Sugerencias para el diseño de una capa de tierra en PCB de 2 capas

Buscando sugerencias sobre el diseño de la capa de tierra de una PCB.

Efectivamente, la placa es un controlador LED. Tiene varios circuitos integrados de registro de desplazamiento TLC5940 y sus rutas de señal provienen de un Arduino, los circuitos integrados controlan una gran variedad de LED. Hay una entrada de sensor o dos en el Arduino. Específicamente, estoy tratando de asegurarme de que todos los terrenos tengan un camino de retorno limpio a través de la capa inferior de cobre. He enrutado todos y cada uno de los GND (alimentación, circuitos integrados, Arduino, sensores) a través de vías a esta capa de tierra de cobre inferior. Sin embargo, según tengo entendido, esa es solo la mitad de la batalla.

El poder está llegando al Arduino y está funcionando. Los sensores, aunque muy alejados de la placa, obtienen la potencia necesaria y funcionan. He probado los rastros del bus de alimentación hasta los LED individuales y tienen suficiente voltaje para hacer lo que necesitan hacer cuando el IC reduce la alimentación. He tenido este circuito funcionando con dieciséis LED TLC5940/512 en una placa de prueba, pero ahora no obtengo nada con estos circuitos integrados en la PCB. Ni siquiera un parpadeo. Los circuitos integrados simplemente no parecen estar tomando ningún poder

Mis problemas podrían ser el diseño de la placa en sí, la administración de energía, o podrían ser mi incapacidad para soldar esos diminutos componentes SMD. De cualquier manera, quiero verificar/arreglar el diseño de alimentación/tierra antes de enviar otro juego de tableros, esta vez con Pick and Place.

Por cierto, me doy cuenta de que esta es una solución muy poco elegante para un controlador de LED, pero es la solución que necesito de todos modos. Es para una instalación de arte que ya está construida, codificada, entonces tengo que hacer que los circuitos funcionen como tal.

Alimentación : tres líneas de 5 V de una única fuente de alimentación de CC Meanwell de 5 V y 40 A. Línea de 5V para los Sensores, línea de 5V para los Nano e ICs, y línea de 5V para los LEDs, separados y desacoplados (creo)

IC - Registros de desplazamiento TLC5940 - Hoja de datos de TI - https://www.ti.com/document-viewer/TLC5940/datasheet/pin_configuration_and_functions#SLVS5159151

arduino nano

Sensores : uso de tres sensores diferentes para traer señales dentro y fuera del Arduino a través de terminales de tornillo. Por sensores: los terminales y las huellas están cerca del Nano.

Diseño de PCB Back_Copper_Layer Esquema para TLC5940 SMD de primer plano de la placa

[ENLACES FIJOS] El esquema de esta placa de circuito en EasyEDA. Lo lleva a su sitio para compartir OSHWLAB -

https://oshwlab.com/adlib33/cloudpongschematic11_21

El PCB: https://oshwlab.com/adlib33/cloudpongpcb

40 amperios es mucha corriente para distribuir a través de trazas en una PCB.
Esos pequeños conectores probablemente tengan una clasificación mucho menor que 40a. ¿Cuánto esperas sacar?
¿Puedes dar más detalles de lo que no funciona?
Los enlaces no parecen funcionar.
No puedo responder eso correctamente. Todavía estoy muy confundido acerca de cómo calcular las necesidades de amperaje de un circuito. Especialmente mirando la hoja de datos del IC, no puedo decir exactamente cuánta corriente puede manejar, solo puedo entender el voltaje. Sé que los circuitos integrados son de corriente constante, y necesita una salida entre 60 y 120 mA. Los circuitos integrados son claramente de 5 V para funcionar, pero necesito que las salidas puedan manejar hasta dieciséis LED de 5 V/voltaje directo (aunque no todos estarán encendidos con mucha frecuencia)
¿Podría la respuesta ser tan simple como usar una fuente de alimentación Amp más pequeña? Si uso la misma fuente de alimentación, ¿debo agregar reguladores de voltaje para los circuitos integrados? ¿Debo usar una fuente de alimentación conmutada para poder agregar diferentes V y corriente a las diferentes partes, IC, LED, Nano, etc.? ¿Cómo afectará eso al plano de puesta a tierra?
DamienD - Revisé los enlaces rotos. EasyEDA me está dificultando compartir o cambiar el proyecto de Privado a Público.
También DamienD - Power está llegando al Arduino y está funcionando. Los sensores, aunque están muy lejos de la placa, obtienen la potencia necesaria y funcionan. He probado los rastros del bus de alimentación hasta los LED individuales y tienen suficiente voltaje para hacer lo que necesitan hacer cuando el IC reduce la alimentación. He tenido este circuito funcionando en una placa de prueba, pero ahora no obtengo nada con estos circuitos integrados en la PCB. Ni siquiera un parpadeo. Simplemente no parecen estar tomando ningún poder.
Dieciséis LED que toman un máximo de 120 mA le brindan una carga máxima de poco menos de 2 amperios, luego agregue un poco para la corriente de reposo de los diversos circuitos integrados. Una fuente de alimentación de 40 amperios no romperá nada, pero es una exageración enorme .
La figura 1 en la hoja de datos del TLC5940 proporciona la corriente de salida para la resistencia de 2K que está utilizando como 20 mA por canal. Tiene 16 canales por dispositivo y 8 dispositivos, por lo que su corriente de salida máxima es de 2,56 A (todos los LED encendidos). De hecho, su fuente de alimentación es mucho más grande de lo que debe ser o tal vez configuró la corriente del LED más baja de lo que quería.
@ adlib33e un cortocircuito en una de las líneas de datos o de reloj podría explicar el comportamiento. También podría ser un problema de diseño, ¿ha intentado reducir la velocidad de SPI?
Sin enlaces que funcionen, es difícil verificar su diseño porque las imágenes están borrosas.
Además, ¿puede tomar una foto de la placa terminada y mostrar cómo se ve la soldadura SMD?
DamienD - Enlaces fijos. Lo llevarán al sitio de OSHWLAB o EasyEDA para compartir. Puede que tenga que hacer clic en abrir en el editor.
También DamienD: agregué versiones más grandes de fotos para que sea más claro. Incluyendo tablero de tiro como está actualmente. El IC de la esquina superior izquierda es el primero de la cadena.

Respuestas (1)

Tienes un corto (puente de soldadura) entre los pines 1 y 2 del registro de desplazamiento en la parte inferior derecha de la foto. Quítelo pasando una plancha caliente repetidamente entre los dos pines, lejos del IC. ¡Compruebe los otros circuitos integrados también!

Creo que su diseño es aceptable. Espesaría los rastros de energía o incluso inundaría el plano superior con el suministro de LED. No estoy seguro de que su desacoplamiento, o los tres suministros separados, sean muy efectivos o necesarios. Estos condensadores electrolíticos tendrán una resistencia en serie relativamente alta y están lejos de las cargas. Si es necesario, las tapas de cerámica más pequeñas al lado de los conectores LED pueden ser mejores, pero creo que debería funcionar como está. Los sensores y Arduino ya tienen desacoplamiento a bordo.

Ejecutaría el mismo suministro para el Arduino y los sensores, porque si uno se desconecta, los sensores pueden ver voltajes en los pines I2C (del Arduino) que exceden el pin VCC, y eso puede dañar los chips.

¡Un suministro de 40A es excesivo, pero de lo contrario no hará daño!

Gracias Damián D. Según sus sugerencias, volveré a hacer la alimentación en las placas para que sea una sola línea, quitaré las tapas grandes junto a la terminal de alimentación y enrutaré las líneas de 5 V directamente a los componentes desde esa terminal. Solicitó una fuente de alimentación Meanwell 5V 20A para satisfacer las necesidades del proyecto. Solo como aclaración, ¿debería colocar una pequeña tapa (¿220?) en la línea de alimentación, justo antes del Arduino? (Creo que el encendido de 5V es crudo, no tiene regulación) Además, el límite de 100nf justo antes de los circuitos integrados, ¿es suficiente desacoplamiento para manejar esta potencia de 5V más directa? 100nf es lo que TI sugiere en la hoja de datos.
@ adlib33e si sabe que la fuente de alimentación no es muy estable o está a varios metros de la placa, entonces sí, los condensadores electrolíticos grandes podrían ser útiles. Pero en su mayoría son efectivos como capacitancia masiva (para suministrar transitorios grandes y lentos) en lugar de desacoplamiento (suministrar transitorios pequeños y rápidos). Lo mejor es obtener una fuente de alimentación decente en primer lugar (sin embargo, no hay razón a priori para dudar de esa parte de Meanwell). Los valores de las hojas de datos de TI deberían estar bien.
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