Фізичне компонування друкованої плати клавіатури визначає розташування клавіш. Матриця з’єднує перемикачі з контролером, а прошивка перетворює отримані сигнали на події клавіш. Перед замовленням переконайтеся, що всі три складові відповідають одній і тій самій клавіатурі.

Приклад друкованої плати клавіатури. Вибір компонентів і компонування плати залежать від конструкції.

Для власної механічної клавіатури доцільно дотримуватися такої послідовності проєктування:

Визначте розташування клавіш і механічні обмеження.
Виберіть перемикачі, спосіб їх кріплення та стабілізатори.
Визначте відповідність кожного перемикача позиції в матриці та виводам контролера.
Налаштуйте прошивку відповідно до схеми.
Розмежуйте файли й роботи, потрібні для виготовлення плати, монтажу компонентів на ній та остаточного складання клавіатури.

Почніть із механічного компонування

Розміщуйте перемикачі за кресленнями саме тих деталей, які плануєте використовувати. Перевірте їхню орієнтацію та посадкові місця відповідно до розташування клавіш, особливо біля великих клавіш, які потребують стабілізаторів.

Плата також має вписуватися в загальну механічну конструкцію. Перед випуском проєкту перевірте наведені нижче елементи у взаємозв’язку, а не окремо:

Посадкові місця та орієнтацію перемикачів і, за їх наявності, розеток гарячої заміни
Розташування стабілізаторів і зазори для них
Отвори в монтажній пластині та опору для компонентів
Товщину плати та її сумісність із вибраними деталями
Точки кріплення до корпусу та внутрішні зазори
Розташування роз’єму та доступ до нього через корпус

Наприклад, креслення розетки CPG151101S11-16 і креслення перемикача CPG1511F01S06 компанії Kailh стосуються саме цих деталей, а не всіх розеток чи перемикачів. Використовуйте відповідні креслення виробників для вибраних вами деталей, а потім перевірте всю конструкцію на прототипі.

Паяння чи гаряча заміна?

У конструкції з паянням перемикачі приєднують до плати під час складання. У конструкції з гарячою заміною використовують сумісні розетки, установлені на платі, що дозволяє вставляти перемикачі окремо. Цей вибір впливає і на посадкове місце, і на план складання.

Для гарячої заміни перевірте розташування й орієнтацію розеток за кресленням перемикача та визначте, хто постачатиме й установлюватиме розетки. В обох варіантах оцініть, як пластина, корпус і плата підтримують перемикачі. Не припускайте, що сама лише зміна посадкового місця забезпечить працездатну механічну конструкцію.

Проєктуйте матрицю та вибирайте контролер разом

Матриця клавіш з’єднує перемикачі між електричними колами рядків і стовпців. Прошивка сканує ці кола, щоб визначити активні позиції. Це може зменшити кількість потрібних ліній введення-виведення контролера порівняно з призначенням окремого входу кожному перемикачу, але водночас відповідність позицій у схемі та прошивці має збігатися.

Вибирайте контролер після підрахунку ліній введення-виведення, потрібних для матриці та інших запланованих функцій. Також перевірте фактичні вимоги проєкту до інтерфейсу, підтримки прошивки, живлення та захисту. Використання контролера в іншому проєкті клавіатури не означає, що він підтримує ваше призначення виводів або конфігурацію прошивки.

Фантомні натискання та напрямок діодів

Без ізоляції певна комбінація натиснутих перемикачів може створити в матриці небажаний шлях струму. Тоді система сканування може зареєструвати клавішу, яку не натискали; це явище називають фантомним натисканням або ghosting. Наприклад, три натиснуті перемикачі в трьох кутах прямокутника з двох рядків і двох стовпців можуть створити шлях струму, через який четвертий кут здаватиметься активним.

Діод, послідовно з’єднаний із кожним перемикачем, може запобігти таким фантомним шляхам у матриці, якщо його полярність узгоджена зі схемою сканування. Універсального напрямку діодів не існує: він має відповідати шляху струму на схемі та вибраному в прошивці способу сканування.

Запобігання фантомним шляхам у матриці також не є повним визначенням N-key rollover (NKRO). Те, які натискання клавіатура може передавати, залежить від апаратного забезпечення, прошивки та хост-пристрою. Розглядайте rollover як характеристику, яку потрібно перевірити на готовому виробі, а не як результат, гарантований додаванням діодів.

Приклад: матриця з чотирьох клавіш

Нижче наведено гіпотетичне зіставлення, а не результат вимірювань. Уявімо чотири клавіші, розташовані у двох фізичних рядках і двох стовпцях. Контролер по черзі сканує рядки, активні за низького рівня; стовпці мають підтягування до високого рівня, а невибрані рядки перебувають у високоімпедансному стані.

У цій вибраній схемі кожен шлях струму проходить від стовпця через перемикач і діод до рядка. Анод діода спрямований у бік перемикача та стовпця, а його катод — у бік рядка. Прошивку потрібно налаштувати відповідно до цієї схеми та способу сканування.

C0 o---[SW1]---|>|---o R0
C1 o---[SW2]---|>|---o R0
C0 o---[SW3]---|>|---o R1
C1 o---[SW4]---|>|---o R1

Кожне повторюване позначення відповідає одному й тому самому електричному колу: наприклад, обидва кінці з позначенням C0 підключені до стовпця C0. На цій схемі |>| позначає кожен діод рискою катода в напрямку рядка. Контролер сканує рядки та зчитує стовпці з підтягуванням до високого рівня; конкретні виводи контролера вибирають окремо.

Фізичне розташування	Перемикач	Позиція в матриці	Орієнтація діода	Координата в прошивці	Очікувана подія клавіші
Угорі ліворуч	SW1	R0, C0	Анод у бік C0; катод у бік R0	(0, 0)	Q
Угорі праворуч	SW2	R0, C1	Анод у бік C1; катод у бік R0	(0, 1)	W
Унизу ліворуч	SW3	R1, C0	Анод у бік C0; катод у бік R1	(1, 0)	A
Унизу праворуч	SW4	R1, C1	Анод у бік C1; катод у бік R1	(1, 1)	S

Тут координата прошивки (0, 1) має відповідати зчитуванню SW2 і формуванню події W. Це очікування ще потрібно перевірити на зібраному прототипі: поворот посадкового місця, переплутані електричні кола, неправильне встановлення діода або помилка зіставлення в прошивці можуть дати інший результат.

Документи QMK Як працює матриця клавіатури і довідник із конфігурації є корисними першоджерелами для розуміння сканування матриці та узгодження конфігурації з вибраною схемою. Звертайтеся до документації саме тієї прошивки та версії, які ви вибрали.

Звірте схему з прошивкою

Перед замовленням простежте один перемикач через усі три описи проєкту:

Схема: SW2 з’єднує стовпець C1 із рядком R0 через свій діод; перевірте разом полярність умовного позначення діода та його посадкового місця.
Призначення виводів: Запишіть, які фактичні виводи контролера підключені до R0 і C1. У цьому прикладі R0 і C1 — назви електричних кіл, а не номери виводів мікроконтролера.
Прошивка: Призначте ті самі виводи та напрямок сканування матриці у вибраній прошивці. Переконайтеся, що координата матриці (0, 1) відповідає потрібній події клавіші.
Прототип: Натисніть SW2 і перевірте, чи виникає подія W. Потім перевірте відповідну комбінацію з трьох клавіш, наприклад SW1, SW2 і SW3, та переконайтеся, що SW4 не реєструється сама по собі.

Повторіть перевірку окремого натискання для інших перемикачів і запишіть фактичні результати. Очікувані події в таблиці — це план випробувань, а не доказ того, що певна плата чи прошивка їх пройшла.

Розведіть і перевірте плату

Коли механічне розташування та матрицю остаточно визначено, розведіть електричні кола рядків і стовпців та підключіть їх до призначених виводів контролера. Забезпечте можливість зіставити схему, позиційні позначення на платі та відповідності в прошивці. Перевірте трасування до роз’єму, підключення живлення та потреби в захисті для вибраного інтерфейсу, а не копіюйте їх без перевірки вимог контролера й системи.

Посібник із проєктування друкованих плат описує загальний процес компонування. Для клавіатури додайте перевірки, специфічні для цього виробу:

Порівняйте кожне посадкове місце перемикача з кресленням вибраної деталі та її фізичною орієнтацією.
Перевірте полярність діодів на схемі, у посадкових місцях плати та в монтажній документації.
Переконайтеся, що зазори для перемикачів, стабілізаторів, розеток і роз’ємів відповідають пластині та корпусу.
Перевірте, що призначення виводів контролера відповідає матриці в прошивці.
Передбачте доступ для програмування та функціональних перевірок, які ви плануєте виконати.

Прототип — це практична можливість перевірити як механічну сумісність, так і роботу. Рекомендовані перевірки включають огляд орієнтації діодів, підтвердження події кожної клавіші, випробування відповідних комбінацій кількох клавіш і перевірку сумісності роз’єму та корпусу. Записуйте фактичні результати окремо від очікуваних відповідностей.

Визначте, що саме ви замовляєте

Проєкт клавіатури може охоплювати три окремі види робіт:

Виготовлення голої плати: виробництво друкованої плати за випущеними файлами та вимогами до виготовлення.
Монтаж друкованої плати (PCBA): установлення узгоджених електронних компонентів на плату.
Остаточне складання клавіатури: об’єднання плати, перемикачів або розеток, пластини, стабілізаторів, корпусу та інших вибраних деталей згідно з домовленістю.

Не припускайте, що замовлення одного виду робіт включає інші. Окремо узгодьте постачання компонентів, їх установлення та випробування, зокрема те, чи входять перемикачі, розетки або роз’єми до замовлених робіт.

Для плати підготуйте виробничі файли та звірте їх із проєктом. Посібник що таке файл Gerber пояснює одну зі складових передавання даних у виробництво. Для PCBA надайте чітку специфікацію компонентів (BOM), інформацію про їх розміщення та складальні креслення; див. як підготувати BOM для монтажу друкованих плат під ключ та основні вимоги до складального креслення. Позначте компоненти, чутливі до полярності, і всі деталі, які потрібно залишити невстановленими.

Перед випуском проєкту скористайтеся контрольним списком проєктування з урахуванням складання, щоб перевірити комплект документації загалом. Якщо вам потрібна допомога з визначенням обсягу робіт, опишіть бажаний обсяг виготовлення, монтажу та випробувань, коли запитуватимете цінову пропозицію, або зверніться до APTPCB із запитаннями щодо проєкту, які потрібно вирішити.