这是Allaboutcircuits上的一篇技术文章，实际上是一个新产品的软文： Rotary Controls For Modern Hardware Interfaces
链接：https://www.allaboutcircuits.com/industry-articles/rotary-controls-for-modern-hardware-interfaces/
不过觉得其信息对做嵌入式系统，尤其是工业控制产品的工程师有参考价值，故分享出来，用机器翻译做了个简单的翻译，内容如下：
从机械闩锁和液体流量限制器到最早的收音机调谐器和音量调节器，旋转控件一直是有效界面设计的支柱。
它们在相对较小的占地面积内提供精确的触觉调节，并带有内置的视觉反馈。高分辨率触摸显示器通常通过提供图形旋转滑块来模仿其机械对应物，如图 1 所示。
图 1：UI 旋转设计元素
这些滑块提供与机械旋转器相同的紧凑尺寸和视觉反馈，但需要昂贵的显示器并且缺乏相关的触觉优势。
在大多数现代应用中，高分辨率彩色触摸显示器可能是不切实际的，甚至常常是不可能的。因此，设计者必须求助于机械轴和旋钮，或者尝试使用按钮或其它更简单的控件来实现相同的功能。
图2显示了一个最近的薄接口面板示例，其中三个旋转控件与各种按钮、指示器和显示器集成在一起。
图 2：现代薄用户界面面板
在这些限制条件下实现有吸引力且功能强大的界面是一项艰巨的挑战，需要设计人员深入挖掘他们的工具箱并巧妙地采用各种控制选项。本文讨论了现代硬件接口的旋转控制的技术发展和注意事项，以及相对较新的技术 – MaxRotor – 如何弥补当前许多电位计和编码器的不足之处。
设计一个硬件用户界面
为了便于讨论，请考虑如下图 3 所示的假想产品，该产品需要一个界面，其中包括一个带对比度控制的LCD屏幕和一个用于数据输入和功能选择的键盘。
接口规范要求其厚度不得超过 6 毫米，以容纳安装在其后面的工业标准外壳内的机电设备。
图3:虚构的产品用户界面
作为驱动厚度包络的起点，可以使用标准的现成或完全定制的薄膜解决方案轻松实现键盘和功能按钮。
如图 4 所示，这些类型的键盘很容易与普通微控制器连接，并且厚度约为 2 毫米或更小。提供多种面板安装选项，包括许多密封和 IP 等级的选项。
图4:现成的薄膜键盘
在考虑视觉屏幕时，近年来显示的选项范围也在扩大，可以选用电子墨水、有机发光二极管 (OLED)、薄膜晶体管 (TFT)乃至最基本的液晶显示(LCD)。
图5就是一个廉价的矩阵LCD显示器作为示例，它内置了背光和对比度控制。
图5:LCD(左)和对比度控制电路(右)
这种类型的显示器也很薄，只有2毫米，很好地符合产品需求的限制，同时保持在最低成本。
专用的对比度控制电路需要在显示电路的供电范围内向V0引脚提供模拟电压。这种对比控制实际上是整个界面设计中比较复杂的挑战之一。
旋转控制选项
作为起点，人们可以考虑下图 6 所示的古老的电位器。
在电气上，这可以简单地跨电源轨连接以创建分压器。此外，中心抽头输出可用于驱动 V0，例如 100 kOhms 的大值可最大限度地降低功耗和复杂性。
在电力方面，这可以简单地连接到供电轨道上，以创建一个分压器。
此外，中心抽头输出可以用来驱动V0，电阻值选取比较大的100k欧姆以降低功耗和复杂度。
图6:标准面板安装的电位计
但从机械角度，它存在很大的问题。
使用电压计的挑战
考虑到滑动和电路元件故障的影响，这种电位计的寿命只能持续25-50k转。
此外，旋钮必须用螺母和锁紧垫圈固定在面板上，并且必须集成一个止动器以防止整个结构旋转失准。
更糟糕的是，大多数电位计的体积大大超出了可用空间，其中许多在 9-10 毫米的范围内。这些特性加在一起会使电位器成为一个相对不受欢迎的选择。
正交编码器作为一个旋转解决方案
为了实现更小的体积和简化安装要求，另一种值得考虑的常见旋转控制是正交编码器。
如图7所示，这些编码器在PCB和面板安装选项中都是可用的，在本质上与电位器非常相似。
图7:传统正交编码器及产生的信号
然而，从电气上讲，正交编码器引入了一套全新的复杂性。
输出通常是两个脉冲串，代表特定数量的旋转行程，其相对位置可用于确定旋转方向。
为了将其用于电压控制，就像上面的LCD对比例子一样，必须使用中间电路将脉冲序列转换成模拟电压。
这样的电路绝不简单，而且引入了额外的复杂性和成本。
最后，值得注意的是，旋转件、电触点、密封件和正交编码器的通孔销都封装在旋钮和主PCB之间。这样可以防止主机PCB与接口板框平放，这是电容触摸传感器、按钮和LED指示灯的问题。
MaxRotors的好处
为了弥补电位器和编码器的上述缺点，一种相对较新的技术占据了中心舞台:MaxRotor。
如图8所示，MaxRotor由刚性或柔性电路层两侧的机械部件组成的三明治结构。
在前面，轴，盖和磁铁与一个可选的制动环，捕捉从用户的旋转运动。当磁铁穿过电路层的顶部时，它们拉着一组导电金属球，这些金属球包括电路层背面的电枢。
图8:MaxRotor组件
这种独特组装的结果是高度可配置、高度可靠的旋转控制，可以提供业界最薄的整体深度。
从转子的顶部表面到底部，表面仅为 5.48 毫米，全部在 25 毫米 x 25 毫米的占地面积内。
经过数十万转的广泛测试，MaxRotor 的额定转速为 100,000 转，几乎是传统编码器和电位计可靠性的两倍。
MaxRotor 的延长寿命实际上是通过使用最先进的镀金铬钢球接触系统提供的。镀金铬钢球沿电路触点表面自由滚动，极大地减少了电路的磨损，并且没有热量积聚。
下图中的转子比较显示了各种机械转子的极端厚度差异与 MaxRotor 的最小整体高度，如图 9 的最右侧所示。
图 9：MaxRotor（最右侧）面板深度与竞争对手的比较。图片由 ALMAX 提供
电路层可以内置到现成的MaxRotor 中，也可以在最终应用中完全定制，作为更大PCB或Flex电路的一部分。
图 10 显示了几个示例。
图 10：MaxRotor 电路选项示例
对于前面提到的 LCD 对比度控制电路，可以使用一个简单的模拟电路（最右边）来提供与电位器完全相同的功能。
MaxRotor 本身可以在电路层和机械层上进行定制，以包括从按钮和正交输出到旋转停止和触觉制动器的各种功能。
对于 LCD 对比度旋钮，可以通过创建专用电路层并构建“独立”MaxRotor 来实现非常简单的设计，如图 11 所示。
图 11：作为独立设备实现的 MaxRotor
这种独立配置允许 MaxRotor 轻松安装在键盘旁边，而无需将其集成到同一电路板中。
下面的图 12 描绘了对比度旋钮的最终实现，证明了 MaxRotor 的简单性和功能。
通过使用一些现成的组件和高度可配置的 MaxRotor，该接口实际上可以以小于 6 毫米的厚度实现，同时具有最小的设计复杂性和高可靠性。
一般来说，MaxRotor 为困扰公司提供高度可靠的旋转控制的挑战和限制提供工程解决方案。这些解决方案的一些示例包括：
使用 MaxRotor 作为旋转解决方案
乍一看，所提出的用户界面设计似乎受到键盘或 LCD 复杂性的限制，而事实上，旋转对比度控制的基本功能带来了最棘手的机械挑战。
通过使用一些现成的组件和高度可配置的 MaxRotor，该接口实际上可以以小于 6 毫米的厚度实现，同时具有最小的设计复杂性和高可靠性。
一般来说，MaxRotor为困扰公司提供高度可靠的旋转控制的挑战和限制提供工程解决方案。这些解决方案的一些示例包括：
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通过将工程塑料用于模制部件、高品质金属部件以及使用最先进的镀金铬钢球接触系统来延长产品寿命。
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薄板集成设计固有地消除了对复杂线束或相关电路和机械转子功耗的需求。
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工程设计侧重于提供与其他技术简单集成的转子，并成功地最小化了转子封装的穿透总厚度。
随着用户界面面板的形状和复杂性不断提高，MaxRotor 可以成为每个设计师工具箱中的下一个主打产品。
