Um PCB para um zangão

Estou fazendo um drone e adoraria se alguém pudesse revisar meu trabalho no layout de PCB.

Imagem (vermelho é superior, azul é inferior, círculos indicam buracos e transferências laterais roxas são cola):

O que deveria acontecer:

A entrada dos rádios é dos PWMs 1 a 6, que é um receptor de RF inserindo os valores brutos dos controles.

A placa deve poder ser programada através do componente ICE 10.

O MCU poderá receber informações do BMI055 (acelerômetro) e GPS e analisá-las validamente.

As entradas Li-po são para leitura de baterias, cada fio (além do primeiro) é uma célula.

Os componentes auxiliares não são preocupantes agora.

Os PWMs 7-12 são a saída e vão para vários ESCs, que controlam os motores.

Sinto que estou sentindo falta de um monte de passivos; o PCB não se parece com nenhum outro que eu já vi (no fato de ter apenas alguns resistores e 3 capacitores com componentes avançados).

Referência do componente:

GPS: RXM-GPS-R4

MC1: AC32UC3

U2 e U3: Cristais

U1, AUX1, AUX2, todos os PWMs, U13 e U14: conectores

REG1: LD1117 (3.3V 800mA)

ACL1: Acelerômetro de 3 eixos BMI055

USB: Tomada tipo B

ANT1: antena GPS

TANTCAP: capacitor de tântalo de 33uF

Eu não vou adoçar isso; é muito ruim. Este projeto parece muito difícil para alguém com seu nível de experiência. Eu recomendo fazer algo mais simples primeiro para desenvolver suas habilidades. Tente um projeto básico microcontrolador para se familiarizar com o layout / processo de design / solda, em seguida, passar para um simples projeto wireless, então talvez considerar a construção de seu próprio robô a partir do zero.

Aqui estão alguns problemas específicos que notei:

• Nenhum dos seus CIs possui capacitores de desacoplamento. O único capacitor que vejo em toda a placa é o capacitor de tântalo. Isso é especialmente horrível, pois você tem dois componentes de alta frequência - um microcontrolador de 66 MHz e um GPS de 1,5 GHz.

• Você não está seguindo as recomendações de layout na folha de dados do módulo GPS . Há uma seção inteira sobre as diretrizes de layout, que citarei quase na íntegra aqui:

O design do módulo torna a integração direta; no entanto, ainda é essencial ter cuidado no layout da PCB. A não observação de boas técnicas de layout pode resultar em uma degradação significativa do desempenho do módulo. Um objetivo principal do layout é manter uma impedância característica de 50 ohms ao longo do caminho, da antena ao módulo. Aterramento, filtragem, desacoplamento, roteamento e empilhamento de PCB também são considerações importantes para qualquer projeto de RF. A seção a seguir fornece algumas diretrizes básicas de design que podem ser úteis. ...

O módulo deve, tanto quanto razoavelmente possível, ser isolado de outros componentes em sua PCB, especialmente circuitos de alta frequência , como osciladores de cristal , fontes de alimentação comutadas e linhas de barramento de alta velocidade.

Quando possível, separe os circuitos digitais e de RF em diferentes regiões da PCB. Verifique se a fiação interna está direcionada para longe do módulo e da antena e se está segura para evitar deslocamento.

Não roteie traços de PCB diretamente sob o módulo. Não deve haver cobre ou vestígios sob o módulo na mesma camada que o módulo, apenas PCB vazio. A parte inferior do módulo possui traços e vias que podem causar curto ou pareamento nos traços na placa de circuito do produto.

A seção Layout do bloco mostra uma pegada típica de PCB para o módulo. Um plano de aterramento (o maior e ininterrupto possível) deve ser colocado em uma camada inferior da sua placa de PC, em frente ao módulo. Esse plano é essencial para a criação de um retorno de baixa impedância para o desempenho do solo e da linha consistente.

Tenha cuidado ao rotear o traço de RF entre o módulo e a antena ou o conector. Mantenha o rastreamento o mais curto possível. Não passe sob o módulo ou qualquer outro componente. Não direcione o traço da antena em várias camadas da placa de circuito impresso, pois as vias adicionarão indutância. As vias são aceitáveis ​​para unir camadas de terra e terra de componentes e devem ser usadas em múltiplos.

Cada um dos pinos de aterramento do módulo deve ter traços curtos, ligando imediatamente ao plano de aterramento através de uma via.

As tampas de derivação devem ser do tipo de cerâmica ESR baixa e localizadas diretamente ao lado do pino que estão servindo.

Um cabo coaxial de 50 ohm deve ser usado para conectar a uma antena externa. Uma linha de transmissão de 50 ohms, como uma guia de onda de microfita, tira de linha ou coplanar, deve ser usada para rotear RF na PCB. A seção Detalhes da Microstrip fornece informações adicionais.

• Da mesma forma, a folha de dados do MCU possui um capítulo sobre considerações de fornecimento. Aqui está o esquema recomendado para o uso de uma única fonte de 3.3V. Observe os numerosos capacitores. Não está diretamente indicado, mas você realmente deve ter um plano de aterramento para um microcontrolador de alto desempenho.

• Seus cristais são maneira muito longe de sua MCU.

• Como você planeja soldar isso? Esse acelerômetro mede 4,5 mm x 3 mm e nenhuma das almofadas fica acessível quando está no lugar. Você precisaria de um forno de refluxo, uma mão firme e talvez um estêncil de solda para colocá-lo no quadro. O MCU de 144 pinos também não será trivial - o tom desses pinos é de 0,02 polegadas.

A correção de tudo isso exigiria um PCB de quatro camadas com muita atenção ao posicionamento, dissociação e (especialmente) à integridade do sinal do GPS. Infelizmente, isso não é trivial e não é algo que você pode aprender em alguns dias. Se você quiser saber mais, consulte a página de dicas técnicas de Henry Ott . É principalmente para a EMC, mas grande parte do material se aplica ao design de alta frequência em geral.

Se você tiver muita, muita sorte, seu layout poderá funcionar como está. Mas eu não contaria com isso.

Desculpe a ser o portador de más notícias.

Adam Haun cobriu perfeitamente o design do seu PCB, mas mais um comentário sobre o design em si.

Seu drone não voará apenas com um acelerômetro. Você precisa obter sua posição de drone, mas os acelerômetros fornecem apenas um valor proporcional à aceleração em cada direção. Você precisa de um giroscópio e use o acelerômetro para a compensação de desvio de giroscópio. O giroscópio e o acelerômetro são obrigatórios, mas eu adicionaria um magnetômetro também. Existem alguns chips IMU de 9 DOF disponíveis.