

ALTIUM DESIGNER^®

静電容量式タッチPCB設計センサーなど、包括的なツールセットを備えた唯一のPCB設計パッケージです。

IoTの時代が到来し、環境や人間とのインターフェース用の新しいデバイスがオンラインになっています。これらのデバイスは、データを収集するためのセンサーアレイと、このデータを処理、保存、クラウドに送信するための処理能力が必要です。幅広い機能を持つセンサーの一種に、静電容量の変化と充放電による結果としての電流をデジタル信号に変換する静電容量センサーがあります。

静電容量式タッチPCBの設計において、PCBの設計とレイアウトはデバイスのセンサー性能を決定する上で重要な役割を果たします。センサーの適切なレイアウトは、センサーの応答性を最大化し、寄生容量を低減させることで、これらのデバイスの信号対雑音比を最大化するのに役立ちます。適切な設計ツールを使用すれば、次のPCBに静電容量式タッチセンサーを簡単に統合できます。

静電容量式タッチセンサーのPCB設計プロセス

プリント基板上で静電容量式タッチセンサーを設計するには、センシング要素の自己容量変化または相互容量変化のどちらを利用するかを決定する必要があります。タッチセンサーはMCUで簡単に制御できます。自己容量センサーは、タッチセンサーからの信号を感知するために1つの入力(Rx)ピンのみが必要ですが、相互容量センサーは、センサーからの信号を受信するためにTxピンとRxピンを使用します。

市販の静電容量式タッチセンサーを使用していない場合、センサー用の導体を直接基板上に印刷する必要があります。その後、各導体の下に連続するグラウンドプレーンに導体を結合する必要があります。相互静電容量式タッチセンサーを使用する場合、Txピンから一方の導体にビットのストリームを送信し、もう一方の導体はRxピンに接続されたまま浮かせておく必要があります。自己静電容量式タッチセンサーを使用する場合、導体にRxピンを接続することだけを心配すればよいです。

あなたのCADツールでタッチセンサー要素を印刷する

適切なCADツールをPCB設計ソフトウェアで使用することで、静電容量式タッチセンサー設計において2つの重要なタスクを完了できます。まず、センサーに必要な導体のサイズとレイアウトを正確に行うことができます。次に、タッチセンサーの誘電体カバーの3Dモデルにアクセスし、それを直接センサーに配置することができます。

• 適切なCADツールを使用すると、PCB上に直接スリークな導電要素を設計し、これらの要素を必要なサポートエレクトロニクスに接続することが容易になります。静電容量式タッチセンサーのための導体の設計についてもっと学ぶ。
• Atmel QTouch統合回路は、PCB内の静電容量センサーに対する統合ソリューションを提供します。

  Atmel QTouchチップをどのように使用するかを見る。

• 静電容量式タッチセンシング設計において、電磁両立性は一部の設計者が見落としがちな重要な側面です。Altium DesignerでEMCを確保するためのPCB設計についてもっと学びましょう。

これらはAltium DesignerのCADツールで作成できる導体アレイのほんの一例です

静電容量式タッチセンサーの応用

静電容量式タッチセンサーは、多くの応用が可能です。人間の指と誘電体との直接接触のセンサーに加えて、センサーに直接触れることなく近接を感知するように設定することもできます。これらのセンサーは、センサー上の指の正確な位置を測定するためにも設計することができます。MCUでの追加計算により、この同じアレイをセンサー上での動きを検出するように設定することも可能です。水からの干渉を避けることが重要な考慮事項である場合は、相互静電容量式タッチセンサーの使用がより適しています。

静電容量式タッチセンシング応用のための設計

人間の指との直接的な静電接触を測定するセンサーと同様に、静電容量式タッチセンサーのPCB設計ソフトウェアは、導体レイアウトを特定のジオメトリに限定しない正確なCADツールを必要とします。適切なコンポーネントライブラリを使用すれば、サポートする電子機器のモデルを簡単に追加してプリント基板に設計し、完全な静電容量式タッチセンシングソリューションを設計することができます。

• 適切な設計ソフトウェアを使用すると、任意のアプリケーションに静電容量式タッチセンサーを含めるために必要なすべてのツールにアクセスできます。

  PCBにタッチセンサーを含める方法についてもっと学ぶ。

• 部品ライブラリには、静電容量式タッチセンサーをサポートおよび制御するために必要な部品が含まれている必要があります。設計ソフトウェアは、新しいコンポーネントをライブラリに簡単に追加し、すぐに設計で使用できるようにする機能も提供するべきです。

  統合されたコンポーネントライブラリを使用する方法についてもっと学ぶ。

• IoTデバイスが増えるにつれて、これらのデバイスには静電容量式タッチセンサーが他の多くのセンサーと並んで含まれることが予想されます。これらのセンサーは環境とのやり取りに使用されます。

  IoTデバイスのセンサーアレイについてもっと学ぶ。

統合されたコンポーネントライブラリでのコンポーネントへのアクセス

静電容量式タッチセンサー用PCB設計ソフトウェア

タッチセンサーは見かけによらずシンプルな要素ですが、それらを設計するには適切なCADおよびレイアウトツールが必要です。CADツールは、想像できる任意のジオメトリで銅を注ぐことを可能にする必要があり、レイヤースタックの正しい位置にグラウンドプレーンと電源プレーンを配置するためにレイヤースタックマネージャーが必要です。Altium Designerを使用すると、これらの設計機能すべてに、単一の設計環境でアクセスできます。

次の静電容量式タッチセンサーPCBにAltium Designerを使用

Altium Designerには、静電容量式タッチセンサーPCBの設計に必要な重要なツールが含まれており、これらのセンサーを他のコンポーネントと統合するのに役立つ多くのツールも提供しています。この設計ソフトウェアには、設計データを標準化し、シームレスに生産に移行するのに役立つ完全な設計階層が含まれており、すべてが単一の設計環境内で行われます。他の設計ソフトウェアがこのレベルの統合を提供することはありません。

• Altium Designerは、一貫したインターフェースを持つ単一のプログラムにすべての重要な設計ツールを配置します。Altium Designerの統合設計環境を実際に見てみましょう。
• ネイティブの3D設計ツールは、デバイス全体の完全なビューを提供し、PCB上で静電容量式タッチセンサーを正確に配置することができます。Altium Designerのネイティブ3D設計ツールについてもっと学びましょう。
• ボードの生産準備が整ったら、製造業者に提供するための完全なドキュメントを生成する必要があります。Altium Designerで製造業者向け納品物を生成する方法についてもっと学びましょう。

他の設計プラットフォームには、PCB上でカスタム静電容量式タッチセンサーを直接設計するために必要な機能が欠けています。その代わりに、市販されているセンサーが提供する機能に限定され、他のプログラムではこれらのコンポーネントのモデルが含まれていない場合があります。代わりに、膨大な数のコンポーネントに対応し、すべての重要な設計ツールを単一のプログラムに統合する唯一の統合設計ソフトウェアを使用する必要があります。

Altium Designerを選択すると、成功する設計に必要なリソースに常にアクセスできます。AltiumLiveフォーラムからポッドキャスト、膨大な知識ベースに至るまで、設計の成功に向けて役立つ豊富なリソースがあります。市場で最高のPCB設計プラットフォームに切り替える時が来ました。Altium Designerを試す時が来ました。