Forum: Platinen Fragen zu Quarz an STM32 / Vergleich mit Trezor One


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von Markus L. (markus_fh)


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Hi Leute,

ich bin etwas konfus. Ich wollte mein erstes uC-Board selbst layouten. 
Ich hab mir da die Hardware-Wallet Trezor One ausgesucht, da das 
Open-Source ist 
(https://github.com/trezor/trezor-hardware/tree/master/electronics) und 
ich da gleich einen Schaltplan mit funktionsfähiger Schaltung dazu habe 
und mich somit auf das Layout-Üben konzentrieren kann.

Da der Quarz im BOM dort nicht genau spezifiziert ist und der wohl auch 
derzeit nicht lieferbar wäre habe ich mir nach einer Alternative 
umgeschaut und mir da auch etwas Theorie dazu angeschaut (z.B. AN2867). 
Und das ist der Punkt, an dem ich etwas konfus werde.

Denn wenn ich mir das Original-Layout des Trezor One anschaue, dann 
scheint da einiges nicht so gemacht worden zu sein wie in AN2867 
beschrieben. Und trotzdem muss das Teil ja tadellos funktionieren, 
zumindest verkauft es sich tausendfach.

So, und jetzt ist die Frage, wer mir den Knoten auflösen kann. Was ist 
wirklich notwendig umzusetzen aus AN2867 und was weniger? Zwar habe ich 
schon einige Zeit damit verbracht, aber so durchdrungen habe ich das 
noch nicht ganz, und eigentlich wollte ich fürs Erste mich nicht mit so 
Detailfragen beschäftigen, falls nicht zwingend notwendig.

Anbei mal zwei Bilder des Original-Layouts vom Trezor One.

Ich sehe da keine separierte Ground-Plane auf der Unterseite des 
Quarzes, da laufen sogar noch Leiterbahnen drunter. Ob die GND-Fläche 
auf dem Toplayer als Guard-Ring durchgehen kann, da bin ich mir auch 
nicht sicher.

Dann sehe ich auch keinen R in Serie zum Ausgang (Rext), wobei das ja 
wohl abhängig ist vom Drive Level und hier so passen kann. Die Frage 
ist, wie ich das für mich handhabe, da ich ja auf einen anderen Quarz 
zurückgreifen muss (was halt lieferbar ist). Müsste ich dann den Drive 
Level messtechnisch bestimmen? Denn sonst kann ich den evtl. notwendigen 
Rext ja nicht berechnen. Und messen kann ich ja wiederum erst, wenn ich 
einen Prototyp der Platine habe. Alles irgendwie kompliziert. Oder ich 
machs einfach nur kompliziert?

von Bauform B. (bauformb)


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Markus L. schrieb:
> Da der Quarz im BOM dort nicht genau spezifiziert ist und der wohl auch
> derzeit nicht lieferbar wäre

Es gibt noch eine Text-Stückliste, da steht der genaue Typ drin; von dem 
hat Farnell noch 50000 und Mouser noch 30000.
https://github.com/trezor/trezor-hardware/blob/master/electronics/trezor_one/trezor.bom.txt

> Ich sehe da keine separierte Ground-Plane auf der Unterseite des
> Quarzes, da laufen sogar noch Leiterbahnen drunter.

Ja aber, man hat nur 2 Layer und die Platine muss unbedingt in dieses 
Gehäuse passen ;) Die Bahnen zum Display hätte man trotzdem etwas zur 
Seite schieben können. Aber das ist SPI, solche Bahnen will man auch 
nicht unnötig lang machen.

> Ob die GND-Fläche auf dem Toplayer als Guard-Ring durchgehen kann,
> da bin ich mir auch nicht sicher.

Ich glaube, recht viel besser geht es mit der CPU und dem Quarz kaum 
(also vom Bottom Layer mal abgesehen). Probier mal, ob du noch etwas 
raus holen kannst.

> Dann sehe ich auch keinen R in Serie zum Ausgang (Rext), wobei das ja
> wohl abhängig ist vom Drive Level und hier so passen kann.

Der Quarz ist für heutige Verhältnisse riesig und verträgt deshalb 
ziemlich viel Leistung. Die AN2867 sagt direkt, dass man unter den 
Umständen keinen Widerstand vorsehen soll.

> Die Frage ist, wie ich das für mich handhabe, da ich ja auf einen
> anderen Quarz zurückgreifen muss
siehe oben
> Müsste ich dann den Drive Level messtechnisch bestimmen?

Nur, wenn du einen besonders kleinen Quarz einbauen willst oder (mit 
einer anderen CPU) extrem Strom sparen willst. Allerdings verzichtet man 
dann eher ganz auf den Quarz. Neuere STM32 können USB ohne Quarz und 
UART sowieso, nur für CAN muss man aufpassen.

> Alles irgendwie kompliziert.

Jein, 8MHz-Quarze und uC sind ziemlich gutmütig, die meisten Leute 
rechnen da überhaupt nichts nach und ob die Cs 15 oder 22pF haben ist 
auch ziemlich egal. Spannend wird's erst, wenn das Teil auch bei -40 
oder 100°C sicher anschwingen soll.

Der 32kHz LSE ist ein ganz anderes Biest, da übertreibt die AN2867 
nicht, da sind alle deine Bedenken voll berechtigt. Aber warum sollte 
man den benutzen?

von Markus L. (markus_fh)


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Ich danke dir, das hilft mir weiter.

von be bachta (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Jein, 8MHz-Quarze und uC sind ziemlich gutmütig, die meisten Leute
> rechnen da überhaupt nichts nach und ob die Cs 15 oder 22pF haben ist
> auch ziemlich egal.

Richtig.

Aber was die meisten Layouter falsch machen: die besagten
Kondensatoren gehören masseseitig ganz an die Nähe eines
Masse-Pins des Controllers und eben nicht irgendwo an Masse.
Dieser Teil ist eine HF-Schaltung bei der es darauf ankommt
die Kondensatoren kurz (induktionsarm und ohne Störströme)
anzubinden. Geflutete Masse gilt nich!

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