Hjälp med PCB-Design för nixieklocka

[CLUEZ]

Hej folk!

Jag har precis börjat med ett skolprojekt som går ut på att bygga mig en nixieklocka och styra denna, den kommer dock vara väldigt annorlunda i sin design med t.ex. inbyggd webserver, NTP-sync, temperaturvisning, autojustering av ljusnivåer på rören och dess underbelysning mha fotoresistor+pwm, inbyggd MP3-spelare med microSDHC-kort, 240x320 TFT touchskärm, batteriuppbackad realtidsklocka, etcetc.

För själva nixiekortet tänkte jag köra på 6st kaskadkopplade shiftregister (74HC595), ett per rör som i sin tur matar ut ett 4 bit binärvärde till drivkretsarna (K155ID1) och ha två bitar på varje register till att styra decimaltecknet. Trissorna på kortet är av typen 2N6517 och hade 350V Vceo enligt datablad.

Nu är jag väldigt mycket nybörjare på att bygga PCB, ärligt talat är det här första gången jag skapar mitt egna kretskort. Av den anledningen hade jag tänkt låta någon mer professionell leverantör få etsa kortet åt mig, då kan jag dessutom få lödmasken vilket kan vara rätt snyggt

Kortet hade jag tänkt cadda upp i EAGLE eftersom bibliotek för ryska IN-14 finns för det. Till vänster finns +5V, GND, och därefter följer Clock, Data, och Latch. Till höger finns +HV (170-200VDC) och GND. Den sista pinnen till höger längst ner är en utgång från sista biten på shiftregistret och är tänkt att vara on/off för nätaggregatet.

Jag valde dubbelsidigt för att det i stort sett är omöjligt att dra alla banor rätt med enkelsidigt, i vart fall så långt jag kan se.

[anders_bzn]

Ambitiöst första projekt.

Att välja CAD-program efter vilka färdiga symboler som finns kan vara lockande, men ack så förrädiskt. Om du hittat symbolerna till IN14 på samma ställe som jag så är de fel. De är ritade underifrån och inte ovanifrån. Jag rekommenderar dig att verifiera alla CAD-symboler.

Du kan ju kolla lite i min tråd!

Har inte kollat dina filer, jag tycker att du ska exportera schemat till pdf och PCB:t till png så alla kan öppna dem. Alla kör ju inte Eagle...

[prototypen]

Jag försökte "läsa" denna tråden men det var ju lite svårt. Så packa upp filerna.
JAG tycker man ska välja ett CAD program där det är lätt att göra egna "komponenter", att förlita sig på att "någon annan" både öht gjort behövliga komponenter och gjort dessa rätt är rätt vanskligt.
Nu är det väl så att 90% på forumet använder Eagle så då är väl valet lite vridet.

De komponenter som följde med mitt använder jag aldrig.

Protte

[CLUEZ]

Så, en PNG: http://i55.tinypic.com/15ppcn8.png

Schemat kommer som pdf när jag är klar med det. Det verkar dessutom som att jag fick fel pinout på K155ID1, den jag gick efter var denna: http://www.asvcorp.ru/darch/electronics ... pinout.svg

K155ID10 var inte riktigt rätt krets. Så vitt jag vet är K155ID1 en mer eller mindre exakt rysk kopia av 74141 (eller 7441 på de modeller med lågt serienr) och rätt datablad verkar finnas här: http://neonnixie.com/ic/english-datasheet-1.jpg

Ska kolla över cad-komponenterna, jag antar att standard DIP16 åtminstone är rätt och åtminstone en 74HC595 passade i papprets "hål" när jag testade. Angående vilket bibliotek jag använde finns det på http://www.cadsoftusa.com/downloads/libraries/ med filnamnet russian-nixies.lbr

[prototypen]

Vad man kan säga om layouten.....
Försök att göra en bra snygg lösning runt ett rör, en driver och ett shiftregister, håll gärna på två kvällar och när det ser bra ut med alla vinklar i 45 grader, alla komponenter rakt och snyggt så markera den delen och kopiera och klistra. Koppla sedan ihop varje del med signaler och spänningar. Nu ser det bara rörigt ut.

Sedan ser det lite långt ut mellan rören men det kanske blir till sig.

Protte

[CLUEZ]

När jag skulle blanda in schemat insåg jag hur fel jag hade gjort som hade ritat kretskortet först, dessutom vart som sagt K155ID1 totalt felkopplad. Det resulterade i att jag gjorde om hela ritningen från grunden, både schema och PCB fick exporteras i PNG istället för PDF. Jag antar att det inte gör någon större skillnad (platformsstödet för png är ju trots allt större på de flesta håll)

Layouten är väl inte något direkt fall av perfektion nu heller men på betydligt mindre plats än tidigare. Inte heller schemat kan väl tänkas vara sådär jättesnyggt, men jag hoppas det åtminstone är mer läsbart än kretskortslayouten.

Schemat: http://i51.tinypic.com/9asrpw.png
PCB: http://i52.tinypic.com/2dkberl.png

Trissorna av modell 2N3904 är *egentligen* 2N6517, jag orkade bara inte rita komponenten själv just nu och pinout är dessutom likadan, det får fixas senare

[anders_bzn]

Jag tycker inte du ska försumma symbolerna, felaktiga symboler ställer till mycket. Saknar du komponenter så skapa egna symboler i ett eget bibliotek, dessa kommer du att återanvända igen och igen om du tänker göra flera projekt.

Sen börjar vi med schemat. Ett tydligt schema ger en bra överblick och gör det lätt att hitta fel och misstag. Utan ett korrekt schema ingen korrekt layout. Några tips:

1. Aldrig 45graders ledningar i schemat!
2. Använd den europeiska resistor symbolen. Eagle har en sådan.
3. Rita inte jordledaren. Använd jordsymbolen där saker ska anslutas till jord.
4. Rita raka linjer horisontellt för tex klocka, Vcc och nixie-matingen. Dra sedan så enkla linjer upp/ner som det går från alla komponenter.
5. Alla komponenter går att rotera och spegelvända. Om du spegelvänder shiftregisterna så slipper du de korsade ledningarna till drivkretsarna.
6. Jag skulle modifierat symbolen för Nixiedrivaren så att Vcc, GND försvinner. Då behöver du inte rita ut matningen till varje enskild krets, precis som på skiftregistren.

Jag fixade lite för att visa:

modd.png

Sen måste du ha en avkopplingskondensator vid matningen på varje krets, annars kommer du få problem. Jag tycker också att du ska rita ut en kontakt på schemat så du får ett vettigt sätt att ansluta kortet.

En fråga, hur har du tänkt realisera HV-nätagget och styrningen?

[kankki]

Jag brukar använda 45grader böj på ledarna på Eagle ritningar ibland. Till viss måtta ser det riktigt snyggt ut tycker jag!

EDIT: OK jag gick väl lite överbord på denna..

[anders_bzn]

Alla regler har undantag, i detta fallet tycker jag det bara blivit rörigt.

[TomasL]

Dessutom måste du tänka på isoleringsavstånden mellan ledarna.
Tycker inte det är ok att dra 350V banor mellan benen på en 2.54 mm krets.

[anders_bzn]

Jag har inte ens brytt mig om att kommentera PCB:et ännu...

[CLUEZ]

Så, nytt schema byggt: http://i52.tinypic.com/10pujwm.png

Ändringar som är gjorda är:

* Drog om i stort sett alla ledare utan 45-graders böjar
* Spegelvände 74HC595 och flyttade för att den skulle komma i rätt nivå
* Flyttade K155ID1 för att undvika 9st onödiga 45-graders böjar
* Bytte resistorerna till EU-varianter
* Lade till avkopplingskondingar för K155ID1 och 74HC595
* Drog om högspänningslinjen och döpte om den
* Flyttat om layouten för bättre läsbarhet

Dessutom måste du tänka på isoleringsavstånden mellan ledarna.
Tycker inte det är ok att dra 350V banor mellan benen på en 2.54 mm krets.

Angående PCB så struntar jag i det tills schemat är klart eftersom den designen ändå kommer göras om från grunden. Naturligtvis är det väldigt tight med en 200V-ledare mellan två 2.54mm punkter, men som sagt - snygga till schemat till något vettigt först

Det fattas just nu att lite saker som t.ex att modifiera K155ID1-kretsen och att byta transistormodell, först ska jag däremot lära mig hur man gör komponenter i eagle.

En fråga, hur har du tänkt realisera HV-nätagget och styrningen?

HV-Nätagget: Jag är inget vidare på att bygga switchade nätaggregat, dessutom är den här typen av agg oftast snorbilliga. Jag köpte mig helt enkelt ett från usa, datablad: http://www.tayloredge.com/storefront/Sm ... 3-1364.pdf
Bild: http://www.tayloredge.com/storefront/Sm ... small2.jpg
Det är alltså ett Nixie HVPS-V 1363 jag har beställt. Från början hade jag tänkt köra detta på ett separat kretskort men när jag ändå är inne och designar och ska bygga egna bibliotek vore det bara dumt att inte ta med nätaggregatet på samma kretskort.

Styrningen: Själva microprocessorn består av en FEZ Panda II med mp3-dekodermodul (FEZ Music Shield), ethernetkort (FEZ Connect) och touchskärm (FEZ Touch). För er som inte har hört talas om FEZ är det samma sak som en netduino, dvs en arduino fast med .NET Micro Framework (C#) som programspråk.
Det jag köpte mig var följande (förutom mp3-dekodern som finns under Shields): http://www.ghielectronics.com/catalog/product/265

Som grädde på moset försöker jag också att skapa mig ett kretskort som kommer sitta under nixierören med en RGB-Lysdiod för varje rör. För det kortet tänkte jag ha 3st shiftregister (R, G, B) och sen köra PWM på OE-Ingången på varje register för att kunna köra PWM på varje kanal (men inte varje enskild lysdiod, det behövs inte i min applikation). På detta kommer det även sitta en fotoresistor och en DS18B20 för att känna av ljus respektive temperatur (tänkte klämma dit en piezohögtalare när jag ändå är igång för enkla pipsignaler).

Nixierören kommer omväxlande visa temperatur och beroende på ljusnivån i rummet kan jag ställa PWM-styrkan på lysdioderna, reglera backlight för touchskärmen, etcetc. Det här innebär således att det inte får finnas ledare som löper genom där nixierören sitter eftersom det kommer sitta 5mm lysdioder där. Anledningen att jag skapar nixierörskortet först är helt enkelt för att ha rätt mått tillgängliga för vart lysdioderna ska sitta någonstans. Lysdiodskortet är i stort sett redan testat till fullo på kopplingsdäck. Just nu saknar det dock avkopplingskondingar, fotoresistorn och piezohögtalaren (de två sistnämnda testade jag genom att använda komponenterna som ingick i FEZ Ultimate kit)

För att summera: Två kretskort, ett med shiftregister, drivare och nätagg för nixierören och ett kort för lysdioder, sensorer samt piezo.

Naturligtvis är det inget litet projekt, men det var ingen som sa att det skulle vara enkelt

[CLUEZ]

Insåg precis att SCL (Master Reset) låg flytande i det nya schemat. Dessutom behövdes det en resistor för att sänka strömmen genom decimaltecknet. Fixat: http://i51.tinypic.com/2hn0uut.png

[anders_bzn]

Har det hänt något mer?

[CLUEZ]

Japp, jag laddade hem designregler från en sida med guide från eagle till färdigt kretskort och som passade bra till att använda för självetsade kort. Därefter körde gjorde jag en PCB-Layout eftersom jag märkte att eagle utan större problem klarade att ändra i kretskortslayouten så länge man hade både schemat och layouten uppe, ganska självklart när man insett det

I övrigt köpte jag på mig lite kretskortslaminat (75x100) och etspulver för att pröva att etsa själv mha toner transfer, än så länge är resultaten över förväntan!

Jag har också provkört K155ID1 tillsammans med nixieröret från ett 250VDC nätagg och det fungerar precis som tänkt, jag har inte testat att blanda i shiftregistret i testet ännu men jag kan inte se varför det skulle strula. Nåja, allt som kan testas bör testas

Eftersom jag köpte på mig lite för många laminat passade jag på att dela upp korten lite så jag får en del små och enkelsidiga kort, t.ex Sensorkort (Temp + Ljus) och nätaggregatskort. Eventuellt blir det även ett optoisolatorkort också.

Senaste versionen av nixiedrivarkortet ser ut såhär: http://i51.tinypic.com/1z72cye.png
Jag är mycket medveten om att en kopparbana inte kunde dras rätt, prövade att flytta om layouten men utan bra resultat. Det är helt enkelt inte värre än att jag får löda en kabel där. Drivtransistorerna för alla decimaltecken är felvända tills vidare, har fortfarande inte orkat designa något bibliotek för 2N6517 i eagle, det ska dock göras om jag inte hittar något.