Ottenere il massimo dal tuo ordine PCB (e correggere gli errori): 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Quando si ordinano PCB online, spesso si ottengono 5 o più PCB identici e non sempre sono necessari tutti. Il basso costo di avere questi PCB personalizzati su ordinazione è molto allettante e spesso non ci preoccupiamo di cosa fare con quelli extra. In un progetto passato ho cercato di riutilizzarli nel miglior modo possibile e questa volta ho deciso di pianificare in anticipo. In un altro Instructable avevo bisogno di un PCB per contenere un paio di schede di sviluppo per microcontrollori basate su Espressif e ho pensato che questo sarebbe stato il caso ideale per PCB riutilizzabili. Tuttavia, non tutto va come previsto.

Passaggio 1: progettazione

Quel progetto aveva bisogno di un PCB per ospitare una scheda di sviluppo ESP32 e una scheda di sviluppo ESP8266 di tipo Lolin. Queste due schede hanno alcuni pin IO utili che non sarebbero stati utilizzati in quel progetto. Le schede aggiuntive potrebbero essere molto utili in seguito se fossero accessibili più di quei pin inutilizzati. Volevo anche ospitare due varianti delle schede di sviluppo ESP32. Avevo la versione a 38 pin e la versione a 30 pin. Confrontando i pinout dei due, si può vedere che se il pin "1" della variante a 30 pin è collegato alla posizione del pin 2 della versione a 38 pin, la maggior parte dei pin sul lato sinistro corrisponderebbe. Ho deciso che avrei potuto risolvere il problema con un uso attento di alcuni ponticelli.

Sul lato destro del tabellone, non si abbinavano molto bene. I pin I2C (IO22 e IO21) andavano bene così come UART0 (TX0 e RX0), tuttavia i pin SPI e UART2 erano tutti spostati. Pensavo di poter risolvere anche questo problema con i ponticelli. Quindi quel piano era di essere in grado di utilizzare entrambi i tipi di schede ESP32 e anche di riempire il PCB con tutte le intestazioni dei pin IO che pensavo di poter usare un giorno. Volevo anche la possibilità di utilizzare le due schede (ESP32 ed ESP8266) separatamente, quindi il layout avrebbe dovuto consentire il taglio del PCB.

Passaggio 2: il layout del PCB

Ho iniziato con il design iniziale (di base) di cui avevo bisogno per quel progetto e poi ho deciso di aggiornarlo per adattarlo a tutti gli usi che potevo ragionevolmente inserire sulla scheda. Puoi vedere nel secondo schema che è un po' più affollato.

Il PCB non potrebbe essere più grande di 100 mm x 100 mm (più piccolo sarebbe meglio), quindi questo ha aggiunto un po' di spazio limitato. Avevo il layout iniziale in Fritzing e ho deciso di continuare con esso, ma non mi sono preoccupato molto della visualizzazione breadboard come puoi vedere è quasi incomprensibile.

Ho impostato più connettori della porta I2C per entrambe le schede ESP32 ed ESP8266, ho configurato ognuna per avere il proprio connettore di alimentazione e ho tirato fuori alcuni dei pin IO digitali per entrambe. Ho posizionato dei fori di montaggio aggiuntivi per consentirne il taglio e il montaggio separatamente. Ho deciso che non mi sarei affatto preoccupato di IO00, IO02 o IO15 e ho finito con il layout raffigurato.

Per l'utilizzo con la scheda ESP32 a 38 pin, è necessario cortocircuitare i seguenti ponticelli: JG1, JG2 e JG4

Per l'utilizzo con schede ESP32 a 30 pin, questi ponticelli necessitavano di un cortocircuito: JG3, JG5, JP1, JP2, JMISO, JCS, JCLK, JPT e JPR.

Passaggio 3: i PCB

Ho ordinato i PCB da PCBWay, ma ci sono altri produttori che hanno servizi economici e veloci simili. Sembravano fantastici… finché non ho guardato più da vicino. La larghezza delle impronte delle schede ESP32 ed ESP8266 non era corretta. La larghezza dell'impronta (tra i pin) era 22,9 mm invece di 25,4 mm per la scheda ESP32 e 27,9 mm per la scheda ESP8266. Anche la disposizione dei fori del jack di alimentazione CC non corrispondeva ai miei jack di alimentazione (e i fori erano troppo piccoli). Non è stata colpa del produttore del PCB, è stata tutta mia. Avrei dovuto ricontrollare tutti questi ovviamente e ora dovevo trovare una soluzione. Ho anche fatto un taglio di prova per vedere quali altri problemi sarebbero emersi e ovviamente ha rovinato la configurazione del ponticello SPI (che per inciso non avrebbe funzionato come previsto).

Ho scoperto che se piegavo i pin dell'intestazione femmina a 90 gradi, potevo saldarli alla superficie del PCB consentendo una certa regolazione della larghezza. Dopo aver accuratamente saldato i perni angolari e verificato la larghezza, li ho saldati tutti in posizione e ho testato l'adattamento. Ha funzionato!

Il jack di alimentazione richiedeva una soluzione simile, ma il resto delle intestazioni si adattava bene. Ho popolato un PCB non tagliato e l'ho testato con la configurazione del mio server Web e ha funzionato bene. Sono poi passato ai PCB tagliati. La scheda Lolin ESP8266 ha funzionato bene, ma la distanza tra i fori di montaggio era un po' stretta.

Anche la scheda ESP32 a 30 pin funzionava bene, tuttavia la porta SPI non funzionava e l'unica soluzione erano i cavi dei ponticelli sul lato inferiore della scheda.

Passaggio 4: note finali

Nel complesso, penso che sia valsa la pena di rendere le schede più riutilizzabili. e ho già iniziato a utilizzare uno dei PCB tagliati per testare un progetto futuro. Lo preferisco di gran lunga all'utilizzo di breadboard. Probabilmente non userò più Fritzing, dal momento che non è facile da usare per creare impronte/simboli rispetto ad altri pacchetti (ad esempio KiCad). Rende molto facile leggere le visualizzazioni della breadboard, purché non siano troppo complesse.

Le lezioni apprese sono:

1. Verifica sempre le impronte provenienti da altre fonti per assicurarti che corrispondano alla parte che tieni tra le mani.
2. Utilizzare il software EDA che consente di modificare (ragionevolmente) facilmente simboli e impronte.
3. Aspettati l'inaspettato e sfruttalo al meglio!

Una nota aggiuntiva è assicurarsi che i pin-out siano sempre gli stessi quando si recuperano simboli di terze parti per il proprio schema. Non ho avuto problemi con questo, ma in passato ho avuto un problema in cui un comune regolatore di tensione aveva pin-out diversi tra i produttori.