14 Tipps zum Entwerfen einer PCB-Programmier- und Testplatine

Systemdesign

1.System / Vorentwurf

Bei der PCB-Programmierung sollte das Hauptaugenmerk darauf liegen, das Gesamtdesign der Platine zu verstehen, bevor Sie beginnen. Wenn Sie wissen, welche Komponente wohin passt, wird der Designprozess viel komfortabler.

Der vorläufige Entwurf umfasst zwei wesentliche Schritte. Zuerst sollten Sie ein Diagramm des gesamten Systems erstellen. Behandeln Sie dies als Ihre Design-Blaupause. Die Blaupause führt Sie zu den Eingaben und Ausgaben, ohne auf zu viele Details einzugehen.

Es soll eine Vorstellung davon haben, wie das gesamte Board funktioniert und verbunden ist.

2.Blockdiagramm

Ein Blockdiagramm enthält einen Block für jeden signifikanten Komponentencluster. Die Art und Weise, wie diese Module miteinander verbunden sind, wie sie interagieren und wie viel Spannung durch jede Stufe fließt.

Wenn alle diese Blöcke zum Diagramm hinzugefügt werden und wie viel Anfangsenergie erforderlich ist, fügen Sie diese Details dem Bild hinzu. Es erleichtert Ihnen die Arbeit, indem es eine Vorstellung davon gibt, ob Sie Spannungsregler zum Schalten für jeden Kernblock benötigen.

Sie benötigen Shifter zur Spannungssteuerung, da zwei elektrische Teile durch die Contributor-Spannung miteinander verbunden sind. Wenn diese beiden elektrischen Teile unterschiedliche Energieniveaus verbrauchen, müssen Sie einen Schalthebel verwenden.

3.Mikrocontroller auswählen

Sie können entscheiden, welche Art von Mikrocontroller Sie verwenden möchten, basierend auf einigen notwendigen Details wie Kosten, Verfügbarkeit, Eigenschaften usw. Sie können alle diese Details von der Website der Distributoren erhalten.

Preis über Leistung – Arm Cortex-M ist ein Qualitäts-MC, weil sie so günstig sind, wie viel Leistung Sie aus ihnen herausholen können. Selbst wenn Sie nur für 8-Bit-PCB programmieren, können Sie sich einen 32-Bit-Cortex-M leisten und sollten ihn verwenden.

Leistung – abhängig von der Anzahl der GPIO-Pins und davon, welche das serielle Protokoll verwenden.

Die einfachsten und billigsten Mikrocontroller haben 32 Pins mit unterschiedlichen Arten von Funktionen. Die Spitze der Linie hat bis zu 216 Pins; Dies könnte jedoch zu komplex sein, um damit zu arbeiten, wenn Sie ein Anfänger sind.

Bedrahtetes Gehäuse – Dies ist ein hervorragendes Merkmal, da die Pins des Mikrocontrollers leicht verfügbar werden. Bei Paketen, die ohne Führung geliefert werden, sind die Stifte unter dem Behälter versteckt. Das bedeutet, dass es schwierig ist, die Nägel zu erreichen, wenn Sie keine Testpunkte zur Verfügung haben.

PCB-Programmierung – Schaltplanentwurf

Beginnen Sie mit dem Stecker, einem Regler zur Spannungssteuerung, einem MC-Chip und einem PCB-Programmierstecker.

4.Kondensatoren

Dazu gehen wir wie folgt vor.

1. Beginnen Sie das Design, indem Sie einen Kondensator über dem Eingangsstift des Reglers positionieren. Setzen Sie einen weiteren Kondensator auf den Ausgangsstift des Reglers. Der erste ist für die Eingangsspannung und der zweite dient zum Speichern von Ladung, um sie an unbeständige Lasten weiterzugeben. Der zweite Kondensator dient auch dazu, Stabilität mit dem Regler zu schaffen. Ohne dies wird der Regler schwanken.

2. In der Nähe der Versorgungspins des MC platzieren Sie Kondensatoren zur Entkopplung. Sie können Experten konsultieren, um zu erfahren, welche Art von Kondensator für diese Funktion verwendet werden sollte.

5.Mikrocontroller-Pinbelegung

Hersteller von Mikrocontrollern konfigurieren normalerweise viele verschiedene Funktionen auf demselben Pin, um die Gesamtzahl der erforderlichen Befestigungselemente zu reduzieren.

Am Anfang beginnt die Verwendung des Nagels automatisch. Diese Pins können aber auch alternative Funktionen haben. Stellen Sie sicher, dass Sie nicht zwei Dienste einem Pin zuweisen müssen.

6.RC-Oszillatoren

Die Uhr ist eine notwendige Komponente, da sie bestimmt, dass der Mikrocontroller die Funktionen jede Sekunde in der richtigen Reihenfolge ausführt. Einige Mikrocontroller mit vorinstallierten Uhren überwachen Timer, auch RC-Oszillatoren genannt weil sie das Timing eines Kondensators und eines Widerstands kombinieren. Der Nachteil ist, dass sie eine geringere Genauigkeit haben. Die Temperatur kann die Genauigkeit der Oszillation stark beeinflussen.

Für Starter-Kits sind sie ausgezeichnet. Wenn Sie jedoch etwas entwerfen, das eine extreme Zeitgenauigkeit erfordert, sind diese Uhren nicht zu empfehlen.

7.Programmieranschluss

Es gibt nur zwei Programmierprotokolle:das JTAG-Protokoll und das Serial Wire Debug-Protokoll.

Das SWD benötigt nur fünf Pins, um Takt, E/A, Masse, Contributor-Spannung und Reset auszuführen. Wenn Sie ein kleines Board entwerfen möchten, kann dies die ideale Wahl sein.

JTAG-Anschlüsse können eine große Anzahl von Pins haben und für komplexe Programmierung geeignet sein.

8.Macht

Der Mikrocontroller benötigt eine Beitragsspannung, um die Komponenten zu steuern. Dazu können Sie ein externes USB-Ladegerät verwenden. Berechnen Sie die Ausgangsspannung, die den Regler speist, und den stabilen Ausgang daraus, um zu entscheiden, welche Versorgung für Ihr Design geeignet ist. 1 GPIO-Pin benötigt etwa 24 mA Strom, berechnen Sie also den Quellstrom in Abhängigkeit davon. Bei Basismodellen kann der Mikrocontroller problemlos bis zu 300 mA verbrauchen.

9. Elektrische Regelprüfung

Sie können einige Fehler für Pins mit Hilfe von farbigen Häkchen setzen. Es wird Ihnen sofort sagen, ob es irgendwelche Probleme mit dem Board gibt und woher das kommt.

Der letzte Schritt besteht darin, zu überprüfen, dass Sie keine Kurzschlüsse innerhalb der Wetten, Pins, die sich berühren, oder Pins, die nicht verbunden sind, haben.

PCB-Layout-Design

In diesem Schritt können Sie beginnen, alle Komponenten innerhalb des Designs der Leiterplatte zu platzieren. Sie können dann „In PCB konvertieren“ verwenden, um sicherzustellen, dass das Design das endgültige Produkt mit allen vorhandenen Komponenten erstellt.

10. Komponentenplatzierung

Dieser Schritt kann die korrekte Positionierung der Teile überprüfen. Wenn Sie Software für das PCB-Design verwenden, können Sie bereits Komponenten an Ort und Stelle platzieren. Aber für eine bessere Leistung des Layouts machen Experten es gerne manuell.

Stellen Sie sicher, dass der Regler den Micro-USB-Anschluss positioniert und der Ausgang in der Nähe des Eingangsstifts liegt. Sie können den Stecker dann zum Programmieren an einer Stelle platzieren, die Ihrer Meinung nach zum Design passt. Nachdem alles vorhanden ist, können Sie die Widerstände, Induktivitäten und die verschiedenen Kondensatoren, die wir besprochen haben, posten.

11.PCB-Schichtstapel

Die Leiterplatte ist eine Ansammlung von Schichten, die übereinander gestapelt sind. Wenn Sie leitfähige Bleche haben, müssen sie Isoliermaterial zwischen sich haben. Sie können maximal zwei davon haben, vorzugsweise an den Außenseiten. Wenn Sie die Designs weiter entwickeln, können Sie weitere leitfähige Schichten in gerader Anzahl hinzufügen.

12.Leiterplattenverdrahtung

Die Verdrahtung erfolgt in der Regel nach der Bestückung. Sie können dies automatisch oder manuell tun. Der automatische Prozess ist nicht sehr effizient.

Das Hauptprinzip des Routings besteht darin, dass Sie die Höhe der Spuren verkürzen müssen. Es wäre hilfreich, wenn Sie auch die Anzahl der verwendeten Durchkontaktierungen und alle 90-Grad-Drehungen verringern würden. Je stärker die Beweise sind, desto kritischer werden diese Grundsätze.

Sie können es über Vias verwenden, wenn Sie versuchen, die Kosten für den Bau eines Prototyps zu senken. Die blinden und vergrabenen Durchkontaktierungen sind in der Regel viel teurer. Die Leiterbahnen sollten auch den Stromfluss bewältigen, oder er schmilzt und verursacht, dass die Platine beschädigt wird.

13.Verifizierung

Bei der Verifizierung müssen Sie sicherstellen, dass die Designregeln verifiziert sind und auch das Schema validiert wurde.

Die DR-Prüfung stellt sicher, dass Sie die richtige Leiterbahnbreite verwendet und ausreichend Platz zwischen den Markierungen gelassen haben und dass der Abstand zwischen der Platine und dem Nachweis korrekt ist.

Die Drs hängt davon ab, welche Leiterplatte Sie entwerfen. Es wäre also hilfreich, wenn Sie die richtigen Regeln hätten, bevor Sie mit dem Design beginnen.

14.Gerber erzeugen

Nach Abschluss der Verifizierung müssen Sie das Leiterplattendesign in das branchenübliche Format umwandeln. Dieses Format ist als Gerber bekannt. In diesem Format hat jede Schicht auf der Leiterplatte Ausgaben in verschiedenen Dateien. Seide, Bestückung, Lötstopplack, Paste sind die Schichten. Sie müssen auch eine Datei erstellen, die die Positionierungsdetails der Komponenten enthält. Der Hersteller verwendet diese Datei, wenn er die automatische Komponentenplatzierung betreibt. Sie können diese Dateien an den Hersteller Ihrer Wahl senden.

Zusammenfassung

Wir analysieren den PCB-Designprozess durch kundenspezifische Mikrocontroller-Programmierung. Wir haben eine kurze Einführung in den Prozess gegeben, um sicherzustellen, dass Sie den Schritten folgen können.

Wenn Sie weitere Fragen zur PCB-Programmierung haben, können Sie uns rechtzeitig kontaktieren.

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