PCB untuk Drone


30

Saya membuat drone, dan akan senang jika seseorang dapat meninjau pekerjaan saya di tata letak PCB.

Gambar (merah di atas, biru di bawah, lingkaran menunjukkan lubang dan transfer sisi ungu adalah lem):

Skema PCB

Apa yang seharusnya terjadi:

Input dari radio adalah PWM 1-6, yang merupakan penerima RF yang memasukkan nilai mentah stik kontrol.

Dewan seharusnya dapat diprogram melalui komponen ICE 10.

MCU akan dapat mengambil input dari BMI055 (akselerometer) dan GPS dan menguraikannya secara valid.

Input Li-po adalah untuk membaca baterai, setiap kabel (selain yang pertama) adalah sel.

Komponen aux tidak menjadi perhatian sekarang.

PWM 7-12 adalah output, dan pergi ke sekelompok ESC, yang mengendalikan motor.

Saya merasa saya kehilangan banyak pasif; PCB tidak terlihat seperti yang lain yang pernah saya lihat (pada kenyataan bahwa ia hanya memiliki beberapa resistor dan 3 kapasitor dengan komponen canggih).

Referensi komponen:

GPS: RXM-GPS-R4

MC1: AC32UC3

U2 dan U3: Kristal

U1, AUX1, AUX2, semua PWM, U13, dan U14: Konektor

REG1: LD1117 (3.3V 800mA)

ACL1: BMI055 accelerometer 3-sumbu

USB: Jenis B jack

ANT1: Antena GPS

TANTCAP: 33uF tantalum kapasitor


maaf saya tidak bisa menautkan semuanya, saya tidak punya perwakilan. :-(

7
Anda prihatin dengan kurangnya pasif? Apakah Anda mendesain ini atau hanya mendapatkan tata letak PCB? Skema akan lebih membantu untuk memahami kurangnya (atau tidak) pasif. Posting jika Anda bisa
crasic

6
Saya menambahkan beberapa tautan dan membersihkan posting Anda. Pertanyaan biasanya mendapat perhatian lebih jika Anda mengoreksi mereka sebelum memposting. :-)
Adam Haun

Anda harus mulai dengan melihat skema dari crazyflie, karena open source. Tidak ada GPS, dan berfungsi dengan motor DC tanpa biji.
RYS

1
Jejak kaki 0603 terlalu lebar, memiliki garis tembaga tipis yang aneh di antara bantalan dan juga bantalan yang sangat berdekatan. Jika Anda merentangkannya lebih jauh, Anda bisa merutekan satu trek di bawahnya. Periksa diameter lubang di AUX1 dan AUX2. Gunakan lebih banyak track chamfering dan takut tidak memasuki sudut bentuk bantalan SMT. Ubah pemetaan PWM 1-6 untuk mendapatkan tata letak yang lebih bersih. Periksa persyaratan annulus produsen PCB. Gunakan pin swapping pada AUX1 dan AUX2. Gunakan lapisan biru untuk menuangkan tanah dan jejak pendek sesekali. Buang resistor THT. Gunakan jumper SMT untuk menjaga sebagian besar jejak pada lapisan merah.
venny

Jawaban:


48

Saya tidak akan menutup-nutupi ini; itu sangat buruk. Proyek ini tampaknya terlalu sulit bagi seseorang dengan tingkat pengalaman Anda. Saya sarankan melakukan sesuatu yang lebih sederhana terlebih dahulu untuk membangun keterampilan Anda. Cobalah proyek mikrokontroler dasar untuk membiasakan diri dengan proses desain / tata letak / penyolderan, kemudian beralih ke proyek nirkabel sederhana , lalu mungkin pertimbangkan untuk membangun drone Anda sendiri dari awal.

Berikut adalah beberapa masalah khusus yang saya perhatikan:

  • Tak satu pun dari IC Anda memiliki kapasitor decoupling. Satu-satunya kapasitor yang saya lihat di seluruh papan adalah kapasitor tantalum. Ini sangat mengerikan karena Anda memiliki dua komponen frekuensi tinggi - mikrokontroler 66 MHz dan GPS 1,5 GHz.

  • Anda tidak mengikuti rekomendasi tata letak di lembar data modul GPS sama sekali. Ada seluruh bagian pedoman tata letak papan, yang akan saya kutip hampir secara penuh di sini:

Desain modul membuat integrasi menjadi mudah; Namun, masih penting untuk berhati-hati dalam tata letak PCB. Kegagalan untuk mengamati teknik tata letak yang baik dapat mengakibatkan penurunan kinerja modul secara signifikan. Tujuan tata letak utama adalah untuk mempertahankan impedansi 50 ohm karakteristik sepanjang jalur dari antena ke modul. Grounding, filtering, decoupling, routing dan stack-up PCB juga merupakan pertimbangan penting untuk desain RF. Bagian berikut menyediakan beberapa pedoman desain dasar yang mungkin bermanfaat. ...

Modul harus, sebanyak mungkin, diisolasi dari komponen lain pada PCB Anda, terutama sirkuit frekuensi tinggi seperti osilator kristal , switching catu daya, dan jalur bus berkecepatan tinggi.

Bila memungkinkan, pisahkan RF dan sirkuit digital ke berbagai wilayah PCB. Pastikan kabel internal diarahkan keluar dari modul dan antena, dan diamankan untuk mencegah perpindahan.

Jangan merutekan jejak PCB langsung di bawah modul. Seharusnya tidak ada tembaga atau jejak di bawah modul pada lapisan yang sama dengan modul, hanya PCB kosong. Bagian bawah modul memiliki jejak dan vias yang dapat disingkat atau dipasangkan pada papan sirkuit produk.

Bagian Tata Letak Pad menunjukkan jejak PCB khas untuk modul. Sebuah bidang tanah (sebesar dan sesering mungkin) harus ditempatkan pada lapisan bawah papan PC Anda di seberang modul. Pesawat ini sangat penting untuk menciptakan pengembalian impedansi rendah untuk ground dan kinerja stripline yang konsisten.

Berhati-hatilah dalam merutekan pelacakan RF antara modul dan antena atau konektor. Jaga jejak sesingkat mungkin. Jangan lewat di bawah modul atau komponen lainnya. Jangan merutekan pelacakan antena pada beberapa lapisan PCB karena vias akan menambah induktansi. Vias dapat diterima untuk mengikat bersama lapisan dasar dan komponen dasar dan harus digunakan dalam banyak.

Setiap pin ground modul harus memiliki jejak pendek yang mengikat segera ke pesawat ground melalui sebuah via.

Bypass cap harus jenis keramik ESR rendah dan terletak berbatasan langsung dengan pin yang mereka layani.

50-ohm coax harus digunakan untuk koneksi ke antena eksternal. Saluran transmisi 50 ohm, seperti microstrip, stripline atau coplanar waveguide harus digunakan untuk routing RF pada PCB. Bagian Rincian Microstrip memberikan informasi tambahan.

  • Demikian juga, lembar data MCU memiliki bab tentang pertimbangan pasokan. Berikut skema yang mereka rekomendasikan untuk menggunakan suplai 3.3V tunggal. Perhatikan banyak kapasitor. Ini tidak secara langsung dinyatakan, tetapi Anda benar-benar harus memiliki pesawat ground untuk mikrokontroler kinerja tinggi.

Gambar 6-2.  3 Mode Catu Daya Tunggal

  • Kristal Anda cara terlalu jauh dari MCU Anda.

  • Bagaimana Anda berencana menyolder ini? Accelerometer itu berukuran 4,5mm x 3mm, dan tidak ada bantalan yang dapat diakses begitu sudah terpasang. Anda akan membutuhkan oven reflow, tangan yang mantap, dan mungkin stensil solder bahkan untuk mendapatkannya di papan tulis. MCU 144-pin juga tidak akan sepele - pitch pada pin tersebut adalah 0,02 inci.

Memperbaiki semua ini akan membutuhkan empat lapis PCB dengan perhatian cermat pada penempatan komponen, decoupling, dan (terutama) integritas sinyal GPS. Sayangnya, ini bukan hal sepele, dan itu bukan sesuatu yang dapat Anda pelajari dalam beberapa hari. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut, Anda dapat memeriksa halaman Tips Tek Henry Ott . Ini terutama untuk EMC, tetapi banyak materi yang berlaku untuk desain frekuensi tinggi secara umum.

Jika Anda sangat, sangat beruntung, tata letak Anda mungkin berfungsi apa adanya. Tapi saya tidak akan mengandalkannya.

Maaf menjadi pembawa berita buruk.


4
Untuk menambah posting ini, ATMEL selalu memiliki dokumen bernama Schematic Checklist untuk setiap seri MCU. Ada untuk Anda: tautan . Ada juga dokumen untuk tautan
Sergii

1
Saya tahu itu akan buruk. Seperti yang saya katakan, ini adalah proyek pertama saya, dan tidak terlihat seperti papan yang pernah saya lihat.

1
@Sergii Terima kasih atas informasinya, saya merasa sangat membantu.

3
Hal lain: Cobalah untuk menghindari jejak 90 derajat. Mereka meningkatkan risiko menangkap sesuatu dan dihancurkan, baik selama perakitan atau penggunaan normal. Ada juga beberapa masalah integritas sinyal dengan jejak sudut kanan, tetapi mereka umumnya tidak kritis. Gunakan sudut 45 derajat, bukan sudut tajam. Juga, Anda harus memperlebar jejak kekuatan Anda dan jejak berkecepatan tinggi. Terus teks Anda dalam satu arah jika memungkinkan. Jika Anda membutuhkan dua arah, putar 90 derajat. Sebagian besar teks Anda diputar 180 derajat yang terlihat ceroboh. Ini tidak kritis tetapi membuatnya lebih enak dipandang.
DerStrom8

2
@AlecTeal Mencari "decoupling capacitor" di situs ini atau di tempat lain. Ini lebih sedikit fisika dan lebih banyak teori sirkuit. Versi singkatnya adalah bahwa IC cenderung menarik arus besar untuk waktu yang sangat singkat, dan induktansi parasit dari koneksi catu daya mencegahnya dari menjaga. Kapasitor decoupling bertindak sebagai sumber tegangan jangka pendek.
Adam Haun

13

Adam Haun menutupi desain PCB Anda dengan sempurna tetapi satu lagi komentar tentang desain itu sendiri.

Drone Anda tidak akan terbang hanya dengan accelerometer. Anda perlu mendapatkan posisi drone Anda tetapi accelerometer hanya memberi Anda nilai yang sebanding dengan akselerasi di setiap arah. Anda membutuhkan gyro dan menggunakan accelerometer untuk kompensasi drift gyro. Lang dan akselerometer adalah must-have tapi saya akan menambahkan magnetometer juga. Ada beberapa chip 9-DOF IMU yang tersedia.


1
BMI 055 tidak hanya accelerometer, oleh giroskop juga :-). dapatkah Anda menyarankan magnetometer yang baik untuk saya?

3
Kanan. Saya melewatkan itu. Banyak pengendali penerbangan yang sedang menggunakan HMC5883. Tapi karena sensitif terhadap medan magnet saya tidak akan menaruhnya di PCB itu sendiri atau di dekat ESC. Anda dapat membeli modul GPS + magnetometer / kompas benar-benar murah saat ini. Anda baru saja menambahkan konektor untuk keduanya pada papan pengontrol Anda.
Alexxx
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.