Feedback Platinen Design

[Maxi (gluj)]

Hallo Zusammen

Für ein kleines Projekt habe ich diese Prototyp Platine designt. Die 
Platine wird dazu verwendet, um die Herzfrequenz einer Person 
aufzuzeichnen. Zudem soll mit einem Beschleunigungssensor die 
Beschleunigung gemessen werden. Beide Messwerte sollen per I2C an eine 
ESP32 übertragen werden. Die Schaltung wird von einem LiPo 1S Akku 
versorgt. Das Laden des Akkus soll über USB C erfolgen. Die vielen 
Pinheaders dienen der Funktionstest. So kann ich gezielt einzelne 
Bauteile mit Spannung versorgen.

Da ich noch Anfänger im Platinen-Design bin, würde ich mich sehr über 
euer Feedback und mögliche Verbesserungsvorschläge freuen.

Hier noch die Links zu den Datenblättern:

IC4:
https://www.mouser.co.uk/datasheet/3/76/2/MYRGP_WB_RC.pdf

IC5:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps793-q1.pdf?ts=1768066833937

IC6:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/MAX30102.pdf

IC7:
https://www.st.com/resource/en/datasheet/h3lis200dl.pdf

[Gerd E. (robberknight)]

Ich finde die Kondensatoren sind ziemlich weit weg von den ICs. Das ist 
ein Schaltregler mit 3 MHz, das ist ziemlich "giftig" im Vergleich zu 
anderen Reglern. Da kommt es sehr auf gutes Layout an, siehe Datenblatt. 
Die Kondensatoren auf jeden Fall deutlich näher ran, mehrere Vias zu GND 
direkt nah dran.

Dann auch schauen ob die Kapazität der Kondensatoren wirklich ausreicht, 
dabei das DC-Bias Derating beachten - die Keramikkondensatoren haben 
(teilweise deutlich) weniger Kapazität wenn eine Gleichspannung anliegt.

[Niklas G. (erlkoenig)]

Maxi schrieb:
> Die
> Platine wird dazu verwendet, um die Herzfrequenz einer Person
> aufzuzeichnen.

Aber du hast keinen Speicher-IC, und die Datenpins vom USB sind nicht 
mit dem ESP32 verbunden, wie willst du also was aufzeichnen und abrufen? 
Oder soll ausschließlich live über WiFi/BT übertragen werden?

[F. P. (fail)]

Ist da wirklich genug Platz um Wurstfinger auf den Sensor zu legen? Die 
Stiftleisten sind im Weg, auch wenn es nur ein Funktionstest ist.

[Maxi (gluj)]

Gerd E. schrieb:
> Dann auch schauen ob die Kapazität der Kondensatoren wirklich ausreicht,
> dabei das DC-Bias Derating beachten - die Keramikkondensatoren haben
> (teilweise deutlich) weniger Kapazität wenn eine Gleichspannung anliegt.

Danke für den Tipp. Gibt es etwas bestimmtes auf was ich bei der Auswahl 
der Kondensatoren beachten muss?

Niklas G. schrieb:
> Aber du hast keinen Speicher-IC, und die Datenpins vom USB sind nicht
> mit dem ESP32 verbunden, wie willst du also was aufzeichnen und abrufen?
> Oder soll ausschließlich live über WiFi/BT übertragen werden?

Ich habe noch ein ESP32 Dev Board rumliegen. An dieses schliesse ich 
dann die I2C Leitungen an.

Ich werde die Tage das Layout anpassen und mich dann wieder melden. 
Vielen Dank schonmals für euer Feedback.

[Niklas G. (erlkoenig)]

Maxi schrieb:
> Ich habe noch ein ESP32 Dev Board rumliegen.

Hmm, da du ja eh ein eigenes PCB machst könntest du auch gleich ein 
ESP32-Modul drauf designen. Dank der integrierten Antenne dürfte das 
recht gut machbar sein.

[Rainer W. (rawi)]

Gerd E. schrieb:
> Dann auch schauen ob die Kapazität der Kondensatoren wirklich ausreicht,
> dabei das DC-Bias Derating beachten - die Keramikkondensatoren haben
> (teilweise deutlich) weniger Kapazität wenn eine Gleichspannung anliegt.

Das kommt drauf an, wie hoch die Gleichspannung im Vergleich zur 
Nennspannung ist.

[F. P. (fail)]

Maxi schrieb:
> Danke für den Tipp. Gibt es etwas bestimmtes auf was ich bei der Auswahl
> der Kondensatoren beachten muss?

X7R und möglichst große Bauform. Beim Hersteller die DC-BIAS-Kurve 
anschauen, die steht nicht im Datenblatt. Z.B. für Samsung hier:
https://weblib.samsungsem.com/mlcc/mlcc-ec.do
Bei 3,3V bzw. 1,8V ist das aber ziemlich unkritisch.

[Rainer W. (rawi)]

F. P. schrieb:
> X7R und möglichst große Bauform.

Unsinn

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

F. P. schrieb:
> X7R und möglichst große Bauform.
Möglichst hohe Spannung. Und möglichst dicht an die Versorgungspins, die 
ja extra nebeneinander liegen. Da geht es um Bruchteile von Millimetern.

Maxi schrieb:
> Für ein kleines Projekt habe ich diese Prototyp Platine designt.
Mein Tipp: nimm einen einfacheren Schaltregler mit deutlich niedrigerer 
Frequenz. Bei diesem MHz-Biest muss sogar ich nachdenken. Aber zum Glück 
gibt es ein gutes Layoutbeispiel.

> Hier noch die Links zu den Datenblättern:
Hierzu ein Tipp: nicht nur verlinken, sondern auch ansehen. Wenns ans 
Layout geht, dann besonders die Layout Recommendations.

> mögliche Verbesserungsvorschläge
Pinouts haben im Schaltplan nichts zu suchen. Symbole im Schaltplan 
sollen die Funktion optimal und leserlich darstellen: Versorgung oben, 
GND unten, Signalfluss von links nach rechts. Nur selten eignet sich 
dazu die Pinreihenfolge des Gehäuses. Datenblätter und/oder Schaltpläne 
von EVAL-Boards zeigen, wie es gehen könnte.

Der Herzfequenzsensor hat als Eingangssignal den Finger, die Daten gehen 
zum µC. Und genau so ist das Functional Diagram im Datenblatt (siehe 
Screenshot). Daraus lässt sich dann leicht ein Symbol ableiten: das 
Innenleben entfernen (siehe Screenshot) , die Größe anpassen, die 
Signalnamen ins Gehäuse, Pinnummern darn. Fertig.

Wie das Schaltreglersymbol aussehen kann, zeigen die vielen Bilder auf 
Seite 7 im DB.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Ich glaube, das Layout um den USB-C Anschluss hat noch nicht genug Fett 
abbekommen:
Masseanbindung - wieso so duenn? Wieso sind die mutmasslichen 
mechanischen Befestigungspins isoliert und nicht auf GND?
VBUS: Die Leitungsfuehrung an den Pads schreit doch foermlich nach 
unbeabsichtigten Loetbruecken zu den Nachbarpins.
Am Schaltbildsymbol stoert mich persoenlich, dass da anscheinend 
irgendwelche Pins fehlen oder uebereinander liegen: Ich sehe auf dem 
Cu-Layer, dass da an 6 Pads irgendwas dranhaengt, im Schaltbild sind's 
aber nur 4 "Draehte", die vom USB-C weggehen. Die 4 mechanischen THT 
Loecher scheinen im Schaltbild auch zu fehlen.

Gruss
WK

[F. P. (fail)]

Lothar M. schrieb:
> F. P. schrieb:
>> X7R und möglichst große Bauform.
> Möglichst hohe Spannung. Und möglichst dicht an die Versorgungspins, die
> ja extra nebeneinander liegen. Da geht es um Bruchteile von Millimetern.

Ich habe die DC-Bias-Kurven von Hunderten von MLCC bei den Herstellern 
angeschaut (oder, falls Kondensator schon vorhanden aber Kurven nicht 
verfügbar: selbst vermessen) und größere Baugröße gewinnt regelmäßig 
gegenüber größerer Nennspannung. Z.B. 10µF für 5V:
25V 0805 (Samsung CL21B106KAYQNNE): 7,5µF
6,3V 1206 (Samsung CL31B106KQHNNNE): 6,1µF

Natürlich darf der Kondensator nicht so groß sein, daß die Leiterbahnen 
zu lang werden. Da bietet es sich an, einen kleinen, größenmäßig genau 
passenden, möglichst nah an den Chip und einen größeren daneben zu 
legen.

[Niklas G. (erlkoenig)]

Dergute W. schrieb:
> Am Schaltbildsymbol stoert mich persoenlich, dass da anscheinend
> irgendwelche Pins fehlen oder uebereinander liegen:

Ist das nicht das mitgelieferte Symbol von KiCad? Da sind die mehrfach 
-Pins in der Tat übereinander gelegt ("pin stacking"), weil man die 
sowieso brücken muss, und man es so nicht vergessen kann und der 
Schaltplan aufgeräumter ist.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Niklas G. schrieb:
> Ist das nicht das mitgelieferte Symbol von KiCad? Da sind die mehrfach
> -Pins in der Tat übereinander gelegt ("pin stacking"), weil man die
> sowieso brücken muss, und man es so nicht vergessen kann und der
> Schaltplan aufgeräumter ist.

Ja, mag alles so sein. Stoert mich persoenlich trotzdem. Duerfen andere 
auch gerne toll finden, ich tu's nicht.

Gruss
WK

[Rainer W. (rawi)]

Lothar M. schrieb:
> F. P. schrieb:
>> X7R und möglichst große Bauform.
> Möglichst hohe Spannung.

Nochmal Unsinn.
Für einen Abblockkondensator spielt es überhaupt keine Rolle, ob die 
Kapazität 10% geringer ist als die Nennkapazität.
Wenn bspw. ein 1µF 0603 bei der Betriebsspannung eine Kapazität von 80% 
der Nennkapazität besitzt, gibt es ABSOLUT keinen Grund auf 1812 zu 
gehen.
Gegenüber 0805 bringt das KEINEN nennenswerten Vorteil.
Genauso braucht man bei 3.3V nicht auf einen Kondensator mit 50V 
Nennspannung zu gehen. 10V reichen völlig, 16V ist mehr als genug.

https://www.analog.com/en/resources/technical-articles/temperature-and-voltage-variation-ceramic-capacitor.html

Aussagen wie "möglichst große Bauform" oder "Möglichst hohe Spannung" 
orientieren sich an dem technisch Machbaren, sind unnötig teuer und für 
so eine Anwendung VÖLLIG fehl am Platz.

Es geht darum, die wirklichen Notwendigkeit in der Anwendung ausreichend 
sicher zu erfüllen und nicht irgendwelche völlig hergeholten 
Anforderungen zu spezifizieren.

[F. P. (fail)]

Rainer W. schrieb:
> Für einen Abblockkondensator spielt es überhaupt keine Rolle, ob die
> Kapazität 10% geringer ist als die Nennkapazität.

Es geht hier auch um den 10µF-Kondensator am Ausgang des DC-DC-Wandlers. 
Das kann schiefgehen, wenn man da einfach den billigsten mit der 
gewünschten Nennkapazität benutzt, siehe auch 
Beitrag "5V in 100V out", da ist die Spannung aber 
erheblich höher. Daß der DC-Bias im hier vorliegenden Fall unkritisch 
ist, schrieb ich ja schon oben.

[Rainer W. (rawi)]

F. P. schrieb:
> Das kann schiefgehen, wenn man da einfach den billigsten mit der
> gewünschten Nennkapazität benutzt

Davon sprach ich nicht.
Meine Kritik richtet sich gegen die blinden Forderungen "möglichst große 
Bauform" und "möglichst hohe Spannung".

[Veit D. (devil-elec)]

Hallo,

zusammengeführte Massepins sind in den KiCad Symbolen Standard. Muss man 
wissen und gut ist würde ich sagen. Spart einem Hunderte Massesymbole. 
Man sieht beim layouten was alles Masse bekommt bzw. man kennt es 
sowieso aus dem Datenblatt. Kann man sicherlich halten wie Nolte. Nur 
die Überraschung hier im Thread verwundert mich.