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C-饼干：机器人控制板的布局和装配

2016年10月25日经过罗伯特·凯

我们将讨论一些重要的布局和制造概念，因为我们看看机器人控制板的PCB。

在这批C-Biscuit冒险中，我们将讨论一些重要的布局和制造概念，因为我们看看机器人控制板的PCB。

C-饼干系列

介绍

前两篇文章呈现并解释了机器人控制板（RCB）的示意图的各个部分，并且一切都在理论电路设计的梦幻之地中完美地工作。

不幸的是，即使您打印出硬拷贝，我们也无法控制具有原理图的机器人。对于该任务，我们需要一个印刷电路板（PCB）。实际上，我们需要多个PCB - 我们需要一个正确安装的组件的PCB。而现在，这并不总是一项直接的任务。

大会窘境

正如我相信所知道的那样，问题是表面贴装技术。使用烙铁焊接表面安装部件并不总是容易的;这远远易于手工焊接的微量焊接或非常细的俯仰表面安装部件，这些元件在这些天中所有的愤怒;手工焊接疯狂的无情包越来越普遍几乎是不可能的;最后，当您处理陆网阵列（LGAS）或球网格阵列（BGA）时，手焊是一个遥远的记忆。

图片礼貌Digi-key.。RCB上的DC / DC转换器是一个（令人惊讶的小）陆网阵列包 - 我认为我不认为我可以用烙铁到达那些内部终端。

一种替代方案是热风焊枪。这些对返工非常有效，但组装整个董事会有一个可能会严重令人厌倦。下一个选项是DIY回流;在某些情况下，这是一个很好的解决方案。您可以在此前发表的文章中找到丰富的其他信息，包括这个那这个，和这个。

但DIY回流仍然非常麻烦，如果不是彻头彻尾的不切实际，有某些板。I wouldn’t even attempt to solder a BGA or LGA in a toaster oven, and fine-pitch packages are a problem because it’s difficult to avoid solder bridges between closely spaced pins, especially if you’re applying solder paste manually (i.e., without a stencil).

该清单随着镊子的速度达到微小的自由度，烤箱烤箱可能无法为大型PCB提供充分的加热，您可能需要额外的技术来成功回流两侧的组件。。。。底线是，有时最好的方法是雇用专家。

专业组装而不破坏银行

C型饼干机器人控制板的制造和组装被正式赞助宏飞。Macrofab的人们提供了我认为为制造商，学生，发明家甚至小型工程公司提供高质量但实惠的制造服务。与大多数装配房屋相比，它们专注于低批量订单，因此即使您只想要一个填充的PCB，宏ob也是一种实用的选项。我没有做出正式的比较，但大约一年前，我环顾四周，我的印象是（并且仍然是）如果有任何公司提供与Macrofab相当的服务和价格。

我不会详细介绍Macrofab的订购系统和文件要求，但足以说您需要连续拥有鸭子。您无法使用充满清除组件和手写的BOM的纸板箱前往前台。您需要PCB的制造文件（因为Macrofab处理板制造以及组装），具有制造商部件号的实体BOM和XYRS放置数据。

但老实说，这是一件好事。正式制造程序并不烦恼，即大型工程公司必须忍受;相反，它们已成为良好组织成功的板设计的组成部分。使用Macrofab的在线订购系统 - 这是全面的，但仍然直观 - 将鼓励您更高效可靠的设计实践。

一个非常干净的装配工作，我喜欢宏飞的标准红色和白色造型。When entering all the data for my order, I flagged the through-hole line items as “do not populate”—I can take care of those with my soldering iron, and I knew that some of the through-hole parts wouldn’t be necessary for the initial demo bot.

布局

这是我在布局软件中出现的RCB（我使用Diptrace.）。

我在这里提到一些突出的问题，然后将更详细地讨论布局的几个部分。

注意这些基准，标记的FID1，FID2等。这些方便了装配过程。您可以阅读更多关于基准的信息这里。
使用不同的显示颜色是一个好主意。这与电源和地面连接特别有用。在这里，我有一个棕色/橙色的地面，亮绿色+ 3.3V，绿色+ 12V更柔软的绿色，黄色+ 5V。所有其他网在顶层上显示为红色，底层上的亮蓝色。
这是一个典型的四层叠加：顶部和底部用于组件和底部，一个平面层完全用于接地，一个平面层主要用于三个电源电压。
我不使用热浮雕（AKA“热”或“辐条”）用于通孔和通孔连接到平面层或铜倒。（有关示例，请参阅下面的图像。）
- 可以在布局软件中默认启用热量。尽管如此，在我看来，热量通常是不希望的。它们限制了从孔到周围铜的热量。当您使用烙铁时，这是方便的，但通过回流，整个板升温，因此不需要热量。此外，我们经常想要通过移动热量远离组件，例如暴露垫（例如，DFN和QFN）包装在这些情况下，热力正在抵御您。
- 另一个缺点是热量可以导致铜布置，例如，当近距离接近的几个通孔必须连接到同一平面层时。当通孔连接到没有热的平面层时，手工焊接绝不是不可能的，尽管它确实需要一些耐心。

这种通道使用“辐条”连接到周围的铜，以进行热浮雕。这有助于手动焊接，但通常，如果电路板将使用回流焊接组装，则通常不需要（或想要）热量。

当前评级与热关断

如您所知，该板包括两个MAX14870电机驱动器IC。这些器件额定为2.5峰值电机驱动电流。但这只是最大的电流额定值;在特定情况下，您实际上可以提供多少电机电流是一个更复杂的问题。

麻烦是，电流不存在隔离。如果电流流过阻力，您还具有电源耗散，如果您有功耗，则会有热量。如果芯片变得太热，它会关闭。

MAX14870采用了H桥FET的导通电阻形式的非增强电阻。因此，您不能简单地将MAX14870焊接到PCB，最新曲柄2.5 A，然后散步。如果您的PCB不鼓励热量远离IC并进入环境环境，则部分可能最终进入热关断 - 这可能在2.5 A时迅速发生，或者在较低电流下可能需要一两分钟或两个。

因此，仔细的PCB布局是一个积分方面正确实现MAX14870和许多其他高功率器件。外部散热器通常不是方便的解决方案，所以我们使用通孔和大铜区域：

请注意，从MAX14870（U7）下方的铜倾不是电连接到U7倒。这是因为它属于另一个电机驱动器IC的暴露垫。这是一个相同的地面，所以我可以把它们连接在一起，但这种方式我可能能够收集一些关于铜的一些信息以及需要多少孔，以便在MAX14870中获得足够的性能。

封装的裸露垫设计用于散热，我们可以通过将裸露的焊盘连接到大铜浇注，从而有助于将来自MAX14870的热量移动到周围空气中的热量。铜浇道也通过连接到地面平面;这些将从芯片向接地平面移动到地面，以及从地面平面到PCB的其他部分和周围环境。

这种布局有点拥挤，所以我必须在用铜填充可用空间时创造性。但即使您没有大量的顶层铜额外的房间，您仍然可以在众多通孔中挤压以帮助将热量移动到地面平面或铜倒在板的底部。

铜，孔：良好的热流和电流

每当我期望大规模或快速变化的电流时，我也喜欢使用慷慨的铜。不要在这里吝啬 - 董事会房子不会给你享受更多董事会的铜的折扣。宽痕迹，大倾倒，以及多个通孔都帮助降低电阻和电感。

电感特别麻烦，因为它依赖于频率的行为;它干扰了电流的快速爆发（数字ICS需要）和其他高频动作，因此它可能导致难以诊断甚至识别的性能问题。

以下是用于DC / DC转换器电路的布局。

注意大型铜浇注和用于地面和+ 12V连接的众多通孔。+ 5V连接也有大量铜，但我没有在那里使用，因为浇口下面的平面区域连接到+ 12V，而不是+ 5V。

当您为高速数字ICS铺设去耦电容时，低电感（和电阻）至关重要。RCB没有任何真正高频的电路，但这没有理由递减良好的布局实践。以下图像显示了微控制器解耦帽的布局。

结论

此时你知道如何如何设计和制造C-Biscuit机器人控制板 - 实际上，我没有制造它，宏飞做过。在下一篇文章中，我们将查看系统集成，即，强制各种组件实际合作，以便我们具有功能演示机器人。

下一篇文章串联：C-饼干：系统集成和测试