PCB untuk Drone

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):

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

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.

• 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.

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.