PCB Tecnico - Layout PCB del circuito di alimentazione fotovoltaico

Dimensione PCB

Il microcontrollore è EFM8 Sleepy Bee di Silicon Labs, e il connettore (relativo) grande sulla sinistra fornisce una connessione diretta all'adattatore di debug USB SiLabs. Questo connettore consuma un bel po 'di spazio PCB, facendo apparire il design complessivo più grande di quanto non sia realmente.

La figura seguente mostra le dimensioni della scheda PCB in pollici. La dimensione orizzontale più corta è il mio tentativo di stimare quanto piccola potrebbe essere la scheda se il connettore di debug venisse rimosso (e altri componenti riorganizzati).

Ecco alcuni altri modi per ridurre le dimensioni della scheda:

Ho scelto i componenti passivi più grandi IC (0805 e 1206) perché sono più facili da montare. Se avete intenzione di assemblare schede, potreste prendere in considerazione l'utilizzo di un 0603 o anche un 0402 (potete trovare condensatori accettabili 2.2μF in un pacchetto 0402, ma per condensatori e resistenze 0.1μF, potete usare un 0402).

Ho scelto un pacchetto più grande per il microcontrollore; Questo è un 9mm x 9mm QFP32. La dimensione del pacchetto senza pin a 32 pin è significativamente più piccola (5 mm x 5 mm) e c'è una dimensione del pacchetto senza pin a 24 pin ancora più piccola (4 mm x 4 mm). A mio parere, la maggior parte delle applicazioni costruite intorno a questo alimentatore non richiede più di pochi pin I/O, quindi un pacchetto a 24 pin è probabilmente la scelta migliore. Ho usato il dispositivo a 32 pin perché il microcontrollore non ha nessun altro cavo (cioè, non piombo) pacchetto.

. Fornisco l'oscillatore di cristallo 32.768khz per le applicazioni dell'orologio in tempo reale; È circa la dimensione di un componente 0805. Il microcontrollore ha un oscillatore interno a bassa potenza con un grado molto basso (± 10%), quindi se non avete bisogno di temporizzazione, potete omettere il cristallo.

I regolatori dell'interruttore della pompa di carica attualmente hanno quattro condensatori di uscita 2.2μF, ma solo uno è richiesto.

. LED e la sua resistenza è utilizzato solo per il debug; Possono essere omessi dal disegno finale.

Potresti pensare di poter eliminare tutti i circuiti (interruttori, LDO e due condensatori) associati al debug degli alimentatori. Non lo consiglio perché l'energia solare non è una fonte conveniente per lo sviluppo e il test del firmware.

Doppia scelta

Quest'ultima voce su come fare una lista più piccola è avere componenti nella parte superiore e inferiore della scheda. Mentre stavo scrivendo questo ARTICOLO, ho iniziato a chiedermi se l'intero circuito potesse adattarsi all'area corrispondente alle dimensioni della cella solare, in modo da poter progettare un circuito che avesse solo la cella solare in alto e tutto il resto in basso. Ho deciso di rimuovere alcuni componenti inutili dallo schema e provare questa idea, ed ecco cosa ho trovato (in pollici):

E' un'approssimazione approssimativa, ma, come potete vedere, siamo abbastanza vicini a riempire tutti i circuiti nello spazio PCB che occupano le celle solari.

Per creare questo posizionamento dei componenti, ho eliminato tre dei quattro condensatori di uscita, il cristallo, il LED e la RESISTENZA del LED. Ho anche cambiato il pacchetto del microcontrollore a QFN24. I componenti passivi sono ancora 1206 e 0805, ma questi pacchetti più grandi possono compensare la necessità di collegare il microcontrollore all'adattatore di debug. Non c'è certamente molto spazio di routing, ma se si può usare una scheda a quattro strati (e ancora avere un sacco di spazio in alto sotto la cella solare), non penso che questo sia un serio ostacolo.

Conclusione

Abbiamo discusso il layout PCB della mia scheda microcontrollore solare progettata di recente, e abbiamo anche studiato un esempio di un'implementazione più ottimizzata nello spazio in cui la dimensione PCB è vicina alle dimensioni di una cella solare. Se hai esperienza con i progetti con limitazioni di spazio per dispositivi embedded a bassa potenza, sentiti libero di condividere i tuoi pensieri nei commenti.