(¿Por qué) apesta este diseño?

Estoy diseñando un controlador de cerradura de puerta de hardware abierto para nuestro hackerspace, con estos requisitos básicos:

  • Estar fabricados exclusivamente con piezas disponibles y económicas.
  • Leer teclado Wiegand externo
  • Leer lector RFID Wiegand externo
  • Controle varias cerraduras de puertas y otros actuadores.
  • Lea EM4100 RFID de 125 kHz directamente con un lector integrado.
  • Alimentado por POE pasivo, para facilitar el cableado.
  • Ejecute 15-30 V CC no regulados (SAI de alta capacidad fácil y económico a través de SLA)
  • Proporcione una salida de CC de 12 V regulada a un pico de 300 mA a 1,5 A para equipo externo.
  • Hable Ethernet con el servidor.
  • Mantenga una lista local de llaves permitidas, de modo que solo se necesite energía para dejarnos entrar.
  • Controla equipos externos de 230V mediante dos relés.

Este es el segundo giro de la PCB con algunos cambios para solucionar los problemas que he encontrado, el mayor cambio que he hecho es desechar el LDO que regulaba el riel de 3,3 V, a cambio de un simple conmutador basado en MC34063.

Estoy bastante seguro de que va a funcionar, pero me gustaría algunos comentarios para comprobar si he pasado por alto algo.

Los compromisos que he tenido que hacer en el diseño son:

  • El capacitor primario (35 V) se apila sobre el transformador Ethernet para ahorrar espacio.
  • El transformador de Ethernet es enorme, pero tengo un montón de ellos y eran baratos, así que los voy a usar, incluso si son enormes.

Preguntas principales

  • ¿Existe una forma mejor y más económica de implementar las dos fuentes de alimentación (necesito alrededor de 200 mA a 3,3 V y 300 mA a 12 V con picos de 1,5 A)?
  • ¿El circuito/diseño del conmutador MC34063 parece sensato?
  • No tengo idea de cuán ineficiente es el MC34063, así que intenté disiparlo lo mejor posible usando el cobre que tengo disponible, ¿algún consejo para mejorarlo?

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¿Qué significa "POE pasivo"? ¿Algún tipo de cableado no estándar que se ve casi exactamente como Ethernet estándar que puede causar daños severos a cualquier cosa que se conecte sin darse cuenta? 802.3af POE tiene inteligencia por una buena razón.
POE pasivo es la forma no estándar de hacer POE que simplemente usa los dos pares adicionales para la alimentación, es muy común en ciertos campos porque es económico y eficiente en ambos extremos del cable.
Como resulto?

Respuestas (1)

Me sorprendería mucho si esto funciona, al menos con alguna fiabilidad. Necesitas desesperadamente un plano de potencia y un plano de tierra con componentes como estos.

Por ejemplo, el ENC28J60SS es un controlador de modo de corriente, esos rastros desde él hasta el transformador de pulsos hasta el conector transportarán altas corrientes de conmutación a altas velocidades sin un suministro razonable o una ruta a tierra para ellos. También me preocuparía el cristal, ya que sus condensadores de sintonización tienen un camino de alta inductancia muy largo a tierra. Supongo que este diseño emitirá una tonelada de EMI, posiblemente lo suficiente como para interferir con cualquier dispositivo electrónico cercano.

El diseño del conmutador también es enorme, esperaría que tuviera una gran cantidad de ruido y timbre de suministro en todo este diseño proveniente del conmutador y los componentes de Ethernet.

También mencionó POE, pero no hay un controlador POE en esta placa. Si planea simplemente conectarse a un conmutador POE, existe un procedimiento de negociación para solicitar energía (en varios niveles). La única forma en que podría desconectar esto del puerto ethernet tal como está sería encontrar un inyector de funcionamiento medio que simplemente descargara voltaje en los pares no utilizados en 10/100 Base-T. Si conectó esto a un interruptor gigabit que podría causar problemas importantes. Esos pares tampoco están tocados en el centro como deberían ser para POE. Tirar los pines 7/8 directamente a tierra podría causar problemas importantes tanto para este dispositivo como para el interruptor.

Hay mucho en lo que podría entrar, pero el 90% es el resultado de no tener aviones de energía/tierra, aclare eso primero.

Además, el punto medio de R5 y R6 no debe conectarse a la derivación central del transformador de impulsos y el lado del conector del transformador de salida debe tener una pequeña tapa de alto voltaje a tierra del chasis en su derivación central.

Estoy con Mark en esto. es un diseño limpio (como ordenado), pero no es muy bueno. Recientemente diseñé una placa PoE y usé el controlador de modo de conmutación LM5071 PoE; fue muy fácil de construir, funciona muy bien y le daría los tipos de voltajes en los niveles actuales que está solicitando. Además, sus grandes tapas electrolíticas se superponen a otras piezas/tornillos de acceso, por lo que puede ser difícil de montar.
Acerca de los planos de energía: no voy a usar más de dos capas de PCB, por lo que no puedo prescindir de dos capas para la energía, pero ciertamente reorganizaré los componentes de Ethernet para permitirme obtener un plano de tierra local más grande debajo de ellos, Apriete la fuente de alimentación a su alrededor y apriete las tapas de cristal.
Acerca del POE: Sí, no estoy usando el POE estándar, pero, en algunos campos, el POE pasivo no estándar más común.
Acerca de R5 y R6: no están conectados al grifo central, solo soy descuidado dibujando, lo siento.
Acerca del conmutador: sí, está un poco extendido, pero aparte de girar el MC34063 90 grados para obtener un cable más corto desde el pin 2 hasta la bobina y el diodo, no veo cómo podría ajustarlo.
cualquier cosa que no sea al menos un plano de tierra completo y sólido es una pérdida de tiempo. Los vertidos seccionales hacen poco o nada para resolver el problema a menos que se extiendan completamente, sin interrupción, hasta la conexión a tierra del suministro, incluso si las señales pasan por el borde del avión, habrá creado otro problema. No necesita 2 capas de energía separadas, puede dividir el plano para +3.3V y +12V, solo tenga cuidado con el enrutamiento sobre la división en capas adyacentes. La única manera de conseguir que este diseño sea fiable es con una placa de 4 capas.
Lamento decir que no tengo más de dos capas para jugar, por lo que no hay un plano de tierra completo en el futuro de este diseño. El diseño anterior realmente funciona y hay muchos casos en los que las personas usan EN28J60 en tableros de dos capas, que por cierto. es una parte de 10 megabits.
Gracias por sus comentarios, incluso el presupuesto prohíbe más de 2 capas. Pude ajustar bastante el ENC28J60 y los diseños del conmutador y aumentar los rastros de energía, por lo que debería haber alguna posibilidad de que todo funcione.
Conozco la parte, hay una lista bastante larga de personas que han intentado usarlo y fallaron miserablemente en FCC a 200Mhz. Tuve problemas con un pic18f97J60 que comparte el mismo circuito de control de modo actual y tuve que tener mucho cuidado con él en una placa de impedancia controlada de 6 capas para borrar la FCC. Mire la salida de ethernet alrededor de 200Mhz, probablemente encontrará una ondulación desagradable de ~ 50mV en ella. Para su aplicación, puede estar bien, pero tengo curiosidad por ver qué sucede cuando el puerto Ethernet está funcionando y el relé cambia.
Afortunadamente, no será un producto de consumo, por lo que no tendrá que pasar la FCC ni tener la certificación CE. Colocaré la placa en una bonita caja de metal hermética para mantener el EMI dentro, así que me preocupa principalmente obtener algo que funcione para mí que algo que funcione para la FCC :)
bueno, la carcasa de metal no ayudará mucho, las emisiones se irradiarán desde los diversos cables que se conectarán a esto. El ruido en la porción de ethernet no estará contenido en la sección de ethernet. Se propagará por todo el diseño y se presentará en todas las señales y cables que entren o salgan del diseño. Además, no es solo un problema de la FCC. El rebote del suelo y el timbre del suministro afectarán la confiabilidad de todo el diseño. Después de todo, esta es una cerradura de puerta, hay una gran diferencia entre que funcione en su banco y que funcione para asegurar su espacio durante meses.
Todos los comentarios muy útiles. Sin embargo, tenemos una placa de 2 capas (la mayor parte de una capa es gnd) con Ethernet, PoE y RFID que bañan la placa, y navegó a través de EMC y es muy confiable.
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