Un PCB para un dron

Estoy haciendo un dron, y me encantaría que alguien pueda revisar mi trabajo en el diseño de la PCB.

Imagen (el rojo es la parte superior, el azul es la parte inferior, los círculos indican agujeros y las transferencias laterales el púrpura es pegamento)

Lo que se supone que debe suceder:

La entrada de las radios es PWMs 1-6, que es un receptor de RF que pone los valores brutos de las palancas de control.

Se supone que la placa se puede programar a través del componente ICE 10.

El MCU podrá tomar información del BMI055 (acelerómetro) y el GPS y analizarlo de manera válida.

Las entradas de Li-po son para leer baterías, cada cable (además del primero) es una celda.

Los componentes auxiliares no son una preocupación ahora.

Los PWM 7-12 son la salida, y van a un montón de ESC, que controlan los motores.

Siento que me faltan un montón de pasivos; la PCB no se parece a ninguna otra que haya visto (en el hecho de que solo tiene unas pocas resistencias y 3 condensadores con componentes avanzados).

Referencia de componente:

GPS: RXM-GPS-R4

MC1: AC32UC3

U2 y U3: cristales

U1, AUX1, AUX2, todos los PWM, U13 y U14: conectores

REG1: LD1117 (3.3V 800mA)

ACL1: BMI055 acelerómetro de 3 ejes

USB: conector tipo B

ANT1: antena GPS

TANTCAP: condensador de tantalio 33uF

No voy a endulzar esto; es bastante malo Este proyecto parece demasiado difícil para alguien con tu nivel de experiencia. Recomiendo hacer algo más simple primero para desarrollar sus habilidades. Pruebe un proyecto básico de microcontrolador para familiarizarse con el proceso de diseño / diseño / soldadura, luego continúe con un proyecto inalámbrico simple , luego quizás considere construir su propio dron desde cero.

Aquí hay algunos problemas específicos que noté:

• Ninguno de sus circuitos integrados tiene condensadores de desacoplamiento. El único condensador que veo en toda la placa es el condensador de tantalio. Esto es especialmente horrible, ya que tiene dos componentes de alta frecuencia: un microcontrolador de 66 MHz y un GPS de 1.5 GHz.

• No está siguiendo las recomendaciones de diseño en la hoja de datos del módulo GPS en absoluto. Hay una sección completa sobre las pautas de diseño de la placa, que citaré casi en su totalidad aquí:

El diseño del módulo hace que la integración sea sencilla; sin embargo, sigue siendo crítico tener cuidado en el diseño de PCB. Si no se observan buenas técnicas de diseño, puede producirse una degradación significativa del rendimiento del módulo. Un objetivo de diseño primario es mantener una impedancia característica de 50 ohmios en todo el camino desde la antena hasta el módulo. La conexión a tierra, el filtrado, el desacoplamiento, el enrutamiento y la acumulación de PCB también son consideraciones importantes para cualquier diseño de RF. La siguiente sección proporciona algunas pautas básicas de diseño que pueden ser útiles. ...

El módulo debe, tanto como sea razonablemente posible, estar aislado de otros componentes en su PCB, especialmente los circuitos de alta frecuencia , como osciladores de cristal , fuentes de alimentación conmutadas y líneas de bus de alta velocidad.

Cuando sea posible, separe los circuitos digitales y de RF en diferentes regiones de PCB. Asegúrese de que el cableado interno esté alejado del módulo y la antena, y esté asegurado para evitar el desplazamiento.

No enrute trazas de PCB directamente debajo del módulo. No debe haber cobre ni rastros debajo del módulo en la misma capa que el módulo, solo PCB desnudo. La parte inferior del módulo tiene trazas y vías que pueden acortar o acoplar trazas en la placa de circuito del producto.

La sección Diseño de almohadilla muestra una huella de PCB típica para el módulo. Se debe colocar un plano de tierra (lo más grande e ininterrumpido posible) en una capa inferior de la placa de su PC opuesta al módulo. Este plano es esencial para crear un retorno de baja impedancia para tierra y un rendimiento constante de la línea de banda.

Tenga cuidado al enrutar la traza de RF entre el módulo y la antena o conector. Mantenga la traza lo más corta posible. No pase debajo del módulo ni de ningún otro componente. No dirija el trazado de la antena en múltiples capas de PCB ya que las vías agregarán inductancia. Las vías son aceptables para unir capas de tierra y tierras de componentes y deben usarse en múltiplos.

Cada uno de los pines de tierra del módulo debe tener trazos cortos que se unan inmediatamente al plano de tierra a través de una vía.

Las tapas de derivación deben ser de tipo cerámico de baja ESR y ubicarse directamente adyacente al pasador al que sirven

Se debe usar un coaxial de 50 ohmios para la conexión a una antena externa. Se debe usar una línea de transmisión de 50 ohmios, como una microstrip, una línea de banda o una guía de onda coplanar para enrutar RF en la PCB. La sección Detalles de Microstrip proporciona información adicional.

• Del mismo modo, la hoja de datos de MCU tiene un capítulo sobre consideraciones de suministro. Aquí está su esquema recomendado para usar un solo suministro de 3.3V. Observe los numerosos condensadores. No se indica directamente, pero realmente debería tener un plano de tierra para un microcontrolador de alto rendimiento.

• Sus cristales son manera demasiado lejos de su MCU.

• ¿Cómo planeas soldar esto? Ese acelerómetro es de 4.5 mm x 3 mm, y ninguno de los pads es accesible una vez que está en su lugar. Necesitaría un horno de reflujo, una mano firme y tal vez una plantilla de soldadura para incluso ponerlo en el tablero. El MCU de 144 pines tampoco será trivial: el tono en esos pines es de 0.02 pulgadas.

Arreglar todo esto requeriría una PCB de cuatro capas con especial atención a la colocación de componentes, el desacoplamiento y (especialmente) la integridad de la señal GPS. Desafortunadamente, esto no es trivial, y no es algo que pueda aprender en unos pocos días. Si desea obtener más información, puede consultar los consejos técnicos de Henry Ott página de . Es principalmente para EMC, pero gran parte del material se aplica al diseño de alta frecuencia en general.

Si tienes mucha, mucha suerte, tu diseño podría funcionar tal cual. Pero no contaría con eso.

Lamento ser el portador de malas noticias.

Adam Haun cubrió su diseño de PCB perfectamente, pero un comentario más sobre el diseño en sí.

Tu dron no volará con solo un acelerómetro. Necesitas obtener tu posición de dron, pero los acelerómetros solo te dan un valor proporcional a la aceleración en cada dirección. Necesita un giroscopio y utiliza el acelerómetro para la compensación de deriva del giroscopio. El giroscopio y el acelerómetro son imprescindibles, pero también agregaría un magnetómetro. Hay bastantes chips 9-DOF IMU disponibles.