Печатная плата для дрона

Я делаю беспилотник, и мне очень хотелось бы, если бы кто-нибудь мог проверить мою работу над макетом печатной платы.

Изображение (красный сверху, синий снизу, кружки обозначают отверстия, а боковые переносы фиолетовые - клей):

Что должно произойти:

Вход от радиостанций - это ШИМ 1-6, который является радиочастотным приемником, который вводит необработанные значения контрольных палочек.

Предполагается, что плата может быть запрограммирована через компонент ICE 10.

MCU сможет принимать данные от BMI055 (акселерометр) и GPS и корректно их анализировать.

Входы Li-Po предназначены для чтения батарей, каждый провод (кроме первого) является ячейкой.

Вспомогательные компоненты теперь не имеют значения.

ШИМ 7-12 являются выходными и идут к группе ESC, которые управляют двигателями.

Я чувствую, что скучаю по группе пассивов; PCB не похожа ни на какую другую, которую я видел (в том смысле, что она имеет всего несколько резисторов и 3 конденсатора с усовершенствованными компонентами).

Ссылка на компонент:

GPS: RXM-GPS-R4

MC1: AC32UC3

U2 и U3: кристаллы

U1, AUX1, AUX2, все ШИМ, U13 и U14: разъемы

REG1: LD1117 (3,3 В 800 мА)

ACL1: BMI055 3-осевой акселерометр

USB: разъем типа B

ANT1: антенна GPS

TANTCAP: танталовый конденсатор 33 мкФ

Я не собираюсь приукрашивать это; это довольно плохо Этот проект кажется слишком сложным для кого-то с вашим уровнем опыта. Я рекомендую сначала сделать что-то более простое, чтобы развить свои навыки. Попробуйте базовый проект микроконтроллера, чтобы ознакомиться с процессом проектирования / верстки / пайки, затем перейдите к простому беспроводному проекту, а затем, возможно, подумайте о создании своего собственного беспилотника с нуля.

Вот некоторые конкретные проблемы, которые я заметил:

• Ни одна из ваших микросхем не имеет развязывающих конденсаторов. Единственный конденсатор, который я вижу на всей плате, это танталовый конденсатор. Это особенно ужасно, поскольку у вас есть два высокочастотных компонента - микроконтроллер на 66 МГц и GPS на 1,5 ГГц.

• Вы вообще не следуете рекомендациям по компоновке в техническом описании модуля GPS . Существует целый раздел о принципах расположения платы, который я приведу здесь почти полностью:

Конструкция модуля упрощает интеграцию; Тем не менее, по-прежнему крайне важно проявлять осторожность при компоновке печатных плат. Несоблюдение правильных методов компоновки может привести к значительному снижению производительности модуля. Основной целью компоновки является поддержание характеристического сопротивления 50 Ом на всем пути от антенны до модуля. Заземление, фильтрация, развязка, маршрутизация и укладка печатной платы также являются важными факторами для любой конструкции RF.В следующем разделе приведены некоторые основные рекомендации по проектированию, которые могут быть полезны. ...

Модуль должен, насколько это возможно, быть изолированным от других компонентов на вашей печатной плате, особенно от высокочастотных схем, таких как кварцевые генераторы , импульсные источники питания и высокоскоростные шины.

По возможности разделите радиочастотные и цифровые цепи на разные области печатных плат. Убедитесь, что внутренняя проводка проложена вдали от модуля и антенны и закреплена во избежание смещения.

Не направляйте следы печатных плат прямо под модуль. На том же слое, что и модуль, не должно быть никаких следов меди или следов, только голая плата. На нижней стороне модуля имеются следы и отверстия, которые могут замыкаться или соединяться с следами на монтажной плате изделия.

В разделе «Разметка подкладки» показан типовой размер платы для модуля. Заземленная плоскость (настолько большая и непрерывная, насколько это возможно) должна быть размещена на нижнем слое вашей печатной платы напротив модуля. Эта плоскость имеет важное значение для создания низкого импеданса для заземления и стабильных характеристик полосы.

Соблюдайте осторожность при прокладке радиочастотной трассы между модулем и антенной или разъемом. Держите след как можно короче. Не проходите под модулем или любым другим компонентом. Не прокладывайте трассу антенны на нескольких слоях печатной платы, так как переходы добавят индуктивность. Vias приемлемы для связывания слоев грунта и компонентов грунта и должны использоваться в нескольких местах.

У каждого из заземляющих выводов модуля должны быть короткие следы, непосредственно связанные с заземляющей плоскостью через переход.

Обходные колпачки должны быть керамического типа с низким ESR и располагаться непосредственно рядом со штифтом, который они обслуживают.

50-омный коаксиальный кабель должен использоваться для подключения к внешней антенне. 50-омная линия передачи, такая как микрополосковый, полосовой или копланарный волновод, должна использоваться для маршрутизации РЧ на печатной плате. Раздел Microstrip Details предоставляет дополнительную информацию.

• Аналогично, MCU техническое описание содержит главу о соображениях поставок. Вот их рекомендуемая схема для использования одного источника питания 3,3 В. Обратите внимание на многочисленные конденсаторы. Это прямо не указано, но вы действительно должны иметь заземление для высокопроизводительного микроконтроллера.

• Ваши кристаллы путь слишком далеко от MCU.

• Как вы планируете паять это? Этот акселерометр имеет размер 4,5 мм х 3 мм, и ни одна из колодок не будет доступна, как только она будет на месте. Вам понадобится печь для оплавления, устойчивая рука и, возможно, трафарет для припоя, чтобы получить его на доске. 144-контактный MCU также не будет тривиальным - шаг на этих контактах составляет 0,02 дюйма.

Для исправления всего этого потребуется четырехслойная печатная плата с уделением особого внимания размещению компонентов, развязке и (особенно) целостности сигнала GPS. К сожалению, это не тривиально, и это не то, что вы можете узнать за несколько дней. Если вы хотите узнать больше, вы можете посетить страницу технических советов Генри Отта . Это в основном для EMC, но большая часть материала относится к высокочастотной конструкции в целом.

Если вам очень, очень повезло, ваш макет может работать как есть. Но я бы на это не рассчитывал.

Извините, что я несу плохие новости.

Адам Хаун отлично описал дизайн вашей печатной платы, но еще один комментарий о самом дизайне.

Ваш дрон не будет летать только с акселерометром. Вы должны получить свое положение дрона, но акселерометры дают только значение, пропорциональное ускорению в каждом направлении. Вам нужен гироскоп и используйте акселерометр для компенсации дрейфа гироскопа. Гироскоп и акселерометр являются обязательными, но я бы тоже добавил магнитометр. Существует довольно много чипов IMU с 9 степенями свободы.