הקדמה: למה PCBs Matter in Embedded IoT

(הפרויקטים של IoT מבוזרים דורשים חומרה אמינה, יעילה חשמל, וקומפקטית פיזית.בעוד לוחות רוחב ולוחמי פיתוח שימושיים עבור pretotyping מוקדם, הם הופכים במהירות לא מעשי בעת המעבר ייצור או אפילו הוכחה חזקה של תפיסה מודפסת של ה-IoT (PCB) מאפשר לך שליטה מלאה על רכיב, מעקב, וצורה של זה מפחיתה קצבה אנכית ו-HDFcreativeation) באמצעות עיצוב מותאם אישית של תאים:

הבנת אבני הבניין של PCB

לפני שאתם נוגעים בכל כלי EDA, עליכם למפות את ארכיטקטורת המערכת. A טיפוסי IoT מוטבע PCB סובב סביב כמה בלוקים חיוניים.כל בלוק מציג אתגרים עיצוב ספציפיים המשפיעים על בחירת הרכיב והפצה.

מיקרובקר או מערכת-on-Chip (SoC)

(הופנה מהדף ה-IoT שלך) אפשרויות פופולריות כוללות את סדרת ה-HTFLT:0ESPIR32FLT:1 (ה-al-core עם מערכות Wi-Fi/BLE המשולבות, FLT:2STM32earFLT 3 (Cortex-M ליבות עם מערכות האצה עשירות), ו-FLT:4nRF:2STM5 ו- MCART (O) , כאשר הם בוחרים ממשק אבטחה , כגון ממשק אבטחה , , , , , , , , , , , , , , ®, ®, , , ®, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ®, , , ®, ®, ®, ®, ®, ®, ®, ®, ®, ®, ®Op.

כוח אספקה וניהול

(התקני IoT פועלים לעתים קרובות על סוללות, ולכן FLT:0) יעילות כוח המרה של כוח המרהFLT ( 1:1 הוא לא ניתן להשגה. Linear הרגולטורים (LDOs) הם פשוטים אך יעילים ב טיפות מתח גבוהות יותר. בחירה טובה יותר עבור עיצובים המופעלים על ידי סוללות הוא זרם 6TPFLT3 (שלב) או ALT:4FLT-Ber מ-Flower (מתאים למחזור של 10840 חומרים)

חיישנים ו Actuators

מטמפרטורה / בדידות (BME280, SHT30) להילוך (MPU6050, LIS3DH) לחיישנים סביבתיים (CCS811, SGP30), מערך החיישן מגדיר את מטרת מכשיר ה-IoT. חיישנים רבים מתקשרים על I2C או SPI; עקבות זהירים routing ו-Rep-up-up-resing הם קריטיים לשמירה על שלמות כאשר הם פועלים, מ-resperreperreperreperi, כולל מסלולים רגישים, כולל מסלולים רגישים, מ-reativeside (מפרקים), כוללים מסלולים רגישים).

מודול קישוריות Wireless

למגוון ארוך יותר, כרך 1:0 (המודול של ההרחבה:0) (כגון Semtech SX1276) או AFLT:2 Cell NB--IoT/LTE-MמודולFLT 3: 3) ניתן לדרוש את אזור האנטנה על ה- PCB חייב להיות נשלט (בדרך כלל 50 ⁇ ) ולשמור על בסיס מטוסים או עקבות רועשים אם משתמשים רק באנטנה חיצונית, או ב-SMA.

חתימות ושותפים

רקטורים, קיבולים, מחנכים, גבישים ומחברים יוצרים את הדבק שמחזיק את בלוקים יחד. השתמש ב-FLT:00402 או 0603 חבילות ההרחבה 1 עבור עיצובים רגישים בגודל; חבילות גדולות יותר כמו 0805 לפשט את היד הנמכרת במהלך Prototyping. for connectors, בחר מנעו כותרות לסביבות רטט-prone ו-JST או Molex עבור חיישנים וסוללות.

דרישות עיצוב עבור PCB IoT Layout

פריסה של מחשבה טובה היא ההבדל בין אבטיפוס שעובד לסירוגין לבין מוצר מוצק.למטה הם ההיבטים הקריטיים לטפל במהלך שלב הפריסה.

אותות אינטגרליות ו Noise Reduction

(הדגשות הדיגיטליות המהירות (SPI שעונים, SDIO) וקלטות אנלוגיות רגישות (התייחסות ל-ADC, פלטי חיישן) דורשות הפרדה זהירה:0) לעולם אל תצמידו עקבות במהירות גבוהה לשרידים אנלוגיים למרחקים ארוכים.

ניהול ארס

אפילו מכשירים בעלי עוצמה נמוכה מייצרים חום מהגרש הכוח, MCU כאשר פעיל, וכל מגבר רדיו.FLT:0Place כוח רכיבים הרחק מן החיישנים הרגישים לטמפרטורה.FLT:1 השתמש תרמי באמצעות כריית הרגולטור כדי להעביר חום לשקע נחושת על השכבה התחתונה.

Power Distribution Network (PDN)

רכבת כוח יציבה היא חיונית.הימנעות מעוצמת שרשרת של daisy; במקום זאת, השתמש בטופולוגיה כוכבים שבו כל בלוק (MCU, רדיו, חיישן) מקבל 10 μF אלקטרוליטי או tantalum capacitor בתוספת 0.1 μ F קרמיקה עקף.עבור עיצובים עם פסגות משיכה הנוכחית (למשל, במהלך שידור Wi-Fi), להוסיף כמות גדולה של capacitance-Rc4 μ) ליד חיבור קלט.

עיצוב ייצור (DFM)

(ב) [17] , [17] , [17] , [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים: Enclosure Constraints

צורת ה- PCB חייבת להתאים בתוך המתחם שנבחר או מותאם אישית.(FLT:0) לשמור על רכיבים קריטיים (מדומים, נוריות, אנטנה) הרחק מהחורים והצבים.FLT:1 אם המתחם עשוי מתכת, תוכנית עבור אנטנה חריץ או אנטנה חיצונית כדי להימנע מכוונונים או חריצים עבור ריצוף מאובטח, ולהימנע הצבת ראשים קצרים עלולים לגרום למברגים קצרים זה יכול לגרום לשחיקה.

שלב-בי-שלב PCB Design Workflow

כלים מודרניים של EDA הטמיעו את הזרם מקבצי סכימטיים ל-Gerber.כאן הרצף האופייני שתעקבו.

1 לכידת Schematic

צייר את התראגרמת המעגל בכלי EDA הנבחר שלך (KiCad, Eagle, Altium) Define את כל הסמלים המרכיבים, להקצות טביעות רגל, ולהוסיף תוויות נטו. עבור MCUs מורכבים, יצרנים רבים מספקים סמלים מוכנים לשימוש וטביעות רגל ב שלהם FLT:0 ,0 ,component LibraryFLT:1 כפול-check כוח וחיבורי קרקע - משיכה חסרה על גבי סיכותל יכול לגרום לחול יכול לגרום כישלונות.

ביל של חומרים (BOM) דור

הבוM מעד כל רכיב עם מספר חלק, ערך, חבילה וכמות. מסמך זה חיוני עבור הזמנת חלקים ואת בית ה- PCB. Review the BOM for FLT:0part זמינותFLT:1 וזמני מוביל. השתמש פרמטרים על מפיצים כמו DigiKey, עכבר, או LCSC כדי למצוא מקבילות אם חלקים הם מחוץ למניה.

3.הלייוט PCB - מקום ואומץ

החל על ידי ייבוא הרשימה נטומטית מן הסכימטית.ראשון, להציב את כל הרכיבים בערך לאחר הדיאגרמה בלוק.FLT:0קבוצה קשורה חלקים sherFLT:1: להציב את MCU ליד מכסה decoupling שלה, מודול אלחוטי הרחק מבדחות רועשות, ואת אספקת החשמל קרוב לסימן קריטי (שעות, אוטובוסים מהירים, נתיבים), ולאחר מכן נתיבים שנותרו עם קו רציף עם קו חשמלי (אורד) עם מיכל אוטומטי (או כביש 4, או מודול רציף, כלומר, או לוח זמנים) מאפשר לולאה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, או קבוע, הוא מאפשר, עם לוח זמנים, כלומר, עם לוח זמנים, עם מיכל קבוע, הוא מאפשר, או קבוע, עם לוח זמנים, או קו רציף, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, עם מיכל קבוע, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, הוא מאפשר לולאה, עם לוח זמנים, עם לוח זמנים, או קבוע, הוא מאפשר, כלומר, עם לוח זמנים, הוא מאפשר, עם לוח זמנים, הוא מאפשר, עם לוח זמנים, כלומר, עם לוח זמנים (

בדיקה אחרונה ב-4.2009. Design Rule Check (DRC) and Electrical Rule Check (ERC)

הפעלת DRC כדי לתפוס הפרות של טיהור, מסלולים לא קשורים, ושלטון הייצור לא מאמתים כי לכל רשת יש לפחות נהג אחד, ואין תפוקה סותרת.FLT:0 לא לדלג על המחאות אלה אפילו עבור לוחות פשוטים.FLT:1 רשת אחת קצרה יכול להפוך את הלוח כולו ללא אפשרות.

5.צרו קבצים

Output Gerber קבצים (RS-274X) המכילים שכבות נחושת, מסיכה מכרה, ערכת משי ונתוני קידוח.בנוסף ליצור קבצי NC קידוח וציורי התאספות (PDF) יצרנים רבים (כגון JLCPCB, PCBWay, ו-OSHPark) מקבלים תיקיה zipped של גרברס בתוספת קובץ BOM/Centroid אם יש צורך ב-Gbers באמצעות צופה חופשי כמו Garbate או .

ייצור ואסיפה: מ-Gerbers ועד לדירקטוריון פונקציונלי

עם הקבצים העיצוביים מוכנים, השלב הבא הוא ייצור.זמן הסבב יכול להשתנות ממספר ימים (התחילה של קוויק-האטה) לשלושה שבועות עבור זמני מוביל סטנדרטיים.רוב החנויות המודרניות תומךות ב-FLT:02-layer, 4layer, ואפילו 6-layer BoardsFLT:1 במחירים סבירים לכמויות קטנות.

בחירת בית PCB

גורמים מרכזיים: עלות, גודל פאנל, גודל תכונה מינימלית, חומרים (FR-4, גבוה ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ), ואם הם תומכים FLT:0 â € ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ¢ ⁇ ¢ ¢ ⁇ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גידול והערכה

אם אתה להרכיב לוחות באופן ידני, להשתמש ברזל מבוקר טמפרטורה, די-טיפ נמכר, ו- FLT:0 (האוורור הטוב) ventilationph 1 (עבור QFN או BGA חבילות, הדפסה מחוספסת תנור זרימה מומלץ מאוד.לאחר איסוף, לבדוק כל לוח באופן חזותי, לבדוק גשרים מוכרים ולבצע בדיקת חשמל בסיסית עם אספקה מוגבלת הנוכחית, עבור בדיקה מקיפה יותר:

בדיקה, דיון, וההתמדה

אב הטיפוס הראשון כנראה יש בעיות.זה נורמלי. פיזור שיטתי הוא מפתח.

המונחים: Power-On נוהל

החל את הכוח עם גבול נוכחי שנקבע ל 50-100 מ"א מעל הזרם הצפוי של ה-FLT:0) מוניטור הנוכחי של המגילה הנוכחית של LT:1 - עלייה עשויה להצביע על חיבור קצר או הפוך לקוטב. השתמש במטר כדי לבדוק כל רכבת מתח, ולהבטיח כי אין LED או פלט הוא ליטר כאשר יש לכבות אותו.

המונחים: Functional Verification

פלאש קושחה פשוטה (Blink LED, קרא חיישן באמצעות פלט סדרתי) ולאחר מכן לבדוק כל אחד peripheral אחד בכל פעם. עבור מודולים אלחוטיים, למדוד את כוח הפלט RF ולבדוק עבור הרמוניות באמצעות מנתח ספקטרום (או לפחות לאשר שהמכשיר מתחבר לסמארטפון או שער בטווח הצפוי).

מלכודות נפוצות ותיקון

  • (FLT:0) אין פלט ממרגולטור מתח: FLT:1 לבדוק מאפשר למתח pin, פלט capacitor ESR, וכיוון הרגולטור או capacitor.
  • (FLT:0) ערכי חיישן בלתי ידועים:FLT:1ir לאמת את כתובת I2C, משיכת מתנגדים ומהירות השעון - כמה חיישנים זקוקים להחלפת רמות עבור 3.3V מערכות.
  • (FLT:0)Wi-Fi/BLE לא עובד: FIRLT:1 אנטנה אינה משתבשת, די בהתפרקות על לוחות הכוח של רדיו, או מטוס קרקע רועש.
  • (ב) [17]0) לא מחולל: (FLT:1 Check pin (צריך להיות גבוה), לוחות בצורת מנעולים (אם רלוונטי), ו-oscillator קריסטל עם אוקטילוסקופ.

לאחר ניכוי, לעדכן את ה-Schematic והפריסה, ליצור גרבר חדש, ולסדר אבטיפוס שני גלגול.FLT:0Plan עבור 2-3 IterationsphFLT:1 לפני שהעיצוב מוכן לייצור.

אופטימיזציה של עלויות ו Scaling לייצור

כאשר המעבר מטיפוס לייצור נמוך בנפח, העלות הופכת לנהג מרכזי.לרובים יכולים להפחית את ההוצאות על עונש ללא להקריב איכות.

פאנל

יצרנים אחראים על שטח פאנל.שלב כמה PCB קטן יותר לתוך פאנל אחד ו V-scoring או לשונית-הכיפוף אותם לחסוך כסף. שאל את הבית שלך על מגבלות גודל פאנל (לעתים קרובות 100x100 מ"מ או 200x150 מ"מ).

בחירה מתאימה למחיר וזמינות

השתמש בחלקים זמינים נרחב עם אפשרויות מיקור מרובות. להימנע חבילות מיוחדות או רכיבים עם זמנים מובילים ארוכים.עבור מתנגדים ו capacitors, ערכים סטנדרטיים ב 0402/0603 הם זולים וקלים למקור מכונות איסוף ומיקום.

האסיפה:

הרכבה מלאה (בית מזויף קונה את כל הרכיבים) הוא נוח אבל מוסיף פרמיה (FLT:0) התאספות מוקצה 1 (אתה מספק את ה- BOM) הוא זול יותר אם יש לך כבר חלקים. עבור רצים קטנים מאוד (תחת 50 יחידות), איסוף יד בעצמך או שירות הרכבה מקומי עשוי להיות היעיל ביותר.

בדיקה ב- Scale

עבור כרכים ייצור מעל 100 יחידות, להשקיע ב-FLT:0bedd-of-nails מבחן תיקוןturetureFLT 1 או בדיקת מבחן פשוטה המבוסס על Arduino אשר בודקת מסילות מתח, תקשורת חיישן וקישוריות אלחוטית באופן אוטומטי מפחיתה את הסיכון של כשלים בשדה באופן דרמטי.

מסקנה

יצירת מותאם אישית עבור פרויקט IoT מוטבע הוא תהליך מתגמל אשר הופך אוסף של רכיבים למכשיר בנוי מטרה.על ידי התייחסות שיטתית אדריכלות, פריסה, ייצור, ובדיקה, אתה יכול להשיג עיצוב שהוא אמין, עלות יעיל, מוכן פריסה.מערכת האקולוגית של קוד פתוח EDA כלים, שירותי כוונון בעלות נמוכה, וחלוקה מקיפה מעולם לא הייתה נגישה יותר עם דרישה ברורה, לא לעשות את הערימה הראשונה של עיצוב שלא מנוסה, לא היה מסוגל קודם כל עיצוב, לא להיות מסוגל להתחיל עם דרישות קוד פתוח, לא היה מסוגל קודם כל עיצוב זה מכבר, לא היה מסוגל להמחה, לא היה מסוגל להמחה, לא היה מסוגל להמחה, לא היה מסוגל לגרום לערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערכם מראש - לא להיות מסוגל קודם כל סדר אבטיפוס הקודם - לאסטרדמן של עיצוב שלא מנוסה, לא להיות מסוגל לגרום לכל עיצוב שלא מנוסה, לאסטרומים של עיצוב שלא מנוסה, לאסטרומים של עיצוב שלא מנוסה, לא להיות מסוגל לגרום לכך, לאסטרומים של עיצוב זה מכבר, לאסטרופה מראש - לאסטרומים של עיצוב זה מכבר, לאסטרומים לאסטר

(ב) לקראת ה- ESP32:0) לתיעוד הרשמי של קיפאד (KiCad) ו- ESP32 (APT) מ- Espressif, and a מקיפים onFLT:2grounding and decouplingFLT 3: ממכשירי אנליז (PLT-Wturn) 7.