Haal het meeste uit uw PCB-bestelling (en herstel fouten): 4 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Bij het online bestellen van PCB's krijgt u vaak 5 of meer identieke PCB's en heeft u ze niet altijd allemaal nodig. De lage kosten van het hebben van deze op maat gemaakte PCB's zijn erg aanlokkelijk en we maken ons vaak geen zorgen over wat we met de extra moeten doen. In een vorig project heb ik geprobeerd ze zo goed mogelijk te hergebruiken en deze keer besloot ik vooruit te plannen. In een andere Instructable had ik een PCB nodig voor een paar op Espressif gebaseerde microcontroller-ontwikkelingsborden en ik dacht dat dit het ideale geval zou zijn voor herbruikbare PCB's. Niet alles gaat echter zoals gepland.

Stap 1: Ontwerp

Dat project had een PCB nodig om een ESP32-ontwikkelbord en een Lolin-type ESP8266-ontwikkelbord te huisvesten. Deze twee borden hebben nogal wat nuttige IO-pinnen die in dat project helemaal niet zouden worden gebruikt. De extra borden zouden later heel nuttig kunnen zijn als er meer van die ongebruikte pinnen toegankelijk waren. Ik wilde ook twee varianten van de ESP32-ontwikkelborden huisvesten. Ik had de 38-pins en de 30-pins versie. Als je de pinouts van de twee vergelijkt, kun je zien dat als pin '1' van de 30-pins variant wordt aangesloten op de positie van pin 2 van de 38-pins versie, de meeste pinnen aan de linkerkant overeenkomen. Ik besloot dat ik dat kon oplossen door zorgvuldig enkele jumpers te gebruiken.

Aan de rechterkant van het bord kwamen ze niet goed overeen. De I2C-pinnen (IO22 en IO21) waren prima, net als UART0 (TX0 en RX0), maar de SPI-pinnen en UART2 waren allemaal verschoven. Ik dacht dat ik dit ook met jumpers kon oplossen. Dus dat plan was om beide typen ESP32-kaarten te kunnen gebruiken en ook de PCB te vullen met zoveel IO-pinheaders als ik dacht dat ik ooit zou gebruiken. Ik wilde ook de mogelijkheid hebben om de twee (ESP32 en ESP8266) boards afzonderlijk te gebruiken, zodat de lay-out het mogelijk zou moeten maken om de PCB te snijden.

Stap 2: De PCB-layout

Ik begon met het oorspronkelijke (basis)ontwerp dat ik voor dat project nodig had en besloot toen om het te upgraden voor zoveel mogelijk toepassingen als ik redelijkerwijs op het bord kon passen. Je kunt in het tweede schema zien dat het een stuk drukker is.

De PCB mocht niet groter zijn dan 100 mm x 100 mm (kleiner zou beter zijn), dus dit zorgde voor wat ruimtebeperking. Ik had de aanvankelijke lay-out in Fritzing en besloot ermee door te gaan, maar ik stoorde me niet veel aan het breadboard-aanzicht, omdat je kunt zien dat het bijna onbegrijpelijk is.

Ik heb meerdere I2C-poortconnectoren opgezet voor zowel de ESP32- als de ESP8266-kaarten, ik heb elk een eigen stroomconnector ingesteld en een aantal van de digitale IO-pinnen voor beide naar buiten gebracht. Ik heb extra montagegaten geplaatst zodat ze afzonderlijk kunnen worden gesneden en gemonteerd. Ik besloot dat ik me helemaal niet bezig zou houden met IO00, IO02 of IO15 en eindigde met de afgebeelde lay-out.

Voor gebruik met de 38-pins ESP32-kaart moesten de volgende jumpers worden kortgesloten: JG1, JG2 en JG4

Voor gebruik met 30-pins ESP32-kaarten moesten deze jumpers worden kortgesloten: JG3, JG5, JP1, JP2, JMISO, JCS, JCLK, JPT en JPR.

Stap 3: De PCB's

Ik heb de PCB's bij PCBWay besteld, maar er zijn andere fabrikanten die vergelijkbare voordelige en snelle services hebben. Ze zagen er geweldig uit … totdat ik beter keek. De breedte van de ESP32- en ESP8266-printplaten was niet goed. De voetafdrukbreedte (tussen pinnen) was 22,9 mm in plaats van 25,4 mm voor het ESP32-bord en 27,9 mm voor het ESP8266-bord. De lay-out van de gelijkstroomaansluiting kwam ook niet overeen met mijn stroomaansluitingen (en de gaten waren te klein). Dit was niet de fout van de PCB-fabrikant, het was allemaal de mijne. Ik had deze natuurlijk allemaal moeten controleren en nu moest ik een oplossing vinden. Ik deed ook een testcut om te zien welke problemen er nog meer zouden opduiken en natuurlijk verpestte het de SPI-jumperconfiguratie (die overigens niet ging werken zoals gepland).

Ik ontdekte dat als ik de vrouwelijke header-pinnen op 90 graden boog, ik ze aan het oppervlak van de PCB kon solderen, wat enige aanpassing van de breedte mogelijk maakte. Nadat ik de hoekpennen zorgvuldig had gesoldeerd en de breedte had gecontroleerd, soldeerde ik ze allemaal op hun plaats en testte ik de pasvorm. Het werkte!

De stroomaansluiting vereiste een vergelijkbare oplossing, maar de rest van de headers pasten allemaal prima. Ik heb een ongesneden PCB gevuld en getest met mijn webserverconfiguratie en het werkte prima. Ik ging toen verder met de gesneden PCB's. Het Lolin ESP8266-bord werkte prima, maar de afstand tot de montagegaten was een beetje dichtbij.

Het 30-pins ESP32-bord werkte ook prima, maar de SPI-poort werkte niet en de enige oplossing daarvoor waren jumperdraden aan de onderkant van het bord.

Stap 4: Laatste opmerkingen

Over het algemeen denk ik dat het de moeite waard was om de borden meer herbruikbaar te maken. en ik ben al begonnen een van de gesneden PCB's te gebruiken voor het testen van een toekomstig project. Ik geef er de voorkeur aan boven het gebruik van breadboards. Ik zal Fritzing waarschijnlijk niet meer gebruiken, omdat het niet gebruiksvriendelijk is voor het maken van voetafdrukken/symbolen in vergelijking met andere pakketten (bijv. KiCad). Het maakt het wel heel gemakkelijk om breadboard-weergaven te lezen, zolang ze niet te ingewikkeld zijn.

Geleerde lessen zijn:

1. Controleer altijd voetafdrukken van andere bronnen om er zeker van te zijn dat ze overeenkomen met het onderdeel dat u in uw handen houdt.
2. Gebruik EDA-software waarmee symbolen en voetafdrukken (redelijkerwijs) eenvoudig kunnen worden gewijzigd.
3. Verwacht het onverwachte en maak er het beste van!

Een extra opmerking is om ervoor te zorgen dat pin-outs altijd hetzelfde zijn bij het ophalen van symbolen van derden voor uw schema. Ik had hier geen problemen mee, maar in het verleden heb ik een probleem gehad waarbij een gemeenschappelijke spanningsregelaar verschillende pin-outs had tussen fabrikanten.