Płytka PCB z przetwornikiem ADC 24-bitowym

Dzień dobry,

Proszę o pomoc w poprawnym wykonaniu płytki z przetwornikiem ADC 24bitowym.
Płytka będzie dołączana za pomocą złącza 20-pin do płytki zwanej "sterownikiem", gdzie będzie się znajdował mikrokontroler odpytujący przetwornik ADC. Zasilanie (12V) pochodzi również z płytki sterownika i jest doprowadzone za pomocą tego samego złącza co sygnały magistrali SPI (w taką magistralę wyposażony jest ADC).

Zamieszczam kilka zdjęć z projektu:



Jest to mój pierwszy projekt tak wymagający. Czytałem wcześniej wiele o rozdzielaniu mas, pytałem na forum itp, ale bardzo ciężko wprowadzić to w życie.
Proszę bardziej doświadczonych kolegów i koleżanki o podpowiedzi. Jeżeli trzeba całą płytkę przeprojektować, rozmieścić inaczej elementy - zrobię to. Proszę o wskazówki co zmienić.

Krótki opis:
U7 - złącze na termometr ds18b20 (z interfejsem 1-Wire)
P1 - złącze na czujnik - potencjometr. Zasilany on będzie ze źródła prądowego (U3)
U6, U4 - wzmacniacze operacyjne filtrujące sygnał z potencjometru
U2 - przetwornik delta-sigma texas instruments ads1247
U1 - bufor CMOS przez który przechodzą wszystkie sygnały SPI
W dolnej części płytki umieszczono stabilizatory. Od lewej:
- lm317 ustawiony na 3.3V do zasilania CMOS i części cyfrowej ADC
- lm7805 do zasilania wzmacniaczy operacyjnych i części analogowej ADC
- icl7660 w konfiguracji inwertera napięcia (-5V) dla wzmacniaczy operacyjnych

Zamieszczam wszystkie pliki projektu (altium designer).

Dziękuję za wszystkie porady

Witam
Oto kilka moich uwag:

- kondensator C3 na warstwie dolnej zasilanie U1 w 3.3V. Umieść go na warstwie górnej maksymalnie blisko nóżki U1 i wyprowadź zasilanie na U1 bezpośrednio z kondensatora (teraz masz układ "gwiazdy").
- zasilanie poprowadzone do wzmacniaczy operacyjnych. Jak się domyślam +5 V jest grubsze od -5V. Postaraj się dać takie same grubości. Dodatkowo ja bym dał te wzmacniacze bardziej na prawo (płytka zmieni rozmiary na osi Y można zmniejszyć jej wymiar natomiast na osi X zwiększyć) a sam przetwornik odsunął bardziej od regulatorów napięcia.
- bliskość regulatora i ADC!!! Jeśli zależy Ci na małym poziomie szumów zewnętrznych to regulator VR3 odsuń od przetwornika. Co prawda VR3 ma pad termiczny na masie ale dobrze połączyć ją przelotkami z masą na dole. Wycięcie w masie na warstwie dolnej dodałbym powyżej VR3.
- zegar do przetwornika ADC. Na warstwie górnej otoczyłbym go w miarę możliwości delikatnie masą. Zwiększy to ekranowanie tego sygnału.
- kondensatory odsprzęgające!!! Masa kondensatora prowadzona jest cienką ścieżką do przelotki i masy -> duża indukcyjność -> zwiększenie wypadkowej impedancji. Przykład to C8, C18.

Jeszcze parę drobiazgów by się znalazło.

Pozdrawiam

Podeślij jeśli możesz dokładniejszy opis układu. A i jedna rzecz chcesz tą płytkę gdzieś zamówić czy sam wykonać np. metodą termotransferu.

Poniżej szkic rozmieszczenia poszczególnych bloków robiony w programie Paint stąd taka jakość


[/img]

Zastosuję proponowane poprawki i wrzucę na forum wyniki.
Płytkę zamierzam wykonać metodą termotransferu. Może się uda...

Zamieszczam screeny poprawionej płytki:



Opis:
U1 - bufor CMOS
U2 - przetwornik ADC
U4, U6 - wzmacniacze operacyjne (filtracja sygnału analogowego - filtr dolnoprzepustowy)
U3 - układ lm334 w konfiguracji źródła prądowego
P1 - złącze do podłączenia potencjometru (zasilany ze źródła prądowego)
U7 - złącze do podłączenia termometru ds18b20
Na dole od lewej:
- stabilizator 3.3V na lm317
- stabilizator na 5V na 7805
- icl7660 w konfiguracji inwertera napięcia (-5V)

Jak zwykle proszę o porady, krytykę, oceny dotyczące projektu płytki. Co źle, jak można poprawić?

Dziękuję

PS. Nie zwracajcie uwagi na przekroczone ograniczenia - sprawdziłem je i dam radę wykonać.

Na pierwszy rzut oka masa:
- pod 7805 masz poligon, który się z niczym nie łączy.
- zdaje się być zła polityką niezalewanie ścieżek masy.
- ja bym nie stosowała relief'ów do przelotek, tylko bezpośrednio w poligon.
- rozdzielenie mas w ten sposób jest trochę bez sensu. jak juz to bym oddzieliła analogową od zasilań (i łączyć na kondensatorach)

Inne:
- kondensatory filtrujące na innej warstwie niż scalak nie są najlepszym rozwiązaniem (pół biedy jakby zasilanie szło bottomem, i przechodziło przez nie)
- strasznie dziwnie prowadzisz zasilania. np te 5v od stabilizatora od razu w górę idące, na swojej drodze przed u6 nie ma bezpośrednio żadnego kondensatora.

Optymalizacja ścieżek i przelotek:
- nieuzasadnione przelotki przy C33 (przecież on jest przewlekany?) i nie tylko
- niektóre ścieżki idą dziwnymi zakosami
- łączenie ścieżek pod kątem ostrym (najlepiej łączyć w "T" i dodać małe skosy jak sygnał jest wymagający)

Ciężko powiedzieć coś więcej, jak nie wiadomo co jest czym. Byłoby łatwiej jakbyś dał schemat (a najlepiej cały projekt, bo to wygląda jak altium)

Dziękuję za odpowiedź

Quote:

- ja bym nie stosowała relief'ów do przelotek, tylko bezpośrednio w poligon.

Udało mi się wyłaczyć relief'y dla wszystkiego - przelotek, złącz i elementów. Jak wyłączyć reliefy tylko dla przelotek pozostawiając reliefy przy złączach i scalakach?

Quote:

- rozdzielenie mas w ten sposób jest trochę bez sensu. jak juz to bym oddzieliła analogową od zasilań (i łączyć na kondensatorach)

Zgadzam się w pełni Czekałem aż ktoś skrytykuje to rozdzielanie mas. Niestety nie wiem co masz na myśli mówiąc, żeby je połączyć na kondesatorach... Możesz wyjaśnić?

Quote:

- strasznie dziwnie prowadzisz zasilania. np te 5v od stabilizatora od razu w górę idące, na swojej drodze przed u6 nie ma bezpośrednio żadnego kondensatora.

Wyciągnąłem prawie wszystkie kondensatory z warstwy bottom na top. Co jest złego w prowadzeniu zasilania?

Quote:

- nieuzasadnione przelotki przy C33 (przecież on jest przewlekany?) i nie tylko

Już uzasadniam. Zamierzam wykonać płytkę metodą wytrawiania. No i niestety tak muszę poprowadzić ścieżki, żeby nie mieć problemów z lutowaniem...

Quote:

- łączenie ścieżek pod kątem ostrym (najlepiej łączyć w "T" i dodać małe skosy jak sygnał jest wymagający)

Jak w altiumie dodawać te delikatne skosy w połączeniach typu "T"?

Zamieszczam cały projekt, schematy etc. Wszystko w pierwszym poście.

Quote:

Udało mi się wyłaczyć relief'y dla wszystkiego - przelotek, złącz i elementów. Jak wyłączyć reliefy tylko dla przelotek pozostawiając reliefy przy złączach i scalakach?

rules->polygon connect style.
Robisz 2 rulesy: 1.isvia - direct; 2.all - relief.
albo odwrotnie: 1.ispad - relief; 2.all - direct.

Quote:

Zgadzam się w pełni Czekałem aż ktoś skrytykuje to rozdzielanie mas. Niestety nie wiem co masz na myśli mówiąc, żeby je połączyć na kondesatorach... Możesz wyjaśnić?

Nadal nie widze schematu, więc ciężko powiedzieć, ale ogólnie jak masz głowny kondensator na wejściu jakiegoś bloku (jak nie masz to chyba powinienes mieć..), to stawiasz go faktycznie na wejściu i masę podłączasz do reszty w okolicy jego pina (przyznam bez bicia, że w tej kwestii nie jestem specem, więc niech mnie ktoś poprawi jak się mylę).
Zasada jak dla tej przetwornicy:

Lokalny polygon masy jest połączony, jak widać, na kondensatorach. (Muszę się pochwalić że to coś chodzi na 2MHz i ma wzorowy przebieg, bez najmniejszego dzwonienia ;])

Quote:

Wyciągnąłem prawie wszystkie kondensatory z warstwy bottom na top. Co jest złego w prowadzeniu zasilania?

Quote:

Np te 5v od stabilizatora od razu w górę idące, na swojej drodze przed u6 nie ma bezpośrednio żadnego kondensatora.

Kondensatory filtrujące zasilanie do poszczególnych scalaków w większości są na bottomie, podłaczone przelotką. Lepiej byłoby dać bezposrednio na drodze zasilania zanim ścieżka trafi na pin scalaka.

Quote:

Quote:

- nieuzasadnione przelotki przy C33 (przecież on jest przewlekany?) i nie tylko

Już uzasadniam. Zamierzam wykonać płytkę metodą wytrawiania. No i niestety tak muszę poprowadzić ścieżki, żeby nie mieć problemów z lutowaniem...

spoko ;]

Quote:

Jak w altiumie dodawać te delikatne skosy w połączeniach typu "T"?

Nie rozpracowałam jak to robić z automatu, ale mozesz ręcznie (tylko w "interactive routing options" musisz mieć odznaczone "automatically remove loops")


EDIT: teraz zauważyłam, że dodałeś wszystkie pliki. juz patrzę..


Ogólnie trochę lepiej. Można by się do wielu szczegółów przyczepić, ale ujdzie. Chociaż ja bym te poligony naszpikowała przelotkami, ale rozumiem ograniczenia z powodu technologii wykonania płytki ;]
Nie rozumiem, dlaczego nie położysz tych 10u na 5v w np 1206? Znacznie by to uprościlo kwestie zasilań, lutowania i całego tego bajzlu..
Co do rozdzielenia mas to tak (łączone pod ADS):

Dziękuję bardzo za cenne porady wziąłem sobie do serca wymianę kondensatorów na smd. Układ ICL7660 otoczyłem lokalnym poligonem, tak jak podałaś w przykładzie

Zamieszczam efekty (pliki altiuma).

Co do połączenia mas agnd i dgnd to znam schemat, który zamieściłaś. Niestety w rzeczywistości staje się on bardzo trudny do zrealizowania. Wynika to z tego, że moje zasilanie całej płytki pochodzi z złącza 20-pin. Dalej mam 3 stabilizatory: 3.3V, 5V i -5V. Jak to wszystko połączyć? Mi się udało tylko tak jak na zdjęciu poniżej. Nie chciałem robić małego połączenia pod przetwornikiem ADC, ponieważ wydłużyłoby to znacznie drogę prądu płynącego od złącza 20-pin do stabilizatora 7805. Nie wiem jednak jak to wpłynie na cały układ...
Wspominałaś coś o jeszcze innych błędach, których jeszcze nie wymieniłaś. Czy mogłabyś je wskazać - chętnie się więcej od Ciebie nauczę i jeszcze poprawię tą płytkę

golas17 wrote:

Nie chciałem robić małego połączenia pod przetwornikiem ADC, ponieważ wydłużyłoby to znacznie drogę prądu płynącego od złącza 20-pin do stabilizatora 7805. Nie wiem jednak jak to wpłynie na cały układ...

Najprawdopodobniej, akurat to mniej by wpływało niż sposób rozdzielenia mas

golas17 wrote:

Wspominałaś coś o jeszcze innych błędach, których jeszcze nie wymieniłaś. Czy mogłabyś je wskazać - chętnie się więcej od Ciebie nauczę i jeszcze poprawię tą płytkę

Nie o błędach, tylko o szczegółach, do których można się przyczepić. Wynikających raczej z braku doświadczenia i/lub innego gustu co do płytki.
No ale jak Kolega bardzo chce:
- masa koło U8. Zobacz jaka jest droga między masą na pinie scalaka a masą na jego kondensatorach wejsciowych..
- VCC do VR3 zupełnie niepotrzebnie idzie naokoło. 7805 jest na tyle niewyrafinowany, że się nie przejmie pojedyńczą ścieżką pod nim.
- Net D1_1 jest jakiś.. krzywy.
- nie wspominając o tym, że płytka mogłaby być 5 razy mniejsza i by lepiej działało..

Sprawy techniczne:
-polygonom zawsze zaznaczaj "remove dead copper"
-warunek "polygon connect->przelotki", w drugim okienku zamiast "isvia" napisz "all". bo jak widzisz, tak nie chce działać.
-zwiększ szerokość reliefów do 0.4mm

Uwzględniłem Twoje uwagi. Zamieszczam wyniki.
I prosiłbym o sugestie jak sprawić, aby "płytka była 5 razy mniejsza i lepiej działała". Bo taki właśnie cel tej całej zabawy
A i jeszcze jedno - jeżeli czegoś na płytce brakuje, coś się wydaje dziwne itp. to zdecydowanie kwestia braku doświadczenia, a nie gustu. Dlatego proszę o wskazanie każdego elementu, który wydaje się "dziwny" i może zostać poprawiony

Dziękuję serdecznie

Witam
Przepraszam,że odzywam się dopiero teraz. Widzę, że uzyskałeś dobrą pomoc od kogoś innego. Płytka wygląda naprawdę dobrze.
Ja bym jeszcze poprawił ułożenie ścieżki od kondensatora C23 do rezystora R17 lub tej która prowadzi do C1 i L1. Chodzi oto aby masa lepiej się rozlała wokół tej ścieżki. Dobrze aby masa na górze była połączone masą na dole względnie dużą liczbą przelotek (szczególnie przy kondensatorach SMD), aczkolwiek jeśli stosujesz termotransfer to będzie z tym trochę zabawy.


Pozdrawiam

golas17 wrote:

I prosiłbym o sugestie jak sprawić, aby "płytka była 5 razy mniejsza i lepiej działała". Bo taki właśnie cel tej całej zabawy
A i jeszcze jedno - jeżeli czegoś na płytce brakuje, coś się wydaje dziwne itp. to zdecydowanie kwestia braku doświadczenia, a nie gustu. Dlatego proszę o wskazanie każdego elementu, który wydaje się "dziwny" i może zostać poprawiony

To sie tak nie da że ja powiem parę słów i nagle wszystko bedzie jasne ;] Mogłabym walnąć wykład na kilka stron A4, ale po 1. nie bawię się w darmowe korepetycje, po 2. literatury na ten temat jest wystarczająco dużo.
Ja bym w ogóle inaczej elementy poukładała (uprzedzając pytanie "jak?", odpowiadam: inaczej). Kwestia praktyki. Jak masz czas i chcesz się pobawić, to zrób kopię projektu i na nowo kombinuj, zaczynając od lepszego placingu (bloczkami, sugerując się rysunkiem zamieszczonym parę postów wcześniej).
Chociaż w sumie, na tym etapie płytka jest akceptowalna.
Pozdrawiam

Dziękuję za odpowiedzi
Przelotki na masie na pewno umieszczę.
A co do innego ułożenia elementów, to dużo o tym myślałem i nie mogę dojść do bardziej sensownego layoutu niż ten aktualny.
Za kilka dni zabieram się za wykonanie płytki. Może w międzyczasie pojawią się jeszcze jakieś porady

Jeszcze raz bardzo dziękuję za dotychczasową pomoc