Panel led ws2812B wlasnej budowy

[lucek20]

Muszę zrobić własny panel z ws2812b. Dorwałem na aliexpres ledy ws2812B 2x2 mm, idealna wielkość. Zacząłem robić płytkę pcb. Zajrzałem w datasheet i znalzałem schemat. 
Pytanie. Czy jeżeli dam kondensator w sposób który namalowałem będzie dobrze? Czy to koniecznie musi być według schematu. Pytam bo wydaje mi się, że to jest jedno i to samo połączenie, ale jestem po nieprzespanej nocy więc mogę się mylić.
Drugie pytanie. W jakim celu przy każdej diodzie jest kondensator? nie wystarczy jeden przy pierwszej diodzie?

[marek1707]

Pamiętaj, że schemat ideowy nie jest schematem montażowym. To, że ktoś narysował element czy połączenia w taki czy inny sposób do niczego Cię nie zobowiązuje. Taki rysunek przedstawia jedynie połączenia elektryczne. Jeśli jest inaczej, powinno to być wyraźnie zaznaczone i skomentowane. Czasem na schematach ideowych dodawane są przypisy słowne właśnie po to, by potem zrobić ze schematu dobry projekt ścieżek: "te elementy blisko U17", "para różnicowa Z_diff=120Ω", "odsunąć od cewki L2". Jeśli tego nie ma a Ty nie masz doświadczenia w projektowaniu i nie widzisz tego lub nie wnioskujesz z samego schematu ideowego, musisz całkowicie polegać na dobrych regułach projektowania PCB.

Tam masz już do czynienia z prawdziwymi prądami, napięciami, częstotliwościami, odległościami, pojemnościami, rezystancjami i opóźnieniami. I tutaj już bardzo ważne jest co, jak i z czym połączysz. Dobrze byłoby, abyś przed rozpoczęciem projekowania płytek poczytał trochę o tym. Nie warto tu robić wykładu, bo literatura jest bardzo bogata. W temacie blokowania (tak to się nazywa) zasilania pojemnościami można bez zbytniego problemu pewnie ze 100 pozycji znaleźć na półce. Także nie spiesz się tylko poczytaj. To nie jest takie proste, by odpowiedzieć jednym zdaniem. To trochę jak z pływaniem czy graniem na instrumencie: przecież nie nauczysz się tego od wysłuchania 5 minutowej opowieści albo przeczytania jednego akapitu. W Twoim przypadku, musimy przynajmniej wiedzieć jaka będzie topologia tego panelu diodek. Jak będą ułożone: czy w pasek, czy w matrycę (jaką?), jakie planujesz zasilanie: z czego, jak do tego źródła jest daleko, ile tych diodek będzie itp itd. Nie, w typowym rozwiązaniu nie musisz mieć kondensatora przy każdej diodzie, ale gdyby LEDy były daleko od siebie, to pewnie już tak. Poza tym kwestia jakie to kondensatory, a być może trzeba dać jeszcze jakiś większy na grupę kilku/-nastu/-dziesięciu LEDów. Jeśli chcesz zrobić gęstą matrycę (po coś szukałeś małych diodek), to ważne jest jak będziesz te zasilania prowadził. Czy po drugiej stronie płytki, czy poziomymi równoległymi paskami czy np. masa poziomo a zasilanie na spodzie pionowo. Słowem: wszystko jest ważne - jak w pływaniu, inaczej pójdziesz na dno.

https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf

https://www.eeweb.com/wp-content/uploads/articles-app-notes-files-1276571499-decoupling-capacitance-180321-040335.pdf

https://eepower.com/capacitor-guide/applications/coupling-and-decoupling/#

https://www.electronics-notes.com/articles/digital-embedded-processing/logic-circuits-design/design-guidelines-supply-line-decoupling.php

https://resources.altium.com/p/bypass-and-decoupling-capacitor-placement-guidelines

EDIT: Autor tego schemaciku nawet nie wysilił się by narysować go zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami: zasilanie jest na dole, masa na górze a przez liczbami stosuje bezmyślnie znak myślnika(?), co sugeruje, że mamy do czynienia z zasilaniem -5V (jest poniżej szyny masy więc położenie to potwierdza). Smutne to, że internet pełen jast takich nieuckich przykładów.

Edytowano Marzec 5, 2021 przez marek1707

[lucek20]

O kurcze, nie wiedziałem, że to takie skomplikowane. Myślałem, że przylutuje i będzie świecić. Panel będzie składał się z 168 led (12 w kolumn i 14 wierszy) jego rozmiar to 5x12 cm. Odstępy pomiędzy ledami w kolumnach to 2mm, a pomiędzy ledami w wierszach to 5,5mm W załączniku umieściłem pdf z programu easyeda. Zacząłem tam trochę "łączyć" ale postanowiłem, że lepiej spytam, żeby oszczędzić sobie zbędnej pracy. Do tej pory dawałem kondensator przy każdej diodzie, ale właśnie zastanawiam się czy potrzebnie.  W załączniku również jest fotka z planowanym ułożeniem ledów. A co do projektowania płytek, chyba skończy się na tej jednej🙂

PCB_ws2812b _2021-03-05_12-53-12.pdf

Edytowano Marzec 5, 2021 przez lucek20

[marek1707]

Ojej, to całkiem spory panel planujesz. 280 diodek po 60mA każda to wychodzi ponad 16A prądu gdy wszystkie odpalisz na biało 100%. Z czego chcesz to zasilać? Jak daleko będzie do tego zasilacza? Jak daleko będzie do sterownika? Czy taki panel będzie jeden? Jak i gdzie podłączysz zasilania sterownika? To wszystko są ważne pytania, bo przy 16A płynących przez GND, to na kawałku zbyt cienkiego przewodu masz 1V spadku. Przy tak gęstym upakowaniu, to faktycznie nie musisz montować przy każdej diodzie kondensatora, ale już co 2-4 będzie i tak potrzebny (MLCC 100nF/16V/0603). Do tego może chociaż jeden na kolumnę lub wiersz jakiś większy typu 10uF/16V ceramiczny w 0805. Bardzo ważne będzie przemyślane prowadzenie masy. Czy płytka będzie chociaż 2-warstwowa? Zasilania (a GND w szczególności) muszą tu być bardzo szerokie. Przemyślałbym przeznaczenie całej dolnej strony na GND, a na górze pociągnięcie szeregowej (taki łańcuszek nazywa się "daisy chain") linii danych od diodki do diodki i szerokiego "grzebienia" +5V wchodzącego między LEDy. Jeśli kondensatory na stronie TOP będą psuć ułożenie diodek (albo będą źle wyglądały - do czego w ogóle jest ten panel?), możesz je przenieść na spód. No i to się będzie trochę grzało, 80W na takiej powierzchni to zrobi się niezły piecyk. Musisz zachować odstępy i przepływy powietrza (montaż pionowy) i/lub posadzić całość na aluminiowym radiatorku o powierzchni takiej jak płytka, przyłożonym od spodu (i przyciśniętym? otwory na śruby?) i izolowanym przekładką silikonową lub mikową, no ale wtedy wszystkie elementy tylko na stronie TOP. 

EDIT: Z czego wynika takie a inne ustawienie diodek? Dlaczego nie zrobiłeś "kwadratowych pixeli" czyli równych odstępów w pionie i w poziomie?

Edytowano Marzec 5, 2021 przez marek1707

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[lucek20]

Fotka z rozmieszeniem ledów to tylko poglądowo, żeby pokazać sposób łączenia. Tak jak pisałem wyżej będzie ich 164, ale jak zawsze zagmatwałem xd.  Mam odpowiedni zasilacz, do zasilacza będzie max 20cm, panel będzie jeden. Zasilanie sterownika będzie osobne, tak, aby większy pobór prądu nie powodował resetu, a sterownikiem będzie esp32. Płytka będzie dwustronna, ścieżki GND i zasilania dałem 40 millis, ale spokojnie moge je zwiększyć do 60, albo mogę dać po jednej stronie GND a na drugiej zasilanie, wtedy ścieżki mogę dać i nawet 100 milis albo i więcej.  Spróbuję umieścić kondensatory na topie i z tyłu dać radiator wraz z wentylatorem, mam kilka takich, zostało mi gdy robiłem oświetlenie do growboksa. A panel będzie służył... może inaczej.. buduję analizator widma akustycznego, więc dla lepszego efektu wizualnego jest takie a nie inne rozmieszczenie ledów. Dzięki za tak jasne i obszerne odpowiedzi.

Zajrzałem w arkusz danych i według producenta "16mA operating current per channel" czyli max pobór jednej diody to 45 mA? 

edit///

konkretnie takie coś, tylko, że w wersji mini 5cm x 12cm

https://www.youtube.com/watch?v=HLl0jPP9b90&t=864s

 

Edytowano Marzec 5, 2021 przez lucek20

[marek1707]

Analizator? Fajnie, pokaż go koniecznie w akcji, gdy już zadziała 🙂 Zawsze chciałem coś takiego sobie zbudować a teraz to już mi przeszło...

To jeszcze kilka uwag:

ESP32 wypuszcza sygnały 3.3V i to jest na granicy łapania diodek zasilanych z 5V. Jeśli nie chcesz mieć problemów z komunikacją z pierwszą diodą (czyli ze wszystkimi także), wstaw już na samej płytce jakiś bufor HCT z wejściem Schmitta zasilany z 5V tak jak diody. To może być najtańszy 74HCT14 (dwie bramki w szereg bo jedna odwraca sygnał) lub 74HCT132 (także dwie bramki) lub elegancki 74HCT2G17 lub 2G14. Na wejściu daj mu opornik do masy, ale na razie nic tam nie montuj.

https://www.tme.eu/pl/details/74hct2g14gv.125/bramki-inwertery/nexperia/

https://www.tme.eu/pl/details/74hct14d.652/bramki-inwertery/nexperia/

A jeśli płytka będzie dwuwarstwowa, to GND daj koniecznie na całym spodzie. Złącze zasilania zrób gdzieś na środku krótszej krawędzi. GND od razu na spód a plus do szerokiej pionowej ścieżki (a wręcz rozlanego polygonu) o szerokości np. 500mils. Od tego wzdłuż górnej i dolnej krawędzi płytki bardzo szerokie (kilkaset mils) polygony i dopiero od nich pionowe od góry i od dołu ścieżki wprowadzaające +5V pomniędzy kolumny diod. W zależności od tego jak będzie przechodziła między kolumnami ścieżka danych. Na końcu każdej pionowej kolumny 10uF/0805 a tak co kilka diodek mniejszy 100nF/0603 między plus a GND. Nie wiem jaką technologię przewidujesz, ale jeśli przelotki mniejsze niż 0.3mm, to daj ich po kilka od kondensatora do masy. No i na samym wejściu jakiś elektrolit lub tantal 47...100uF/16V. Narysuj to nawet odręcznie i zapodaj tu, zabaczymy czy się zrozumieliśmy. Ciekaw jestem czy znajdziesz fajny radiator do tego, bo potrzebna powierzchnia "płaska" jest srtosunkowo duża (jakie to ma mieć wymiary?) a żeberka nie muszą być wysokie, nawet 1cm wystarczy, oczywiście ustawione pionowo. Moim zdaniem obejdzie się bez wiatraka, bo to jednak nie telewizor ma być a wskaźnik muzyki, więc średnio nie więcej jak 1/3, no może 1/2 diodek będzie świecić na raz a i to przecież nie na biało.

Przy tak cennym panelu dałbym też jakieś zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem zasilania, bo zasilacz o wydajności 20A podłączony na odwrót spali w mgnieniu oka nie tylko diodki, ale i być może ścieżki i kable. Celowałbym w szeregowy tranzystor PMOS, na pewno znajdziesz w sieci potrzebny układ, to raczej kwestia wyboru odpowiedniego (znaczy odpowiednio drogiego) tranzystora. Nie ma co na tym oszczędzać, bo nawet bardzo dobry będzie kosztował 10zł co jest ułamkiem ceny kompletu diodek. Musi przy sterowaniu z -5V bardzo już dobrze przewodzić i mieć co najwyżej 0.01Ω, co i tak daje stratę 0.16V i moc 2.5W więc obudowa co najmniej DPAK a najlepiej D2PAK albo któraś z tych nowych DFN czy PQFN. Ja bym wziął coś takiego:

https://www.tme.eu/Document/f7a2ee1df5f11604682a38ba836bf3d6/SPD50P03LGBTMA1-DTE.pdf

 

[lucek20]

Rozmiary mini 5cmx12cm. Buduję wzmacniacz  iAmp i chcę taki analizator wrzucić na front( oczywiście będzie się trochę różnił, tak, żeby pasował to całości). Mniej więcej będzie miał taką obudowę, albo inną, jeszcze się zastanawiam. A potem kto wie, może... albo na pewno zrobię wersje większą 😄. Muszę się przespać z tymi informacjami co dałeś bo za dużo tego jak dla mnie. 

Edytowano Marzec 5, 2021 przez lucek20

[marek1707]

Takie małe i mocno zintegrowane urządzenia są najtrudniejsze, bo na małej objętości muszą współistnieć dwa przeciwległe bieguny elektroniki: czyściutkie, niskoszumne i małosygnałowe wzmacniacze analogowe oraz bardzo szybko przełączające spore prądy klucze cyfrowe i zasilacze impulsowe. Nie jest łatwo zrobić to dobrze, zwykle w dużych firmach pracują nad tym zespoły inżynierów a i tak dopiero któraś iteracja modelu spełnia założone parametry. Wiesz, począwszy od doboru zasilaczy (chodzi mi o topologie, układy sterujące i przeciwzakłóceniowe, używane częstotliwości i tryby pracy itp a nie napięcia i prądy), rozdział i prowadzenie mas i zasilań, wzajemne ułożenie modułów, ekranowanie itd itp. Ja bym pomyślał od razu nad całkowitą izolacją galwaniczną części analogowej/sygnałowej od sterownika cyfrowego. Dużo łatwiejsze (i tańsze) jest takie projektowanie gdy na początku od razu wycinasz większość niepożądanych wpływów, niż późniejsza daremna walka z ich tłumieniem gdy już włażą na audio. Dostępne są transoptory analogowe więc da się w miarę łatwo przejść sygnałem z domeny analogowej do cyfrowej. Jeśli zepniesz masy jednego z drugim, może być bardzo źle (ale nie musi rzecz jasna) i długo nie będziesz wiedział dlaczego coś piszczy, szumi i brzęczy w zależności od tego co robi ESP (czy używa WiFi np) i co akurat pokazują diodki.

No to miłych snów..

[lucek20]

Dzięki za odpowiedź. Długo się zastanawiałem jak  ugryźć aby gnd (na całej powierzchni) i kondensatory  były na drugiej stronie płytki. Przyszedł mi do głowy pomysł taki aby wolny obszar zostawić w miedzi. To samo zrobiłem z zasilaniem. Zastanawiam się czy w ten sposób nie spowoduje zakłóceń na ścieżkach DATA. Odstępy miedzy vdd i ścieżkami są małe, a prąd według moich wyliczeń może płynąć max 8A. Nie dodawałem jeszcze żadnych zabezpieczeń o których pisałeś, na razie chcę to ogarnąć.

GND

VDD

 

// edit. Jeżeli chodzi o napięcie sterujące to na pierwszej diodzie obniżę napięcie zasilania do 4.3v (1N4007 ), a pozostałe diody zasilę z 5V. Dzięki temu napięcie sterujące obniży się na pierwszej diodzie do 4,3 * 0.7 = 3.01V, a na kolejnych ledach będzie to już 4.3V.  Zrobię taki manewr ponieważ szukam od kilku godzin jak podłączyć wymienione bufory przez Ciebie, ale nie ma żadnych schematów które by mi w tym pomogły.

gnd.pdf vdd.pdf

Edytowano Marzec 8, 2021 przez lucek20

[Gieneq]

@lucek20 w miarę możliwości wrzucaj proszę grafiki płytek/schematów, pdf jako dodatek dla dokładnego zapoznania się. Łatwiej jest przeglądać treść forum i odpowiadać, gdy są ilustracje. Dodaję do twojego wpisu screenshoty.

Edytowano Marzec 8, 2021 przez Gieneq