Review: SAMD21 Motor und LED Treiber Schaltplan

[Reto W. (wereto)]

Hallo zusammen,

ich bin dabei meine erste eigene Platine zu entwerfen. Bevor ich das 
Layout beginne würde ich mich freuen wenn hier nochmal jemand über 
meinen Schaltplan schauen könnte, da ich hier noch ziemlich unsicher 
bin.

Die Platine soll einen Motor und zwei RGBW-LED-Stripes ansteuern können. 
Diese benötigen jeweils 24V. Die Platine hat einen Spannungsregler um 
die 3.3V für den µC bereitzustellen. Dieser soll über DMX (also 
eigentlisch RS485) ansteuerbar sein. Das Signal soll über einen RJ45 
Anschluss kommen. Da ich auch noch den Bootloader brennen muss und ein 
serielles Interface zum Debuggen/Parametrieren benötige, hab ich diese 
Signale auch über den gleichen Anschluss nach außen gelegt. Ist das eine 
schlechte Idee?

Insbesondere die Auslegung der Kondensatoren und Widerständen bin ich 
recht unsicher und würde mich da sehr über euer Feedback freuen!!

[Reto W. (wereto)]

Hallo zusammen,

so ich habe nochmal alles überarbeitet und auch die Darstellung neu 
gemacht. Ich denke die Bilder aus dem ersten Post waren schon ziemlich 
unübersichtlich.

Da ich mehrere(~20-30) dieser Platinen über RS485 (Twisted Pair) 
verbinden möchte bin ich am überlegen, ob es sinnvoll wäre das Signal 
galvanisch zu trennen (Optokoppler, Digitaler Isolator). Was meint ihr? 
Muss ich dann D+ und D- auch galvanisch trennen?

[Rudolph R. (rudolph)]

Der Kondensator für VDDCORE ist mit 100nF etwas sehr klein, das sollen 
mindestens 800nF, typisch 1µF sein.
Und zumindest beim C21 sind noch mal 100nF parallel zu dem größeren 
Kondensator, keine Ahnung warum die das beim D21 nicht im Datenblatt 
haben.

Apropos Datenblatt, Kapitel 42 ist die "Schematic Checklist".

[Reto W. (wereto)]

Rudolph R. schrieb:
> Der Kondensator für VDDCORE ist mit 100nF etwas sehr klein, das sollen
> mindestens 800nF, typisch 1µF sein.
Ok den Kondensator von VDDCORE werde ich mal auf 1µF anpassen. 
Allerdings ist auf dem Arduino Zero auch nur ein 100nF verbaut. Deshalb 
bin ich darauf gekommen.

Rudolph R. schrieb:
> Und zumindest beim C21 sind noch mal 100nF parallel zu dem größeren
> Kondensator, keine Ahnung warum die das beim D21 nicht im Datenblatt
> haben.
Das verstehe ich nicht ganz. Einen C21 gibt es nicht. Meintest du D21?

Rudolph R. schrieb:
> Apropos Datenblatt, Kapitel 42 ist die "Schematic Checklist".
Super das werde ich auf jeden Fall mal durchgehen! Danke

[Stefan F. (Gast)]

Vielleicht möchtest du vor die Gate Anschlüsse der MOSFETs noch 100Ω 
Widerstände einfügen, um die Stabilität der Versorgungsspannung nicht zu 
gefährden und die Ausgänge des µC zu schonen.

[Dieter R. (drei)]

Wo sind denn die ganzen FET-Sources im neuen Schaltplan angeschlossen? 
Die scheinen mir alle in der Luft zu hängen.

[Rudolph R. (rudolph)]

Reto W. schrieb:
> Rudolph R. schrieb:
>> Und zumindest beim C21 sind noch mal 100nF parallel zu dem größeren
>> Kondensator, keine Ahnung warum die das beim D21 nicht im Datenblatt
>> haben.
> Das verstehe ich nicht ganz. Einen C21 gibt es nicht. Meintest du D21?

ATSAMC21

[Reto W. (wereto)]

Rudolph R. schrieb:
> Der Kondensator für VDDCORE ist mit 100nF etwas sehr klein, das sollen
> mindestens 800nF, typisch 1µF sein.
> Und zumindest beim C21 sind noch mal 100nF parallel zu dem größeren
> Kondensator, keine Ahnung warum die das beim D21 nicht im Datenblatt
> haben.
>
> Apropos Datenblatt, Kapitel 42 ist die "Schematic Checklist".

Hab den Kondensator angepasst. Außerdem habe ich den SWD-Connector 
angepasst, dank der Checkliste. Danke!

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Vielleicht möchtest du vor die Gate Anschlüsse der MOSFETs noch 100Ω
> Widerstände einfügen, um die Stabilität der Versorgungsspannung nicht zu
> gefährden und die Ausgänge des µC zu schonen.

Hab ich gemacht. Versteh ich das richtig, dass ich dadurch den 
Stromfluss vom µC begrenze? Haben die Widerstände an den Eingängen des 
Motordrivers die selbe Funktion?

Dieter R. schrieb:
> Wo sind denn die ganzen FET-Sources im neuen Schaltplan angeschlossen?
> Die scheinen mir alle in der Luft zu hängen.

Tatsache die sind verloren gegangen. Hab ich angepasst.

Rudolph R. schrieb:
> Reto W. schrieb:
>> Rudolph R. schrieb:
>>> Und zumindest beim C21 sind noch mal 100nF parallel zu dem größeren
>>> Kondensator, keine Ahnung warum die das beim D21 nicht im Datenblatt
>>> haben.
>> Das verstehe ich nicht ganz. Einen C21 gibt es nicht. Meintest du D21?
>
> ATSAMC21

Haha danke. Jetzt versteh ich das. Hab den Kondensator C21 gesucht ;)


Hab den Schaltplan nochmal angehängt. Demnächst fange ich mal das Layout 
an

[Rudolph R. (rudolph)]

Beim Schaltregler hast Du 12µH ausgewählt aber den 2,1MHz Typ im 
Schaltplan.
Mag ja richtig sein, aber 12µH ist in der Tabelle der Wert für den 
1,1MHz Typ bei 3,3V.
Und denk dran die Spule hinreichend dick auszuwählen, so 1,5A sollte die 
schon aushalten.

15µF für C_out1 ist ein wenig exotisch, da würde ich eher 22µF wählen.

USB ohne Schutzbeschaltung und auf einen RJ45?
Pin 3 und Pin 4 sind bei RJ45 auch kein Paar, Pin 6 gehört zu Pin 3.
Also ein Ethernet-Kabel als Verbinder zu einem Board mit einer RJ45 und 
einer USB-Buchse zu verwenden funktioniert so wahrscheinlich nicht.

[Stefan F. (Gast)]

Reto W. schrieb:
>> Vielleicht möchtest du vor die Gate Anschlüsse der MOSFETs noch 100Ω
>> Widerstände einfügen
> Versteh ich das richtig, dass ich dadurch den
> Stromfluss vom µC begrenze?

Ja. Was den Motortreiber angeht, musst du ins Datenblatt gucken. Den 
kenne ich nicht.

An solchen Stellen setzt oft Widerstände ein, für den Fall dass die 
Signalquelle Spannung liefert, aber die Senke noch keine 
Spannungsversorgung hat. In diesem Fall fließt ohne Widerstände ein 
unbegrenzter Strom durch die ESD Schutzdioden, der sie zerstört. 
Außerdem kann ein Latch-Up Effekt ausgelöst werden, wenn der Fehlerstrom 
zu hoch ist.

[Reto W. (wereto)]

Rudolph R. schrieb:
> Beim Schaltregler hast Du 12µH ausgewählt aber den 2,1MHz Typ im
> Schaltplan.
> Mag ja richtig sein, aber 12µH ist in der Tabelle der Wert für den
> 1,1MHz Typ bei 3,3V.
> Und denk dran die Spule hinreichend dick auszuwählen, so 1,5A sollte die
> schon aushalten.

Da hatte ich tatsächlich einen Fehler. Ich habe die Werte (auch für 
C_out1) aus dem webench power designer 
(https://webench.ti.com/power-designer/switching-regulator). Das 
Ergebnis habe ich mal mit angehängt. Hab jetzt den  Wert auf 5,6µH 
geändert. Kann ich da sowas verbauen: 
https://www.reichelt.de/chip-induktivitaet-242408fps-5-6-h-l-242408fps-5-6-p138637.html?&trstct=pos_0&nbc=1 
?

Rudolph R. schrieb:
> USB ohne Schutzbeschaltung und auf einen RJ45?
> Pin 3 und Pin 4 sind bei RJ45 auch kein Paar, Pin 6 gehört zu Pin 3.
> Also ein Ethernet-Kabel als Verbinder zu einem Board mit einer RJ45 und
> einer USB-Buchse zu verwenden funktioniert so wahrscheinlich nicht.

Ok die Pins muss ich auf jeden Fall anpassen. Zum Verständnis: Der 
normale Betrieb soll über DMX/RS485 laufen. Die USB Verbindung will ich 
nur zum Programmieren/Parametrieren nutzen. Die Platine wird später 
nicht zugänglich sein, nur die RJ45 werden einmal männlich einmal 
weiblich nach außen verlängert. Deshalb hatte ich die Idee das USB-IF 
über TP-Kabel auch nach außen zu führen und mir ein entsprechendes Kabel 
(RJ45 zu USB) zu machen.

Allerdings bin ich mir noch nicht sicher ob das so eine gute Idee ist. 
Sollte ich da mir noch überlegen eine Schutzschaltung zu implementieren? 
Alternativ könnte ich auch UART nach draußen ziehen? In beiden Fällen 
bräuchte ich aber einen Schutz, da die Pins direkt auf den µC gehen 
oder?