La distribución física de una PCB para teclado determina dónde se colocan las teclas. Su matriz conecta los interruptores al controlador, y el firmware convierte esas lecturas en eventos de pulsación. Antes de hacer el pedido, asegúrese de que los tres elementos describan el mismo teclado.
Un ejemplo de PCB para teclado. La selección de componentes y la distribución de la placa varían según el diseño.
Para un teclado mecánico personalizado, la secuencia de diseño más útil es:
- Definir las posiciones de las teclas y las restricciones mecánicas.
- Elegir los interruptores, el método de montaje y los estabilizadores.
- Asignar cada interruptor a una posición de la matriz y a los pines del controlador.
- Configurar el firmware para que coincida con el circuito.
- Separar los archivos y trabajos necesarios para la fabricación de la placa, el ensamblaje de la PCB y el ensamblaje final del teclado.
Empiece por la distribución mecánica
Coloque los interruptores siguiendo los planos de los componentes exactos que tiene previsto utilizar. Compruebe su orientación y huella con respecto a la distribución de las teclas, especialmente en las teclas más grandes que necesitan estabilizadores.
La PCB también debe encajar en un conjunto mecánico más amplio. Antes de aprobar el diseño para fabricación, compruebe los siguientes elementos en conjunto, no como piezas independientes:
- Huellas y orientación de los interruptores y, si se utilizan, de los zócalos de intercambio en caliente
- Ubicación y holguras de los estabilizadores
- Aberturas y soporte de la placa de montaje
- Espesor de la placa y su interacción con las piezas elegidas
- Puntos de fijación de la carcasa y holguras internas
- Posición del conector y acceso a través de la carcasa
Por ejemplo, el plano del zócalo CPG151101S11-16 y el plano del interruptor CPG1511F01S06 de Kailh son referencias para esas piezas exactas, no para todos los zócalos o interruptores. Utilice los planos del fabricante correspondientes a los componentes que haya seleccionado y, después, verifique el conjunto con un prototipo.
¿Soldado o de intercambio en caliente?
En un diseño soldado, los interruptores se conectan a la PCB durante el ensamblaje. Un diseño de intercambio en caliente utiliza zócalos compatibles instalados en la placa, lo que permite insertar los interruptores por separado. La elección modifica tanto la huella como el plan de ensamblaje.
Para el intercambio en caliente, compruebe la posición y orientación de los zócalos con el plano del interruptor y decida quién suministrará e instalará los zócalos. En ambos diseños, evalúe cómo la placa de montaje, la carcasa y la PCB sostienen los interruptores. No dé por hecho que cambiar solo la huella garantiza un conjunto mecánico viable.
Diseñe la matriz y elija el controlador conjuntamente
Una matriz de teclas conecta los interruptores entre las redes de filas y columnas. El firmware explora esas redes para identificar las posiciones activas. Esto puede reducir el número de líneas de entrada/salida del controlador necesarias, en comparación con asignar una entrada independiente a cada interruptor, pero también exige que el esquema y el firmware coincidan en la asignación.
Elija un controlador después de contar las líneas de entrada/salida necesarias para la matriz y las demás funciones previstas. Revise también los requisitos reales de interfaz, compatibilidad con el firmware, alimentación y protección del diseño. El hecho de que un controlador se utilice en otro proyecto de teclado no demuestra que sea compatible con su asignación de pines o su configuración de firmware.
Pulsaciones fantasma y orientación de los diodos
Sin aislamiento, una combinación de interruptores pulsados puede crear un camino no deseado a través de la matriz. El sistema de exploración puede entonces registrar una tecla que no se ha pulsado; esto se conoce como ghosting o pulsación fantasma. Por ejemplo, tres interruptores pulsados en tres esquinas de un rectángulo de dos filas y dos columnas pueden crear un camino que parezca activar la cuarta esquina.
Un diodo en serie con cada interruptor puede impedir esos caminos fantasma de la matriz cuando su polaridad y el circuito de exploración se diseñan de forma coherente. La orientación del diodo no es universal: debe coincidir con el camino de corriente del esquema y con la convención de exploración del firmware seleccionado.
Impedir los caminos fantasma de la matriz tampoco constituye toda la definición de N-key rollover (NKRO). Lo que el teclado puede comunicar depende del hardware, el firmware y el equipo anfitrión. Considere el rollover como un comportamiento que debe verificarse en el diseño terminado, no como una consecuencia garantizada de añadir diodos.
Ejemplo práctico: una matriz de cuatro teclas
La siguiente es una asignación hipotética, no un resultado medido. Imagine cuatro teclas dispuestas en dos filas físicas y dos columnas. El controlador explora las filas activas a nivel bajo de una en una; las columnas tienen resistencias pull-up y las filas no seleccionadas están en alta impedancia.
En este circuito elegido, cada camino va desde la columna, a través del interruptor y el diodo, hasta la fila. El ánodo del diodo está orientado hacia el lado del interruptor y la columna, y su cátodo hacia el lado de la fila. El firmware debe configurarse para ese circuito y esa convención de exploración.
C0 o---[SW1]---|>|---o R0
C1 o---[SW2]---|>|---o R0
C0 o---[SW3]---|>|---o R1
C1 o---[SW4]---|>|---o R1
Cada etiqueta repetida representa la misma red: por ejemplo, ambos extremos C0 se conectan a la columna C0. En este esquema, |>| muestra cada diodo con la barra del cátodo orientada hacia la fila. El controlador explora las filas y lee las columnas polarizadas mediante resistencias pull-up; los pines exactos del controlador se eligen por separado.
| Ubicación física | Interruptor | Posición en la matriz | Orientación del diodo | Coordenada en el firmware | Evento de tecla esperado |
|---|---|---|---|---|---|
| Superior izquierda | SW1 | R0, C0 | Ánodo hacia C0; cátodo hacia R0 | (0, 0) | Q |
| Superior derecha | SW2 | R0, C1 | Ánodo hacia C1; cátodo hacia R0 | (0, 1) | W |
| Inferior izquierda | SW3 | R1, C0 | Ánodo hacia C0; cátodo hacia R1 | (1, 0) | A |
| Inferior derecha | SW4 | R1, C1 | Ánodo hacia C1; cátodo hacia R1 | (1, 1) | S |
En este caso, se espera que la coordenada (0, 1) del firmware lea SW2 y emita W. Esa expectativa aún debe verificarse en el prototipo ensamblado: una huella girada, redes intercambiadas, una colocación incorrecta del diodo o un error de asignación en el firmware podrían producir un resultado diferente.
Los documentos de QMK Cómo funciona una matriz de teclado y referencia de configuración son fuentes primarias útiles para comprender la exploración de la matriz y ajustar la configuración al circuito elegido. Consulte la documentación del firmware y de la versión que seleccione.
Compruebe el esquema frente al firmware
Antes de hacer el pedido, siga el recorrido de un interruptor a través de las tres descripciones del diseño:
- Esquema: SW2 conecta la columna C1 con la fila R0 a través de su diodo; compruebe conjuntamente el símbolo del diodo y la polaridad de su huella.
- Asignación de pines: Registre qué pines reales del controlador se conectan a R0 y C1. Los nombres
R0yC1de este ejemplo son nombres de redes, no números de pines del MCU. - Firmware: Asigne los mismos pines y la misma dirección de exploración de la matriz en el firmware elegido. Confirme que la coordenada
(0, 1)de la matriz corresponda al evento de tecla previsto. - Prototipo: Pulse SW2 y verifique que produzca W. Después, pruebe una combinación pertinente de tres teclas, como SW1, SW2 y SW3, y compruebe que SW4 no se registre por sí sola.
Repita la comprobación individual con los demás interruptores y registre los resultados reales. Los eventos esperados de la tabla son un plan de pruebas, no una prueba de que una PCB o un firmware concretos hayan superado las pruebas.
Enrute y revise la PCB
Una vez definidas las posiciones mecánicas y la matriz, enrute las redes de filas y columnas y conéctelas a los pines previstos del controlador. Mantenga la trazabilidad entre el esquema, los designadores de la PCB y la asignación del firmware. Revise el enrutamiento de los conectores, las conexiones de alimentación y las necesidades de protección de la interfaz seleccionada, en lugar de copiarlos sin comprobar los requisitos del controlador y del sistema.
La guía de diseño de PCB aborda el proceso de diseño de manera más amplia. Para un teclado, añada comprobaciones específicas del producto:
- Compare cada huella de interruptor con el plano de la pieza seleccionada y su orientación física.
- Compruebe la polaridad de los diodos en el esquema, la huella de la PCB y la documentación de ensamblaje.
- Confirme que las holguras de los interruptores, estabilizadores, zócalos y conectores sean compatibles con la placa de montaje y la carcasa.
- Compruebe que las asignaciones de pines del controlador coincidan con la matriz del firmware.
- Planifique el acceso para la programación y las comprobaciones funcionales que desee realizar.
El prototipo es la etapa práctica para comprobar tanto el ajuste como el funcionamiento. Entre las comprobaciones propuestas se incluyen inspeccionar la orientación de los diodos, confirmar cada evento de tecla, probar combinaciones pertinentes de varias teclas y comprobar el ajuste del conector y la carcasa. Registre los resultados reales por separado de la asignación esperada.
Defina qué va a solicitar
Un proyecto de teclado puede comprender tres alcances distintos:
- Fabricación de la placa desnuda: fabricar la PCB a partir de los archivos de placa aprobados y los requisitos de fabricación.
- Ensamblaje de PCB (PCBA): instalar en la placa los componentes electrónicos acordados.
- Ensamblaje final del teclado: reunir la PCB, los interruptores o zócalos, la placa de montaje, los estabilizadores, la carcasa y las demás piezas seleccionadas, según lo acordado.
No dé por hecho que solicitar uno de estos alcances incluye los demás. Acuerde por separado el suministro de componentes, la instalación y las pruebas, incluido si los interruptores, zócalos o conectores forman parte del trabajo solicitado.
Para la placa, prepare los archivos de fabricación y revíselos frente al diseño. La guía sobre qué es un archivo Gerber explica una parte de esa entrega. Para el PCBA, proporcione una lista de materiales (BOM) clara, información de colocación de componentes y planos de ensamblaje; consulte cómo preparar una BOM para el ensamblaje de PCB llave en mano y aspectos esenciales de los planos de ensamblaje. Identifique los componentes sensibles a la polaridad y los que deban dejarse sin instalar.
Antes de aprobar el diseño para fabricación, utilice la lista de comprobación de diseño para ensamblaje para revisar el conjunto de documentación. Si necesita ayuda para definir el trabajo, describa el alcance deseado de fabricación, ensamblaje y pruebas cuando solicite un presupuesto, o contacte con APTPCB para plantear las dudas de diseño que necesite resolver.