Revisão do layout do PCM STM32 MCU (cristal e desacoplamento e ADC)

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Introdução:

Estou projetando um hobby eletrônico pela primeira vez, usando o STM32 para controlar uma ponta de solda. Eu li muitos documentos de layout de PCB e também muitas informações deste fórum. E este é o meu primeiro resultado, vou permitir que esse design seja fabricado pela fabricação de PCB.

Como essa é minha primeira tentativa, gostaria de receber alguns conselhos para verificar se estou fazendo algo errado ou não, antes de enviar esse projeto para a fábrica.

Este PCB será um PCB de dupla camada.

Os componentes serão soldados manualmente.

Estou projetando o PCB com a versão educacional do EAGLE. (Apenas 2 camadas)

Disposição de cristal:

Com este documento , aprendi:

  • Para ter uma ilha GND na camada inferior e anel de guarda na camada superior para proteger o sinal OSC.
  • A ilha de terra isolada deve ser conectada à terra do MCU mais próxima.
  • O anel de proteção deve ser costurado através da ilha de terra.
  • Nenhum sinal deve passar pela área isolada do solo.
  • Os caminhos de sinal do OSC devem ser o mais simétricos possível.
  • Os caminhos de sinal do OSC devem ser os mais curtos possíveis.
  • Os caminhos de retorno da carga C passam pela ilha de terra

Meu OSC está rodando em 8 MHz; carga C são 18 pF.

Espero ter entendido a regra corretamente e também fazer o layout correto no intervalo de um quadro de hobby.

Potência e desacoplamento C:

Estou usando 0603 cap. Quero manter o plano de terra o mais completo possível, para que o rastreio do sinal não vá para a camada inferior. Mas também não consigo manter o desacoplamento C na camada superior. Foi por isso que mudei o desacoplamento C para a camada inferior. Se alguma idéia puder ser fornecida, que pode criar traços e desacoplar C na camada superior, será muito apreciada.

O que eu tenho como regras:

  • O desacoplamento C deve ser colocado o mais próximo possível do par VDD / VSS.
  • A alimentação passa primeiro pelo desacoplamento C e depois pelos pinos VDD / VSS
  • O MCU possui local + 3V3 e GND. E eles são alimentados a partir de um único ponto.
  • Mantenha o plano de chão não ser cortado.
  • Para o VDDA, é necessário um cordão de ferrite.
  • Se vários C forem necessários, coloque C com menor valor mais próximo do par VDD / VSS.

Informe-me se meu layout é razoável.

Sinal ADC:

para minha aplicação, é necessário um sinal de termopar, que está na ponta do ferro de solda. A ponta possui um resistor de aquecimento e um termopar dentro e o termopar e o resistor de calor estão compartilhando um caminho de retorno comum. A tensão do termopar é medida no período em que a tensão do aquecedor não é aplicada.

Estou usando um amplificador operacional não invertido muito simples para amplificar o sinal. O que me preocupa são:

  • se a corrente de retorno do elemento aquecedor causará grande perturbação ao MCU. (Como a tensão do termopar é medida apenas quando a corrente do aquecedor não flui, não importa que a corrente esteja afetando o amplificador operacional)
  • É melhor amarrar o VSP do amplificador operacional diretamente ao plano de terra ou amarrá-lo ao termopar (-), como fiz no projeto? Ou outras opções?

Esquema:

Estou usando um STM32F103C8T6. De acordo com a folha de dados, .1uF e 2x 10uF para o par VDD / VSS. Para sinal rápido, coloquei o resistor para aumentar a supressão de borda. Uma tampa é colocada para filtrar a linha de redefinição. Estou usando o SWIO para porta de depuração com rastreamento SDO.

As seções a seguir são meu projeto atual de PCB:

-Esquemático:

insira a descrição da imagem aqui

-TOPO:

A linha de traço é o recorte 3V3 para separar os pinos VDD e o plano + 3V3 Camada superior MCU fechar topo

-INFERIOR:

A linha de traço é o recorte GND para separar os pinos VSS e o plano GND Camada inferior MCU fechar fundo

-Parte analógica:

op amp

-Construção de ponta de solda:

insira a descrição da imagem aqui

Espero que as informações fornecidas sejam suficientes para gerar algum feedback.

E também me informe se meu entendimento das regras de design está correto.

Muito obrigado antecipadamente.

Cumprimentos.

MinShu Huang
fonte
Qual STM32 exatamente? Você precisa de tempo preciso?
Jan Dorniak
Também um esquema ajudaria.
Jan Dorniak
Olá Jan, obrigado pelo seu comentário. Eu adicionei o esquema da parte do MCU na edição. O MCU é um STM32F103C8T6. Não vou dizer que precisa de tempo preciso. Mas, estou me perguntando, quão apertado o aplicativo será para ser considerado como "precisando de tempo preciso"? precisão de +/- 100 ns? O PWM de 800kHz está controlando o led WS2812B. a tolerância é +/- 150 ns. Eu tentei esse design na placa de pão e medi com osci. Funciona. O sinal poderia ser pior em uma placa de circuito impresso do que na placa de pão?
MinShu Huang
redação errada da minha parte, possivelmente. Mais na linha da precisão do relógio - não acho que você precise desse cristal. O oscilador HSI deve ter algo da ordem de +/- 3%. Também é muito útil adicionar NRST ao seu conector de programação, embora não seja estritamente necessário.
Jan Dorniak
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O roteamento NRST parece bom. Quanto ao cristal - IMHO parece exagerado. Eu vi placas de trabalho com um cristal de 25 MHz que usa um único terra para tudo, mas não sou especialista. Também fui ensinado a colocar bonés entre o cristal e o MCU, mas isso é apenas conhecimento passado no meu escritório.
Jan Dorniak

Respostas:

2

Apenas rapidamente passou por cima dele, mas duas coisas estão me incomodando:

  • Qual é a linha pontilhada na camada superior ao redor do seu MCU? Parece algum tipo de contorno de outra camada que de alguma forma acabou na camada de cobre. Você deve removê-lo ou isso causará shorts.
  • Na parte analógica, o espaçamento entre alguns traços e (principalmente) o vazamento de cobre moído parece ser muito pequeno. Isso pode causar problemas na fabricação e também causar shorts. Deve haver uma configuração no EAGLE para definir a distância mínima das redes (traços) para o vazamento de cobre.

    Coloquei círculos amarelos nas áreas afetadas:

layout com áreas destacadas

Marco Zollinger
fonte
A linha pontilhada é um esboço poligon mostrando. É fixado assim que o Eagle recalcular vazamentos / polígonos.
Jan Dorniak
Olá Marco, obrigado pela sua contribuição. A linha do traço é o polígono de EAGLE. Não consigo ocultar a linha do polígono de alguma forma, então eles ainda estão lá. Na edição, adicionei o zoom do layout do MCU. Você pode ver que os polígonos são usados ​​para separar os pinos de energia e o plano de energia. Você mencionou sobre a liberação de vestígios / cobre. o fabricante pode liberar 5 mils e eu coloquei 6 mils na RDC, depois de executar a RDC, não houve erros. Então eu acredito que está tudo bem. PARA SUA INFORMAÇÃO. a grade é definida como 25 mils como escalar.
MinShu Huang
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A tração de 220 ohm no NRST é muito forte. Normalmente, não há pull-up, pois o chip contém um pull-up interno. Mas eu deixaria o local para o resistor, mas não o montaria, então talvez um 10k possa ser colocado lá mais tarde, se necessário.

Não coloque os puxadores para cima e para baixo no pino BOOT0. Se você não planeja usar o gerenciador de inicialização integrado e só programará via JTAG / SWD, basta aterrar o pino BOOT0 ou deixar os 10k lá.

Apenas eu
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Olá Justme, obrigado por responder esta discussão antiga. Para o pull-up e pull-down do BOOT0, eles são opcionais e apenas um deles será colocado, não pretendo colocar os dois. Mas ainda assim graças a apontá-lo. E vou dar uma olhada no pull-up interno do pino NRST, obrigado pelo seu conselho!
MinShu Huang