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Misceláneas - Interés General => Off Topic => Mensaje iniciado por: planeta9999 en 09 de Mayo de 2018, 15:15:33
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Tengo un problema con un diseño que hice recientemente, al intentar la certificación sale un exceso de emsiones de radiofrencuencia. En el gráfico que me pasan se ven armónicos sobre 375, 500 y 625Mhz.
El circuito usa un micro Kinetis a 120Mhz, y un chip Ethernet W5500. Todos los condensadores de desacoplo están puestos lo más cerca posible del micro, y el esquema para el W5500 es el recomendado por el fabricante.
No tenía ni idea de que este diseño tenía que pasar una certificación, si no hubiera tomado más precauciones. Me pasan también una comparativa con las emisiones de un Raspberry en el mismo circuito, pero bueno también el PCB de un RPY supongo que será de 4 o 6 capas, huelga hacer esa comparativa
¿ Alguna sugerencia ?
Lo que se me ocurre:
1.- He recomendado cambiar el PCB a uno de 4 capas, con una capa para masa y otra para los 3.3v.
2.- Añadir ferritas y que sean de mayor impedancia (2K5 a 100Mhz), a la entrada y salida del regulador de 3.3v, también en serie con cada patilla de 3.3v del micro y del W5500.
3.- Añadir condensadores a masa de 100nF y 10nF (en paralelo) a la entrada y salida del regulador de tensión.
4.- Aunque el PCB se ruteó en un 85% a mano, en el nuevo lo podría hacer al 100%.
5.- No se si es importante que las pistas TX/RX al conector RJ45 se hagan con pares diferenciales.
Descarto comprarme un analizador de espectro, porque vale una pasta, y de momento no lo he necesitado, puede que en un futuro sea un intrumental a añadir.
Estoy echando un ojo a este documento de Texas, sobre reducción EMI en el diseño del PCB.
http://www.ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf
Gráfica del analizador de espectro que denota un exceso de emisiones, sobre 375Mhz, 500Mhz y 625Mhz. Supongo que son armónicos derivados de los 120 Mhz del oscilador del microcotrolador principal, un Kinetis MK64. También podrían venir del W5500, este usa un cuarzo de 25Mhz, supongo que es un ARM a 100Mhz o similar.
(https://i.imgur.com/fUtWOwI.jpg)
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Empieza por las dos capas (pon 4): las pistas son puras antenas sin planos sólidos adyacentes. Si no es suficiente: bypasses, ferritas y en última instancia una jaula RF. Ojo tb con el XTAL (stubs).
De todas formas tampoco se te va mucho la gráfica. Yo tengo un marrón con un micro de ST que tiene un nivel de emisiones malísimo y la PCB es bastante robusta... al final también depende mucho del micro...
saludos.
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Empieza por las dos capas (pon 4): las pistas son puras antenas sin planos sólidos adyacentes. Si no es suficiente: bypasses, ferritas y en última instancia una jaula RF. Ojo tb con el XTAL (stubs).
De todas formas tampoco se te va mucho la gráfica. Yo tengo un marrón con un micro de ST que tiene un nivel de emisiones malísimo y la PCB es bastante robusta... al final también depende mucho del micro...
saludos.
Gracias por los consejos.
Lo primero que le recomendé al cliente es hacer el PCB a 4 capas. Está pidiendo presupuesto, a ver cuanto le sube y mañana me contesta. Yo ya le he dicho que me parece que es la mejor solución para reducir las emisiones y pasar la certificación.
También le sugerí lo de meter la placa en una caja metálica puesta masa, y meter más ferritas y condensadores.
¿ Con bypasses te refieres condensadores de 100nF/10nF en la linea de alimentación ?.
¿ La jaula, que es una cubierta metálica para aislar el microcontrolador, o para toda la placa ?, he visto algo por internet para cubrir chips.
Ahora mismo, la placa toma alimentacion de 5v por un conector micro USB, ahí a la entrada no tengo nada puesto, con esos 5v alimento un 74LS123. De los 5v paso por un LD1117 para sacar 3.3v para el micro y el W5500, en la salida de este regulador tengo una ferrita y un electrolítico.
Mi idea es poner en la entrada de los 5v, una o dos ferritas en serie (de 2k5 ohm a 100Mhz), seguida de un electrolítico, y dos condensadores de 100nF y 10nF, todo en paralelo. Lo mismo a la salida del regulador de 3.3v. Incluso, pegado a los micros, también ferritas en serie con los 3.3v. Rutear todo a mano, estudiar bien la ubicación de todos los componentes, y cambiar los que vea necesarios para que las pistas sean lo más cortas posible.
Otra cosa que podría hacer es reducir la frecuencia del reloj del micro, de los 120Mhz actuales a 96Mhz, o incluso a 72Mhz, aunque no se si eso me puede afectar al funcionamiento del firmware, y si realmente reduciría la potencia de esas emisiones de armónicos.
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Mirando ahora en el datasheet del controlador Ethernet W5500, veo que los 25Mhz del cuarzo, los multiplica con el PLL hasta los 150Mhz. Otra posible emisión de armónicos.
Me va a tocar diseñar de nuevo el PCB y montar otro prototipo pidiendo placas y stencil nuevos. A ver si tengo suerte y el cliente acepta hacer el PCB a 4 capas, creo que es lo que más garantías ofrece para resolver el problema.
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Mirando ahora en el datasheet del controlador Ethernet W5500, veo que los 25Mhz del cuarzo, los multiplica con el PLL hasta los 150Mhz. Otra posible emisión de armónicos.
Me va a tocar diseñar de nuevo el PCB y montar otro prototipo pidiendo placas y stencil nuevos. A ver si tengo suerte y el cliente acepta hacer el PCB a 4 capas, creo que es lo que más garantías ofrece para resolver el problema.
Si no lo acepta mala solución tiene a no ser que lo meta dentro de una caja metálica. 2 capas y una breadboard con cables no son muy diferentes.... Manda h... que la gente sea tan cabezota por medio €....
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Lo primero es irse a mínimo 4 capas, como ya habéis dicho, para que las señales tengan un plano de referencia justo debajo de ellas. El camino de retorno a frecuencias altas es el de mímima inductancia y éste coincide con el que está justo debajo de la pista en el plano de referencia, de esta forma miníminzas el loop de la pista en el retorno de su corriente y por tanto las emisiones.
Con dos layers solo es muy difícil pasarlo, teniendo esos microcontroladores, un pcb de mínimo 4 capas creo que es obligatorio.
En cuanto a los condensadores el valor a poner depende la frecuencia de resonancia del condensador por su inductancia en serie parásita y de la inductancia que añade en serie las pistas del pcb, para 120 MHz de reloj diría que vas a tener que poner condensadores menores de 10 nF.
En ethernet lo suyo es tener pares diferenciales, al igual que incluir resistencias de terminación en todas las señales que vayan por una pista lo suficientemente larga en la que haya que considerar su tiempo de subida y de bajada de la señal.
tenía esto por el pc: "getting emc design right first time" mira si lo encuentras, es un .pdf cortito con lo básico.
El tema ante el que estás no es simple, y las pruebas para certificar suelen ser caras, en china creo que están sobre los $1000 y en europa 10 veces más. Antes de hacer otro pcb documentate bien, porque aunque sea un pcb de 4 capas también es fácil no pasar las certificaciones, cuando empieces a leer vas a ver que no es simple el tema.
Esto es útil para detectar que partes de tu circuito emiten: pero te vas a precios de instrumentación de varios miles, que a no ser que te dediques exclusivamente al diseño pasando certificaciones no merece la pena tener.
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En cuanto a los condensadores el valor a poner depende la frecuencia de resonancia del condensador por su inductancia en serie parásita y de la inductancia que añade en serie las pistas del pcb, para 120 MHz de reloj diría que vas a tener que poner condensadores menores de 10 nF.
Me leí este documento, y pensaba reemplazar todos los condensadores de desacoplo de 100nF, por otros de 1nF, o poner en paralelo 2 ó incluso 3 de 100nF, 10nF y 1nF.
https://www.cemdal.com/app/download/7383863586/mito+100+nF.pdf?t=1366354771
También a la entrada de los 5v de alimentación y la salida del regulador LD1117 de 3.3v, pienso poner un electrolítico en paralelo con un par de cerámicos de 10nF y 1nF. Y una o dos ferritas, de 2K5 ohm a 100Mhz, en serie.
tenía esto por el pc: "getting emc design right first time" mira si lo encuentras y si no dejame un correo, es un .pdf cortito con lo básico.
Gracias, lo encontré por Google.
El tema ante el que estás no es simple, y las pruebas para certificar suelen ser caras, en china creo que están sobre los $1000 y en europa 10 veces más. Antes de hacer otro pcb documentate bien, porque aunque sea un pcb de 4 capas también es fácil no pasar las certificaciones, cuando empieces a leer vas a ver que no es simple el tema.
El problema es ir a ciegas, porque hasta que no lo prueben en laboratorio no se sabe si está bien.
Yo voy a hacerle al cliente, un nuevo diseño de PCB, más el stencil necesario para montarle un nuevo prototipo, todo pagado de mi bolsillo, pero ahí me quedo. No voy a estar pagando prototipos hasta que alguno pase esas pruebas.
Ya le he dicho que mínimo 4 capas para tener éxito, y después de leeros lo tengo más claro, ó 4 capas o no me responsabilizo de que pueda pasar la certificación de emisiones. Además en ningún momento me avisaron de esto antes de empezar el proyecto, sino me hubiera preocupado de informarme para diseñar el PCB considerando este tema.
Esto es útil para detectar que partes de tu circuito emiten: pero te vas a precios de instrumentación de varios miles, que a no ser que te dediques exclusivamente al diseño pasando certificaciones no merece la pena tener.
¿ Que es eso, una punta especial para usarla con el osciloscopio ?. Si es eso, imagino que no es capaz de hacer las funciones de un analizador de espectro, para ver en que frecuencias están esas señales. Ya miré lo que cuesta un analizador de espectro, y es un pastón para algo que no creo que tenga necesidad de volver a usar.
Si esas puntas son para el osciloscopio, y no son caras, podría comprar alguna, para al menos ver en que parte del circuito sale más señal de radiofrecuencia.
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Si van a pasar certificaciones es un requisito que te deben de dar al inicio, ya que de ello depende el diseño, un pcb de 2 layers en inviable.
Son puntas para analizadores de espectro, el osciloscopio del vídeo también es un analizador de espectro (ese modelo está sobre los 10-12k) que te permiten identificar que partes de tu circuito tinene emisiones.
El artículo ese de los condensadores está bien, lo vi hace tiempo y es correcto.
Echa un ojo al .pdf que te he indicado, en las primeras 56 páginas viene lo básico, lo tengo aquí impreso, ya que aunque vayas con un pcb de 4 layers hay que tener muchas más consideraciones en cuenta a la hora de rutear el pcb.
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Si van a pasar certificaciones es un requisito que te deben de dar al inicio, ya que de ello depende el diseño, un pcb de 2 layers en inviable.
Eso pienso yo también, pero bueno, no tengo ganas de líos y discusiones. Les hago un nuevo prototipo y arreando, pero eso si, a 4 capas o nada. Lo que no voy a hacer, es el gilipuertas, haciendo prototipos a 2 capas hasta que suene la flauta, porque al cliente no le salga de la gaita fabricar el producto con un PCB a 4 capas para ahorrar unos céntimos, milagros a Lourdes.
Son puntas para analizadores de espectro, el osciloscopio del vídeo también es un analizador de espectro (ese modelo está sobre los 10-12k) que te permiten identificar que partes de tu circuito tinene emisiones.
Lo del Analizador de Espectro, de momento lo descarto, ni siquiera en los chinos hay algo barato. De 1000 € para arriba, y eso los modelos más baratitos. Hasta el mercado de segunda mano está por las nubes.
Echa un ojo al .pdf que te he indicado, en las primeras 56 páginas viene lo básico, lo tengo aquí impreso, ya que aunque vayas con un pcb de 4 layers hay que tener muchas más consideraciones en cuenta a la hora de rutear el pcb.
Lo que he encontrado, al final parece solo pequeños trozos del documento original.
¿ Me lo puedes pasar por privado, o colgado en MEGA para bajarlo ?.
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Tengo un problema con un diseño que hice recientemente, al intentar la certificación sale un exceso de emsiones de radiofrencuencia. En el gráfico que me pasan se ven armónicos sobre 375, 500 y 625Mhz.
Esos son armónicos de 125MHz (3º, 4º y 5º armónicos)
O de una frecuencia inferior (25Mhz)
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Tengo un problema con un diseño que hice recientemente, al intentar la certificación sale un exceso de emsiones de radiofrencuencia. En el gráfico que me pasan se ven armónicos sobre 375, 500 y 625Mhz.
Esos son armónicos de 125MHz (3º, 4º y 5º armónicos)
O de una frecuencia inferior (25Mhz)
Las frecuencias exactas no las se, porque solo me han pasado la gráfica.
Como el microcontrolador va a 120Mhz (Kinetis MK64) y el chip Ethernet a 150Mhz, supongo que serán armónicos del reloj del microcontrolador, 360Mhz, 480Mhz y 600Mhz, es lo que más se aproxima.
O derivan del oscilador de 25Mhz del W5500, antes de pasar por el PLL, que lo eleva a 150Mhz.
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El problema es ir a ciegas, porque hasta que no lo prueben en laboratorio no se sabe si está bien.
Yo voy a hacerle al cliente, un nuevo diseño de PCB, más el stencil necesario para montarle un nuevo prototipo, todo pagado de mi bolsillo, pero ahí me quedo. No voy a estar pagando prototipos hasta que alguno pase esas pruebas.
Ya le he dicho que mínimo 4 capas para tener éxito, y después de leeros lo tengo más claro, ó 4 capas o no me responsabilizo de que pueda pasar la certificación de emisiones. Además en ningún momento me avisaron de esto antes de empezar el proyecto, sino me hubiera preocupado de informarme para diseñar el PCB considerando este tema.
Exacto, el problema es fabricar a ciegas. Antes de encarar una multicapa, que también deja un margen de riesgo, improvisaría una punta de prueba casera + osciloscopio.
http://uniteng.com/neildocs/references/Probing_the_Magnetic_Field_Probe.htm
http://uniteng.com/index.php/2013/05/30/measuring-emi-with-homemade-magnetic-field-probe/
Lo que interesa no es medir, algo nada práctico, porque para que dé lo mismo que a quienes certifican no solo hay que tener el mismo instrumental sino la misma disposición de los elementos en el ensayo.
Lo que necesitás es detectar el/los puntos de emisión y atenuarlos , el tema es que la amplitud sea suficiente para que con el osciloscopio veas algo.
Detectado el/los emisores --> pues blindaje, ferrite, condensador, etc hasta que baje la amplitud por lo menos a la mitad (con eso certificás).
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Exacto, el problema es fabricar a ciegas. Antes de encarar una multicapa, que también deja un margen de riesgo, improvisaría una punta de prueba casera + osciloscopio.
http://uniteng.com/neildocs/references/Probing_the_Magnetic_Field_Probe.htm
http://uniteng.com/index.php/2013/05/30/measuring-emi-with-homemade-magnetic-field-probe/
¿ Y estas cosas no las venden hechas ?, no me apetece nada liarme a montar chismes de radio, son muy delicados y por cualquier detalle ya no funcionan bien.
Veo que lleva transformadores con toroides, como todo eso no esté hecho a la perfección, luego no funciona ni a tiros y te vuelves mico.
Lo de comprar un Analizador de Espectro, lo descarto por precio. Pero un medidor de campo, que viene a ser esa bobina conectada al osciloscopio, para ver al menos por donde se escapa la radiofrecuencia, está bien y parece barato.
O miraré a ver, si en el mundillo del radioaficionado, venden algo que me pueda ser útil, y que no se vaya de precio.
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Me han dado luz verde al diseño del PCB a 4 capas. Y lo he pensado, y no voy a montar prototipo, porque todo el diseño a nivel de hardware y firmware está probado y funciona, así que cambio el diseño del PCB y les paso los Gerber, porque es para que ellos se fabriquen el producto. El prototipo inicial lo hice porque quise para programar el firmware y otro que les envié a ellos para darles actualizaciones y probarlo todo a distancia. Nunca ha habido compromiso de crear ningún prototipo físico.
Ahora, a ver como enfoco esto, hace mucho tiempo hice una placa a 4 capas, pero ni siquiera la llegué a montar, porque era algo para mi y al final lo pude rehacer a 2 capas.
Ruteo a mano, si, no me arriesgo y lo haré 100% manual. A 4 capas, por lo que he leído, se reparten una para GND, una para alimentación y las otras dos para señales. Lo que no tengo claro es el orden ideal de las capas, porque buscando por Google, me aparecen varias opciones, esta de la imagen es la que yo tenía en mente.
(http://www.bitweenie.com/wp-content/uploads/2013/02/LayerStackup.png)
Otra cosa que no tengo muy clara, es como se rutea en Eagle a mano sobre 4 capas. Si los planos de las capas asignadas a GND y alimentación, se tienen que crear antes de empezar a rutear para que al echar la vía a esas capas desde las capas exteriores vaya automáticamente al plano correspondiente.
El ruteo a mano en las capas exteriores, lo tengo claro, y todas las consideraciones para el tema EMI/EMC más o menos también.
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Ya me han pasado los datos exactos de las señales del analizador de espectros. Solo se pasan, aunque por muy poco, un par de señales, una a 499,99 Mhz y la otra a 625,00 Mhz, hay una tercera que está en el límite a 374,99Mhz.
Ninguno de esos parece un armónico de los 120Mhz del oscilador del micro, ni de los 150Mhz del PLL del W5500, pero si de los 25Mhz del oscilador del controlador Ethernet W5500.
Hay dos pruebas, una con polarización horizontal y otra vertical, en la primera es donde están los picos que superan lo permitido. En la gráfica aparecen hasta 11 picos de señal, solo dos están fuera de rango, y todas parecen armónicos de 25Mhz.
Lo que no cazo es porque las señales que están fuera de rango son las de frecuencia más alta, tenía entendido que los armónicos se van debilitando conforme se alejan de la fundamental, si es que esta son los 25Mhz. Y porque no hay armónicos a 50, 75, 100Mhz, el primero es a 150Mhz que coincide con la frecuencia del PLL del controlador Ethernet, y van saliendo cada 25Mhz (eso me hace sospechar casi definitivamente del W5500). Revisaré documentación sobre diseño de circuitos y PCB con este chip.
(https://i.imgur.com/qSBRKH6.jpg)
(https://i.imgur.com/49BMFiu.jpg)
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Lo que no cazo es porque las señales que están fuera de rango son las de frecuencia más alta, tenía entendido que los armónicos se van debilitando conforme se alejan de la fundamental, si es que esta son los 25Mhz. Y porque no hay armónicos a 50, 75, 100Mhz, el primero es a 150Mhz que coincide con la frecuencia del PLL del controlador Ethernet, y van saliendo cada 25Mhz ...
Pero si con señales "normales" tenés un tramo de pista que por su recorrido hace de "antena" con ganancia baja a 25MHz y alta a 375...625MHz (tramo resonante a 375MHz) vas a ver algo parecido a esto.
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Lo que no cazo es porque las señales que están fuera de rango son las de frecuencia más alta, tenía entendido que los armónicos se van debilitando conforme se alejan de la fundamental, si es que esta son los 25Mhz. Y porque no hay armónicos a 50, 75, 100Mhz, el primero es a 150Mhz que coincide con la frecuencia del PLL del controlador Ethernet, y van saliendo cada 25Mhz ...
Pero si con señales "normales" tenés un tramo de pista que por su recorrido hace de "antena" con ganancia baja a 25MHz y alta a 375...625MHz (tramo resonante a 375MHz) vas a ver algo parecido a esto.
Ok, ya entiendo, gracias. Me centraba en la frecuencia del oscilador, cuando el problema son las pistas que actúan como antenas, resonando en esa banda.
Ahora que hago memoria, parte del ruteo del W5500 se lo dejé al autorouter, pero no mucho, casí toda la placa la hice a mano.
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Respecto al Eagle, rutear a 4 capas no tiene nada diferente de un pcb de 2 caras. Lo primero te vas a tools->drc-> layer y en setup pones: (1*2*15*16)
eso indica a eagle que el pcb va a tener 4 capas (siendo la 2 y la 15) las interiores con vías pasantes de lado a lado del pcb.
La configuración más habitual es usar los dos capas externas para pistas de señal y las dos internas para los planos de tierra y alimentacion.
Señal -- plano alimentación --- plano alimentación -- Señal
Si usas las dos externas para los planos pues tienes que hacer una vía para cada pad de componentes, además los propios pads de los componentes romperían la continuidad de los planos, por lo que para 4 layers lo mejor suele ser usar los dos internos para los planos.
Ruteas el pcb de forma normal y donde haya una tierra o una alimentación metes una vía (o varías si la corriente es alta) con el nombre de "gnd" o "alimentación que corresponda".
Al final en las capas 2 y 15 haces polígonos, si solo vas a usar un mismo plano de tierra para todo pues en la capa 2 por ejemplo metes un polígono y le llamas gnd, ese plano te unirá todas las vías conectadas a tierra en tu pcb.
En la capa 15 haces los planos de Vcc, aquí puedes tener varios plano si tienes alimentaciones de distintos voltajes, cubriendo cada plano la zona donde está ese voltaje.
Respecto a la frecuencia que dices parece múltiplo de los 25 MHz, pero el ancho de banda de una señal no depende solo del reloj de esa señal, si no de el tiempo de los flancos de bajada y de subida de dicha señal.
El ancho de banda de una señal en una aproximación puedes decir que es igual a 0.35/ (tiempo de subida o de bajada), por lo que una señal que puedes considerar como lenta, pues puede tener una componente frecuencial alta si sus tiempos de subida son pequeños, en muchos micros puedes configurar el "drive strength" de sus pines lo que afectará también a esos tiempos de subida/bajada de la señal y otras propiedades de ésta.
Lo mejor para intentar pasar esto es tomas los recomendaciones del .pdf citado (4 capas es necesario pero aún así tienes que prestar atención a todas las recomendaciones), y cruzar los dedos para que pase la prueba.
El problema lo tienes en que si le haces un pcb de 4 layers y no pasa las pruebas, pues te lo volverá a exigir el cliente. Por lo que el requisito de certificación te lo debería dar al principio del diseño, ya que en función del tipo de pcb que sea pasar la certificación puede ser complejo (hay que tener conocimientos en el tema e instrumentación adecuada), y a no ser que seas experto en estos temas, podría incluso no interesarte hacerlo o el presupuesto del diseño puede cambiar totalmente.
Además cada prueba para certificar es costosa.
Te pongo un ejemplo de un pcb en eagle de 4 capas que me ha llegado hace dos días, no lo tomes como referencia para emc (ni como buen ejemplo :D) ya que es un pcb para un proyecto mio hecho rápido que no tiene que pasar ninguna certificación. También es conveniente dejar espacio entre los planos y el borde de la placa, o coser los bordes de la placa con vías. Vamos echale un ojo al .pdf.
Capa superior: señal + plano te tierra.
(https://c1.staticflickr.com/1/830/27171870467_681ed1cd96_b.jpg)
Capa interior 2: plano de tierra continuo con un pequeño recorte del plano de tierra analógico. Si quieres proteger los planos de los cristales también es conveniente hacerlos un "moat", debajo del conector ethernet si éste lleva transformadores no metas planos de tierra.
(https://c1.staticflickr.com/1/947/27171870747_3763bfc271_b.jpg)
Capa interior 15: planos de alimentación, uno por cada voltaje diferente ruteado en la zona donde está ese voltaje.
(https://c1.staticflickr.com/1/956/27171870557_fa282db710_b.jpg)
Capa inferior: señal y plano de tierra. Ethernet con pares diferenciales y resistencias de terminación al final del conector.
(https://c1.staticflickr.com/1/959/27171870797_78f6f5c1eb_b.jpg)
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Las armónicas problemáticas están separadas 125MHz y se alcanza a ver el pico (no marcado) de la fundamental (125MHz).
¿Es posible que en algún tramo tengas 125MHz? Si es así puede que sea ése el que está radiando.
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Abro un parentesis fuera del tema, sorry
Jorge, esto no tiene nada que ver con este tema, pero ya que veo que sabes del tema, a ver si puedes responderme a esto que en su día no me respondió nadie y todavia tengo la duda:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=48628.msg403953#msg403953
un saludo
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En la capa 15 haces los planos de Vcc, aquí puedes tener varios plano si tienes alimentaciones de distintos voltajes, cubriendo cada plano la zona donde está ese voltaje.
Tengo 3.3v para micro y controlador Ethernet, y 5v para un chip 74LS123. Nunca he creado dos planos a la vez en la misma capa, supongo que se hará igualmente con polígonos, pero con formas irregulares, uno cubriendo la zona del chip alimentado a 5v, y otro para el resto.
¿ Puedo hacer uno para los 3.3v que cubra toda la capa, y luego dentro otro más pequeño para los 5v ?, creo que una vez probé a hacerlo así y no funcionaba.
Lo mejor para intentar pasar esto es tomas los recomendaciones del .pdf citado (4 capas es necesario pero aún así tienes que prestar atención a
todas las recomendaciones), y cruzar los dedos para que pase la prueba.
Me lo voy a leer bien, para aplicarlo todo.
También es conveniente dejar espacio entre los planos y el borde de la placa, o coser los bordes de la placa con vías.
Lo de coser los bordes con vías al plano de masa, por algún sitio lo he visto. Yo en general, cuando diseño cualquier placa, echo vías a GND para no dejar zonas de cobre desnudas, una vez terminado el ruteo y activado el plano de tierra.
Capa superior: señal + plano te tierra.
Esa era una de mis dudas, si el plano de tierra solo se ponía en la capa interna de GND, o también en las dos capas externas de señales
Si quieres proteger los planos de los cristales también es conveniente hacerlos un "moat", debajo del conector ethernet si éste lleva transformadores no metas planos de tierra.
¿ Entonces conviene que bajo del conector Ethernet y de los cuarzos no haya plano de tierra en ninguna capa, que queden las cuatro capas desnudas de cobre metiendo rectángulos con tRestrict y bRestrict ?
Capa inferior: señal y plano de tierra. Ethernet con pares diferenciales y resistencias de terminación al final del conector.
Lo de los pares diferenciales no lo tenía, lo pondré.
Esto de las resistencias de terminación, no se si ya las lleva dentro el conector RJ45 o están en el esquema del W5500 que saqué del datasheet.
(https://i.imgur.com/dSkd1GB.jpg)
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¿ Entonces conviene que bajo del conector Ethernet y de los cuarzos no haya plano de tierra en ninguna capa, que queden las cuatro capas desnudas de cobre metiendo rectángulos con tRestrict y bRestrict ?
Para Ethernet desde el magnetico/transformador si es que lo tenes aparte no deberias poner plano por debajo.
Desde el magnetico al micro Si podes, desde el magnetico al la ficha NO.
Si lo tenes incorporado dentro del conector, entonces exclui el plano donde se encuentra el conector.
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Las armónicas problemáticas están separadas 125MHz y se alcanza a ver el pico (no marcado) de la fundamental (125MHz).
¿Es posible que en algún tramo tengas 125MHz? Si es así puede que sea ése el que está radiando.
Que yo sepa, no hay ningún oscilador a 125Mhz en el circuito.
Hay un micro Kinetis MK64 con un cuarzo de 8Mhz y el oscilador configurado a 120Mhz, y un controlador Ethernet W5500 con un cuarzo de 25Mhz y según el datasheet un PLL interno que sube esa frecuencia a 150Mhz como señal de reloj.
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¿ Entonces conviene que bajo del conector Ethernet y de los cuarzos no haya plano de tierra en ninguna capa, que queden las cuatro capas desnudas de cobre metiendo rectángulos con tRestrict y bRestrict ?
Para Ethernet desde el magnetico/transformador si es que lo tenes aparte no deberias poner plano por debajo.
Desde el magnetico al micro Si podes, desde el magnetico al la ficha NO.
Si lo tenes incorporado dentro del conector, entonces exclui el plano donde se encuentra el conector.
Los transformadores están dentro del conector RJ45.
¿ Quito los planos en las 4 capas y tampoco dejo que por ahí pasen pistas o vías ?, puedo meter tRestrict, bRestrict y vRestrict en cada una de las 4 capas para ahí quede la placa desnuda, sin cobre, ni pistas, ni vías.
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Capa interior 2: plano de tierra continuo con un pequeño recorte del plano de tierra analógico. Si quieres proteger los planos de los cristales también es conveniente hacerlos un "moat", debajo del conector ethernet si éste lleva transformadores no metas planos de tierra.
Ya veo en tu PCB que la restricción de los planos bajo el conector RJ45 afecta a las 4 capas, ¿ pero también excluyes del plano de tierra los dos pads pasantes del conector RJ45 que supongo van conectados al chasis de ese conector, se queda el chasis sin conectar a masa ?.
¿ También hay que evitar echar pistas o vías en esa zona bajo el conector RJ45, en las dos capas de señales ?. Yo ese tipo de restricción solo lo he aplicado a módulos WIFI ESP8266 de montaje en superficie.
Otra cosa sobre tu PCB, ¿ Ese panelizado con mouse bits, está todo hecho a mano, o hay alguna técnica o ULP para hacerlo ?, el tema del panelizado es algo que también tengo pendiente, sobre todo ahora que voy a poner en marcha la Pick and Place.
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¿ Quito los planos en las 4 capas y tampoco dejo que por ahí pasen pistas o vías ?, puedo meter tRestrict, bRestrict y vRestrict en cada una de las 4 capas para ahí quede la placa desnuda, sin cobre, ni pistas, ni vías.
Pagina 5 al final, dice que bajo ninguna circunstancia se deberia poner un plano de masa bajo los magneticos o el conector. Tambien me imagino que no deneria pasar nada por esos lugares tampoco.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/en562748.pdf
Sin pistas por debajo, nada. Podes conectar el chasis a masa usando los laterales del mismo, pero debajo del conector no.
Pagina 21 un ejemplo mas grafico:
http://www.ti.com/lit/an/slva531a/slva531a.pdf
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¿ Quito los planos en las 4 capas y tampoco dejo que por ahí pasen pistas o vías ?, puedo meter tRestrict, bRestrict y vRestrict en cada una de las 4 capas para ahí quede la placa desnuda, sin cobre, ni pistas, ni vías.
Pagina 5 al final, dice que bajo ninguna circunstancia se deberia poner un plano de masa bajo los magneticos o el conector. Tambien me imagino que no deneria pasar nada por esos lugares tampoco.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/en562748.pdf
Sin pistas por debajo, nada. Podes conectar el chasis a masa usando los laterales del mismo, pero debajo del conector no.
Pagina 21 un ejemplo mas grafico:
http://www.ti.com/lit/an/slva531a/slva531a.pdf
Ok, entiendo.
Lo que sería entonces ideal es que esas restricciones estuvieran ya puestas en el componente y no se tuvieran que añadir a mano en el PCB. Por ejemplo así esta en el módulo WIFI ESP8266 ESP12F de montaje en superficie, en la zona de la antena, o los cuarzos SMD HC49 que restringen el uso de vías bajo y alrededor del componente.
Creo que voy a modificar el RJ45 en la librería, y le añado ahí las restricciones para pistas y vías bajo el conector, aunque no se si eso afectará también a las 2 capas internas en el caso de placas a 4 capas.
En ese primer PDF hay algo que me confunde. ¿ La capa de alimentación (3), tiene también un plano de tierra a GND ?, pensaba que esa capa debería de tener un plano cubriendo toda la capa, conectado al positivo de alimentación, en mi caso a 3.3v.
(https://i.imgur.com/jVaBvnG.jpg)
(https://i.imgur.com/BrdKEow.jpg)
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¿ Puedo hacer uno para los 3.3v que cubra toda la capa, y luego dentro otro más pequeño para los 5v ?, creo que una vez probé a hacerlo así y no funcionaba.
En esto me autocontesto, bucando por Google. No sabía que el parámetro Rank dentro del polígono es para permitir crear polígonos solapados o unos dentro de otros. Por ejemplo un polígono a GND que cubra toda la capa, y dentro otro polígono a modo de islote conectado a 3.3v. El polígono interior lo pondría a Rango 1, y el que está a masa a Rango 2.
Media vida usando Eagle, y ahora me entero de esto.
(http://dangerousprototypes.com/blog/wp-content/media/2012/07/Eagle-polygons-ranks.jpg)
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pensaba que esa capa debería de tener un plano cubriendo toda la capa, conectado al positivo de alimentación, en mi caso a 3.3v.
Tengo entendido que para la alta frecuencia tanto GND y VCC """"es como"""" si estuvieran cortocircuitados. Asi que un power plane es lo mismo que sea GND, 3.3V, 5V. Al menos eso es lo que me quedo cuando uno hace el análisis en alta frecuencia en los transistores :P. Lo que por ahí es tener consideración de aquellos trazos que cruzan esos planos, y mas cuando estas son lineas de transmisión como en el caso de lineas de ethernet.
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Abro un parentesis fuera del tema, sorry
Jorge, esto no tiene nada que ver con este tema, pero ya que veo que sabes del tema, a ver si puedes responderme a esto que en su día no me respondió nadie y todavia tengo la duda:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=48628.msg403953#msg403953
un saludo
Te respondo en el hilo.
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Lo de los polígonos que no se pisen uno a otro es como dices, con la opción Rank, el polígono de rank menor se dibuja sobre el de rank mayor.
Si quieres hacer una zona sin cobre en medio de un plano, puedes hacer un polígono, y en la opción polygon pour seleccionas cutout, ese poligono vacía de cobre la zona.
Lo de los polígonos en eagle es sencillo, cuando tienes polígonos uno encima de otro tienes que definir el rank, y usar la opción cutout para hacer polígonos de zonas sin cobre.
Los dos pads de mi conector ethernet del chasis están unidos mediante una línea azul en la cara inferior (línea que sigue el contorno del conector) y unidos a la tierra del pcb a través de una ferrita en la cara superior. Vamos no sigas mi pcb al pie de la letra, ya que está ruteado en una tarde ya que es para mi, solo era para ponerte en eagle el ejemplo de los 4 planos. Debajo del conector ethernet no pongas ni planos ni pistas, ya que hay un transformador y por tanto habrá un acoplamiento electromagnético.
Cuando quieres separar planos de tierras, lo que haces es dibujar un pequeño foso en ellos y unirlos al plano principal en solo un punto. Éste pequeño foso ha de estar en todos los layers de tierra que estén debajo del plano de tierra, ya que si lo pones en un layer y en otro no, entre los dos layers que tienen planos hay un acoplamiento capacitivo y por tanto puede "pasar" la señal de uno a otro. Para el foso puedes usar tRestrict y bRestrict como dices.
Suelo panelar los pcbs a mano, una vez que se coge prática no se tarda más de 10-20 min. Si son muchos pcbs dentro del panel, lo que se hace es dibujar el pcb con su contorno con los "mouse bits". y luego cuando copias y pegas el pcb para panelar ya copias los "mouse bits". Yo el proceso de panelar no lo veo laborioso, solo hay que dibujar el pimer contorno del pcb y luego unir con una línea de la capa dimension que se hace rápido.
El ejemplo que pones del layer 3 con un plano de power rodeado de planos de tierra a mi no me gusta, como dice KILLERJC en alta frecuencia los planos de referencia están unidos (hasta cieta frecuencia) a través de los condensadores de desacoplo, por lo que no tiene sentido meter discontinuidades en un plano continuo, lo único que haces es poder incrementar el camino de retorno, loop de la corriente, y por tanto incremetarás las emisiones electromagnéticas.
Y más importante, si tienes un plano continuo de Vcc y otro de tierra, esos dos planos forman un condensador, éste va a ser el condensador que "más rápido" va a responder en tu pcb, ya que su ESR e inductancia es mínima, y tener este condensador formado por dos planos grandes de alimentación es importante.
Esto del ruteo de pcbs no es nada simple, y hay opiniones de todo tipo, algunos dicen que es mejor solo un plano continuo de tierra, otro que varios planos en función de las distintas partes del circuito, etc.. vamos yo no soy experto en el tema para discernir cuál es la mejor opción (todo lo de arriba lo hablo de memoria, por lo que me puedo equivocar), ya que es todo física y campos electromagnéticos, guías de ondas, etc.. y el tema puede ser complejo.
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Sobre el conector ethernet había este hilo: http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47187.msg394996#msg394996
Por lo general el fabricante del magjack suele dar esquemas de ejemplo.
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Suelo panelar los pcbs a mano, una vez que se coge prática no se tarda más de 10-20 min. Si son muchos pcbs dentro del panel, lo que se hace es dibujar el pcb con su contorno con los "mouse bits". y luego cuando copias y pegas el pcb para panelar ya copias los "mouse bits". Yo el proceso de panelar no lo veo laborioso, solo hay que dibujar el pimer contorno del pcb y luego unir con una línea de la capa dimension que se hace rápido.
Me gustaría encontrar algo para panelizar no tan artesanalmente, tengo el CAM350 y el Blueprint, pero nunca encuentro el momento de probarlos a fondo. Además, en mi caso, no me vale cualquier panelizado, porque luego de ahí tiene que ir a la Pick and Place, eso descarta el panelizado desde los Gerber como hacen los chinos. Y sospecho que el CAM350 y el Blueprint tampoco me servirán si trabajan con los Gerber, porque en alguna prueba que hice, se parte de los ficheros Gerber para trabajar.
Tiene que haber algo, pero como no es tan común que la gente tenga una Pick and Place en casa, supongo que nadie se ha preocupado en hacer un ULP o algún software de asistencia al panelizado. Y en Altium, creo que más o menos igual, todo artesanal.
Alguno de los chinos que me hacen PCB, creo que me comentaron que trabajaban con Allegro. Buscando ahora por Google, me aparece el FlowCad que es un módulo específico para panelizar con Allegro y Orcad.
El ejemplo que pones del layer 3 con un plano de power rodeado de planos de tierra a mi no me gusta, como dice KILLERJC en alta frecuencia los planos de referencia están unidos (hasta cieta frecuencia) a través de los condensadores de desacoplo, por lo que no tiene sentido meter discontinuidades en un plano continuo, lo único que haces es poder incrementar el camino de retorno, loop de la corriente, y por tanto incremetarás las emisiones electromagnéticas.
Ok, lo dejaré como decis, las dos capas externas para senañes, una interna solo para GND y la otra interna solo para alimentación 3.3v, con un islote para los 5v.
Gracias por todos los consejos, creo que ya voy encaminado a lo que tengo que hacer con el rediseño de la placa a 4 capas, para pasar la certificación de emisiones.
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Yo no he visto nada para panelizar en Eagle, por lo que en su día empecé a hacerlo a mano y una vez cogida la práctica así he seguido haciendolo, como dices necesitas algo que te panelice dentro del propio programa, ya que eagle tiene que generar las coordenadas para la pick and place.
Ya nos contarás los resultados de la pick and place, yo tengo bastante dudas sobre si me resultaría útil, y dado el precio no voy a hacer la prueba. Además de que si hace mucho ruido no la podría tener en casa, ya que vivo en un piso (pequeño) y pudiera quejarse el vecino si monto aquí una mini fábrica...
Respecto al pcb de 4 layers ya nos dirás los resultados, la verdad es que corres el riego de que el cliente se ponga pesado si no se pasan (no sé lo que le costarán las pruebas) y es un requisito que él te debería haber dado desde el principio.
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Respecto al pcb de 4 layers ya nos dirás los resultados, la verdad es que corres el riego de que el cliente se ponga pesado si no se pasan (no sé lo que le costarán las pruebas) y es un requisito que él te debería haber dado desde el principio.
Estaba terminando el diseño a 4 capas, y rebuscando por internet esquemas con el W5500, me encuentro que en los 6 pines de alimentación AVDD deberían de ir 6 condensadores de desacoplo de 100nF, y en mis esquemas solo estaba puesto uno de 100nF en paralelo con un electrolítico de 10uF, probablemente se me olvidaron.
Es posible que el problema haya venido por la falta de esos condensadores de desacoplo, porque enviarían a masa cualquier señal de RF en la linea de alimentación del W5500. En cualquier caso, el diseño a 4 capas ya está, no hago más pruebas a 2 capas.
Yo creo que ha quedado bien, 100% ruteado a mano.
Solo hay una cosa que me tiene un poco mosca, el chasis del RJ45 no va a masa, se conecta a través de un condensador de 1nF a masa, igual que un par de patillas más del mismo conector. Esto basado en el esquema de aplicación del controlador Ethernet W5500.
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Si te faltan condensadores las emisiones las tienes en un armónico de ese cristal, por lo que pueden venir de ahí, por defecto siempre que haya un pin de alimentación en un integrado hay que ponerle un condensador por cada pareja de pines de alimentación.
Este enlace tiene buenos links sobre como conectar shields a los planos de tierra: https://forum.allaboutcircuits.com/threads/usb-device-cable-shield-connection-grounding-it-or-not.58811/ (edito: lo tenía guardado de hace tiempo y están rotos algunos links, pero en su día recuerdo que me resultaron útiles).
Algunas opciones contradictorias entre ellas, por ejemplo poner un condensador o una ferrita en su lugar.
Poner un condensador es una de ellas, aunque yo pondría una resistencia del orden de megaohmios en paralelo con el condensador, que también lo he visto varias veces.
Ante la duda y si hay espacio en el pcb lo mejor es dejar footprints para varias opciones, ya que si dan problemas puedes montar una u otra.
Como norma general siempre seguir el ejemplo del fabricante del integrado si te lo da.
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Supongo que ya lo sabes, pero como no se ha dicho aquí lo pongo yo, recuerda que las pistas de distintas capas, lo ideal es que esten en perpendicular para que no se acoplen las señales.
intenta rutar una capa con pistas en horizontal y la otra en vertical en la medida de lo posible.
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lo ideal es que esten en paralelo para que no se acoplen las señales.
Creo que serian perpendiculares, aunque no se a que te referis con distintas placas.
Lo que nombras vos luego es lo que se conoce como: Manhattan routing, que es una estrategia de diseño de PCB
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Lo he escrito desde el movil y lo he escrito bastante mal, obviamente es perpendicular, como digo luego en una capa en horizontal y en la otra en vertical.
y lo de distintas placas, queria decir, distintas "capas"
Ya no escribo mas con el movil no se me da bien, y citar un mensaje desde el movil peor todavia xd
PD: corregido.
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En este caso al ser una placa de 4 capas, entre las dos capas de señales, está una capa con un plano de tierra y otra con un plano de alimentación.
Está todo ruteado a mano, y me he preocupado de hacerlo lo mejor posible. Pero incluso en el caso de que hubieran pistas corriendo en paralelo entre las dos capas de señales, tienen de por medio una capa con un plano de tierra (GND) que debe de impedir cualquier acoplamiento de señales entre pistas.
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Como norma general siempre seguir el ejemplo del fabricante del integrado si te lo da.
No es de datasheet, sino de una placa comercial, pero creo que la hace el propio fabricante del chip.
https://www.tme.eu/en/Document/820d7359e085eb5df434e76d6cc29301/WIZ850io.pdf
Y lo raro es que en la tensión de 3.3v solo ponen un condensador de 100nF para los seis pines, más un electrolítico de 10uF en paralelo. Así lo hice yo en mi esquema, una copia de este de la primera foto adjunta. Ahora lo he reforzado con tres condensadores de 100nF, más uno de 10nF. Si quisiera poner los 6 condensadores de 100nF, uno por pin de alimentación, tendría que reducir el tamaño a 0403, porque a 0603, como lo tengo ahora, ya no cabe ni un alfiler.
He visto otros esquemas por internet (segunda imagen), en los que si ponen un condensador de 100nF por pin de alimentación, total 6 x 100nF. Lo que si he quitado es la ferrita que aisla las dos masas, que en otros esquemas no está, la masa queda común en todo el circuito. La ferrita que separa las dos tensiones de 3.3v, si que la he dejado, y las pistas las he tirado por la capa de alimentación.
En el conector RJ45, he puesto rectángulos tRestrict y bResctrict para que no se generen planos de tierra, bajo el conector, en las dos capas de señales, pero no encuentro como hacer lo mismo (si es que se puede), en las dos capas interiores, no aparecen comandos xRestrict para otras capas que no sean las Top y Bottom. Aunque en la placa a 2 capas, no me dió ningún problema teniendo planos de tierra bajo el conector. Como ha quedado, en la tercera imagen, creo que los planos de las capas interiores, si que han quedado bajo el conector RJ45.
(https://i.imgur.com/dgIbkWq.jpg)
(https://i.imgur.com/Eww0Fjl.jpg)
(https://i.imgur.com/xaEUgJb.jpg)
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He estado mirando los Gerber, y en efecto, los planos bajo el conector RJ45 solo desaparecen en las capas Top y Bottom, al aplicar tRestrict y bRestrict con sendos rectángulos. En las capas internas de GND y alimentación se mantienen. No se si esto es importante, y como se podrían quitar.
Capa 1, Top
(https://i.imgur.com/B227EnE.jpg)
Capa 2 a GND
(https://i.imgur.com/175qBWv.jpg)
Capa 3 a alimentación 3.3v
(https://i.imgur.com/ZwWAZDm.jpg)
Capa 4, Bottom
(https://i.imgur.com/kcfQZlt.jpg)
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He estado mirando los Gerber, y en efecto, los planos bajo el conector RJ45 solo desaparecen en las capas Top y Bottom, al aplicar tRestrict y bRestrict con sendos rectángulos. En las capas internas de GND y alimentación se mantienen. No se si esto es importante, y como se podrían quitar.
Me autocontesto, aunque no lo he probado aún, creo que creando un polígono configurado como cutout se vacía el cobre de las capas internas.
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Como dices haciendo un polígono y seleccinando en el vertido de cobre cutout te vale para hacer lo que quieres, otra opción sería dibujar un cuadrado cerrado con una línea en esa capa, pero lo suyo es hacerlo con el polígono con cutout.
Los pares diferenciales se suelen rutear con una impedancia determinada, si planos de tierra u otras señales muy cerca de ellos, y si se puede vitando vías. Si ya lo tienes funcionando y no son muy largos no creo que te den problemas.
0402 yo lo suelo usar y montar a mano, y con un buen microscopio es fácil de trabajar. Si tu pick and place trabaja esos tamaños no tienes problemas en cuanto a tamaños de componentes mínimos, esa es la ventaja de tener una máquina.
Si haces agujeros para montar tornillos en el pcb es conveniente dejar un margen sin cobre alrededor de ellos, no sea que el tornillo rompa el pcb y cortocircuite varias capas, más en pcbs de más de dos capas donde vas a tener capas con separaciones de 0.2 mm.