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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mein erstes richtiges Board


Autor: blabla (Gast)
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Hallo,

ich habe mein erstes "richtiges" Board mit Eagle erstellt und haette 
dazu gerne Feedback. Was kann man besser machen? Ich bin noch nicht so 
geuebt. Habe ich einige grobe Fehler drinnen? Jeder Ratschlag 
willkommen!

Das ganze ist ein CPLD Development Board fuer den Xilinx XC9572XL im 
PLCC44 Package. Es fuehrt eigentlich nur die PINS der CPLD nach aussen 
und hat eine Pierce Schaltung die als Clock dient. Ein LC33CV dient als 
Spannungsregler (im Schema als 78xx, konnte das Bauteil nicht finden, 
ist ja egal). Der Quarz hat einen Sockel, so dass er austauschbar ist. 
JP6 dient als Jumper um die Clock an GCK1 anzuschliessen. Die LED dient 
nur als Betriebsanzeige, die Diode dient zum Verpolungsschutz.

Es waere toll, wenn ihr mir weitere Tipps geben koenntet, wie ich das 
Board noch verbessern kann. Mein Ziel war es ein einlagiges Board zu 
schaffen, damit es leicht geaetzt werden kann. Man braucht nur eine 
einzelne kleine Drahtbruecke. Was haltet ihr von den Masseflaechen. Ich 
habe Angst, dass die gerade beim Ozsillator vielleicht eine ungesunde 
Kapazitaet fuer hohe Frequenzen (~100MHz) aufbauen.

Ausserdem habe ich auf meinem Prototypen festgestellt, dass bei 3V der 
74HC14 (Hex-inverting Schmitt-Trigger) nur ca. bis 10MHz mitmacht, mehr 
geht einfach nicht. Kann da jemand vielleicht einen IC empfehlen, der 
auch mit einem 100MHz Quarz bei 3V noch klarkommt (moeglichst DIP und 14 
polig)?

Autor: holger (Gast)
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>Kann da jemand vielleicht einen IC empfehlen, der
>auch mit einem 100MHz Quarz bei 3V noch klarkommt

Ein fertiger Oscillator. Einlagiges Layout für
100MHz Takt ist ja wohl ein Witz. Und von
Keramikkondensatoren für jeden VCC GND Pin
hast du auch noch nichts gehört?

Autor: blabla (Gast)
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holger schrieb:
> Einlagiges Layout für
> 100MHz Takt ist ja wohl ein Witz. Und von
> Keramikkondensatoren für jeden VCC GND Pin
> hast du auch noch nichts gehört?

Wieso ist ein einlagiges Layout dafuer ein Witz? Kannst du das bitte 
naeher erlaeutern? Abblockkondensatoren bekomm ich vielleicht noch 
reingefummelt, die hatte ich fuer nicht so wichtig erachtet. Ich dachte 
eigentlich, dass die Spannung schon stabil sein sollte, das geht ja 
durch den LF33CV und haengt an einem stabilisiertem Netzteil. Taeusche 
ich mich da, wenn ja, warum?

Autor: Daniel H. (Firma: keine) (commander)
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blabla schrieb:
> Taeusche
> ich mich da, wenn ja, warum?

Weil die Stromaufnahme nicht konstant ist sondern variiert, je nachdem 
was der µC gerade macht, die 100nF dienen dazu, eben dies auszugleichen.

Edit: Achja, 20 Ohm Vorwiderstand für LED1 finde ich auch etwas 
sportlich...

Autor: Route_66 (Gast)
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Hallo!

unbenutzte Eingänge vom HC14 beschalten!

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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blabla schrieb:
> Wieso ist ein einlagiges Layout dafuer ein Witz?
Weil dein Oszillator auch mit einem 100MHz-Baustein niemals mit 100MHz 
laufen wird! Der würde wahrscheinlich sogar oszillieren, nur eben 
irgendwie.
Problem Nr 1: das Layout
Zum üblichen Hintergrund: 
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz und dazu die 
passende Diskussion im Beitrag "Quarz Platinenlayout: GUARD RING?"

Problem Nr 2: das Layout
Eine kleine Merkregel: Each Millimeter has its Nanohenry
Oder kürzer: jeder mm zählt.

Problem Nr 3: das Layout
Ein Design mit 100MHz wirst du garantiert nicht mit einer einlagigen 
Platine zum Laufen bekommen, wenn du nicht sehr viel Erfahrung mit 
HF-Design hast (denn Signale mit solchen Frequenzen lösen sich leicht 
von der Leiterbahn)

Problem Nr 4: der Quarz
Du wirst keinen Grundwellenquarz mit 100MHz bekommen. Und deshalb wird 
eine Grundwellenschaltung bestenfalls mit einem Bruchteil (1/3, 1/5...) 
der aufgedruckten Frequenz schwingen... :-o

EDIT: ist denn die Masse überhaupt überall hin verbunden? Du hast da 
doch sicher noch ein paar Unrouted Signals? Ich finde z.B. keinen Weg 
vom C2 zum IC1 Pin 7...   :-o

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Servus,

einen 100MHz Quartz - wo bekommt man die noch her ? :)
Dein Quartzlayout ist ungünstig, THT Bauteile sind hier suboptimal, 
besser ist SMD (0805 od 0603).
In der Tat wäre ein Oszillator besser, du sparst dir den 
Schmitt-Trigger, die Rs und die Last-Cs.

Apropos, warum eigentlich 100MHz für den kleinen CPLD ? Wenn es ein 
Eval-Board sein soll, wären 12MHz o.ä. wahrscheinlich besser - sonst 
verbraucht ein Taktteiler einen grossteil der Ressourcen ;)

Gruss Uwe

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Lothar Miller schrieb:
> (denn Signale mit solchen Frequenzen lösen sich leicht von der
> Leiterbahn)

Was meinst du damit - Skineffekt ?

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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blabla schrieb:
> Ausserdem habe ich auf meinem Prototypen festgestellt, dass bei 3V der
> 74HC14 (Hex-inverting Schmitt-Trigger) nur ca. bis 10MHz mitmacht, mehr
> geht einfach nicht. Kann da jemand vielleicht einen IC empfehlen, der
> auch mit einem 100MHz Quarz bei 3V noch klarkommt (moeglichst DIP und 14
> polig)?

Ja nun - die "HC" Reihe reicht da nicht aus - es sollte eher "AC" sein. 
Die sind aber recht derbe Störer (Stichwort Trise/ Tfall). Sollte man 
nur verwenden, wenn wirklich nötig.

Autor: eagler (Gast)
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Also bischen loben darf man ihn doch auch. Die Platine sieht ja auf den 
ersten Blick schon ned schlecht aus. Zumindest beherscht du den "Adler" 
ein wenig... ein guter Anfang. Die Kritikpunkte haben die Kollegen oben 
schon geäusert... wobei so mancher vieleicht ein paar nettere Töne 
anschlagen könnte.

Nochmal zu den Blockkondensatoren... Du must dir vorstellen da sind 
x-tausende/millionen MOS-Gatter, Speicherzellen etc. drin. Sprich 
Transistoren mit einer Minikapazität. Schaltet eine Zelle zieht sie 
extrem kurzzeitig viel Strom. Das ist ein sehr kurzer Nadelimpuls, d.h. 
im "Schnitt" verbraucht das Ding dann doch sogut wie keinen Strom. Aber 
desto aktiver der Baustein ist, desto mehr Pulse Schlagen auf die 
Versorgungsleitung durch. Da können schon mal Peaks mit ein paar Ampere 
zusammenkommen. (mit Normalen Multimeter nicht messbar). Da is dann 
0,5mm Leiterbahn nimmer viel. Da die Peaks so extrem kurz sind & steile 
Flanken haben wirken die relativ kleinen 100nF ziemlich gut gegen die 
Störungen. Aufpassen muss man zb. wenn man mehrere Digitale Bausteine 
als Kette verdrahtet. Da kanns dann zu "Nadelöhren" kommen. Die strahlen 
dann schön und die Schaltung ist/kann unzuverlässig sein.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Uwe N. schrieb:
>> (denn Signale mit solchen Frequenzen lösen sich leicht von der
>> Leiterbahn)
> Was meinst du damit - Skineffekt ?
Nein, der Skineffekt ist ja noch in der Leiterbahn.
Ich meinte damit, dass 100MHz eine durchaus gängige Funkfrequenz ist. 
Und daher ein HF-taugliches Layout (= jeder mm ist einer zuviel) 
unumgänglich ist...

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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eagler schrieb:
> Da können schon mal Peaks mit ein paar Ampere zusammenkommen. (mit
> Normalen Multimeter nicht messbar). Da is dann 0,5mm Leiterbahn nimmer
> viel.
Richtig, das ist auch der Grund, warum viele ICs mit mehr als einem Paar 
Versorgungsspannungsanschlüssen daherkommen (spez.BGAs) - das bedeutet 
auch eine niederige Induktivität.

> Da die Peaks so extrem kurz sind & steile Flanken haben wirken die
> relativ kleinen 100nF ziemlich gut gegen die Störungen.

Naja, so dolle sind die auch nicht - die üblichen Block-Cs taugen bis 
ca. 20MHz, danach kannst du die vergessen.

Autor: Simon Huwyler (simi)
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Darum muss man auch ein Mehrstufen-Konzept haben. Von riesig und träge 
bis winzig und sauschnell.

Angefangen beim Spannungsregler. Der entspricht ja quasi einem 
Kondensator, der unendliche Kapazität hat. Dafür ist er träge. D.h. 
DC->Kurzschluss (abgesehen eben vom DC-Offset), ab einigen (10? 100? 
1000? Hz) -> sehr hohe Impedanz.
Dann kommen die grossen Töpfe. Die haben ab da eine niedrige Impedanz, 
wo der Regler nicht mehr nachkommt. Aber wenn's schneller wird, sind 
auch die wieder am Ende, und die Impedanz steigt. Dann kommen grosse 
Blockis. 100nF z.B. Dann z.B. auf jeden 100er 5 10nF Blockis. (Achtung: 
ja nie EINEN 100nF und EINEN 10nF Kondi parallelschalten, das gibt wüste 
Resonanzen, mit dem Resultat, dass die sich in ekligen Frequenzen gerade 
aufheben. Kann man dann ebebnsogut sein lassen. Sobald es mehrere 10er 
sind, verschmiert sich das aufgrund der Toleranzen).
Und dann, wenn's richtig schnell wird, kommen die Planes in's Spiel.

Das ganze kann man graphisch mit Bodeplots darstellen. In diesen 
Graphiken sind dann auch die "Frequenzlöcher" ersichtlich, die sich 
auftun, wenn man z.B. einen schönen Regler und eine schöne Plane hat, 
aber eben keine Blockis.

Autor: manateemoo (Gast)
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- Ich würde mich, wenn es nicht unbedingt 100Mhz sein sollen, auf ca. 
24Mhz beschränken.
- fertiger Oscillator für 24Mhz
- 100nF Abblockkondensatoren sind bei 24Mhz ok
- JTAG auf einen separaten Stecker
- Reset Schaltung (zB. MCP130)

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Uwe N. schrieb:
> - die üblichen Block-Cs taugen bis ca. 20MHz, danach kannst du die vergessen.

Naja, ganz so schlimm ist es ja nun nicht:
Zwar liegt der Knick (Übergang von kapazitivem zu induktivem Verhalten) 
bei ~20MHz, aber der Impedanzanstieg danach ist ja nicht sehr steil. Und 
solange die Impedanz signifikant kleiner ist als die der Quelle incl. 
Leitungen dorthin und zurück, zeigt der Block-C noch die beabsichtigte 
Wirkung.

Siehe die Kurven bei z.B. hier: 
http://www.avx.com/docs/techinfo/parasitc.pdf

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