چیدمان فیزیکی PCB کیبورد تعیین می‌کند کلیدها در کجا قرار می‌گیرند. ماتریس، سوئیچ‌ها را به کنترلر متصل می‌کند و فریم‌ور، مقادیر خوانده‌شده را به رویدادهای کلید تبدیل می‌کند. پیش از سفارش، مطمئن شوید که هر سه، یک کیبورد واحد را توصیف می‌کنند.
نمونه‌ای از PCB کیبورد. انتخاب قطعات و چیدمان برد در طرح‌های مختلف متفاوت است.
برای یک کیبورد مکانیکی سفارشی، ترتیب زیر برای طراحی کاربردی است:
- موقعیت کلیدها و محدودیت‌های مکانیکی را مشخص کنید.
- سوئیچ‌ها، روش نصب و استابیلایزرها را انتخاب کنید.
- هر سوئیچ را به یک موقعیت ماتریس و پایه کنترلر تخصیص دهید.
- فریم‌ور را مطابق مدار پیکربندی کنید.
- فایل‌ها و کارهای لازم برای ساخت برد، مونتاژ PCB و مونتاژ نهایی کیبورد را از هم تفکیک کنید.
از چیدمان مکانیکی شروع کنید
سوئیچ‌ها را با استفاده از نقشه‌های دقیقاً همان قطعاتی که قصد استفاده از آن‌ها را دارید، جانمایی کنید. جهت و فوت‌پرینت آن‌ها را نسبت به چیدمان کلیدها بررسی کنید، به‌ویژه در اطراف کلیدهای بزرگ‌تری که به استابیلایزر نیاز دارند.
PCB همچنین باید در مجموعه‌ای چندلایه و بزرگ‌تر از قطعات مکانیکی جا بگیرد. پیش از نهایی‌سازی، موارد زیر را به‌صورت یک مجموعه، نه قطعاتی مستقل، بررسی کنید:
- فوت‌پرینت و جهت سوئیچ‌ها و در صورت استفاده، سوکت‌های هات‌سواپ
- محل استابیلایزرها و فضاهای خالی موردنیاز آن‌ها
- برش‌های پلیت و تکیه‌گاه آن
- ضخامت برد و تأثیر متقابل آن با قطعات انتخاب‌شده
- نقاط نصب در قاب و فضاهای خالی داخلی
- موقعیت کانکتور و امکان دسترسی به آن از طریق قاب
برای مثال، نقشه سوکت CPG151101S11-16 و نقشه سوئیچ CPG1511F01S06 شرکت Kailh، مراجع همان قطعات مشخص هستند، نه هر سوکت یا سوئیچی. برای قطعات انتخابی خود از نقشه‌های مربوط به سازنده استفاده کنید و سپس مجموعه را با یک نمونه اولیه بررسی کنید.
لحیمی یا هات‌سواپ؟
در طرح لحیمی، سوئیچ‌ها در مرحله مونتاژ به PCB متصل می‌شوند. در طرح هات‌سواپ، سوکت‌های سازگار روی برد نصب می‌شوند و امکان قرار دادن جداگانه سوئیچ‌ها را فراهم می‌کنند. این انتخاب هم فوت‌پرینت و هم برنامه مونتاژ را تغییر می‌دهد.
برای هات‌سواپ، جانمایی و جهت سوکت را با نقشه سوئیچ تطبیق دهید و مشخص کنید چه کسی سوکت‌ها را تأمین و نصب می‌کند. در هر دو طرح، نحوه پشتیبانی پلیت، قاب و PCB از سوئیچ‌ها را ارزیابی کنید. فرض نکنید که تغییر فوت‌پرینت به‌تنهایی یک مجموعه مکانیکی قابل‌استفاده ایجاد می‌کند.
ماتریس را طراحی و کنترلر را هم‌زمان انتخاب کنید
ماتریس کلید، سوئیچ‌ها را میان نت‌های سطر و ستون متصل می‌کند. فریم‌ور این نت‌ها را اسکن می‌کند تا موقعیت‌های فعال را تشخیص دهد. در مقایسه با اختصاص یک ورودی جداگانه به هر سوئیچ، این روش می‌تواند تعداد خطوط ورودی/خروجی موردنیاز کنترلر را کاهش دهد؛ اما به این معناست که شماتیک و فریم‌ور باید در نگاشت با یکدیگر همخوان باشند.
پس از شمارش ورودی‌ها و خروجی‌های موردنیاز برای ماتریس و سایر عملکردهای برنامه‌ریزی‌شده، کنترلر را انتخاب کنید. همچنین الزامات رابط واقعی، پشتیبانی فریم‌ور، تغذیه و حفاظت را برای طرح بررسی کنید. استفاده از یک کنترلر در پروژه کیبوردی دیگر ثابت نمی‌کند که از تخصیص پایه‌ها یا پیکربندی فریم‌ور شما پشتیبانی می‌کند.
گوستینگ و جهت دیود
بدون ایزولاسیون، ترکیبی از سوئیچ‌های فشرده‌شده می‌تواند مسیری ناخواسته در ماتریس ایجاد کند. در نتیجه، اسکن‌کننده ممکن است کلیدی را ثبت کند که فشرده نشده است؛ به این پدیده گوستینگ گفته می‌شود. برای مثال، فشردن سه سوئیچ در سه گوشه یک مستطیل دو سطر در دو ستون می‌تواند مسیری ایجاد کند که فعال‌شدن گوشه چهارم را نشان دهد.
وقتی قطبیت دیود و مدار اسکن به‌صورت سازگار طراحی شده باشند، قرار دادن یک دیود به‌صورت سری با هر سوئیچ می‌تواند از این مسیرهای گوست در ماتریس جلوگیری کند. جهت دیود یک قاعده همگانی ندارد: باید با مسیر جریان در شماتیک و قرارداد اسکن فریم‌ور انتخاب‌شده مطابقت داشته باشد.
جلوگیری از مسیرهای گوست در ماتریس نیز تمام تعریف N-key rollover یا NKRO نیست. آنچه کیبورد می‌تواند گزارش کند به سخت‌افزار، فریم‌ور و میزبان بستگی دارد. رول‌اور را رفتاری بدانید که باید در طرح نهایی بررسی شود، نه نتیجه‌ای که با افزودن دیودها تضمین می‌شود.
مثال عملی: یک ماتریس چهارکلیدی
مورد زیر یک نگاشت فرضی است، نه نتیجه اندازه‌گیری‌شده. چهار کلید را در دو سطر و دو ستون فیزیکی تصور کنید. کنترلر سطرهای فعال‌پایین را یکی‌یکی اسکن می‌کند؛ ستون‌ها مقاومت پول‌آپ دارند و سطرهای انتخاب‌نشده در حالت امپدانس بالا هستند.
در این مدار انتخابی، هر مسیر از ستون، از میان سوئیچ و دیود، به سطر می‌رسد. آند دیود به سمت سوئیچ/ستون و کاتد آن به سمت سطر است. فریم‌ور باید برای این مدار و قرارداد اسکن پیکربندی شود.
C0 o---[SW1]---|>|---o R0
C1 o---[SW2]---|>|---o R0
C0 o---[SW3]---|>|---o R1
C1 o---[SW4]---|>|---o R1
هر برچسب تکراری نشان‌دهنده همان نت است: برای مثال، هر دو سر C0 به ستون C0 متصل‌اند. در این طرح، |>| هر دیود را با خط کاتد آن به سمت سطر نشان می‌دهد. کنترلر سطرها را اسکن می‌کند و ستون‌های دارای پول‌آپ را می‌خواند؛ پایه‌های دقیق کنترلر انتخابی جداگانه هستند.
| موقعیت فیزیکی | سوئیچ | موقعیت ماتریس | جهت دیود | مختصات فریم‌ور | رویداد موردانتظار کلید |
|---|---|---|---|---|---|
| بالا سمت چپ | SW1 | R0, C0 | آند به سمت C0؛ کاتد به سمت R0 | (0, 0) | Q |
| بالا سمت راست | SW2 | R0, C1 | آند به سمت C1؛ کاتد به سمت R0 | (0, 1) | W |
| پایین سمت چپ | SW3 | R1, C0 | آند به سمت C0؛ کاتد به سمت R1 | (1, 0) | A |
| پایین سمت راست | SW4 | R1, C1 | آند به سمت C1؛ کاتد به سمت R1 | (1, 1) | S |
در اینجا قرار است مختصات فریم‌ور (0, 1)، سوئیچ SW2 را بخواند و W را ارسال کند. این انتظار همچنان باید روی نمونه اولیه مونتاژشده بررسی شود: چرخش فوت‌پرینت، جابه‌جایی نت‌ها، نصب نادرست دیود یا خطا در نگاشت فریم‌ور می‌تواند نتیجه متفاوتی ایجاد کند.
منابع اولیه QMK شامل نحوه کار ماتریس کیبورد و مرجع پیکربندی، برای درک اسکن ماتریس و تطبیق پیکربندی با مدار انتخابی مفیدند. به مستندات فریم‌ور و نسخه‌ای که واقعاً انتخاب می‌کنید مراجعه کنید.
شماتیک را با فریم‌ور تطبیق دهید
پیش از سفارش، یک سوئیچ را در هر سه توصیف طرح دنبال کنید:
- شماتیک: SW2 ستون C1 را از طریق دیود خود به سطر R0 متصل می‌کند؛ نماد دیود و قطبیت فوت‌پرینت را در کنار هم بررسی کنید.
- تخصیص پایه‌ها: ثبت کنید کدام پایه‌های واقعی کنترلر به R0 و C1 متصل‌اند. نام‌های
R0وC1در این مثال نام نت هستند، نه شماره پایه‌های MCU. - فریم‌ور: همان پایه‌ها و جهت اسکن ماتریس را در فریم‌ور انتخابی تنظیم کنید. تأیید کنید که مختصات ماتریس
(0, 1)به رویداد کلید موردنظر نگاشت شده است. - نمونه اولیه: SW2 را فشار دهید و بررسی کنید که W را تولید می‌کند. سپس یک ترکیب سه‌کلیدی مرتبط، مانند SW1، SW2 و SW3 را آزمایش کنید و بررسی کنید که SW4 به‌خودی‌خود ثبت نمی‌شود.
بررسی تک‌کلیدی را برای سایر سوئیچ‌ها تکرار و نتایج واقعی را ثبت کنید. رویدادهای موردانتظار در جدول یک برنامه آزمون هستند، نه مدرکی مبنی بر اینکه یک PCB یا فریم‌ور مشخص آزمون را گذرانده است.
مسیریابی و بازبینی PCB
پس از تثبیت موقعیت‌های مکانیکی و ماتریس، نت‌های سطر و ستون را مسیریابی و به پایه‌های موردنظر کنترلر متصل کنید. امکان تطبیق شماتیک، شناسه‌های قطعات روی PCB و نگاشت فریم‌ور را با یکدیگر حفظ کنید. مسیریابی کانکتور، اتصالات تغذیه و نیازهای حفاظتی رابط انتخاب‌شده را بررسی کنید، نه اینکه آن‌ها را بدون بررسی الزامات کنترلر و سیستم کپی کنید.
راهنمای طراحی PCB فرایند کلی‌تر چیدمان را پوشش می‌دهد. برای کیبورد، بررسی‌های ویژه این محصول را نیز اضافه کنید:
- هر فوت‌پرینت سوئیچ را با نقشه قطعه انتخاب‌شده و جهت فیزیکی آن مقایسه کنید.
- قطبیت دیود را در شماتیک، فوت‌پرینت PCB و مستندات مونتاژ بررسی کنید.
- تأیید کنید که فضاهای خالی سوئیچ، استابیلایزر، سوکت و کانکتور با پلیت و قاب سازگارند.
- بررسی کنید که تخصیص پایه‌های کنترلر با ماتریس فریم‌ور مطابقت دارد.
- برای دسترسی لازم جهت برنامه‌ریزی و بررسی‌های عملکردی موردنظر برنامه‌ریزی کنید.
نمونه اولیه مرحله عملی بررسی هم تناسب مکانیکی و هم رفتار است. بررسی‌های پیشنهادی شامل بازبینی جهت دیودها، تأیید رویداد هر کلید، آزمایش ترکیب‌های چندکلیدی مرتبط و بررسی تناسب کانکتور و قاب است. نتایج واقعی را جدا از نگاشت موردانتظار ثبت کنید.
مشخص کنید چه چیزی سفارش می‌دهید
یک پروژه کیبورد می‌تواند سه دامنه کاری مجزا داشته باشد:
- ساخت برد خام: تولید PCB بر اساس فایل‌های نهایی برد و الزامات ساخت.
- مونتاژ PCB (PCBA): نصب قطعات الکترونیکی توافق‌شده روی برد.
- مونتاژ نهایی کیبورد: سرهم‌کردن PCB، سوئیچ‌ها یا سوکت‌ها، پلیت، استابیلایزرها، قاب و سایر قطعات انتخاب‌شده مطابق توافق.
فرض نکنید درخواست یک دامنه کاری، موارد دیگر را نیز شامل می‌شود. درباره تأمین، نصب و آزمون قطعات جداگانه توافق کنید؛ از جمله اینکه آیا سوئیچ‌ها، سوکت‌ها یا کانکتورها بخشی از کار درخواستی هستند یا خیر.
برای برد، خروجی‌های ساخت را آماده و با طرح تطبیق دهید. راهنمای فایل Gerber چیست بخشی از این تحویل را توضیح می‌دهد. برای PCBA، یک BOM روشن، اطلاعات جانمایی قطعات و نقشه‌های مونتاژ ارائه کنید؛ به نحوه آماده‌سازی BOM برای مونتاژ کلیددر‌دست PCB و اصول نقشه مونتاژ مراجعه کنید. قطعات حساس به قطبیت و هر قطعه‌ای را که نباید نصب شود مشخص کنید.
پیش از نهایی‌سازی، با استفاده از چک‌لیست طراحی برای مونتاژ مجموعه مدارک را به‌طور کلی بازبینی کنید. اگر برای تعریف کار به کمک نیاز دارید، هنگام درخواست پیش‌فاکتور دامنه موردنظر ساخت، مونتاژ و آزمون را شرح دهید یا برای طرح پرسش‌هایی که باید پاسخ داده شوند، با APTPCB تماس بگیرید.