MCU内蔵タッチセンサ:第4世代CapSenseの使い方、2回目は、ハードウェアのタッチ・パッドやスライド・バー基板開発時のガイドラインを示します。言っても、ソフトウェア開発に最低限必要なパッド仕組みを説明します。読者にソフトウェア開発者が多いからです。ハードウェアのPCBアートワーク担当者向けには、情報リンク先を示しています。Guide.pdf(日本語版)タッチUIのメリットメカニカルなボタンやスイッチでは、チャタリングや経年劣化、水濡れへの対応が必要です。タッチUIは、これらに対して有利です。パッド形状の自由度が高いので、スマホで一般的になった直感的なタッチ操作による優れたユーザインタフェース(UI)が実現できます。4000S/4100S内蔵のCapSenseで検出し実現します。従って、確実に静電容量変化を生むパッドの基板設計が重要です。静電容量変化の検出には、自己容量式(self-capacitance)、相互容量式(mutual-capacitance)という2方式があります。各方式の仕組みとパッド例が下図です。自己容量式(左)と相互容量式(右)の仕組みとパッド例(出典:AN85951)自己容量式は、1パッドに1個のGPIOを使います。相互容量式は、1パッドにTxとRxのGPIOペアが必要です。Txは複数ボタンで共有も可能で、自己容量式よりもGPIOを多く使うぶんタッチ検出性能が高くなります。電卓やキーパッドのような12個ボタンでも、下図のように7本のGPIOで実現できます。マトリックス・ボタンのパッド例(出典:AN85951)スライド・バーは、操作入力が増加、または減少する場合に用います。タッチ・パッドは、XとYの2次元で指位置を検出する方法で、X/Y各軸にスライド・バーを利用した例と考えれば良いでしょう。CreatorのCapSenseスライド・バーは、自己容量式のみをサポートしています。相互容量式は、今後のバージョンでサポート予定だそうです(AN85951、English、04/30/2019、P19)。自己容量式スライド・バーのパッド例(出典:AN85951)このように、入力操作に応じたパッドを基板上にパターン設計(アートワーク)します。タッチ部分の基板保護のため、PCB表面に非導電性のオーバーレイ素材(タッチ表面材)を付けます。CapSenceハードウエア構造(出典:AN85951)詳細なPCBレイアウト・ガイドラインは、前出AN85951の6.4章や、AN64846(日本語版)に記載されています。アートワーク担当者は参照してください(本稿は、ソフトウェア開発者が対象ですので、ガイドライン詳細説明は割愛いたします)。このガイドラインに沿ってPCBアートワークを行えば、確実に静電容量変化を生むタッチUIパッドが開発できます。Kitのパッド形状が、なぜこんなカタチになっているか、前章の説明でソフトウェア開発者に理解できたと思います。Kitつまり、上側の3パッドは、相互容量式で共有TX(1.3)と左からRX(1.6)、(1.5)、(1.4)の合計4GPIOを使います。下側は自己容量式のスライド・バーで、左から(0.6)、(0.3)、(0.2)、(0.1)、(0.0)の5GPIOを使います。TX(2.6)パターンはありますが、スライド・バーは、ソフトウェアは現在の自己容量式のみ対応です。ハードウェアは、既に相互容量式に対応済みなのです。パッド上下のLEDは、指タッチを検出した時に点灯させるインジケータです。オーバーレイ素材がパッド基板上に装着済みであることも判ります。Capsenseパッド基板上のオーバーレイ素材ガイドラインに沿って設計済み評価ボードの上側タッチ・パッド、下側スライド・バーの各パッド基板は、簡単に切離しができます。4100S内蔵CapSenseでも開発したテンプレートを動作させる予定です。CapSenseの使い方(その2:PCBハードウェア)まとめソフトウェア開発者が最低限知るべきCapSenseのPCBハードウェアの使い方を示しました。タッチUIは、指をパッドに近づけた時に生じる静電容量変化をCapSenseで検出。このため、確実に静電容量変化を生むPCBハードウェア:パッド設計が重要。ソフトウェア開発者向けパッドPCB設計ガイドライン要旨を示し、評価ボードパッド形状の理由と、自己容量式(self-capacitance)、相互容量式(mutual-capacitance)のGPIO差を説明。4100S基板と接続。4000S/4100S両方対応CapSenseテンプレート化を図る。