Hallo Leute,
ich würde gerne die Kupferschichten einer mehrlagigen Leiterplatte für
die Realisierung eines Kondensators ausnutzen. Wenn ich darüber
nachdenke, kommt es mir machbar vor. Dabei befindet sich ein
Koppelelement, das beweglich ist über der Leiterplatte. Durch die
Verschiebung des Koppelelements ändert sich die Fläche und somit die
Kapazität. Dabei sind die Cu-Schichten versetzt, damit ich drei
Kondensatoren nebeneinander habe (hat mit meiner Aufgabe zu tun). Meine
Frage ist an der Stelle, ob so ein Gedanke machbar wäre und ob
irgendwelche Störungen (Parasitäre Kapazitäten etc.) das Ganze unmöglich
machen. Zudem würde ich gerne wissen wollen, wie groß die
Dielektrizitätskonstante von FR4 ist (ich glaube 4). Damit ihr das
besser verstehts, habe ich mit PowerPoint eine Skizze angefertigt. Ich
hoffe, dass ihr mir weiterhelfen könnts.
Gruß
Paarthurnax
P.S.: Ich bin kein Experte in Sachen Leiterplatte, bitte nehmt es mir
nicht übel, wenn der Aufbau nicht stimmt, wichtiger ist mein Gedanke.
nun, prinzipiell machbar ist einiges. kannst du die Kapazitiven Flächen
nicht auf dem oberen layer nebeneinander aufbringen? dann könntest du
das Gebilde nach unten hin Schirmen und hast zumindest immer den selben
Bezugspunkt.
Das Epsilon R sollte zwischen 3,4 und 4 liegen. Da hat jeder Hersteller
so seine Erfahrungswerte. Dazu kommt das Er vom Lötstoplack und so
weiter.
Prinzipiell machbar ist das schon, bei kapazitiven Tasten wirds ja auch
so gemacht. Vielleicht solltest du dir dazu ein paar Appnotes (z.B. von
Atmel) ansehen?
Danke für deine schnelle Antwort, ursprünglich waren die Pads oben, aber
aus verschiedenen Gründen möchte ich sie so realisieren (möchte nicht
auf die einzelnen Details eingehen). Aber deine positive Antwort ist
schon mal sehr gut :-)
Paarthurnax schrieb:> ursprünglich waren die Pads oben, aber> aus verschiedenen Gründen möchte ich sie so realisieren
Das ist aber keine gute Idee, bzw. die Realität wird dich daran hindern,
weil die Kapazität ohnehin sehr klein ist und bei grösserem Abstand noch
viel kleiner, du hättest so also ganz verschiedene Kapazitäten und
Empfindlichkeiten.
Aber du musst mir selbstverständlich gar nichts glauben, benutze einfach
einen Calculator wie z.B.
http://www.daycounter.com/Calculators/Plate-Capacitor-Calculator.phtml
und rechne deinen Entwurf selber nach.
Dielektrizitätskonstanten von FR4 liegen so bei 4,2, aber du hast ja
zwischen der Oberfläche und deiner beweglichen Fläche Luft!. Bei den
vergrabenen Lagen musst du eine Reihenschaltung aus einem Luft- und
einem FR4-Kondensator berechnen.
Gruss Reinhard
Hallo Reinhard,
da ich nicht mehr weiterkomme, muss ich wohl mehr Details nennen. Mein
Problem ist folgender. Dieses Koppelelement ist an Führungen verbunden
und diese Führungen haben zu viel Spiel, sodass kleinste Höhenänderungen
meine Kapazität zu stark ändern und ich zu viel Störungen bekomme.
Mechanisch lassen sich diese Toleranzen leider nicht beheben, daher
möchte ich die Anordnung der Kondensatoren so ändern, dass diese Effekte
weniger auftreten. Ich habe durch eine erstellte Simulation
herausgefunden, dass wenn ich den Plattenabstand vergrößere auch die
Effekte minimaler werden, aber dafür wird die Auflösung kleiner, da ja
die Kapazität kleiner wird und das geht auch nicht. Beide Punkte sollten
gut sein. Meine Idee ist die Kapazität so groß wie möglich zu
dimensionieren (bin aber im Grenzfall), dass die Kapazitäten groß
werden, damit ich eine größere Auflösung bekomme und dementsprechend die
Plattenabstände vergrößern kann um so auch die Störungen zu verkleinern.
Mir wurde aber auch vorgeschlagen, die mehrlagigen Leiterplatten zu
nehmen, um durch diese Anordnung mittels Mikrocontroller die
Höhendifferenz zu errechnen, um die Störungen rauszufiltern, daher diese
Idee. Was haltest du davon bzw. hast du eine Idee diese Störungen zu
kompensieren?
Gruß
Paarthurnax
Paarthurnax schrieb:> Mir wurde aber auch vorgeschlagen, die mehrlagigen Leiterplatten zu> nehmen, um durch diese Anordnung mittels Mikrocontroller die> Höhendifferenz zu errechnen, um die Störungen rauszufiltern
So im ersten Moment könnte man glauben, so ginge das, aber das stimmt
meiner Meinung nach nicht. Zur Berechnung: Der Kapazitätsanteil des
festen Körpers (FR4) ändert sich ja nicht. Er ist völlig gleichwertig
einem festen Kondensator, den du extern in Reihe mit deinem Sensor
schaltest. Nur der Luftanteil ist aktiver Sensor. Es sollte einsichtig
sein, dass man damit keinen Abstand berechnen kann.
Theoretisch kannst du an der Oberfläche eine CU-Schicht einführen, damit
hast du einen Luft-Kondensator in Reihe mit einem (konstanten)
FR4-Kondensator, das Potential der virtuellen Cu-Schicht spielt nämlich
keine Rolle.
Wenn du den Abstand zum Koppelelement vergrösserst, hat das exakt die
gleiche Wirkung wie die Änderung der Fläche durch Verschieben, du kannst
also den Schmutzeffekt durch unzureichende Mechanik nicht trennen von
dem was du messen willst.
Die einzige Möglichkeit der Kompensation in begrenztem Umfang sehe ich
in gegenläufigen Abständen, d.h. du verschiebst eine Metallplatte
zwischen 2 anderen. Vergrössert sich der eine Abstand, wird die
Kapazität auf dieser Seite kleiner, aber der Abstand auf der anderen
Seite wird kleiner und damit diese Kapazität grösser. Da es sich um eine
1/x-Funktion handelt, ist das keine exakte Kompensation, aber in einem
bestimmten Bereich um die Mitte herum funktioniert es.
Vermutlich bist du zu jung, um noch die Drehkondenstaoren in den alten
Röhrenradios zu kennen, ich habe die immer als Eierschneider bezeichnet.
Das ist das was du brauchst: ein Plattenpaket taucht in ein anderes
Plattenpaket ein.
Gruss Reinhard
Paarthurnax schrieb:> Dieses Koppelelement ist an Führungen verbunden> und diese Führungen haben zu viel Spiel, sodass kleinste Höhenänderungen> meine Kapazität zu stark ändern und ich zu viel Störungen bekomme.
Dann ist dein Meßprinzip vielleicht ungünstig. Was willst du mit deiner
Mimik überhaupt erreichen?
ich schrieb ja schon, er soll sich mal mit den designs der kapazitiven
touch tasten auseinandersetzen. wenn es um die detektion einer linearen
bewegung geht könnte das der schlüssel zum Erfolg sein. Ergänzend zu den
Ausführungen von Reinhard. Schau dir mal insbesondere Designs von
Schiebereglern / Drehreglern an.
PCB.JPG
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