Design und Struktur des Schaltungslayouts bei Folientastaturen

Common Bus vs. Matrix-Layout

Das Schaltungslayout einer Folientastatur spielt eine entscheidende Rolle bei der Funktionalität und Effizienz des Designs. Abhängig von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung haben Designer zwei Hauptoptionen: das Common Bus Layout und das Matrix Layout. Beide Layouts bieten spezifische Vor- und Nachteile, die bei der Auswahl für eine bestimmte Tastatur berücksichtigt werden müssen.

Common Bus Layout

Common-Bus-Layout

4 Tasten mit einem 5-Pin Konnektor

Das Common Bus Layout ist besonders geeignet für Folientastaturen mit einer geringen Anzahl von Tasten und einem einfachen Schaltungsdesign. In diesem Layout verwenden alle Tasten eine gemeinsame Busleitung, die eine einzige isolierte Leiterbahn für jeden Schalter mit einer gemeinsamen Leiterbahn verbindet. Das Ergebnis ist ein einfaches und leicht zu verstehendes Schaltungsdesign.

Vorteile des Common Bus Layouts:

  • Einfachheit: Da nur eine Druckebene erforderlich ist, um den Stromkreis zu schließen, ist dieses Layout ideal für unkomplizierte Designs mit wenigen Tasten. Es lässt sich leicht implementieren und erfordert weniger Schaltkreisebenen, was die Fertigungskosten senken kann.
  • Einfache Diagnose: Fehler in der Schaltung lassen sich leicht lokalisieren, da jede Taste ihre eigene isolierte Leiterbahn besitzt.

Nachteile des Common Bus Layouts:

  • Eingeschränkte Skalierbarkeit: Mit steigender Anzahl der Tasten erhöht sich die Anzahl der benötigten Leiterbahnen drastisch. Bei größeren Tastaturen wird das Design komplexer und benötigt mehr Platz auf der Leiterplatte.
  • Erhöhter Verdrahtungsaufwand: Mehr Tasten bedeuten eine höhere Anzahl von Verbindungen, was die Steckverbinder und die Pinbelegung erhöht. Dies kann insbesondere bei großen Tastaturen unhandlich werden.

2. Matrix Layout

Matrix-Layout

6 Tasten mit einem 5-Pin Konnektor

Für Anwendungen mit einer größeren Anzahl von Tasten bietet das Matrix Layout eine effizientere Lösung. Hier werden die Leiterbahnen in einem Raster von Reihen (X) und Spalten (Y) angeordnet. Jede Taste wird durch den Kreuzungspunkt einer Reihe und einer Spalte definiert, wodurch sich die Anzahl der benötigten Leiterbahnen im Vergleich zum Common Bus Layout erheblich verringert.

Vorteile des Matrix Layouts:

  • Effiziente Nutzung der Leiterbahnen: Das Matrix-Design ermöglicht eine Reduzierung der benötigten Leiterbahnen, da jede Taste durch eine Kombination aus einer Reihe und einer Spalte aktiviert wird. Das bedeutet, dass für 10 Tasten nicht 10 separate Leiterbahnen benötigt werden, sondern nur 4 Reihen und 3 Spalten (insgesamt 7 Bahnen).
  • Kompaktes Design: Aufgrund der effizienten Anordnung der Leiterbahnen kann die Pinbelegung minimiert werden, was die Größe der Steckverbinder verringert und das Gesamtdesign kompakter und platzsparender macht.
  • Skalierbarkeit: Dieses Layout eignet sich für größere Tastaturen, bei denen viele Tasten benötigt werden, wie beispielsweise in komplexen Bedienfeldern oder industriellen Steuerungen.

Nachteile des Matrix Layouts:

  • Mehrere Druckschichten erforderlich: Im Gegensatz zum Common Bus Layout benötigt das Matrix Layout mehrere Schichten, um die Leiterbahnen für die Reihen und Spalten voneinander zu isolieren. Dies macht das Design und die Herstellung aufwändiger.
  • Ghosting und Key-Rollover: Ein häufiger Nachteil des Matrix Layouts ist das sogenannte „Ghosting“, bei dem unbeabsichtigte Tasten aktiviert werden, wenn mehrere Tasten gleichzeitig gedrückt werden. Um dies zu verhindern, muss oft eine Diode pro Taste hinzugefügt werden.

Beispiel: Matrix Layout / Folientastatur mit 24 Tasten und einem 11-Pin Konnektor

Beispiel-Folientastatur-Matrix-Layout

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