Eine Platine für eine Drohne

Ich mache eine Drohne und würde mich freuen, wenn jemand meine Arbeit am PCB-Layout überprüfen kann.

Bild (Rot ist oben, Blau ist unten, Kreise kennzeichnen Löcher und Seitentransfers, Lila ist Klebstoff):

Was soll passieren:

Der Eingang von den Funkgeräten ist die PWM 1-6, bei der es sich um einen HF-Empfänger handelt, der die Rohwerte der Steuerknüppel eingibt.

Die Karte soll über die ICE 10-Komponente programmierbar sein.

Die MCU wird in der Lage sein, Eingaben vom BMI055 (Beschleunigungsmesser) und GPS zu empfangen und diese gültig zu analysieren.

Die Li-Po-Eingänge dienen zum Auslesen von Batterien, jeder Draht (außer dem ersten) ist eine Zelle.

Die Hilfskomponenten spielen jetzt keine Rolle.

PWMs 7-12 sind der Ausgang und gehen an eine Reihe von ESCs, die die Motoren steuern.

Ich habe das Gefühl, ein paar Passive zu vermissen. Die Platine sieht nicht aus wie jede andere, die ich gesehen habe (in der Tatsache, dass sie nur ein paar Widerstände und 3 Kondensatoren mit fortschrittlichen Komponenten hat).

Komponentenreferenz:

GPS: RXM-GPS-R4

MC1: AC32UC3

U2 und U3: Kristalle

U1, AUX1, AUX2, alle PWMs, U13 und U14: Anschlüsse

REG1: LD1117 (3,3 V, 800 mA)

ACL1: BMI055 3-Achsen-Beschleunigungsmesser

USB: Typ B-Buchse

ANT1: GPS-Antenne

TANTCAP: 33uF Tantalkondensator

Ich werde das nicht beschönigen; es ist ziemlich schlimm. Dieses Projekt scheint für jemanden mit Ihrer Erfahrung viel zu schwierig zu sein. Ich empfehle, zuerst etwas Einfacheres zu tun, um Ihre Fähigkeiten zu verbessern. Versuchen Sie, eine grundlegende Mikrocontroller Projekt , um sich mit dem Design / Layout / Lötprozess, dann zu einer Bewegung auf einfache Wireless - Projekt, dann vielleicht sollten Sie Ihre eigene Drohne bauen von Grund auf neu.

Hier sind einige spezifische Probleme, die mir aufgefallen sind:

• Keiner Ihrer ICs verfügt über Entkopplungskondensatoren. Der einzige Kondensator, den ich auf der gesamten Platine sehe, ist der Tantalkondensator. Dies ist besonders schrecklich, da Sie zwei Hochfrequenzkomponenten haben - einen 66-MHz-Mikrocontroller und ein 1,5-GHz-GPS.

• Sie folgen überhaupt nicht den Layoutempfehlungen im Datenblatt des GPS-Moduls . Es gibt einen ganzen Abschnitt über Richtlinien für das Layout von Boards, den ich hier fast vollständig zitieren werde:

Das Design des Moduls erleichtert die Integration. Es ist jedoch nach wie vor wichtig, beim PCB-Layout vorsichtig vorzugehen. Die Nichtbeachtung guter Layouttechniken kann zu einer erheblichen Verschlechterung der Leistung des Moduls führen. Ein primäres Layoutziel besteht darin, eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm über den gesamten Weg von der Antenne zum Modul aufrechtzuerhalten. Das Erden, Filtern, Entkoppeln, Routen und Stapeln von Leiterplatten sind ebenfalls wichtige Überlegungen für jedes HF-Design. Der folgende Abschnitt enthält einige grundlegende Gestaltungsrichtlinien, die hilfreich sein können. ...

Das Modul sollte so weit wie möglich von anderen Komponenten auf Ihrer Leiterplatte isoliert sein, insbesondere von Hochfrequenzschaltungen wie Quarzoszillatoren , Schaltnetzteilen und Hochgeschwindigkeitsbusleitungen.

Wenn möglich, trennen Sie HF- und digitale Schaltkreise in verschiedene PCB-Regionen. Stellen Sie sicher, dass die internen Kabel vom Modul und der Antenne weg verlegt und gegen Verschieben gesichert sind.

Leiterplatten-Leiterbahnen nicht direkt unter dem Modul verlegen. Auf der gleichen Schicht wie das Modul sollten sich keine Kupfer- oder Leiterbahnspuren unter dem Modul befinden, nur die Leiterplatte. Die Unterseite des Moduls weist Leiterbahnen und Durchkontaktierungen auf, die kurzgeschlossen oder mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte des Produkts verbunden sein können.

Der Abschnitt Pad-Layout zeigt einen typischen PCB-Platzbedarf für das Modul. Eine Massefläche (so groß und ununterbrochen wie möglich) sollte auf einer unteren Schicht Ihrer PC-Platine gegenüber dem Modul platziert werden. Diese Ebene ist für die Erzeugung einer niederohmigen Rückkopplung für die Masse und eine gleichbleibende Streifenleitungsleistung wesentlich.

Gehen Sie beim Verlegen der HF-Messkurve zwischen dem Modul und der Antenne oder dem Anschluss vorsichtig vor. Halten Sie die Spur so kurz wie möglich. Gehen Sie nicht unter dem Modul oder einer anderen Komponente hindurch. Verlegen Sie die Antennenspur nicht auf mehreren PCB-Schichten, da Durchkontaktierungen die Induktivität erhöhen. Durchkontaktierungen sind zum Zusammenbinden von Erdungsschichten und Komponentenerdungen akzeptabel und sollten in Vielfachen verwendet werden.

Jeder Erdungsstift des Moduls sollte kurze Leiterbahnen aufweisen, die über eine Durchkontaktierung unmittelbar mit der Erdungsebene verbunden sind.

Bypasskappen sollten aus Keramik mit niedrigem ESR-Wert bestehen und sich direkt neben dem Stift befinden, den sie bedienen.

Für den Anschluss einer externen Antenne sollte ein 50-Ohm-Koaxialkabel verwendet werden. Eine 50-Ohm-Übertragungsleitung, z. B. ein Mikrostreifen-, Streifenleitungs- oder koplanarer Wellenleiter, sollte zum Leiten von HF auf der Leiterplatte verwendet werden. Der Abschnitt Microstrip-Details enthält zusätzliche Informationen.

• Ebenso enthält das MCU- Datenblatt ein Kapitel mit Überlegungen zum Lieferumfang . Hier ist das empfohlene Schema für die Verwendung einer einzelnen 3,3-V-Versorgung. Beachten Sie die zahlreichen Kondensatoren. Es ist nicht direkt angegeben, aber Sie sollten wirklich eine Grundplatte für einen Hochleistungs-Mikrocontroller haben.

• Ihre Kristalle sind viel zu weit von Ihrer MCU entfernt.

• Wie planen Sie das zu löten? Dieser Beschleunigungsmesser misst 4,5 mm x 3 mm und keiner der Beläge ist zugänglich, sobald er angebracht ist. Sie brauchen einen Reflow-Ofen, eine ruhige Hand und vielleicht eine Lötschablone, um sie überhaupt auf die Platine zu bekommen. Die 144-polige MCU ist auch nicht trivial - die Tonhöhe an diesen Pins beträgt 0,02 Zoll.

Um all dies zu beheben, ist eine vierschichtige Leiterplatte erforderlich, bei der die Platzierung der Komponenten, die Entkopplung und (insbesondere) die Integrität des GPS-Signals berücksichtigt werden. Leider ist dies nicht trivial und kann nicht in wenigen Tagen erlernt werden. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite mit den technischen Tipps von Henry Ott . Es ist hauptsächlich für die EMV bestimmt, aber ein Großteil des Materials gilt für die Hochfrequenzkonstruktion im Allgemeinen.

Wenn Sie sehr, sehr viel Glück haben, funktioniert Ihr Layout möglicherweise so, wie es ist. Aber ich würde nicht damit rechnen.

Tut mir leid, der Überbringer von schlechten Nachrichten zu sein.

Adam Haun hat Ihr PCB-Design perfekt abgedeckt, aber noch ein Kommentar zum Design selbst.

Ihre Drohne fliegt nicht nur mit einem Beschleunigungsmesser. Sie müssen Ihre Drohnenposition ermitteln, aber Beschleunigungsmesser geben Ihnen nur einen Wert proportional zur Beschleunigung in jede Richtung. Sie benötigen einen Kreisel und verwenden den Beschleunigungsmesser für die Kreiseldriftkompensation. Der Kreisel und der Beschleunigungsmesser sind das Muss, aber ich würde auch einen Magnetometer hinzufügen. Es gibt eine ganze Reihe von 9-DOF IMU-Chips.