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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik GMZ: Layout ok? Verbesserungsvorschläge?


Autor: PJ (Gast)
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Moin!

Ich habe einen Entwurf für eine GMZ-Platine gemacht und möchte die 
Forengemeinde um ihren Adlerblick und Verbesserungsvorschläge jeglicher 
Art bitten.

Meine Unsicherheiten:
- HV-Layout (Abstände, Sicherheit, Teileauswahl ...), insbesondere am 
Schalttransistor.
- Dimensionierung des HV-Reglers. Er läuft hier seit 2-3 Wochen 
problemlos im Dauertest am Labornetzteil, aber vielleicht sollte man 
doch etwas besser machen.
- Ist die "semi-galvanische Trennung" überhaupt sinnvoll?
- Ist das so mit "Hobbymitteln" ätzbar?
- Irgendwas übersehen?

Die µC-Einheit ist zwar noch nicht endgültig, soll aber doch schon jetzt 
die konkrete Nutzung und Auswertung ermöglichen. Anlass für den Entwurf 
war, etwas Stabileres als den LRP-Aufbau für HV-Erzeugung und 
GMZ-Anschluss zu haben, und ich habe eher willkürlich irgendeine 
µC-Auswerteeinheit dazugetan, damit man das Gerät schon jetzt als 
unabhängige, mit einem Steckernetzteil betriebene Einheit an einen 
Webserver anschließen kann, damit die Softwareentwicklung und weitere 
Tests durchführen kann und noch Erweiterungsmöglichkeiten für Tests hat.
(Ich denke aber, der µC ist für den Zweck eigentlich überdimensioniert; 
mein Wunsch ist daher, ihn später durch einen kleineren Typ zu ersetzen 
und mit dem eingesparten Platz einen LCD-Direktanschlussstecker und 
vielleicht noch Dioden, Lade-C und Regler für den Anschluss eines 
unstabilisierten Wechselstrom-Steckernetzteils vorzusehen.)

Meine Tests haben gezeigt, dass der HV-Regler bei ca. 7V auf die 500V 
kommt und problemlos auch mit 24V betrieben werden kann (der Test hat 
allerdings eher sporadischen Charakter, da mein Dauertest mit 12V 
läuft).

Ich habe versucht, das Ganze so zu machen, dass man möglichst wenig um 
den angeschlossenen Rechner fürchten muss.

Ich habe vorher noch nie mit Eagle gearbeitet und schon lange keine 
Platinen mehr geätzt, insofern ist das für mich auch ein Übungsprojekt. 
Aber vielleicht ist es doch schon geeignet zum Nachbau.

Autor: PJ (Gast)
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Hier noch die Eagle Schaltplan- und Board-Dateien.

Autor: PJ (Gast)
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Hier noch ein Foto des funktionierenden LRP-Aufbaus.

Der dicke Widerstand war aus der Bastelkiste, ist möglicherweise weder 
der optimale Wert noch die optimale Bauform.

Den mittleren Q1-Pin habe ich etwas zurückgebogen, aber flach auf der 
Platine wäre das natürlich anders. => ??
Außerdem habe ich dem Datenblatt nicht entnehmen können, ob die 
Kühlplatte des Transistors mit einem Pin verbunden ist bzw. mit welchem.

Autor: PJ (Gast)
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Und hier noch der Schaltplan.

Autor: Falk Brunner (falk)
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GMZ?

Autor: PJ (Gast)
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GMZ = Geiger-Müller-Zähler (eigentlich: -Zählrohr)

Der Einsatzzweck des Geräts ist die Langzeit-Umweltüberwachung.
Das ausgewählte Zählrohr ist auch speziell dafür vorgesehen.

Autor: AC/DC (Gast)
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GMZ?
Weiß du was was wir nicht wissen. Vielleicht wieder
ein Reaktor der durchgeht?

Bis auf die Masse die von rechts fast bis zur Spule
ohne einen erkennbaren Zweck verlegt wurde macht das
ganze einen guten Eindruck. Wegen der beiden unvermeidlichen
Leitungen(Rot) würde ich allerdings keine doppleseitige Platine
herstellen(lassen) sondern Drahtbrücken oder Null-Ohm-Widerstände
bestücken. Kleiner sinnvoller Text auf dem Bottomlayer
erleichtert das Handling bei der Herstellung.
Die Leitung von R5-D1 kann man im 45°Winkel verlegen.
Sieht optisch harmonischer aus.

Autor: Daniel P. (daniel86)
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HI

so habe einbißchen was gefunden. Bin jetzt aber nur von deinem 1 Bild 
ausgegangen.

1. Die Leiterbahn die an L1 aufhört???

2. SV3 könntest du direkt neben IC4 Pin 13-15 legen dann brauchste net 
zwischen den Pads durch gehen

3. Willst du die Stormkreise nicht etwas voneinander trennen

4. Das Quarz und die Kondensatoren passen nicht, du hast die Xtal 
Eingänge auf Masse gelegt

5. Was mich persönlich noch stören würde ist die Unterschiedliche 
Leiterbahndicke an PortA und PortC

6. Massefläche wäre auch nicht verkehrt, oftmal wird das Layout dann 
wesentlich einfacher

7. Wechselstrom-Steckernetzteil?? Ich würde einfach bei einem 
Stabilisiertem Steckernetzteil bleiben. Wie wäre es noch mit ner 
Sicherung, da kann man ja auch eine zum einlöten nehmen

8. Willst du keine RS232 Buchse einbauen? erleichtert das anshließen und 
du must nicht extra ein Kabel anschließen

Sonst sieht es gut aus und mir fällt auch nix mehr auf

Daniel

Autor: PJ (Gast)
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> Weiß du was was wir nicht wissen. Vielleicht wieder
> ein Reaktor der durchgeht?

Nun ja, die Betreiber und Behörden sind ja wohl notorische 
Geheimniskrämer und Informationsverzögerer, was unangenehme Vorfälle 
angeht. Insofern könnte man mit so einem Gerät möglicherweise wirklich 
etwas wissen, was andere nicht wissen. Und das (inzwischen uralte) 
Fessenheim-AKW im Erdbebengebiet ist nicht gerade die beste Idee 
gewesen. Da war letzten Dienstag erst ein Beben der Stärke 4,5 in der 
Nähe, vor ein paar Jahren sogar eins mit 5,4.

> Masse die von rechts fast bis zur Spule
> ohne einen erkennbaren Zweck verlegt

Die Vorstellung war, dass wenn irgendwelche Spannung über die Platine 
kriechen, dass sie etwas zum Hinkriechen haben, wo sie keinen großen 
Schaden anrichten.

> Wegen der beiden unvermeidlichen
> Leitungen(Rot) würde ich allerdings keine doppleseitige Platine
> herstellen(lassen) sondern Drahtbrücken oder Null-Ohm-Widerstände
> bestücken.

So ist das auch gedacht. Gibt es da in Eagle ein geeignetes Bauteil 
(sowas wie "Drahtbrücke mit variabler Länge")?

> Kleiner sinnvoller Text auf dem Bottomlayer
> erleichtert das Handling bei der Herstellung.

Links oben ist auf der Unterseite mein Kürzel + Jahreszahl.

> Die Leitung von R5-D1 kann man im 45°Winkel verlegen.
> Sieht optisch harmonischer aus.

Ich weiß, aber hier wollte ich den Abstand zu den umliegenden Pins 
maximieren, wie überhaupt in dieser Region. L1 schaltet ja zwischen der 
Eingangsspannung und den 500V hin und her.

> 2. SV3 könntest du direkt neben IC4 Pin 13-15 legen dann brauchste net
zwischen den Pads durch gehen

Das stimmt, keine schlechte Idee. Das war so gekommen, weil ich den 
Anschluss am Rand haben wollte.

> 3. Willst du die Stormkreise nicht etwas voneinander trennen

*Könntest Du das etwas erläutern? Wie kann man die (ohne Trafo) noch 
getrennter halten als jetzt? Warum erscheint Dir das notwendig?*

> 4. Das Quarz und die Kondensatoren passen nicht, du hast die Xtal
Eingänge auf Masse gelegt

Inwiefern "passen" die nicht? Mechanisch gesehen? Elektrisch? Werte?

An sich sollte das eine Art Massefläche werden, und am Quarz selbst 
sollten die Leiterbahnen korrekt verlaufen. Aber Du hast trotzdem recht, 
denn der eine Pin hat am Chip eine Verbindung zur Masse, die er nicht 
haben darf. Das war vorher mal richtig, aber bei irgendeiner 
Bauteileverschiebung habe ich da offensichtlich etwas übersehen. Das ist 
so ein Fehler, bei dem der Chip bei der Inbetriebnahme dann keinen Pieps 
von sich gibt...

> 5. Was mich persönlich noch stören würde ist die Unterschiedliche
Leiterbahndicke an PortA und PortC

Stimmt.

> 6. Massefläche wäre auch nicht verkehrt, oftmal wird das Layout dann
wesentlich einfacher

Hatte es versucht, aber ich habe noch nicht herausgefunden, wie man das 
richtig macht. Meine Massefläche war nur ein Polygon mit fettem, 
gestricheltem Rand geworden, da hab ich das zunächst wieder rückgängig 
gemacht. Ich werd's schon noch herausfinden.

Mir ist noch aufgefallen, dass ich den Elko C5 und auch R7 vielleicht 
besser direkt neben L1 und Q1 legen sollte, um die Fläche der durch 
diesen Kreis entstehenden Induktionsschleife zu minimieren.

Autor: Daniel P. (daniel86)
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So erstmal ebend zum Masseflächen herstellen:

Sie sollen nun den Top-Layer einer Platine mit dem GND-Signal füllen.
Laden Sie die Platine demo2.brd, und lösen Sie das GND-Signal auf:
RIPUP GND ¬
Blenden Sie mit dem DISPLAY-Befehl die Layer 1 Top, 17 Pads, 18 Vias
und 20 Dimension ein. Benutzen Sie den Button None im Menü, um vorher
alle anderen Layer auszublenden.
Klicken Sie das POLYGON-Icon in der Kommando-Toolbar an und tippen
 Sie
GND ¬
ein. Um dem zu definierenden Polygon gleich den Namen GND zu geben.
Damit gehört es zum GND-Signal.
Wählen Sie aus der Combo-Box in der Parameter-Toolbar den Layer Top
aus. Dann:
· linke obere Ecke des Platinenumrisses,
· rechte obere Ecke,
· rechte untere Ecke,
· · linke untere Ecke.
Mit dem Doppelklick schließt sich das Polygon.
Um die Berechnung der gefüllten Bereiche zu starten, klicken Sie das
RATSNEST-Icon an.

Das kommt aus einem Eagle-Tutorial.

Jetzt zu deinen Fragen:

Der eine Kondensator am Quarz liegt mit beiden Anschlüssen an Masse. 
Genauso wie die Eingänge Xtal, werf einfach nen Blick auf den Schaltplan 
und dann auf das Layout.


Mit Abstand meine ich das du zwischen den '500V' Leiterbahnen und den 5V 
Leiterbahnen etwas Luft lässt zumBeispiel 5-10mm Abstand. Sprich eine 
Krichstrecke so das die Spannung auf keine andere Leiterbahn 
überspringen kann, da gibt es sogar spezielle Tabellen für. Wenn du dann 
aber noch ne Massefläche einfügst must du in diesem Bereich ein Polygon 
machen wo keine Leiterbahn durch darf. Sorry weiß immo net so genau wie 
das heist.

Autor: PJ (Gast)
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Das mit dem Quarz ist schon klar (wollte mich da nicht rausreden). Danke 
für die Hinweise!

Mit den Kriechstrecken ist mir das weniger klar. Insbesondere am 
Transistor. Der ist für ein paar Hundert Volt spezifiziert, aber die 
Pins liegen am Gehäuse ja schon recht dicht beieinander. Wie macht da 
eine derart hohe Spezifikation überhaupt Sinn? Gehen die davon aus, dass 
der in einem solchen Anwendungsfall auf jeden Fall vergossen/mit 
Schutzlack überzogen wird?

Hm, und der Anschluss für das Zählrohr im 2,5-er Raster ist in dieser 
Hinsicht wohl auch nicht optimal.

Autor: PJ (Gast)
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Das Ding ist seit ein paar Tagen geätzt und die Schaltung aufgebaut, 
allerdings sind mir gewisse Probleme aufgefallen.

- Schaltbild: Ich hatte die Bezeichnungen der beiden Treibertransistoren 
im Schaltbild vertauscht.

- Schaltung: Leider hatte ich die Impulsübertragung mit dem Optokoppler 
vorher nicht getestet. Der Optokoppler schafft es in der Konfiguration 
jedoch nicht, sekundärseitig den Pin mit dem 470-Ohm-Pullup weit genug 
runterzuziehen, damit sich ein sauberer Impuls ergibt. Der Austausch des 
Pullups gegen einen 10k-Widerstand reichte auch nicht, und die Impulse 
waren dann deformiert (langsame Anstiegsflanke am Impulsende) und vor 
allem immer noch nicht tief genug. Es braucht zusätzlich noch einen PNP 
gegen +5V und einen Pulldown, damit klappt's dann.

Nun wollte ich den HV-Generator abschaltbar machen. Dazu habe ich mit 
einem Schalter  Pin 3 des Schaltreglers gegen Masse gelegt (die Idee 
war, dies später vom Controller schaltbar zu machen, sodass die HV 
überhaupt erst auf Befehl des Controllers eingeschaltet wird). Der 
schaltete auch ab - aber das führte regelmäßig und relativ schnell dazu, 
dass die Spule zerstört wurde.

Ich hätte eigentlich gedacht, die stromabhängige Abschaltung des 
Schalttransistors erfolgt unabhängig vom Takt. Das wäre auch sicherer, 
weil es die Schaltung bei gewissen Ausfällen besser schützen würde. Ein 
kleiner Dreck über den Pins des Kondensators an Pin 3, und schon wird 
der Leistungsteil heiß/überlastet - das erscheint mir nicht so gut, und 
ich hätte es von dem MC34063 Chip eben auch anders erwartet.

Eine bessere Alternative zum Abschalten ist anscheinend, den 
Feedback-Eingang des Controllers hochzuziehen.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Ist den X2, R5, R4, R8, R9 für 500V ausreichend?
Ist der Abstand an Q1 ausreichend?
Muss C1 so groß sein, langen da nicht einige Dutzend nF?
Den "Blitzableiter" bei L1 mit einer Spitze versehen.

Den ganzen 500V Teil würde ich räumlich und elektronisch besser vom Rest 
trennen und mit einer GND-Bahn umgeben.
D.h. in die Versorgung zum 500V-Teil eine Diode mit 1000V und eine 
Drossel.

Den Atmega weiter hoch und am Besten gleich als SMD, deine Abstände sind 
eh schon recht klein.

Edit: Sehe gerade die Platine ist schon fertig und damit ists für diese 
Hinweise zu spät.

Autor: Der Forenclown (Gast)
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Danke für die Hinweise!

Ich will eine neue Platine machen, wenn ich mit dieser die Software und 
weitere Funktionen getestet habe.

Für X2 habe ich ein 3-fach-Klemmterminal im 5,08-Raster verwendet und 
bei der mittleren das Metall entfernt.

Als C habe ich hier jetzt 56nF/630V eingebaut. Der tut's auch, aber der 
Ripple auf den 500V ist größer. Glatter ist natürlich schöner.

Was die Spannungsfestigkeit der anderen Widerstände angeht, weiß ich 
darüber noch nichts. Es sind Standardwiderstände aus der Bastelkiste, 
teilweise Kohleschicht, teilweise Metallfilm, aber ich habe zu denen 
keine Datenblätter.

Hinter C7 haben die Impulse -- gemessen mit nem HM605 -- nur noch eine 
Höhe von 50V, aber vielleicht sollte man das anders (irgendwie 
geschützt) verschalten.

Da ist sicher noch was verbesserungsfähig oder -bedürftig, deswegen ja 
auch meine Fragen.

Autor: gast (Gast)
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Nettes Projekt ! Vor allem die Motivation , die dahinter steckt.
Klar wird ein Super- GAU nicht gleich bekannt gegeben. Zuerst müssen
die Ordnungskräfte (z.B. Militär in ABC- Ausrüstung) mobilisiert werden,
die das verstrahlte Gebiet weiträumig abriegeln und jeden Verstrahlten 
abknallen,
der versucht, diese Gebiet zu verlassen .
Dank Deines GMZ bist Du jedoch rechtzeitig gewarnt und kannst noch
vor der allgemeinen Panik das Gebiet in Ruhe verlassen.
Mach Dir aber nichts vor: Durch unsere vorzügliche Überwachungstechnik
ist es in kürze möglich, festzustellen, wenn einer im betroffenen Gebiet 
fehlt.
(Heute kein Handy eingeschaltet ? Nicht im Internet gewesen ?etc. ) 
Greiftrupps,
ebenfalls im ABC- Schutz und mit GMZ s ( KEIN Eigenbau ! ) ausgerüstet 
,spüren Dich außerhalb des kontaminierten Gebietes über Deine erhöhte 
Strahlendosis schnell auf , knallen Dich ebenso ab und entsorgen Dich in 
einem De-Kontaminations- Sack (blau, Beschaffungsnummer BG 312.98.887BZ) 
zusammen mit den anderen Aufgegriffenen....
O.k in einer humanen Anwandlung und auf Druck der Opposition läßt die 
Bundesregierung vielleicht noch ein paar Tonnen Va*lium über dem 
verstrahlten Gebiet abwerfen.
Pardon, wollte Dir die Freude am Basteln natürlich nicht verderben !

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Der Forenclown schrieb:
> Als C habe ich hier jetzt 56nF/630V eingebaut. Der tut's auch, aber der
> Ripple auf den 500V ist größer. Glatter ist natürlich schöner.

Warum ist da Ripple drauf?
Die Spannung sollte sich doch auf einen konstanten Wert aufladen und 
dort bleiben, bis das Zählrohr zündet.

> Was die Spannungsfestigkeit der anderen Widerstände angeht, weiß ich
> darüber noch nichts.
Bauform  0207 hat 250V

> Hinter C7 haben die Impulse -- gemessen mit nem HM605 -- nur noch eine
> Höhe von 50V
Du meinst schon die Impulse beim kurzschließen?
Dann passt es ja.
Die Höhe der Spannung hängt hier ja hauptsächlich von der 
Flankensteilheit ab.

Autor: PJ (Gast)
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Auch der Spannungsteiler zum Feedback entlädt den Kondensator.

Die Spannung wackelt etwas von der Regelung her. Das Aufladen erfolgt in 
Bursts von einigen Ladeimpulsen, wobei die Bursts etwas Abstand 
voneinander haben. [Hm, eine Hysterese bei der Regelung wirkt sich 
natürlich entsprechend bei einem größeren Kondensator aus...]
Wenn ich mich recht entsinne, gibt es beim Aufladen auch 
Spannungsspitzen durch die Spannungsspitzen von der Spule her, aber das 
müsste ich nochmal nachmessen.

Welche R-Sorte hat denn eine höhere Spannungsfestigkeit? Ist sowas 
schwer zu beschaffen?

Gerade der erste Feedback-R kriegt die Spannung ab. Die anderen sitzen 
in Spannungsteilern, die den Strom stärker begrenzen würden als hier 
(obwohl es ja um die Spannungsfestigkeit geht).

Die SMD-AVRs (der Tipp weiter oben) habe ich übrigens schon, aber da 
dies seit langem meine erste selbst entwickelte Platine ist, wollte ich 
mit etwas Einfacherem "neustarten", bei dem ich nicht gleich alles 
können muss. Und da die SMDs nicht im 2,54-Raster sind (hab das sogar 
ausprobiert, aber da verhielt sich Eagle irgendwie seltsam) und ich 
nicht wusste, wie fein mir überhaupt mein Ätzprozess gelingt, wollte ich 
nicht gleich auch noch mit diesen Parametern rumspielen. (Das Belichten 
und Ätzen ist übrigens sehr gut gelungen, ich bin völlig zufrieden und 
sogar begeistert vom Ergebnis; der gesamte Vorgang lief völlig 
problemlos.)

Autor: Fabi (Gast)
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Also ich hab mir zawr den ganzen Teil mit dem, Vielen Text nicht 
durchgelesen, aber den linken der beiden Roten strippen bekommst du doch 
auch noch auf die andere seite der Platine... mom

Autor: Fabi (Gast)
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So ich hab dir mal beide Seiten auf eine Reduziert... glaub ich 
zumindest;)

Autor: PJ (Gast)
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Hier einmal der momentane Stand.

Es sind noch nicht alle Bedenken berücksichtigt, weil ich noch nicht 
alle Antworten weiß.

1) Schaltplan

Autor: PJ (Gast)
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2) Layout - jetzt komplett einseitig.

Autor: PJ (Gast)
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3) Eagle-Dateien.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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PJ schrieb:
> Welche R-Sorte hat denn eine höhere Spannungsfestigkeit? Ist sowas
> schwer zu beschaffen?
Ja, außer man findet 1W oder 2W Typen mit 4,7Mohm, daher einfach zwei 
Widerstände in Serie.

> Gerade der erste Feedback-R kriegt die Spannung ab.
Richtig, R5 würde als erstes ausfallen.

Zum Layout:
Der OK sollte die Grenze im Layout zw. Hochspannungs und Normalteil 
darstellen. In kommerziellen Teilen wird dann oft darunter ausgefräst.
Die Lötpunkte von unter C1 daneben legen.

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