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Handbook: Teclado Mecánico (Parte 1)

Gracias a la gran cantidad de teclados disponibles en el mercado y la variedad que presentan en sus componentes, en HardwaReviews decidimos hacer una guía donde se aclare el camino a la hora de elegir un teclado mecánico en cuanto a componentes.

Como todos los teclados mecánicos (y de domo de goma, etc) tienen las mismas bases de funcionamiento, vimos que era más necesario hacer una guía de hardware que de software (el software dependerá de los ingenieros de cada marca).

En esta primera entrega analizaremos los principales tipos de teclado que existen junto con sus mecanismos más populares, revisaremos la terminología que más se utiliza, que al final nos ayudará a elegir un teclado basándonos en esos términos y analizaremos también la forma en que operan hoy en día.

Para elegir un teclado, no hay nada mejor que sea el que más nos acomoda, el que presenta para nosotros la mejor sensación a la hora de presionar las teclas, el sonido que emite, los acabados que cubran nuestras necesidades, el tamaño, comodidad, funcionalidades, etc.

Diferentes mecanismos.

¿Mecánicos?, ¿De domo de goma? “Pues todos los teclados son mecánicos, ¿no?, al final en los dos se necesita hacer fuerza mecánica para presionar las teclas, la verdad no le veo sentido invertirle a un teclado, si al final me va a servir igual para chatear con Lupita que para jugar LoL”.

Los teclados mecánicos son muy diferentes a los tradicionales teclados de escritorio. Para empezar, los teclados mecánicos tienen más componentes dentro de la tecla, estos componentes se encargarán de enviar la señal hacia la computadora, pero lo harán de manera diferente a los teclados tradicionales. Los mecanismos internos harán que sea mucho más sencillo y cómodo presionar la tecla y hará que te canses menos a la hora de pasar mucho tiempo escribiendo o jugando.

Sin embargo, debido a su alto costo, los teclados mecánicos son menos populares en el mercado, un teclado tradicional utiliza una tecnología conocida como “domo de goma”, el cual es muy similar a la utilizada en los controles remotos, que al presionarlos, no nos dan mucha sensación de presionar un botón, sino se siente como si presionáramos algo esponjoso. Otra tecnología que se utiliza en teclados de gama baja y de laptops, es el diseño “tijera”, que aunque siguen utilizando el domo de goma, este diseño permite un desplazamiento hacia abajo mucho más corto y a la vez da una mejor respuesta táctil.

domo de goma

Mecanismo de domo de goma

 

Tijera

Mecanismo de tijera y domo de goma

En los últimos años han venido saliendo teclados mecánicos orientados al segmento gamer. Por esto, mucha gente piensa que estos equipos son algo reciente, sin embargo, los teclados mecánicos han estado entre nosotros por décadas, por ejemplo, en los 80, la mayoría de los teclados eran mecánicos, sin embargo, los fabricantes fueron encontrando nuevas maneras de  fabricar los teclados que comúnmente utilizamos y bajar los costos de producción y de los componentes sin afectar el desempeño para el usuario final, quienes a fin de cuentas, usaban el teclado principalmente para introducir datos a la computadora.

Terminología

Para seguir con esta guía, hace falta familiarizarnos un poco más con el lenguaje utilizado, porque se manejan en general una serie de términos que vale la pena conocer:

Matriz: Todos los teclados usan una matriz para detectar cuando las teclas son presionadas. Se requiere para que cada tecla individual (que pueden ser más de 100) esté conectada al controlador. Esta matriz usualmente opera mediante filas y columnas y puede estar hecha de membranas de plástico o puede ser una pieza electrónica donde irán montados los componentes del teclado (mejor conocido como PCB).

Key Rollover: Es la capacidad del teclado para registrar varios teclazos simultáneos (por ejemplo el típico Crtl + Atl + Supr). También hay veces que en muchos juegos se requiere mantener alguna tecla presionada mientras otras son presionadas o liberadas.

Ghosting: Es cuando se presionan dos teclas a la vez y se registra una tercera erróneamente sin que se haya presionado. Esto es muy rara vez visto incluso en los teclados más baratos, ya que los fabricantes limitan la cantidad de teclas presionadas en el “rollover” y así se bloquea el ghosting.

Bloqueo de teclas (key blocking): Es cuando se alcanza el número máximo de teclas presionadas (rollover) y la computadora no registra el resto en caso de haber más presionadas.

Por ejemplo, imaginemos que necesitamos presionar Q y W a la vez, pero por el ghosting, se registra que también se presiona E. Para evitar eso, se habilita un bloqueo para que al presionar Q y W a la vez, no se registre E. Ahora, imaginemos que estamos jugando League of Legends donde tal vez se requiere usar la combinación Q + W + E, pero por el bloqueo no se registran y no podemos usar las tres teclas a la vez.

Para arreglar eso, muchos fabricantes utilizan matrices optimizadas para gaming, esto evita que combinaciones comunes como Q + W + E den problemas con el ghosting o el bloqueo.

Key Rollover (cont.):

Hay dos variantes de Rollover:

NKRO (n-Key RollOver): Esta modalidad es la ideal para cualquier teclado. Esto quiere decir que cada tecla es registrada por el hardware de manera independientemente, así que cada tecla presionada se detecta correctamente sin importar cuantas otras teclas se presionen o mantengan presionadas a la vez (sin ghosting ni bloqueo de teclas).

Existen dos variantes de NKRO: NKRO real y NKRO simulado. Debido a la forma en que se maneja la entrada de datos, la interfaz PS/2 es la ideal para NKRO real. Todos los teclados USB utilizarán NKRO simulado (registrando el teclado como múltiples dispositivos).

#KRO: Para abaratar los costos de fabricación, se implementó #KRO, donde “#” puede ser algún número entero, en el cual puedes presionar un # de teclas antes de que se bloqueen.

Muchos teclados mecánicos USB vienen marcados como 6KRO, esto es suficiente para la mayoría de los usuarios, aunque también pueden ofrecer 6KRO que permita un máximo adicional de 4 teclas para usarse en combinación, usualmente  son CTRL, Shift, ALT y WINDOWS, aunque algunas veces también se utiliza la tecla de Función (Fn) en caso de estar presente en el teclado.

Es por lo anterior, que de manera realista, no necesitaremos más que 10KRO (por aquello que lo más que podemos usar son 10 dedos), y aun así, hay gente que prefiere NKRO.

N-Key Rollover en teclado mecánico

N-Key Rollover

Rebote de tecla (key bouncing): Todos los teclados tienen esta característica. Cuando se presiona una tecla, el mecanismo del teclado la regresa a su posición original. Este pequeñísimo intervalo de tiempo es suficiente para que las teclas puedan registrar actividad varias ocasiones en cada presión (cuando se cierra y el tiempo que se tarda en abrir el circuito). Por ello, los fabricantes deben implementar una especie de retraso (debouncing time), para que, en el tiempo que tarde la tecla cerrando el circuito y se regrese a su posición original, se registre un solo contacto en el procesador de señal y podamos ver una sola letra en pantalla. Lo anterior se logra esperando una cantidad de tiempo determinada en el controlador antes de registrar el teclazo. Por ejemplo en la línea de switches Cherry MX, se programan 5ms de retraso.

Con esta herramienta podrás probar las capacidades de tu teclado para saber cómo trabaja con el ghosting y rollover.

Tasa de sondeo y tiempos de respuesta

La tasa de sondeo se refiere a qué tan seguido se revisan en un segundo las líneas, las columnas y el puerto USB del teclado para registrar algún teclazo (usualmente se mide en Hercios – Hz).

Si tomamos el ejemplo que los mecanismos de Cherry MX tienen 5ms de debouncing, aunque tuviéramos poderes sobrehumanos para escribir, no podríamos escribir más rápido, ya que cada tecla se retrasaría al menos ese tiempo para detectar actividad y lo más rápido que podríamos escribir sería con al menos un espacio de 5ms entre cada teclazo antes de ganarle al hardware (y eso es extremadamente rápido), por lo que una tasa de sondeo mayor a 200Hz se vuelve imperceptible y tal vez hasta inútil.

Saquemos nuestro cuaderno y hagamos números. Para saber a qué velocidad puede trabajar el teclado basta con saber el debouncing time de los switches y dividirlo entre 1000(Hz), que 1000 es la cantidad máxima que se puede alcanzar en la tasa de sondeo. Entonces 1000 / 5 = 200Hz, esto quiere decir que el teclado podría trabajar a una frecuencia máxima de 200Hz, y para ganarle al hardware deberíamos de tener una velocidad de escritura de 200 teclazos por segundo.

Para los teclados  gamer que se jactan de manejar hasta 1000Hz (poll rate) como el Zalman ZM-K700M, deberían manejar un delay de 1ms en su debouncing time y nosotros tener la capacidad de presionar la tecla 1000 veces por segundo para aprovechar esta característica al 100%.

Jim Carrey typing

Hay que escribir entre cada teclazo a menos de 5ms para ganarle al hardware

Este tema genera mucha polémica en muchos foros y sitios en internet, ya que hay quien dice que sí se nota mucho la diferencia en juegos FPS, por ejemplo, donde los tiempos para reaccionar se vuelven vitales para mantener un alto desempeño.

Interfaces de conexión

PS/2:

  • Soportan NKRO.
  • Son completamente basados en interruptores, no en tasas de sondeo.
  • Imposible tener retardos por el bus del USB al ser ocupado simultáneamente por otros dispositivos.
  • No está diseñado para desconectarlo y reconectarlo mientras la computadora está encendida, muchas veces habrá qué reiniciar la computadora para que detecte de nuevo el teclado.
  • Los teclados con puertos PS/2 no manejan tasa de sondeo, ya que su funcionamiento se basa en interruptores y simplemente envían la señal al CPU cuando lo necesitan, generando una interrupción en el hardware, lo cual forza al CPU a registrar esos teclazos.
  • Los conectores PS/2 no son tan durables como otros conectores más recientes, se pueden dañar por conectarlos y reconectarlos repetidamente y pueden llegar a romperse o doblarse sus pines.

USB:

  • Se puede reconectar mientras la computadora está encendida.
  • Es una interfaz mucho más popular en dispositivos modernos, más que el PS/2.
  • No es compatible con NRKO.
  • Algunas veces se tienen problemas con algunos BIOS o al regresar de algún estado de hibernación/suspensión del sistema.
PS/2

Interface PS/2, ya es menos usual encontrarla en teclados modernos.

¿Cómo funcionan?

Domo de goma

Es popular porque es muy barato de producir y también es flexible (Se puede incluso usar para fabricar teclados enrollables).

Ese domo de goma se coloca bajo la tecla, la cual se presiona a fondo para hacer contacto con el circuito electrónico impreso (matriz), esto envía la señal al procesador de datos del teclado, quien, a su vez, envía la información de la tecla presionada al CPU; cuando se libera la tecla, ese domo de plástico o goma hace regresar a la tecla a su posición original.

domo de goma

Mecanismo de domo de goma.

En este mecanismo, quien hace regresar a la tecla a su posición original, es el plástico en forma de burbuja que hace las veces de resorte.

Mecánicos

El principio de funcionamiento es el mismo, con la diferencia que cuentan con más componentes dentro de la tecla que envían la señal al CPU: resortes, una carcasa por tecla, etc., el resorte crea una resistencia que regresa la tecla a su posición original cuando deja de presionarse, la diferencia es que el mecanismo que envía la señal al CPU se encuentra dentro de la tecla, este mecanismo, al accionarlo, se encarga de abrir y cerrar un circuito electrónico correspondiente a la tecla una vez cada que la presionamos y la liberamos. Este mecanismo es mejor conocido como “switch”.

Switch teclado mecánico

Switch mecánico, se envía la señal a la controladora del teclado desde dentro de la tecla cuando hacen contacto las laminillas de metal (izq).

Punto de activación

Algo que también se debe mencionar para ambos casos, es el punto de activación. El punto de activación es el punto en el que la tecla debe presionarse para que el circuito se cierre y se envíe la señal al procesador del teclado y éste pueda interpretar en el CPU qué tecla se presionó.

Para accionar el punto de activación en los teclados de domo de goma, hay que presionar la tecla directamente hasta el fondo para que hagan contacto los componentes y se cierre el circuito.

El punto de activación en los teclados mecánicos, se encuentra a la mitad del camino cuando se presiona la tecla, por lo cual no es necesario accionar totalmente la tecla a fondo para cerrar el circuito, incluso en algunos casos no es necesario esperar a que regrese la tecla a su posición original para poder enviar la señal de un nuevo teclazo, el procesador recibirá la señal en cualquier momento.

Lo anterior es muy importante, ya que deriva en menos fatiga en los dedos y una rápida escritura, claro, que esto no se verá de la noche a la mañana y como todo, requiere práctica, pero al final te irás acostumbrando. Además, los teclados mecánicos son superiores ergonómicamente hablando por la forma en que se posicionan las teclas y su acabado final.

Pero el beneficio principal de los teclados mecánicos es la sensación y comodidad que te dan a la hora de utilizarlos. Si nunca has utilizado un teclado mecánico, te sorprenderá  la forma en que responde, la sensación sólida al escribir y la calidad de un buen teclado (dependiendo la marca y sus acabados), quizá una vez que cambies a estos teclados, no quieras regresar a uno de domo de goma.

En promedio, la vida útil de un teclado de domo de goma es de 5 a 10 millones de teclazos, para los switches mecánicos se tiene un promedio de vida de 50 millones.

Estos teclados no serían tan populares entre los gamers si no fuera un accesorio tan personalizable. Se le pueden cambiar las teclas una a una o bien reemplazar todas las teclas por algunas de nuestra preferencia, se pueden intercambiar los switches en específico para las teclas que queramos y algunos vienen con un LED para cada tecla.

WASD

Teclados personalizables. Teclas intercambiables.

En nuestra siguiente entrega analizaremos el componente más importante de un teclado mecánico: el switch.

PARTE 2: Switches

Autor

Entusiasta del hardware, apasionada de los videojuegos y la actualidad tecnológica. Siempre estando a la vanguardia con las noticias más relevantes y del hardware, gaming y móviles.
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