Printplaatje ontwerpen

[Mr_gadget]

Het lijkt me leuk en nuttig om eens een keer mijn eigen printplaatje te ontwerpen en laten maken. Ik heb niet echt direct iets nodig maar dat is misschien wel handig als oefening. Wel heb ik een MPU6050 (Six-Axis Gyro + Accelerometer, QFN package) en HMC5883L (compass, LCC package) liggen. Dus hiervoor zou ik een printje kunnen ontwerpen. Verder heb ik nog een gift coupon liggen van 20 dollar seeedstudio liggen die gebruikt zou kunnen worden voor de PCB service.

Dus:

• Print maken bij seeedstudio
• MPU6050 en HMC5883L en een voeding (5V -> 3.6). Misschien nog een SMD arduino chip erbij? Zodat het bruikbaar is als flight controller oid? Ik moet er geloof ik minimaal 5 laten maken dus misschien kan ik iets maken wat voor anderen ook nog nuttig is?

Vragen:

• Welk PCB programma adviseren jullie?
• Hoeveel lagen heb ik nodig, lukt dit op een goedkopere (kleinere pcb met minder lage)?

Sparkfun heeft al een breakout boardje gemaakt:
https://www.sparkfun.com/products/10530

[jeroen3]

Voor de hobby gebruik ik altijd [url="EAGLE "]Eagle[/url]. Dit is in de loop der jaren bijna de onofficiele standaard geworden in de open source wereld. Seedstudio (en iTeadStudio, en Smart Prototyping... etc...) leveren pcb rules en gerber file export scripts voor Eagle. Zeker makkelijk voor beginners. Sparkfun publiceert hun bilbiotheken en designs, en heel veel open source hardware is gemaakt in eagle.

Eagle is niet het meest intuïtief, maar het werkt.
Alternatieven zijn er genoeg, waarvan de kosten, gebruiksgemak en complexiteit enorm verschillen.
Wikipedia: Comparison of EDA software

[ Voor 10% gewijzigd door jeroen3 op 21-07-2014 14:33 ]

[Paul]

Zelf gebruik ik voor dit soort zaken ook altijd Eagle

Let goed op de ontkoppeling, ground planes etc, zeker als je er een microcontroller bij zet Headers om er een break-out board naar bijvoorbeeld een arduino van te maken is ook nog een optie. Je zou per chip een break-out bordje kunnen maken, vergeet dan bij de MPU geen headertje (of solder pads) voor de LSB van de adressering zodat je er eventueel een 2e aan kunt hangen

[AlexanderB]

Vind zelf Abacom Sprint Layout 5.0 prettiger werken dan Eagle, en je kan dezelfde bestandsformaten exporteren. Voor de rest, +1 voor het bovenstaande.

[Sprite_tm]

Je kan ook KiCad gebruiken. Het is open-source en Cern heeft er de laatste tijd best yummy features ingestopt.

[Mr_gadget]

Bedankt voor de tips! Ik heb voor Eagle gekozen omdat Sparkfun wel aardige tutorials ervoor heeft.
Als ik iets zelf heb gemaakt zal ik het hier laten zien

[lordprimoz]

ik gebruik zelf ook Eagle. Met de gratis versie kan je dacht ik printjes van 10x10cm maken( enkel tweelaags).
voor zon beetje ieder simpel ontwerp zijn 2 laagse pcbs meer als genoeg. Zeker om mee te beginnen.

Dit is trouwens ook nog een optie om goedkoop pcbs te laten maken: http://www.elecrow.com/2-...pcs-color-free-p-418.html Krijg je 10 stuks van 5x5 met gratis kleur, moet je maar eens kijken.

[timberleek]

Ik weet niet hoe je soldeerskills zijn, maar qfn en lcc zijn niet de simpelste packages om met de hand te doen (of kun je reflowen?)

[Mr_gadget]

Klopt, daarom maak ik er ook een printje voor. Misschien dat ik daar iemand voor inschakel die het wel kan. Of iemand met een hetelucht bout.

[Damic]

Lcc valt nogal mee, maar die qfn

[lutkeveld]

(T)QFN packages zijn echt not done met een soldeerbout. Dat moet je echt gaan reflowen.

[wesleytjuh]

Of een hete lucht bout. Met een normale soldeerbout kun je het inderdaad wel min of meer vergeten.

[jeroen3]

Het kan wel.
Met zoveel mogelik gemetalliseerde via's kun je de print met de soldeerbout van onderaf verhitten en de chip reflowen. Op youtube staan hier wel filmpjes over.

Maar hete lucht gaat vooralsnog het beste, mits genoeg flux.

[lordprimoz]

zonder ervaring met solderen van die ic's zal het lastig worden om deze te solderen. Het zal makkelijker zijn om een vergelijkbare ic te zoeken met een andere package.

Chips met een wat grotere aantallen pins kan je redelijk makkelijk solderen met een wat grotere punt. Gewoon de pinnen vol solderen en dan met desoldeer lint de overtollige tin er weer afhalen. Andere manier is dragsoldering, maar dan moet je een punt hebben die vlak is en goed flux aanbrengen.

[Mr_gadget]

Even een update, heb de componenten getekend. Ga de HMC5883L nu als i2c slave gebruiken van MPU-6050. Dan kan MPU-6050 sensor fusion doen.
Zit alleen wel met de componenten, welke package maar voor de condensatoren is handig? 0805 of 1206? Wat gebruiken jullie zelf het meest? En waar halen jullie die vandaan? Als ik bij Farnell zoek dan zijn er teveel mogelijke types..Ceramic / Tantalum e.d.
Zo'n smd boek lijkt me makkelijk maar de waardes die ik nodig heb zitten er weer niet allemaal in..

Schema:

[ Voor 11% gewijzigd door Mr_gadget op 03-08-2014 19:17 ]

[Damic]

www.smdshop.nl 1206 is kleiner dan de 0805

trouwens er staat volgens mij een fout in je schema, 2x aux_cl op dezelfde chip

[ Voor 49% gewijzigd door Damic op 03-08-2014 19:19 ]

[jeroen3]

De SMDshop is prima plek om zo'n starterkit te kopen. Voor navullingen of specials kun je naar:
http://www.dx.com/s/capacitor+smd, of eBay, dan heb je vaak nog keus tussen Duitsland, United Kingdom of China. Met de daarbij horende, één week, twee weken en drie tot vier weken levertijd.

Let erop dat ceramische niet geschikt zijn als stabilisatie van je voeding, hiervoor moet je elektrolytisch of tantalum hebben.
Verder is 0805 uitstekend te solderen, 1206 is duplo en 0603 is net niet meer fijn werken. Let erop dat het vermogen van weerstanden in 0805 minder is dan 1206!

[Paul]

Wat is U2 voor chip? Ik mis her en der (ook bij de andere chips) wel wat ontkoppeling. Bij de MPU staat deze in de datasheet (sectie 7.2), maar ook de rest kan wel wat ontkoppeling gebruiken.

[lordprimoz]

Damic schreef op zondag 03 augustus 2014 @ 19:17:
www.smdshop.nl 1206 is kleiner dan de 0805

trouwens er staat volgens mij een fout in je schema, 2x aux_cl op dezelfde chip

Even een verbetering, De 1206 package is groter als de 0805. Met een beetje normale bout kan je de 0805 nog prima solderen. Met een beetje moeite lukt de 0603 ook nog wel.

Als je echt kleiner moet kan je met een speciale punt ook nog 0402 nemen, maar alles hieronder wordt zeker in hobby projecten niet toegepast.
De maten die hier nog onder zitten zijn de 0201 en de 01005.

De 0805 resistors kunnen trouwens maximaal 1/8W aan stroom aan. De 1206 max 1/4W. Natuurlijk zijn er speciale versies die meer aankunnen, maar hou er rekening mee.


Wat betreft de condensatoren, ik zou gewoon de waardes die je specifiek nodig hebt aanschaffen. Daarnaast zou ik wat meer handige waardes nemen, namelijk 100uF, 10uF, 1uF, 100nF en 22pF

voor snelle levering kan je terecht bij smdshop.nl of farnell / conrad etc. Als je meer tijd hebt kan je via ebay alles uit china halen.


EDIT:
zorg dat je voor goede decoupling zorgt bij je ic's, goede regel is om per ic minimaal 1 decoupling cap te hebben die zo dicht mogelijk bij de VDD ingang zit. Indien je ic meerdere VDD ingangen heeft moet je ervoor zorgen dat er bij iedere ingang eentje zit.

[ Voor 10% gewijzigd door lordprimoz op 04-08-2014 18:13 ]

[Zerobase]

Hier ook Eagle gebruiker. Ik heb ooit de 'hobbyist version' gekocht. Daarmee kun je tot een formaat van 100mm x 160mm printen maken (eurokaart) en 6 layers (ik ben nog niet verder gekomen dan 4).

QFN solderen is met juiste gereedschap goed te doen. Denk hierbij aan een pre-heater om de print op te warmen (http://www.eleshop.nl/aoyue-853a-preheater-p-175.html), flux (geen S39!) en een heteluchtbout. Eventueel nog een rol kapton tape en je hebt alles in huis.

Op youtube kun je genoeg filmpjes vinden met hoe het moet.

[jeroen3]

Een goede pincet.

Meestal 100 of 200 nF-ceramic direct naast de chip pin, en 1 tot 2.2 uF ceramic iets verderop.
En een 4.7 tot 10 uF tantaal (of ceramic) waar je chip power van de voeding aftakt.
Soms zelfs nog wat ferrite beads, als je bijvoorbeeld LEDs met PWM hebt, of gebruikt maakt van draadloos. Maar die zijn prijzig, dus dat is meestal wegbezuinigd.

Elektrolytisch is alleen te vinden bij de smps en ldo.

(let op, bij smd tantaal is de zwarte markering de +)

[ Voor 8% gewijzigd door jeroen3 op 04-08-2014 19:03 ]

[Mr_gadget]

Ga het waarschijnlijk met hetelucht doen. Hoewel ik ook net dit leuke oefenprintje heb binnen gekregen: http://www.ebay.com/itm/D...geName=ADME:X:AAQ:US:1123

Update in het schema:

Zit me af te vragen of de pull ups voor de i2c verbinding tussen de chips nodig is, de datasheet van de magento geeft hem wel weer terwijl de mpu hem niet heeft..
En ik heb de ontkoppeling zoals die in de datasheet staat toegepast.

[PE4000]

Klopt die led weerstand R3 van 10k wel? Beetje hoog...

[Mr_gadget]

Hmm, ja idd. Had het ergens gezien maar als ik een datasheet van een willekeurige 1206 led pak dan zit ik rond de 60 Ohm, bedankt

[jeroen3]

60 Ohm is veel te laag. High Brightness SMD LEDjes doen het al prima met 1k.

[Mr_gadget]

Maar als ik deze led pak:
http://nl.farnell.com/kin...ed-15mcd-625nm/dp/2099245
Dan:
Forward Current If: 20mA
Forward Voltage: 2V
Dan kom ik op 68 Ohm. Of kijk ik dan verkeerd?

[lordprimoz]

Mr_gadget schreef op donderdag 07 augustus 2014 @ 16:51:
Maar als ik deze led pak:
http://nl.farnell.com/kin...ed-15mcd-625nm/dp/2099245
Dan:
Forward Current If: 20mA
Forward Voltage: 2V
Dan kom ik op 68 Ohm. Of kijk ik dan verkeerd?

dit klopt inderdaad, maar dan heb je je led wel op zn uiterst belast. Normaal gesproken neem ik voor leds altijd 220ohm, maar hij zal bij 1k waarschijnlijk ook nog wel werken. gewoon een 1206 of 0805(als die je package gebruikt) plaatsen en er geen waarde bij zetten. Dan kan je achteraf altijd nog beslissen

[Mr_gadget]

Even een kleine kick
Ben bezig met routen alleen de autorouter komt er niet uit...komt tot 87% Wat is handig om dit te optimaliseren? Hij heeft nu problemen met data ready pin (DRDY). Die zou ik los kunnen doen. Maar op andere breakouts is hij ook op dezelfde connector dus het moet kunnen.
De autorouter verandert ook telkens mijn board size weer terug...

Schema:


Board


Routing

[Paul]

Dat is op te lossen door geen autorouter te gebruiken. Ja, het is een goede tool, maar je moet wel weten wat je ermee doet. Klakkeloos je hele board er doorheen gooien is niet de manier Wat een ontzettend groot aantal via's

Ik heb hier niet de beschikking over Eagle maar dat lijkt me echt veel strakker te moeten kunnen Gewoon handmatig proberen, bouw je schema na (dus R's en C's bij de bijbehordende U's zetten en kijken wat mooi uitkomt), ik verwacht dat je hooguit 3 via's nodig hebt, en waarschijnlijk zelfs geen, als je het een beetje logisch neerzet

[TMV]

Ik ben het met de bovenstaande reactie eens. Dit kan een stuk netter is is, mits een beetje doordacht geplaatst waarschijnlijk ook eenvoudiger te routen.

Schuif de functionele blokjes eerst knus op elkaar en leg er dan directe, korte verbindingen tussen de componenten. Vervolgens de functionele blokjes onderling ordenen en dan aansluiten..

Zorg er in ieder geval voor dat je ontkoppel c's lekker dicht op de voedingspinnen zitten en zorg ervoor dat je voedingsspanning altijd eerst via de ontkoppeling loopt.

En autorouter is een vies woord

[_Mithrandir]

Het makkelijkste bij routen van printen is eerst de componenten logisch neerzetten.

Wanneer je bij het plaatsen van je componenten al een hoop connecties ziet kruisen betkend dit dat je PCB moeilijker te routen word. Wanneer je PCB bij een externe partij laat produceren en de via's door gemetaliseerd zijn zou ik met niet zo druk maken om het aantal via's.

Verder kan de component opstelling die je nu hebt volgens mij een stuk dichter op elkaar want er zit nu wel een hoop onnodige ruimte tussen componenten volgens mij.

Wanneer alles op zijn plek staat, daarna lekker manual routen veel leuker en levert een stuk snelle het gewenste resultaat op dan een autorouter.

Tijdens het ontwerpen van een print moet je ook aandacht bestenden aan de produceerbaarheid van de print. Zorg dat de PCB voldoet aan de eisen die seedstudio stelt zoals minimale spoortdikte, afstand tussen sporen, minimale gat grote enz....

Verder wil ik je ook aanraden om geen hoeken in je sporten te leggen van 90 graaden maar van 45 graden.
Verder is het aan te raden om recht uit SMD pads te komen en niet met een hoek.
Dit alles om acid traps te voorkomen.

[Paul]

_Mithrandir schreef op woensdag 10 september 2014 @ 15:18:
Wanneer je bij het plaatsen van je componenten al een hoop connecties ziet kruisen betkend dit dat je PCB moeilijker te routen word.

Vaak te versimpelen door componenten te draaien, in een andere volgorde/locatie te zetten of, als dat mogelijk is, de volgorde of van een connector aan te passen

Niet altijd uiteraard, soms zijn er gewoon zaken die heel vervelend uitkomen

[jeroen3]

De autorouter is alleen nuttig als je geheugen moet routen. Waarbij dus veel sporen naast elkaar lopen en de timings ook een rol spelen.
Je bent dan wel een tijdje aan het proberen met de instellingen, handmatig is meestal sneller en beter.

Maar verder gebruik ik de volgende stappen:
- Controleer of je footprints kloppen.
- Teken de fysieke beperkingen van de behuizing op een niet-productie laag. Of bepaal vooraf je maximum formaat. 50x50mm bijvoorbeeld.
- Controleer dit met papier.
- Groepeer (dus niet netjes plaatsen) de componenten per blok, helaas ondersteunt eagle geen rooms zoals Altium dat kan. Dat zijn bij jou dus: voeding,mpu, en de hmc.
- Plaats de connectors op je bord, inclusief de daarbij horende emc noodzakelijkheden als je dat nodig acht(esd diodes, condensatoren, varistors en zekeringen)
- Teken een groter vierkant op tDocu om veelpinnige componenten (5mm o.i.d.) om solderen te vergemakkelijken. In dit vierkant plaats je dus niets anders.
- Plaats de ontkoppelingen en ferrite beads op de voedingen van IC's.
- Leef je uit op alle gegroepeerde elementen, plaats deze zodat het ratsnest een beetje klopt.
- Puzzel de subgroepen bij elkaar op het bord.
- Route de voedingen, dit mag geen "ring" zijn. Zie eindeloze emc handleidingen.
- Route de signalen tussen de groepen.
- Optimaliseer en controleer, met de hand. (dit duurt vaak het langst)

[Mr_gadget]

Bedankt voor de tips, had gehoopt dat er een magic bullet was Heb door een pin weg te laten en wat anders te plaatsen nu 90% routing kunnen krijgen. Maar het wordt dus zelf routen.

Heb even bij Sparkfun gespiekt, hoe zij hebben geroute. Maar als ik het ongeveer hetzelfde doe komt ie er ook niet uit helaas. Rechts die van mij ( kreeg de verkeerde lagen bij die van Sparkfun even niet uit helaas).

[lordprimoz]

of als ik jouw schema goed heb bekeken kan het ook zo:



die laatste trace kan ik niet voor je leggen, want ik zie niet waar die bij hoort.