altium designer对于Atmel Touch Controls触摸按键设计的支持

ivanll · 发表于 2016-10-8 15:34:05

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我们当中有很多人都是受到那些按钮、指示灯、以及其他精巧的控制装置的吸引而来到电子世界。时光飞逝，这种吸引力如今依旧存在，只是被更加时髦的界面所替代------ 电子产品有了柔滑，性感的界面。这些曾经看上去很先进很闪耀的产品界面，其核心就是touch control ------ 所谓的触控装置。精巧而强大的控制装置，这里一个简单的触摸或者那里一个滑动，就可以执行一个相应的命令，使得产品不仅更加好用，而且更加有趣。拿起你喜欢的MP3播放器，你将会发现touch control可以访问菜单，执行播放，暂停，停止等动作，别忘了，那个滑轮还可以轻松的调节想要的音量。
为了在你的电子产品中更好的应用这些控制装置，Altium Designer能够支持PCB中生成平面容性传感器的模板，用来配合使用Atmel®的QTouch®和QMatrix®系列感应控制器。

支持自电容类型传感器

在你的PCB设计中可以采用以下"自电容"类型的传感器：

[li][Button(key)| 支持Atmel 触控器#QTB] 传感器 (单通道)[/li][li][小型立体内插式slider|支持Atmel 触控器#SQTS] 传感器(3 通道)[/li][li][小型立体内插式wheel|支持Atmel 触控器#SQTW] 传感器(3通道)[/li][li][中型立体内插式 slider|支持Atmel 触控器#MQTS] 传感器(3通道)[/li][li][中型立体内插式 wheel|支持Atmel 触控器#MQTW] 传感器 (3通道)[/li][li][中型阻性内插式 wheel|支持Atmel 触控器#MRQTW] 传感器(12通道, 只有3个连接到感应控制器).[/li]
Button传感器是一个零维度的传感器，它靠单点接触感应。Slider和wheel是一维传感器 – 他们在单轴上感应手指的移动。
立体内插式传感器根据其电极的几何结构来对电场进行内插。而阻性内插式传感器是根据物理电阻来进行内插。
传感器的每个通道（电极）都与控制器有唯一、直接的连接。根据其发射电场，这样的传感器是无方向性的。可以选择在他们上面叠加一个面板来使用，然而其对相应的控制器带来的ESD问题往往使这种面板的应用受到限制。
所有这些传感器都适用于Atmel QTouch 感应控制器。

支持互电容类型传感器

在你的PCB设计中可以采用以下"互电容"类型的传感器:

[li][Button (or key)| 支持Atmel 触控器#QMB] sensor (单通道)[/li][li][1-layer, 小型立体内插式slider|支持Atmel 触控器#SQMS] sensor (n-通道)[/li][li][1-layer, 小型立体内插式 wheel|支持Atmel 触控器#SQMW] sensor (n-通道)[/li][li][2-layer, 中型立体内插式 slider|支持Atmel 触控器#MQMS] sensor (n-通道)[/li][li][2-layer, 大中型立体内插式 wheel|支持Atmel 触控器#MLQMW] sensor (n-通道)[/li][li][2-layer, medium resistively-interpolated wheel|支持Atmel 触控器#MRQMW] sensor (n-通道).[/li]
Button传感器是一个零维度的传感器，它靠单点接触感应。Slider和wheel是一维传感器 – 他们在单轴上感应手指的移动。
立体内插式传感器根据其电极的几何结构来对电场进行内插。而阻性内插式传感器是根据物理电阻来进行内插。
每个这样的传感器都有X（发射）极和Y（接收）极, 感应控制器会探测X和Y之间的互电容。对于slider- 和wheel- 类型的传感器, 每个通道都有单独的X极，而Y极是公用的。这种传感器需要叠加一个面板，并且中间不能留下空气缝隙。这个面板为X极和Y极之间的电场提供了合适的渠道。
所有这些传感器都适用于Atmel QMatrix感应控制器。

传感器的使用

在设计中使用touch sensor的时候，需要从专门的Atmel Qtouch集成库(Atmel QTouch.IntLib)中调用和配置所需的传感器类型。这个集成库位于安装目录的\Library\Atmel 目录下。当配置成被调用时，只需简单的update目标PCB文件 – 将会产生一个ECO来实现更改，使得PCB上放置出sensor的模板。PCB上的每一个sensor器件并不是通常意义上的一个footprint，而是一个实际的铜皮电极模板，当PCB装配时，sensor上面会覆盖一层叠加的面板。

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使用touch control很容易 – 只需在原理图中放置所需的sensor类型器件, 配置成设计所需的参数，然后更改PCB得到sensor模板.
sensor pattern也可以在PCB中修改，并且通过ECO传递回原理图
下面就详细介绍设计中可用的那些可配置的sensor器件，他们的配置选项，以及相应的PCB中得到的模板。在每个例子中演示的都是默认配置。
在Altium Designer中对这些可配置的sensor器件点击右键选择Configure, 就可以打开相应的配置窗口。当然，也可以在器件的properties窗口中选择Configure按钮达到相同的效果。

QTouchButton

使用 QTouchButton 器件来实现一个button (key) 传感器. 这是一个自电容，零维度的传感器，由单通道直接连接到Atmel QTouch 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中就是一个简单的矩形电极。

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矩形QTouch button的默认设置和相应的传感器模板

SmallQTouchSlider

使用 SmallQTouchSlider 器件来实现一个小型slider传感器。这是一个自电容，一维，立体内插式传感器。它有三个独立通道直接连接到Atmel QTouch 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中是由简单的矩形电极组成。这个模板包含2个完整的电极对应通道1和2，而通道3被分割成2个半块的电极分布在两端。

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small QTouch slider的默认设置和相应的传感器模板

SmallQTouchWheel

使用 SmallQTouchWheel 器件实现小型wheel传感器. 这是一个自电容，一维，立体内插式传感器。它有三个独立通道直接连接到Atmel QTouch 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中是由简单的扇形电极组成。

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small QTouch wheel 的默认设置和相应的传感器模板

MediumQTouchSlider

使用 MediumQTouchSlider 器件实现中型 slider传感器。这是一个自电容，一维，立体内插式传感器。它有三个独立通道直接连接到Atmel QTouch 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中由锯齿状电极构成。这个模板包含2个完整的电极对应通道1和2，而通道3被分割成2个半块的电极分布在两端。

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medium QTouch slider 的默认设置和相应的传感器模板.

MediumQTouchWheel

使用 MediumQTouchWheel 器件实现中型wheel传感器。这是一个自电容，一维，立体内插式传感器。它有三个独立通道直接连接到Atmel QTouch 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中由锯齿状电极构成。

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Medium QTouch wheel的默认设置和相应的传感器模板.

MediumResQTouchWheel

使用 MediumResQTouchWheel 器件实现中型wheel 传感器. 这是一个自电容，一维，阻性内插式传感器。它有三个独立通道直接连接到Atmel QTouch 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中由扇形电极构成。

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Medium resistively-interpolated QTouch wheel 的默认设置和相应的传感器模板.
配置这个传感器时，你可以选择每两个电极之间隔离带的个数，当然隔离带需要均匀分布。默认的配置是使用3个，所以会出现12个扇形的X电极。要注意，这12个扇形中只有3个会连接到控制器。对应默认配置，将会使第1,5,9三个pin对应的通道连接到控制器。
为了给传感器的电场提供由电信号控制的内插值，设计当中需要使用额外的电阻。通常典型方案会使用100Kohm电阻连接在相邻的两个通道之间，或者在每两片之间使用25Kohm。下图给出了默认配置中的电阻连接方案。

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示例：为传感器提供内插而连接的电阻.

QMatrixButton

使用 QMatrixButton 器件实现一个button (key) 传感器。这是一个互电容，零维度传感器。由单通道（一个X和一个Y电极）直接连接到Atmel QMatrix感应控制器。相应的sensor模板在PCB中由一个矩形范围内的类似交叉手指形的X极和Y极构成，其中X极完全包围了Y极。

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矩形 QMatrix button的默认设置和相应的传感器模板.

SmallQMatrixSlider

使用 SmallQMatrixSlider 器件实现小型slider传感器。这是一个互电容，一维，立体内插式传感器。它有多个通道直接连接到Atmel QMatrix 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中类似一个1 x n 的button阵列，其中n为通道的个数。这里的X 和 Y 极仍然像交叉手指一样，而相邻的X极之间有一个gap，Y极却在gap上多一个手指而形成连续（因为Y极是所有通道公用）。在同一个X极中被分割开的区域会用过孔和反面走线连接起来。

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Small QMatrix slider 的默认设置和相应的传感器模板.

SmallQMatrixWheel

使用 SmallQMatrixWheel 器件实现小型wheel传感器。这是一个互电容，一维，立体内插式传感器。它有多个通道直接连接到Atmel QMatrix 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中类似一个1 x n 的环形button阵列，其中n为通道的个数。这里的X 和 Y 极仍然像交叉手指一样, 只是X极的形状像锥形的手指。相邻的X极之间有一个gap，Y极却在gap上多一个手指而形成连续（因为Y极是所有通道公用）。在同一个X极中被分割开的区域会用过孔和反面走线连接起来。

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Small QMatrix wheel的默认设置和相应的传感器模板.

MediumQMatrixSlider

使用 MediumQMatrixSlider 器件实现2-layer 中型slider传感器. 这是一个互电容，一维，立体内插式传感器。它有多个通道直接连接到Atmel QMatrix 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中包含n个斜条状的X极，其中n为通道个数。相邻的X极之间有一个gap。Y极是连续的（因为Y极是所有通道公用），它由几个水平的"手指"组成。Y极位于Top Layer，而X极位于背面，Bottom Layer.
X极的一段有4mm的高度。如果一个slider需要更高的高度，可以将X极添加更多段，添加时按照Z字形放置。而每添加一段X极，就相应增加Y极的一个手指。在默认配置中，slider的高度是12mm，所以X极有3段斜条构成Z字形，而公共的Y极就有3个手指。

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Medium QMatrix slider的默认设置和相应的传感器模板.

MediumLargeQMatrixWheel

使用MediumLargeQMatrixWheel 器件实现2-layer 中型wheel传感器。这是一个互电容，一维，立体内插式传感器。它有多个通道直接连接到Atmel QMatrix 感应控制器。相应的sensor模板在PCB中包含n个弧形锯齿状的X极，其中n为通道个数。相邻的X极之间有一个gap。Y极是连续的（因为Y极是所有通道公用），它由几个环组成。Y极位于Top Layer，而X极位于背面，Bottom Layer.
每个X极在半径方向上有4mm的高度。如果wheel比较大，可以相应增加多段X极，在半径方向上以弧形锯齿形状外扩，每外扩一段，就添加一个Y极的环。在默认配置中，wheel的内径是16mm，外径40mm，所以X极由3段构成，相应的，公共的Y极有三个环。

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Medium/large QMatrix wheel的默认设置和相应的传感器模板.

MediumResQMatrixWheel

使用 MediumResQMatrixWheel器件实现2-layer中型wheel传感器。这是一个互电容，一维，阻性内插式传感器。它有多个通道直接连接到Atmel QMatrix 感应控制器。相应的sensor模板在PCB由扇形的X极和环形的Y极构成。相邻的X极之间有一个gap，而Y极是连续的（因为Y极是所有通道公用）。Y极位于Top Layer，而X极位于背面，Bottom Layer。
每个X极在半径方向上有4mm的高度。如果wheel比较大，可以相应增加多段X极，在半径方向上以扇形外扩，每外扩一段，就添加一个Y极的环。在默认配置中，wheel的内径是7.5mm，外径30mm，所以X极由3段构成，相应的，公共的Y极有三个环。

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Medium resistively-interpolated QMatrix wheel的默认设置和相应的传感器模板.
配置这个传感器时，你可以选择每两个电极之间隔离带的个数，当然隔离带需要均匀分布。默认的配置是4通道，使用3个隔离带，所以会出现16个扇形的X电极。对应默认配置，将会使第1,5,9,13这4个pin对应的4个通道连接到控制器。
为了给传感器的电场提供由电信号控制的内插值，设计当中需要使用额外的电阻。通常典型方案会使用2Kohm到100Kohm的电阻连接在相邻的两个通道之间。下图给出了默认配置中的电阻连接方案。

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示例：为传感器提供内插而连接的电阻

Atmel Sensor Controllers

Atmel QTouch 和 QMatrix 感应控制器--[strike]传感器电极需要相应连接的部件[/strike]--可以在Atmel Touch Solutions 集成库(Atmel Touch Solutions.IntLib)中找到, 位于安装目录的\Library\Atmel 目录下。
Atmel Touch Solutions.IntLib 只有在安装了Altium Designer Board Level Libraries之后才可用.