[KiCAD] Schemat & projekt PCB - wątpliwości

[MasteR_PuppetS]

Witam, witam

Jestem w trakcie projektowania PCB i nachodzą mnie pewne wątpliwości, co do słuszności zastosowania niektórych rozwiązań. W związku z powyższym będę wdzięczny za jakiekolwiek udzielone wskazówki.

(Schemat w załączniku)

1. Za wszelką cenę chcę uzyskać płytkę jednostronną, konsekwencją tego jest konieczność zastosowania połączeń za pomocą "drutów" aby dociągnąć zasilanie we wszystkie potrzebne miejsca, połączyć masę, a także poprowadzić niektóre ścieżki (niezwiązane z zasilaniem).

Tego typu połączeń będzie przynajmniej kilkanaście - i zastanawiam się, czy to ma szanse powodzenia? Próbowaliście już kiedyś czegoś takiego ?

(GND1 łączy się z GND2, 3 z 4, etc)

2. Prowadzenie masy pod obudowami układów scalonych (w tym mikrokontrolera i mostka H) - czy niesie to ze sobą jakieś zagrożenie?

3. Zmostkowanie kanałów mostka TB6552 - nie wiem czy wykonałem to poprawnie - i chodzi mi raczej o rozwiązanie zastosowane na PCB, bo sam schemat połączeń wydaje się prawidłowy.

4. Przetwornica Lm2596 - zasilanie będzie dostarczane z baterii Li-Pol 11.1V, więc zgodnie z notą katalogową powinienem zastosować na wejściu kondensator 680uF (a stosuje 470uF) oraz cewkę 33uH (a ja mam 47uH). Stosuje inne wartości ponieważ nie udało mi się dostać w.w. Czy te niewielkie różnice w parametrach elementów mogą powodować nieprawidłowe działanie przetwornicy ?

5. Wyprowadzenie pinu reset - mam wątpliwości co do poprawności, zarówno na schemacie jak i na PCB.

6. Zasilanie mikrokontrolera

a) czy VBAT trzeba podłączać do 3V3 ?

b) rozmieszczenie kondensatorów przy nóżkach mikrokontrolera - nie wiem czy w miare optymalne.

Pozdrawiam.

LetsStartAgain.pdf

[marek1707]

1. Oczywiście, że próbowaliśmy. Mój sposób na projektowanie takich płytek jest taki, że ścieżki rysuję na TOP (by elementy SMD leżały od razu na dobrej stronie) a stronę BOTTOM wykorzystuję do rysowania w miarę prostych ścieżek, które w rzeczywistości zastąpię drutami. Nie muszę rysować żadnych dodatkowych punktów ani ich numerować. Do tego programy mają mechanizm przelotek automatycznie łączących warstwy i zachowujących spójność netlisty.

2. Nie, nie grozi.

3. Jeżeli schemat jest prawidłowy, to PCB będzie także. Przecież musisz korzystać z przejścia przez netlistę by mieć pewność, że zrobiłeś płytkę do tego schematu który narysowałeś. Inaczej to nie ma sensu.

4. Pojemność kondensatora wejściowego zależy od prądu obciążenia i od częstotliwości pracy przetwornicy. Jeżeli w dokumencie był przykład dla np. 2A a Ty będziesz pobierał 200mA, to może być nawet mniejszy. Ważne, by był to nowoczesny kondensator Low-ESR. Przy małych prądach większa cewka jest nawet trochę lepsza, bo przetwornica pracuje wtedy w tzw. discontinuous mode i generuje paskudnie dużo zakłóceń. A w sumie to po co Ci Tak wielki kloc do zasilania paru scalaczków?

5. Możesz opisać te wątpliwości?

6a. Te informacje masz w Data Sheet procesora. To dokument obowiązkowy - powienieneś go dobrze przestudiować zanim zabrałeś się za robienie schematu. Po co pytasz o to internet?

6b. Kondensatory muzą blokować pary wyprowadzeń Vcc-GND każdego scalaka, więc na PCB niektóre są umieszczone niepoprawnie.

Kilka uwag ogólnych:

Niezawodność działania takiego układu będzie dobra, gdy najważniejszy obwód czyli masa będzie zrobiony poprawnie. Wszystko inne może iść ścieżkami, drutami i gdzieś dookoła. Jeżeli masę ciągniesz źle, wszelkie sygnały cyfrowe przestają mieć dobry poziom odniesienia a scalaki tracą grunt pod nogami.

Jeżeli na pokładzie masz przetwornicę impulsową (a masz), jej masę prowadzisz w pierwszej kolejności. Musi być ona wielkim plackiem miedzi do którego będą podłączone kondensatory wejściowe, sam układ, dioda i kondensatory wyjściowe.

Jak rozumiem planujesz użycie 2596 w wersji 5V? Nie napisałeś tego na schemacie.

No i przede wszystkim: zanim zaczniesz rysować płytkę musisz usunąć błędy ze schematu.

Jeden sonar dostał same sygnały wyzwalania a drugi same wyjścia.

Serwa powinny absolutnie dostać własny stabilizator. Nie powinny być na tej samej szynie zasilania co np. czułe sonary ultradźwiękowe.

Enkoder nie dostał zasilania na złącze.

Trudno weryfikować schemat jeśli dioda nazywa się Schottky.

[MasteR_PuppetS]

Dziękuję za odpowiedź

Ad. 1 Z pewnością wykorzystam ten sposób projektując następną płytkę (mam nadzieję, że ta nie okaże się aż tak niepoprawna, by trzeba ją było projektować od nowa)

Ad. 4 No właśnie bardzo nie podobał mi się pomysł zastosowania tej przetwornicy, ale zdecydowałem się na nią ze względu na brak dostrzeganych przeze mnie alternatyw. Uznałem, że będę potrzebował te około 2A ze względu na serwa, które trochę tego prądu ciągną, jeśli się nie mylę.

Choć teraz, w oparciu o to co napisałeś, zastanawiam się, czy rozsądne byłoby zastosowanie dwóch stabilizatorów z 11V na 5V, jeden tylko do serw - zgodnie z Twoim zaleceniem.

Niepokoi mnie jednak trochę ten duży spadek napięcia.

Bądź co bądź, jeżeli udałoby się pozbyć tej przetwornicy - to znacznie ułatwiłoby mi zadanie.

Ad. 5 Po prostu nie wiem, czy ten sposób podłączenia jest prawidłowy tzn. zwarty do zasilania przez opornik, zwarty do masy przez kondensator i zwierany do masy za pomocą switcha - w celu zresetowania. No i pozostaje jeszcze kwestia tego, że ten reset to od razu od mikroprocesora ciągnę drutem na drugą stronę (uC), a dopiero potem wykonuje te połączenia.

Ad. 6b Dobrze wiedzieć!

Tak z ciekawości spytam, jeśli tak nie jest, to po prostu kondensator filtruje dużo gorzej, czy powoduje to jeszcze jakieś inne niepożądane efekty?

Czyli masa koniecznie powinna być w całości połączona bezpośrednio na płytce i nawet pozbycie się tej przetwornicy wymusza na mnie przeprojektowanie tego w ten sposób, by masę w żadne obszary nie dostarczać za pomocą przewodów nad płytką ?

Co do tych sonarów - to zrobiłem to celowo - bo płytka ma być jednostronna, a tak się układają wyprowadzenia z mikroprocesora. Zamierzam po prostu do każdego czujnika podłączyć 3 piny z jednego złącza i jeden z drugiego. Taką decyzję podjąłem już na etapie projektowania PCB, dlatego tak fatalnie jest to oznaczone na schemacie.

Przy złączu enkodera nie ma zasilania, bo zamierzałem je podawać z szeregu tych wyprowadzeń na 3V3. i tak będzie musiało iść kabelkiem, w dodatku będzie to dość daleko od płytki, więc uznałem że nie ma sensu dodatkowym kabelkiem przenosić to w pobliże złącza.

Dzięki raz jeszcze.

Twoje rady są niezwykle wartościowe i sporo rzeczy mi uświadamiają.

Pozdrawiam.

[marek1707]

Przetwornica 2596 to dość stary układ. Jest popularny, bo cała seria Simple Switcherów - mimo dość wysokich cen, była miło odporna na wysokie napięcia zasilania (np. w samochodach trzeba przetrzymywać kilkadziesiąt V) i prosta w projektowaniu, które sprowadzało się do dobierania elementów z tabelek podanych przez producenta (ówczesny National, dziś Texas Instr). Jest jednak dużym klockiem pracującym na stosunkowo niskiej częstotliwości na której dzisiaj ostały się jedynie starsze i co mocniejsze układy. Rzuć okiem np. na to:

http://www.tme.eu/pl/details/st1s10phr/regulatory-napiecia-uklady-dc-dc/st-microelectronics/

Pracując na 800kHz będziesz miał dużo mniejszy dławik a nieobecność diody zastąpionej przez wewnętrzny, sprytnie sterowany tranzystor rewelacyjnie poprawia sprawność całości. Kondensatory we/wy wystarczają ceramiczne przez co układ zasilania robi się mniejszy i bardziej spójny. Czymś takim możesz popędzać swoje serwa a jeśli wstawisz dwie to druga załatwi procesor i resztę. Takich scalaków jest dziś dużo.

W przypadku użycia do układów cyfrowych stabilizatora liniowego, napięciem wejściowym nie musisz się przejmować. Ważny jest iloczyn spadku napięcia we/wy i prądu bo to Cię boli - moc cieplna. Oczywiście stabilizator musi przeżywać na wejściu dużo więcej plaujesz mu zapodać, ale to chyba jasne. Taki rozbudowany komplet czujników plus te kilkanaście mA na procesor mogą już zrobić pół Wata a do tego trzeba już kawałek radiatora. Biorąc coś w "porządnej" obudowie typu DPAK (np. L4941 - masa na radiatorze więc miło) lub SOT223 (np. LM1117) bez problemu sobie z tym poradzisz.

Rozważ też użycie gotowych modułów zasilających. W jednostkowych projektach to bardzo wygodne rozwiązanie. Niektóre mają regulowane (możesz sobie ustawić np. 6V ulubione przez serwa) a inne stałe napięcie i szeroki zakres prądów do wyboru, więc zawsze coś znajdziesz:

http://www.tme.eu/pl/katalog/#id_category=113327&page=1&s_field=artykul&s_order=ASC