Hallo zusammen, ich arbeite gerade an meinem ersten eigenen PCB-Design für eine LED-Matrix-Steuerung und würde mich sehr über ein Review / Feedback freuen. Das Projekt: Es handelt sich um ein Board (ca. 30x40cm), das eine Matrix aus WS2812 LEDs ansteuert und den aktuellen Status im Nahverkehrsnetz von Karlsruhe anzeigt. MCU: ESP32-S3-WROOM-1 Stromversorgung: 5V DC über Barrel Jack, ausgelegt für bis zu 8 Ampere. Logik: 3.3V Systemspannung (via LDL1117S33R). Signal: Levelshifter (74AHCT125) um die 3.3V Signale des ESP auf 5V für die LEDs zu heben. Was ich bereits gemacht habe: Power: Großflächige 5V und GND Planes um den BarrelJack auf Top-layer bzw. Layer 2/3. Kühlung: Thermal Vias beim Spannungsregler und den Hochstrom-Pads. Entstörung: 1000µF Elko am Eingang, sowie mehrere 22µF (16V, 1206) Keramikkondensatoren über das große Board verteilt. Reset: RC-Glied (10k Pullup / 1µF nach GND) am EN-Pin. USB-C: Nur für Daten/Programming, VBUS ist getrennt (Strom kommt nur über Netzteil). Meine konkreten Fragen an euch: Hochstrom (8A): Ich habe die GND- und 5V-Einspeisung massiv mit Vias versehen. Sieht das für 8A Dauerlast ausreichend aus? Levelshifter: Passt die Beschaltung des 74AHCT125 (Kondensator an VCC/GND, Enable-Pins auf GND)? Gerne auch generelles Feedback :) Ich habe Screenshots vom Schaltplan (Schematic) und den wichtigsten Layout-Bereichen (Top & Bottom Layer) angehängt. Vielen Dank schonmal für eure Zeit und Tipps!
Angehängte Dateien:
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Barrel Jack und 8A? Würde ich lassen. Vorschlag: Leiterplattenbuchse: https://cloud.kycon.com/Catalog_PDF/KPJX.pdf Kabelstecker: https://cloud.kycon.com/Catalog_PDF/KPPX.pdf Bei den 4-poligen Versionen ist jeder Pin bis 7.5A belastbar. Du schaltest also immer zwei parallel. Viele Netzteile nutzen diesen Stecker, z.B.: https://www.bicker.de/ats120t-p120_industrie_tischnetzteil_108w_100-240vac_12v_9a_ac-dc_ac-adapter_62368-1 ESP32: Lies nochmal nach, wie der ESP32 auf der Leiterplatte zu plazieren ist. An besten ganz an den Rand, oder so, dass die Leiterplattenantenne übersteht. Ansosnten ist mir erstmal nichts wesentliches ins Auge gesprungen. fchk
An jede WS2812 sollte ein 100n Kerko kürzestmöglich. Falls man ohnehin DuKos braucht, kann der KerKo auch auf die Rückseite. Pufferelkos low ESR dann an zumindest an Anfang und Ende eines Stranges. Man kann auch viel "Druck vom Kessel" nehmen, wenn man die LEDs nicht auf 100% Helligkeit laufen lässt. Was du ebenfalls tun kannst, um die Lage zu entschärfen, wäre eine dezentrale Versorgung. 24V Versorgung der Platine und jeder Strang bekommt einen eigenen 5V Schaltregler. Dann hast du auf den 24V nur noch rund 2A - und 0,1V Spannungsabfall im Backbone sind nicht so dramatisch, wie auf einer 5V Rail.
Sind die Pegewandler (immer noch) nötig? Ich dachte, die WS2812 unterstützen schon lange (seit v5 2019) 3,3V Signale. Wenn deine älter sind, dann solltest du jeder LED einen Abblock-Kondensator spendieren, denn der ist auch erst ab Version 5 optional.
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Gerald B. schrieb: > Was du ebenfalls tun kannst, um die Lage zu entschärfen, wäre eine > dezentrale Versorgung. 24V Versorgung der Platine und jeder Strang > bekommt einen eigenen 5V Schaltregler. Dann hast du auf den 24V nur noch > rund 2A - und 0,1V Spannungsabfall im Backbone sind nicht so dramatisch, > wie auf einer 5V Rail. Das ist eine gute Idee. Da gibts doch was von ... https://www.monolithicpower.com/en/documentview/productdocument/index/version/2/document_type/Datasheet/lang/en/sku/MPM3620GQV-Z/document_id/2092/ Das ist ein DC-DC-Wandler, der aus 24V irgendwas zwischen 0 und 18V mit 2A macht. Man braucht da nur wenige externe Bauteile, und das Teil kostet bei Digikey in Einzelstückzahlen 2.30€, im Zehnerpack 1.70 das Stück. Da nimmst Du also für jeden der 4 Stränge einen, und einen weiteren für die 3.3V des ESP32. fchk
Platz hat er ja zur Genüge. Ich würde da was Generisches nehmen, wovon es auch mal bei Abkündigung was Vergleichbares gibt. Ist aber Geschmackssache. Der TO hat noch nichts davon geschrieben, ob das ein Einzelstück wird, oder in Serie geht und auch in x jahren noch reparabel sein soll. Was mir eher Bedenken macht, was passiert, wenn ne neue Strecke dazu kommt, oder was in der Art? Ein großes TFT wird einfach entsprechend anders angesteuert und ist entsprechend flexibel. TFTs sind Massenware und entsprechend billig.
Hallo zusammen, vielen Dank für das schnelle und detaillierte Feedback! Da sind Punkte dabei, die ich nicht auf dem Schirm hatte und die mir sehr weiterhelfen. Zur Stromversorgung (Barrel Jack vs. 24V): Den Punkt mit dem Barrel Jack und den hohen Strömen bei 5V sehe ich absolut ein. Der Vorschlag auf eine dezentrale Versorgung mit 24V Eingangsspannung zu setzen, gefällt mir richtig gut und entschärft die Stromstärke auf den Zuleitungen massiv. Ich werde versuchen, das Layout entsprechend umzuplanen und mir den vorgeschlagenen MPM3620 (bzw. entsprechende Buck-Converter) für die einzelnen Stränge und den ESP32 anschauen. Ich würde wenn ich das Design angepasst habe einmal ein Update posten :) Zu den LEDs & Kondensatoren: Danke für den Hinweis. Ich setze hier die WS2812B-2020 ein, die den Kondensator bereits integriert haben. Daher habe ich auf die externen 100nF an jeder LED verzichtet. Zum Projektkontext: Das Ganze ist ein reines Hobby-Einzelstück für mein Wohnzimmer. Dass ein TFT flexibler wäre, stimmt natürlich, aber mir geht es hier auch um den Lerneffekt beim PCB-Design und den speziellen "Look" der Matrix. Da sich das Karlsruher Liniennetz nicht so rasant ändert, passt die unflexiblere Hardware-Lösung für mich. :) Auch den Hinweis zur ESP32-Antennenplatzierung (überstehend/am Rand) werde ich im Redesign direkt berücksichtigen. Ich hatte nur die Layer kupferfrei gemacht und die Platzierung damit für ausreichend empfunden. Die Frage die sich mir noch stellt, macht es einen gewaltigen unterschied ob die Antenne übersteht oder würde es auch passen wenn ich die komplett an den Rand setze? Vielen Dank nochmal für eure Zeit und das Feedback, ich setze mich jetzt mal an V2! Viele Grüße Tom
Tom schrieb: > sowie mehrere 22µF (16V, 1206) Keramikkondensatoren über das große Board > verteilt. Die sind nutzlos, weil völlig wirkungslos. Blockkondensatoren gehören direkt (im Millimeterabstand) dorthin, wo steilflankige Stromäderungen zu erwarten sind. Dann reichen aber auch winzige 0402 10nF-Kondensatoren aus. > Stromversorgung: 5V DC über Barrel Jack, ausgelegt für bis zu 8 Ampere. > ... den aktuellen Status im Nahverkehrsnetz von Karlsruhe anzeigt. Sind in Karslruhe tatsächlich so viele Busse und Strßenbahnen unterwegs, dass alle LEDs gleichzeitig leuchten? Falls ja: behalte im Auge, dass du 40W musst du erst mal weggekühlt bekommen musst. Falls nein: es reichen deutlich weniger als 8A zur Versorgung aus. > Hochstrom (8A): Ich habe die GND- und 5V-Einspeisung massiv mit Vias > versehen. Sieht das für 8A Dauerlast ausreichend aus? Ungeachtet der Antwort auf die Frage, ob du überhaupt 8A brauchst: mach dir keine Sorgen um die Vias. Ein Via ist nur selten die Schwachstelle im Layout. Schon gar nicht, wenn es in einer Kupferfläche sitzt: - https://www.elektronikpraxis.de/vias-in-leiterplatten-sind-kuehler-als-man-denkt-a-f54ce04948079970b6c0ba490820fc00/ - https://www.reddit.com/r/ElectricalEngineering/comments/19bx22v/what_is_the_minimal_current_a_via_can_carry/?
Tom schrieb: > Auch den Hinweis zur ESP32-Antennenplatzierung (überstehend/am Rand) > werde ich im Redesign direkt berücksichtigen. Ich hatte nur die Layer > kupferfrei gemacht und die Platzierung damit für ausreichend empfunden. > Die Frage die sich mir noch stellt, macht es einen gewaltigen > unterschied ob die Antenne übersteht oder würde es auch passen wenn ich > die komplett an den Rand setze? In diesem Fall kann man doch beides haben? Mit einer Aussparung am Rand der großen Platine?
1 | ______ _________ |
2 | | MMMMMMMMMMMMMMMMMM | |
3 | | M AAAA AAAAAA M | |
4 | | M A A A A A M | |
5 | | M A AAAA A A M | |
6 | | M M | |
7 | \_____M M_____/ |
8 | M M M = Modul, A = Antenne |
Tom schrieb: > Stromversorgung: 5V DC über Barrel Jack, ausgelegt für bis zu 8 Ampere. Da es ja eigentlich nur 40W sind, könntest du die auch über USB-C beziehen via Power Delivery. Dazu müsstest du dann 15V/3A anfordern und per Schaltregler auf 5V runter gehen. Dafür braucht es einen USB-PD Controller oder Mikrocontroller der das integriert hat. Dann funktioniert das Ganze mit gewöhnlichen Smartphone/Laptop-Ladegeräten (natürlich nur die die mit ≥45W spezifiziert sind).
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