Hallo, ich arbeite gerade an einem Projekt bei dem ich wohl meine erste Platine mit 4 Layern nutzen muss/möchte. Es handelt sich um ein CAN-Bus Board für 3D Drucker, bei dem ein Teil der Steuerungselektronik in den Druckkopf ausgelagert wird. Entsprechend findet sich auf der Platine: 1 STM32 (Microcontroller) 5 Mosfets (1 x AON7534 => Heizpatrone, 2 x AO3400A => Lüfter, 2 x BSS138 => Levelshifter, 5V<>3,3V) 1 Schaltregler (TPS54202 => 12/24V => 5V) 1 LDO (AMS1117-3.3 => 5V => 3,3V) 1 TMC2209 (Treiber für einen Stepper Motor) 1 MAX3051 (CAN-Transceiver) 1 ADXL345 (Beschleunigungssensor) 1 MAX6675 (Thermocouple) Ui, da kommt ja doch einiges zusammen, wenn man das so sieht... da die Platine am Druckkopf montiert wird, wird sie relativ klein (42mm x 50mm). Das sah zuerst sehr sportlich aus, passt dann aber doch drauf. Ich habe nun zuerst mit einem 2-Layer Design rumprobiert, bin aber zum Schluss gekommen, dass es zwar (routingtechnisch) möglich ist, am Ende aber vermutlich eine Menge Defizite und Kompromisse geben wird. Ich denke nun gerade darüber nach auf ein 4 Layer Design umzustellen, wäre aber mein erstes Design damit. Ich habe nun eine Menge gelesen und gefühlt gibt es bei jeder Frage eine 50%-50% chance etwas nach dem einen Muster zu lösen, während man auf der nächsten Seite das genaue Gegenteil hört. Um es kurz zu machen: Was könnt ihr mir für generelle Tipps geben wie ich das Design angehe? Meine Vorstellung im Moment: Layer 1: Signale Layer 2: Power Layer 3: GND Layer 4: Signale Nun ist es aber so, dass ich sowohl 12/24V als auch 5V und 3,3V habe. Ein Großteil läuft über 3,3V, ein Teil 12/24V und ein verschwindend geringer Teil an Bauteilen mit 5V. Ich habe mir nun überlegt die Komponenten entsprechend anzuordnen und auf der Power Plane z.B. den Bereich oben und links für den 12/24V Bereich zu reservieren, rechts für 5V und den Rest 3,3V. Hier würde ich auf der Power Plane generell keine einzelnen Leiterbahnen verlegen, sondern Kupferbereiche nutzen. Eine 12V 60W Heizpatrone sollte möglich sein, also werde ich die Kupferbereiche so anlegen, dass 7A (1A Puffer reicht?) möglich sind. Man sollt beachten, dass die Heizpatrone nur in der Aufheizphase mit 100% Leistung läuft, danach sind es zum Temperaturhalten so zwischen 30%-50%. Einschränkung Kupferdicke: Layer 1+4: 1 oz, Layer 2+3: 0,5 oz. Nun die Frage: Macht es Sinn die unterschiedlichen Spannungen wie oben Beschrieben auf die Power Plane zu legen? Was mache ich mit Signalleitungen, die (Teilweise ja zwangsweise) über die verschiedenen Kupferbereiche laufen? Ich denke das war es erst mal, es wäre schön ein paar Anregungen und Gedanken zu hören. P.S.: Ich bin kein Profi und es ist ein Privatprojekt. Ich möchte bei dem Projekt gerne etwas lernen und besser werden... P.S.: "Lass es lieber sein" ist keine Option. ;-) Herzlichen Dank, Ben
Ben K. schrieb: > Macht es Sinn die unterschiedlichen Spannungen wie oben > Beschrieben auf die Power Plane zu legen? Wenn du das in getrennten Bereichen hinkriegst, ja, das können wir ja nicht beurteilen und man muss es eh probieren. Ev. muss man noch die eine oder andere Versorgungsleitung von der entsprechenden "Insel" zum Versorgungspin führen, aber das zeigt sich erst im Lauf des Designprozesses und ist meistens kein Problem. Natürlich sind die üblichen Stützkondensatoren vorzusehen. Ben K. schrieb: > Was mache ich mit > Signalleitungen, die (Teilweise ja zwangsweise) über die verschiedenen > Kupferbereiche laufen? Nach deiner bisherigen Beschreibung sind das keine HiSpeed-Leitungen mit definierter Impedanz (wie USB oder Ethernet) - bei Feld/Wald/Wiesen-Leitungen ist das egal. Ben K. schrieb: > dass die Heizpatrone nur in der Aufheizphase mit 100% Leistung > läuft Egal, das ist lang genug um Leiterbahnen aufzuheizen - die müssen das aushalten. Ben K. schrieb: > Einschränkung Kupferdicke: Layer 1+4: 1 oz, Layer 2+3: 0,5 oz. Wieso Innenlagen mit 0,5 oz? Das ist unüblich und macht auch keinen Sinn. Innenlagen werden nicht galvanisch verkupfert, sondern geätzt. Eher könnte man innen 2 oz nehmen für die 7A. D.h. der Kern ist eine 2seitige LP mit 70 µ Cu. Georg
Ben K. schrieb: > Ich denke das war es erst mal, es wäre schön ein paar Anregungen und > Gedanken zu hören. Haste dir schon mal ein paar Gedanken gemacht über die Temperaturfestigkeit deiner Schaltung. Bei den Druckkopftemperaturen , das lässt die Platine nicht kalt! :-( Notfall würde ich unterhalb der Platine eine kleine Temparaturfeste Wanne anbringen, sodass bei einer eventuellen Selbstauslötung das Zinn nicht gerade auf das Druckbett rinnt.
Ben K. schrieb: > Einschränkung Kupferdicke: Layer 1+4: 1 oz, Layer 2+3: 0,5 oz. Sicher das du das willst, bei allen Herstellern die ich kenne sind unterschiedliche Kupferdicken auf Innen- und Außenlagen Sonderfertigung und damit unglaublich teuer.
Ist bei JLCPCB zB meines Wissens nach Standard mit den 0,5oz Innenlagen
CC schrieb: > Ist bei JLCPCB zB meines Wissens nach Standard mit den 0,5oz Innenlagen Interessant ist das schon immer so gewesen? Hab da schon länger nichts mehr bestellt. Sollte man dennoch bedenken und das ganze so designen, dass es auch von den Strukturen auf dickerem Kupfer geht, falls man mal wo anders bestellen möchte.
coolman schrieb: > Bei den Druckkopftemperaturen , > das lässt die Platine nicht kalt! :-( Das ist eigentlich kein großes Problem, solange man nicht gerade irgendwelche Spezialkunstoffe bei > 100°C Bauraumtemperatur drucken will. Bei meiner Platine am Druckkopf (mit ähnlichen Features wie die vom Threadstarter) komme ich auf maximal 65°C (NTC auf Platine & interner Sensor des STM) selbst bei langen Drucken mit 260°C am Heizelement und ~50°C Bauraum. Da entlötet sich nichts. Ben K. schrieb: > Um es kurz zu machen: Was könnt ihr mir für generelle Tipps geben wie > ich das Design angehe? Ich würde versuchen die 5V vom Druckkopf wegzubekommen, wenn sie nicht zwingend benötigt werden. Das spart eine Menge Platz und vereinfacht das Routing massiv. Die meisten Bauteile gibt es nämlich auch in 3V3-kompatiblen Varianten. Ansonsten: Mach dir frühzeitig Gedanken darüber wie du die Platine letztendlich montierst und wo die Steckverbinder landen. Das ist nach meiner Erfahrung nämlich das Hauptproblem bei der ganzen Sache.
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Ntldr -. schrieb: > Ich würde versuchen die 5V vom Druckkopf wegzubekommen, Wird bei CAN schwierig, wobei es eine Hand voll 3,3V Controller gibt. Es spricht aber auch nichts dagegen einfach eine normale Leiterbahn zu benutzennicht jede Spannung braucht Zwingend eine Plane. Gerade bei Versorgungsschienen sie viel Strom tragen ist eine Plane sowieso nicht so sinnvoll, da man bei einer normalen Leiterbahn besser sieht ist ob sie auch überall breit genug ist.
Ben K. schrieb: > Bereich oben und links für den 12/24V Bereich zu reservieren So würde ich das auch machen. Die ganze Leistungselektronik auf einen Haufen, da ggf. auch zwei Lagen mit Vias "zusammen nageln" um den Strom kompakt führen zu können. Dabei auch immer an GND denken, der Strom muss auch wieder zurück. Evtl. wäre es sinnvoll, die GND Plane zu unterteilen. Die restliche Platine würde ich dann konventionell mit einer 3,3V Plane aufbauen. Falls nur 3-4 Teile 5V brauchen, kann man die besser mit Leiterbahnen da hin führen.
Hey, mein erstes Design war ohne die 5V, leider ist mir dann der BLTouch Sensor dazwischen gekommen, welcher nur mit 5V läuft. An das Board wird ja Peripherie angeschlossen (und ist das einzige Device auf 5V, also denke die Idee mit Leiterbahnen für 5V ist gut). Der MAX3051 (CAN Transceiver) läuft mit 3,3V. Das mit den Leiterbahnen hatte ich zuerst auch so im Kopf, aufgrund des geringen Platzes auf dem Board ist es aber schwer entsprechend breite Bahnen zu ziehen. Ben Kevin M. schrieb: > Ntldr -. schrieb: >> Ich würde versuchen die 5V vom Druckkopf wegzubekommen, > > Wird bei CAN schwierig, wobei es eine Hand voll 3,3V Controller gibt. Es > spricht aber auch nichts dagegen einfach eine normale Leiterbahn zu > benutzennicht jede Spannung braucht Zwingend eine Plane. Gerade bei > Versorgungsschienen sie viel Strom tragen ist eine Plane sowieso nicht > so sinnvoll, da man bei einer normalen Leiterbahn besser sieht ist ob > sie auch überall breit genug ist.
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Ben K. schrieb: > Eine 12V 60W Heizpatrone sollte möglich sein, also werde ich die > Kupferbereiche so anlegen, dass 7A (1A Puffer reicht?) möglich sind. Das "1A Puffer" kannst du vergessen. Entscheidend ist, welche Umgebungstemperatur du hast, wie hoch die maximale Leiterplattentemperatur sein darf und wie die Luftanströmung der Leiterplatte ist. > Einschränkung Kupferdicke: Layer 1+4: 1 oz, Layer 2+3: 0,5 oz. Dafür musst du schon sehr besondere Gründe haben. Der Schritt von 1 oz/ft² auf 2 oz/ft² würde die Verlustleistung und damit den Temperaturanstieg halbieren.
Hallo Wolfgang, mmmh... Meinst du es wäre sinnvoller eher auf eine 2 Layer PCB mit 2oz Kupferdicke zu setzen? Routingmässig würde das für die Komponenten passen, ich habe nur Bedenken wegen GND. Für wie viel Ampere würdest du die Leiterbahnen auslegen, wenn es sich um eine 12V, 60W Heizpatrone handelt? Danke, Ben Wolfgang schrieb: > Ben K. schrieb: >> Eine 12V 60W Heizpatrone sollte möglich sein, also werde ich die >> Kupferbereiche so anlegen, dass 7A (1A Puffer reicht?) möglich sind. > > Das "1A Puffer" kannst du vergessen. Entscheidend ist, welche > Umgebungstemperatur du hast, wie hoch die maximale > Leiterplattentemperatur sein darf und wie die Luftanströmung der > Leiterplatte ist. > >> Einschränkung Kupferdicke: Layer 1+4: 1 oz, Layer 2+3: 0,5 oz. > > Dafür musst du schon sehr besondere Gründe haben. Der Schritt von 1 > oz/ft² auf 2 oz/ft² würde die Verlustleistung und damit den > Temperaturanstieg halbieren.
Ben K. schrieb: > Für wie viel Ampere würdest du die Leiterbahnen auslegen, wenn es sich > um eine 12V, 60W Heizpatrone handelt? Großserie oder Einzelplatine? Ich würde die betreffende Leiterbahn auf minimale Länge auslegen? ;-)
Ben K. schrieb: > Meinst du es wäre sinnvoller eher auf eine 2 Layer PCB mit 2oz > Kupferdicke zu setzen? Mein Bauch meint, 4 Lagen sind in jeder Hinsicht angenehmer, gerade bei einer so vollen Platine. Eine durchgehende Kupferlager verteilt auch die Wärme über die ganze Platinenfläche, bei einer Platine in heißer Umgebung kein Nachteil. Mit 2 Lagen brauchst du viel Fläche für die 12V/60W-Leiterbahnen, mit 4 Lagen kannst du 2 bis 3 schmale Bahnen parallel schalten, wodurch sich die Wärme automatisch auf Vorder- und Rückseite verteilt. Die nötige Breite ist Glaubenssache, aber in deiner Umgebung kannst du keine 30 Grad Temperaturerhöhung gebrauchen. Allerdings kühlt z.B. ein Steckerpin und das Kabel die Leiterbahn (wenn sie nicht zu lang ist). Je nach Leiterplattenhersteller sind 2 Lagen mit 70µ Kupfer viel teurer als 4 Lagen mit Standard-Kupfer.
Ich mache Platinen mit 4 Lagen immer so Layer 1: Bauteile + Kurzsstrecken-Routing von benachbarten Pads Layer 2: GND Layer 3: Signale + Betriebsspannung horizontal Layer 4: dito, vertikal Bei brauchbarer Positionierung der Abblock-Kondensatoren brauchst du keine Plane für die Betriebsspannungen (du hat keinen FPGA drauf). Bei den 5A bei 12V würde ich versuchen die Stecker und Leistungselektronik alles an einem Eck zu haben, und dann Drähte auf die Traces mit den 5A drauf zu löten. Denn du hast schon recht, nur der Standard-Lagenaufbau ist für Hobbyisten bezahlbar (1oz Kupfer außen und 0,5oz Kupfer innen) Bei 1oz Kupfer (=35um dicke) muss man ca. 1mm Breite der Leiterbahn pro Ampere rechnen. Geht bei 5A vermutlich nicht wegen Platzmangel, also die 5A Traces kurz halten und manuell mit Draht verstärken.
Erklär mir bitte mal jemand, warum man eine Steuerung auf den Druckkopf plazieren muss? Ich würde denken, je leichter der ist desto besser. Was gewinnt man damit? Danke
Hallo, dass ist nun eher eine Glaubensfrage und kann eine endlos lange Diskussion nach sich ziehen. Mein Hintergrund ist relativ simpel: 1) Eine Kommunikation mit mehreren Boards über CAN ist noch relativ neu im 3D Druck Bereich. Klipper hat es seit knapp einem Jahr integriert. Es gibt ein paar Boards für den Druckkopf (ein professionelles von Duet3D sowie 2-3 Versuche im privaten Bereich). Ich finde die Idee interessant und möchte mich hier versuchen, denn: 2) Im Moment laufen eine Menge Kabel zu meinem Druckkopf: - Heizpatrone (2 Adern) - Thermistor (2 Adern) - Levelsensor (3 Adern) - Endstop (3 Adern) - Beschleunigungssensor (6 Adern) - Bauteillüfter (4 Adern) - Hotendlüfter (2 Adern) - Beleuchtung (3 Adern) Insgesamt sind es also 25 Adern (in verschiedenen Kabeln). Da es platztechnisch keine richtigen Stecker gibt, ist jeder Umbau ein Drama. Könnte man einbauen, wiegt aber auch (auch Lösungen mit Steckern auf Platinen, Flachbandkabel mit all den Adern etc.). Mit einem Teil der Steuerungselektronik auf dem Bord komme ich auf 4 Kabel (2 für die Stromversorgung und 2 für den Canbus, sofern ich nur ein Gerät betreiben will), also auch nur ein Stecker mit 4 Kontakten den ich entfernen muss beim Umbau. Ausserdem muss der ganze Kabelstrang ebenfalls vom Druckkopf mitbewegt werden, da sind mir die paar Gramm für die Steuerungselektronik im Druckkopf lieber und glaube ich auch Vorteilhafter. Aber wie gesagt, dass ganze ist relativ neu und die Erfahrungswerte sind hier noch nicht so groß. Mit freundlichen Grüßen, Ben Babbel schrieb: > Erklär mir bitte mal jemand, warum man eine Steuerung auf den Druckkopf > plazieren muss? Ich würde denken, je leichter der ist desto besser. > Was gewinnt man damit? > Danke
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Hallo, anbei eine absolute Work-In-Progress version (Schematic und Board). Habe erst mal geschaut ob ich die Komponenten überhaupt alle auf das Board bekomme, wie sie am besten positioniert werden können etc. (die Thermistor Stecker Position z.B. gefällt mir dort überhaupt nicht) sowie ein bisschen Rumprobiererei mit der Stromversorgung (über beide Layer mit Via Wahn). Ist noch die 2 Layer Version von den ersten Versuchen, hab mich noch nicht final entschieden... Die Schematics sind auch noch nicht fertig (speziell z.B. STM32) und/oder final geprüft. Nachtrag: power.png: Rot = 12/24V, Orange = 5V, Blau = 3,3V, Gelb = CAN Für Tipps und Tricks (auch bei den Schematics) wäre ich sehr dankbar. Ich bin kein Profi, also freue ich mich über jeden Tipp/Verbesserung. :-) Mit freundlichen Grüßen und Herzlichen Dank, Ben Otto schrieb: > Zeig mal deinen bisherigen Entwurf.
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So dramatisch sieht das wirklich nicht aus :-) Bedenke das der Strom von der Heizung auch wieder zurück fließt, und es ist immer gut wenn hohe Ströme möglichst auf dem selben geographischen Weg wieder zurück fließen. Das Nageln mit den Vias würde ich mir schenken und den Strom auf der einen Seite hin und auf der anderen Seiten zurück fließen lassen. Und die Hochstromstrecken auf der Platine sind ja kurz. Wenn du Lust und Zeit zum puzzeln hast sollte das auf 2 Layern machbar sein, evtl. kann ja das ein oder andere Bauteil auf der Rückseite platziert werden, mir sticht der Mosfet für die Heizung als Erstes ins Auge. Und route als erstes die Versorgungsspannungen und Masse. BTW: Was ist Levelling?
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Hallo, kurze Frage (Anhang "power_2.png"): Ist es möglich die Powerplane (12V/24V) so zu bauen wie auf dem Bild zu sehen (nur nicht so krakelig :-)? Damit könnte ich alle Abnehmer versorgen und würde 5V und 3,3V dann normal mit Leiterbahnen routen. ...oder kommt das nicht gut? Ich habe bisher nie mit Planes gearbeitet und bin mir derer Auswirkungen unsicher. P.S.: Ein Sensor (gibt es verschiedene, mechanisch, Infrarot, Induktiv etc.) mit dem der Drucker vor dem Druck den Abstand zum Bett misst, oder sogar das Bett soweit abtastet, das er Unebenheiten intern kompensieren kann. Sieht dann z.B. so aus: https://youtu.be/xVrRGaeOiKA?t=104 Mit freundlichen Grüßen, Ben Otto schrieb: > BTW: Was ist Levelling?
Wenn du mit dem internen ADC deinen Thermistor auswerten möchtest, würde ich mir die Möglichkeit offen lassen das VDDA zu befiltern.
Otto schrieb: > evtl. kann ja das ein oder andere Bauteil auf der Rückseite > platziert werden Beidseitig bestücken kostet mehr, 4 Lagen auch. Ist eine Rechenaufgabe. Georg
Ben K. schrieb: > Mein Hintergrund ist relativ simpel: > > 1) Eine Kommunikation mit mehreren Boards über CAN ist noch relativ neu > im 3D Druck Bereich. Klipper hat es seit knapp einem Jahr integriert. Es > gibt ein paar Boards für den Druckkopf (ein professionelles von Duet3D > sowie 2-3 Versuche im privaten Bereich). Ich finde die Idee interessant > und möchte mich hier versuchen, denn: > > 2) Im Moment laufen eine Menge Kabel zu meinem Druckkopf: > - Heizpatrone (2 Adern) > - Thermistor (2 Adern) > - Levelsensor (3 Adern) > - Endstop (3 Adern) > - Beschleunigungssensor (6 Adern) > - Bauteillüfter (4 Adern) > - Hotendlüfter (2 Adern) > - Beleuchtung (3 Adern) Ok, ich verstehe nun! Da ist es vermutlich doch eine gute Idee, das Ganze an den Druckkopf zu verlagern. Vielen Dank für die Erklärung! Ich selber hab keinen 3D-Drucker, deshalb "Babbel doof ;-)", nun schlauer! Viele Grüße und viel Erfolg!
Hallo, ja, da bin ich flexibel. Eine perfekte Anordnung gibt es hier eh nicht. Ideen gerne willkommen! Mit freundlichen Grüßen, Ben Otto schrieb: > Können die Stecker umgesetzt werden, oder sind die fix?
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