Revue de la disposition du PCB du MCU STM32 (cristal et découplage et ADC)

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Introduction:

Je conçois pour la première fois un électronique de loisir, en utilisant STM32 pour contrôler une panne à souder. J'ai lu de nombreux documents sur la disposition des PCB, ainsi que de nombreuses informations sur ce forum. Et c'est mon premier résultat, je vais laisser ce design être fabriqué par PCB.

Puisqu'il s'agit de ma première tentative, j'aimerais avoir quelques conseils pour vérifier si je me trompe ou non, avant d'envoyer ce dessin à l'usine.

Ce PCB sera un PCB double couche.

Les composants vont être soudés à la main.

Je conçois le PCB avec la version éducative EAGLE. (2 couches seulement)

Disposition des cristaux:

De ce document, j'ai appris:

  • Pour avoir un îlot GND dans la couche inférieure et un anneau de garde sur la couche supérieure pour protéger le signal OSC.
  • L'îlot de terre isolé doit être connecté à la terre MCU la plus proche.
  • L'anneau de garde doit être cousu par l'intermédiaire de l'îlot au sol.
  • Aucun signal ne doit traverser la zone isolée du sol.
  • Les trajets de signal de l'OSC doivent être aussi symétriques que possible.
  • Les trajets de signal de l'OSC doivent être aussi courts que possible.
  • Les chemins de retour de la charge C passent par l'îlot au sol

Mon OSC fonctionne en 8 Mhz; la charge C est de 18 pF.

J'espère que j'ai bien compris la règle et que la mise en page est correcte dans la gamme d'une planche de loisir.

Puissance et découplage C:

J'utilise le cap 0603. Je veux garder le plan du sol aussi entier que possible, donc je ne veux pas que la trace du signal passe à la couche inférieure. Mais je ne peux pas non plus garder le découplage C sur la couche supérieure. C'est pourquoi j'ai déplacé le découplage C vers la couche inférieure. Si une idée peut être fournie, qui peut faire à la fois des traces et un découplage C sur la couche supérieure, sera très apprécié.

Ce que j'ai comme règles:

  • Le découplage C doit être placé aussi près que possible de la paire VDD / VSS.
  • L'alimentation passe d'abord par le découplage C puis par les broches VDD / VSS
  • MCU a local + 3V3 et GND. Et ils sont alimentés à partir d'un seul point.
  • Gardez le plan au sol pas coupé.
  • Pour le VDDA, une perle de ferrite est nécessaire.
  • Si plusieurs C sont nécessaires, placez le C avec une valeur plus petite plus près de la paire VDD / VSS.

Veuillez me faire savoir si ma disposition est raisonnable.

Signal ADC:

pour mon application, un signal de thermocouple est nécessaire, qui est dans la pointe du fer à souder. La pointe a une résistance chauffante et un thermocouple à l'intérieur et le thermocouple et la résistance thermique partagent un chemin de retour commun. La tension du thermocouple est mesurée pendant la période où la tension du chauffage n'est pas appliquée.

J'utilise un ampli op non inversé très simple pour amplifier le signal. Ce qui me préoccupe, ce sont:

  • si le courant de retour de l'élément chauffant perturbera fortement le MCU. (Étant donné que la tension du thermocouple n'est mesurée que lorsqu'il n'y a pas de courant de chauffage, peu importe que le courant affecte l'ampli op.)
  • Est-il préférable de lier directement l'ampli OP VSS au plan de masse ou de le lier au thermocouple (-) comme je l'ai fait dans la conception? Ou d'autres options?

Schématique:

J'utilise un STM32F103C8T6. Selon la fiche technique, 0,1 uF et 2 x 10 uF pour la paire VDD / VSS. Pour un signal rapide, j'ai placé une résistance pour augmenter la suppression des bords. Un capuchon est placé pour filtrer la ligne de réinitialisation. J'utilise SWIO pour le débogage du port avec le traçage SDO.

Les sections suivantes sont ma conception actuelle de PCB:

-Schématique:

entrez la description de l'image ici

-HAUT:

La ligne de tiret est la découpe 3V3 pour séparer les broches VDD et le plan + 3V3 Couche supérieure MCU close top

-BAS:

La ligne de tiret est la découpe GND pour séparer les broches VSS et le plan GND Couche inférieure MCU close bottom

-Partie analogique:

ampli op

-Construction de la panne à souder:

entrez la description de l'image ici

J'espère que les informations que j'ai fournies sont suffisantes pour générer des commentaires.

Et faites-moi également savoir si ma compréhension des règles de conception est correcte.

Merci beaucoup d'avance.

Meilleures salutations.

MinShu Huang
la source
Quel STM32 exactement? Avez-vous besoin d'un timing précis?
Jan Dorniak
Un schéma aiderait également.
Jan Dorniak
Salut Jan, merci pour ton commentaire. J'ai ajouté le schéma de la partie MCU dans l'édition. Le MCU est un STM32F103C8T6. Je ne dirai pas qu'il a besoin d'un timing précis. Mais je me demande à quel point l'application sera serrée pour être considérée comme "nécessitant un timing précis"? précision de +/- 100 ns? Le PWM 800kHz contrôle la LED WS2812B. la tolérance est de +/- 150 ns. J'ai essayé cette conception sur la planche à pain et mesuré avec osci. Ça marche. Le signal pourrait-il être pire sur un PCB que sur une planche à pain?
MinShu Huang
mauvaise formulation de ma part peut-être. Plus dans le sens de la précision d'horloge - je ne pense pas que vous ayez besoin de ce cristal du tout. L'oscillateur HSI devrait avoir quelque chose de l'ordre de +/- 3%. L'ajout de NRST à votre connecteur de programmation sans être strictement nécessaire est très utile.
Jan Dorniak
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Le routage NRST sonne bien. Quant au cristal - à mon humble avis, il semble exagéré. J'ai vu des cartes de travail avec un cristal de 25 MHz qui utilisent une seule masse pour tout, mais je ne suis pas un spécialiste. De plus, on m'a appris à mettre des bouchons entre le cristal et le MCU, mais c'est juste une connaissance transmise dans mon bureau.
Jan Dorniak

Réponses:

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Je l'ai survolé rapidement, mais deux choses me dérangent:

  • Quelle est la ligne pointillée sur la couche supérieure autour de votre MCU? Cela ressemble à une sorte de contour d'une autre couche qui s'est retrouvée en quelque sorte sur la couche de cuivre. Vous devez le retirer ou cela entraînera des courts-circuits.
  • Sur la partie analogique, l'espacement entre quelques traces et (principalement) la coulée de cuivre broyé semble très faible. Cela peut entraîner des problèmes de fabrication et également des courts-circuits. Il devrait y avoir un paramètre dans EAGLE pour définir la distance minimale des filets (traces) à la coulée de cuivre.

    J'ai placé des cercles jaunes sur les zones touchées:

mise en page avec des zones en surbrillance

Marco Zollinger
la source
La ligne pointillée est un contour de poligon montrant. Il est corrigé une fois que Eagle recalcule les versages / poligons.
Jan Dorniak
Salut Marco, merci pour votre contribution. La ligne de tiret est le polygone d'EAGLE. Je ne peux pas masquer la ligne du polygone d'une manière ou d'une autre, ils sont donc toujours là. Dans l'édition, j'ai ajouté le zoom avant de la disposition MCU. Vous pouvez voir que les polygones sont utilisés pour séparer les broches d'alimentation et le plan d'alimentation. Vous avez parlé de l'élimination des traces / cuivre. la fabrication peut faire un dégagement de 5 mils, et j'ai mis 6 mils en RDC, après avoir exécuté le RDC, cela n'a pas donné d'erreurs. Je pense donc que ça va. Pour info. la grille est réglée à 25 mils comme scalaire.
MinShu Huang
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La traction de 220 ohms sur NRST est trop forte. Il n'y a généralement pas de pull-up, car la puce contient un pull-up interne. Mais je laisserais la place à la résistance mais je ne la monterais pas, alors peut-être qu'un 10k pourrait y être mis plus tard si nécessaire.

Ne placez pas les deux pull-up et pull-down sur la broche BOOT0. Si vous ne prévoyez pas d'utiliser le chargeur de démarrage intégré et que vous ne programmez que via JTAG / SWD, vous pouvez simplement mettre à la terre la broche BOOT0 ou y laisser le 10k.

Juste moi
la source
Salut Justme, merci d'avoir répondu à ce vieux fil. Pour le pull-up et le pull-down pour BOOT0, ils sont facultatifs, et un seul d'entre eux sera placé, je n'ai pas l'intention de placer les deux. Mais encore merci de le signaler. Et je vais regarder dans le pull-up interne pour la broche NRST, merci pour vos conseils!
MinShu Huang