Printplaat ontwerp tips voor de beginner

[Tijs]

Waarom heb jij gekozen voor multiplexers eigenlijk? Ik heb voor mijn project gekozen voor shift registers omdat deze parralel in of uit gaan en daarmee de load op mijn teensy minder wordt.

Het example project dat ik gebruikt heb was rond de multiplexers opgezet. Zonder die start, was het me met mijn beperkte kennis ook niet gelukt.
Volgens mij worden shift registers voornamelijk toegepast voor het vermeerderen van digitale ins/outs (wellicht dat ik ze ga gebruiken voor de drukschakelaars voor de solo/mute).
Ik heb net even gegoogled op het gebruik van shift registers voor analoge inputs en eigenlijk verwijst men meestal meteen naar multiplexers voor potmeters.
Ergens las ik dat het wel zou kunnen maar dan zou je twee shift registers nodig om te bewerkstelligen wat je met een enkele multiplexer kan doen.
Gebruik jij enkel schakelaars of ook potmeters?

@Designer:
Het gaat me niet zozeer om de kosten van de condensatoren maar wel om het soldeerwerk dat het met zich meebrengt.
Je opmerking over de 5V begrijp ik niet helemaal. Uiteraard krijgen de pots allemaal 5V.

{edit}

Net nog eens goed naar de AIN module van het midibox platform gekeken. Ook daar worden geen ontkoppel condensatoren gebruikt voor de inputs. De layout van dat board leent zich ook prima om aan een Arduino te hangen, jammer dat het gebaseerd is op 4051 multiplexers en dus max 32 inputs heeft.

 

[GentleG]

Hoi Tijs,
Ik had nog niet gereageerd omdat ik geen direct antwoord heb op je oorspronkelijke vraag.
Ik werk nog altijd op experimenteerprint, dus geen ervaring met pcb ontwerp.

Wel heb ik ervaring met 80 inputs op een arduino voor midi:
uiteraard wel 1 stuks 100n per ic bij de voedingslijnen en niet 1 stuks per pot, dat is zonde van je tijd.
we zijn namelijk bezig met midi CC, dat is 7bit, terwijl de inputs op de arduino al 10bit zijn.
het beetje drift dat je eventueel kunt krijgen is helemaal niet relevant:
gewoon testen of een pot een nieuwe 7bit waarde geeft, en niet testen of de pot een nieuwe 10bit waarde geeft.

M.a.w. je bent goed op weg, nu nog zoeken naar een praktische manier voor jou om dit te bouwen.

Ik zou zelf 7 keer een 4067 nemen: de inputs (vanuit de pots enzo) lijnen makkelijk uit en maar 7 outputs / commons; de code is simpel
Het meest irritante blijf ik de bedrading naar de pots vinden, zie Midi_Step
Maar dat is het nadeel dat je voor lief neemt als je vasthoudt aan de vorm van een fullsize mixer.
Daarom ben ik later kleiner gaan werken, gewoon om van de bedrading af te zijn: zie bijvoorbeeld mijn MIdrum2

Zelf gebruik ik trouwens tegenwoordig graag een Teensy 3.2
namelijk standaard met midi over usb en meerdere 'gewone' uart midi poorten en veel sneller dan een arduino, zie bv ISOtar2

Succes, vraag maar verder

 

[Tijs]

Hoi GentleG,

Thanks voor je reply. Ik ga de ontkoppel condensatoren definitief weglaten voor de inputs.

Gaaf die sequenser, heel veel draad op een compact oppervlak idd. Gelukkig is de mixer heel ruim van opzet dus heel veel ruimte om de pots prettig te kunnen solderen en de bedrading netjes weg te kunnen werken. Ik ga werken met IDC connectoren en bestel 16 pins multipcolor flatcables met connector er al aan via ebay.

De Arduino Uno heeft idd als nadeel dat de midi niet over USB loopt. Je schijnt wel de firmware te kunnen flashen waardoor dit wel mogelijk is. Echter de code maakt gebruik van direct port manipulation. Dit is iets dat bijv niet ondersteund wordt door de Mega voor zover ik begreep.

Degene die het example project heeft gemaakt waar ik op verder heb geborduurd heeft wel in de planning staan om de code te porten voor de Teensy dus tegen die tijd kan ik de Arduino evt vervangen. Des te meer een reden om de arduino niet op het board te integreren, maar te werken met connectoren van het Mux board naar de Arduino.


Ik ben na een uur of 5 pielen met KiCAD verder gaan kijken. Ik had op een eggeven moment mijn board zo goed als af toen ik bij inzoomen zag dat de tracks de pads niet raakten. Ik kreeg het niet voor elkaar om tussen pads verbindingen te maken. Heb even Eagle Light geprobeerd waar ik al veel sneller goed resultaat had maar helaas maar een kleine board oppervlak tot mijn beschikking had. In Eagle kreeg ik pads wel vebonden door eerst een outline aan te geven van pad naar pad. Vervolgens kon ik de definitieve tracks netjes aan de pads vastmaken.

Ik ben nu bezig met EasyEDA. Deze online tool werkt m.i. veel intuïtiever als KiCAD en bevat ook een grotere component library. Bijvoorbeeld de 4067 multiplexer DIP-24 package ontbreekt in KiCAD en Eagle. Daarnaast is het gratis en heb je mogelijkheid om de pcb direct te bestellen vanuit de applicatie. Voor de hardcore pcb designers zal de tool waarschijnlijk te beperkt zijn maar voor de toepassing waar ik mee bezig ben is het ideaal.
Het board design is bijna klaar, ik zal vandaag of morgen de eerste opzet posten.

Ik kwam overigens nog het volgende tegen:



Die CNC desktop machientjes (in bouwpakket vorm) koop je tegenwoordig voor rond de 200 euro. Een leuke manier op je pcbtjes zelf te maken voorgeboord en zonder etsmiddel troep (schijnt wel een poosje te duren voordat je print klaar is).
Misschien dat ik me laat verleiden om zo'n ding te kopen.

Deze is nog handiger al kant en klaar. Daar kan ik mijn vriendin ook nog blij mee maken want je kunt er ook met simpele software papier figuren mee snijden en ze vindt het leuk om te knutselen.
De leverancier van die Cameo's zit ook nog eens vlakbij mijn werk:



Lijkt me ook erg handig voor de modular zelfbouwers hier op het forum.

 

[Designer]

Laat maar even weten of het werkt als je het hebt gekocht, klinkt interessant.
Ook wel benieuwd naar de kosten van je uiteindelijke printplaat..

 

[djtt]

Het example project dat ik gebruikt heb was rond de multiplexers opgezet. Zonder die start, was het me met mijn beperkte kennis ook niet gelukt.
Volgens mij worden shift registers voornamelijk toegepast voor het vermeerderen van digitale ins/outs (wellicht dat ik ze ga gebruiken voor de drukschakelaars voor de solo/mute).
Ik heb net even gegoogled op het gebruik van shift registers voor analoge inputs en eigenlijk verwijst men meestal meteen naar multiplexers voor potmeters.
Ergens las ik dat het wel zou kunnen maar dan zou je twee shift registers nodig om te bewerkstelligen wat je met een enkele multiplexer kan doen.
Gebruik jij enkel schakelaars of ook potmeters?

@Designer:
Het gaat me niet zozeer om de kosten van de condensatoren maar wel om het soldeerwerk dat het met zich meebrengt.
Je opmerking over de 5V begrijp ik niet helemaal. Uiteraard krijgen de pots allemaal 5V.

{edit}

Net nog eens goed naar de AIN module van het midibox platform gekeken. Ook daar worden geen ontkoppel condensatoren gebruikt voor de inputs. De layout van dat board leent zich ook prima om aan een Arduino te hangen, jammer dat het gebaseerd is op 4051 multiplexers en dus max 32 inputs heeft.

Aaaaight, dat is duidelijk, ik gebruik enkel rotary encoders voor mijn project misschien nog wat druk knoppen maar daar blijft het ook bij.

 

[macsimski]

Het klinkt alsof je of een hele oude of een buggy beta versie van kicad hebt gebruikt. zelf ben ik beta-tester van versie 5, wat inhoud dat ik een "nightly build" gebruik onder ubuntu linux, maar die alleen heel voorzichtig update door eerst met een oude laptop een nieuwere op te halen en te kijken of de bugs van de huidige eruit zijn. versie 5 is nu bijna klaar.

Dat de tracks de pads niet raken is vreemd aangzien ze magnetisch zijn als ze tot dezelfde signals behoren. als het goed is lichten de bijbehorende pads ook op tijdens het routen. klopt je schema wel? Verder kun je met "n" en shift-"n" het raster groter en kleiner maken, ook terwijl je al een spoor aan het leggen bent.

overigens is smd erg goed te doen met een leesbril en een bout met een fijne punt. ik gebruik zelf een oude weller wctp magnastat met een fijne punt en daar doe ik zonder problemen tqfp32 en 0603 weerstanden mee. en een fijn pincet en stabiele hand zijn ook erg handig (geen koffie voorje gaat solderen)

wat helpt is voldoende flux gebruiken. dat is NIET S39, maar een vloeimiddel die je in viltstiftvorm kunt kopen, een pasta of een flesje met een kwastje. een smd condensator solderen begint met het vertinnen van een van de twee pads. daarna met een pincet het onderdeel op z'n plek houden terwijl je nog eens met je bout de rand van het onderdeel en het padje aanraakt tot ze samensmelten. met een schone punt duurt dat hoogstens een halve seconde. daarna soldeer je de andere pad vast en klaar. gebruik wel dun soldeer tin 0,8 is erg dik. zelf gebruik ik 0,5 harskern en dan heb je niet steeds zo klodder aan je punt hangen. ook een rvs spons voor je punt is handig. prik je punt erin en hij is weer schoon. meteen licht vertinnen daarna en gebruiken. dus de spons gebruik je voor het solderen, niet erna.


nadat ik een paar keer een smd onderdeel gesoldeerd had ben ik nooit meer teruggegaan naar throughhole. veel te groot, gebruikt veel te veel tin en dat omdraaien de hele tijd is ook niet handig.

zeker die onstoor condensator van 0.1 uf zou ik als smd doen. maar dan aleen over de 5v en gnd per 4 pots.

Zelf heb ik net twee bordjes ontworpen met alps rk-11 potentiometers. eentje bevat 4 pots en een 4051 multiplexer en de tweede allleen pots, die je met een paar draadbruggetjes aan de ander vastzet. extern geef je 5v, gnd, de drie multiplex bits en analoog uit.

 

[Tijs]

@DJTT:

Ah ok dat verklaard, die encoders gebruiken digi inputs.

@macsimski:

Bedankt voor je reply en tips mbt smd solderen.
Ik ben niet vanuit een schema begonnen maar rechtstreeks gaan plaatsen. Daar zit de kink in de kabel waarschijnlijk aangezien KiCAD wellicht een heel pad vanuit een schema verwacht.

SMD ga ik maar niet aan beginnen. Mijn ogen zijn niet heel erg goed en ik heb niet echt een vaste hand.

Ik heb een eerste opzetje bijgevoegd. De upload verkleind de jpgs automatisch dus de resolutie is crap. Ik krijg het niet voor elkaar om het origineel te uploaden.


5 van deze boards kosten 15 euro (je kunt ze alleen per 5 bestellen). 7.50 verzendkosten voor 20-30 dagen levertijd. 30 euro verzendkosten voor 4 dagen levertijd. Ook met de korte levertijd nog erg goedkoop per board vind ik. Afmeting is 20cm bij 7 cm.

 

[Tijs]

Ook een pdfje die wel leesbaar is.

Waar ik over twijfel is de plaatsing van de condensatoren; het gnd pad loopt nu ook over de twee IC pinnen die aan gnd verbonden zijn.

Volgens mij kan het wel maar mocht iemand betere suggesties hebben hoor ik het graag.

De labels voor de connector zitten overigens inmiddels op de silkscreen layer ipv de copper layer.

 

[SRPP]

Hoi GentleG,

Ik kwam overigens nog het volgende tegen:

https://www.youtube.com/watch?v=NAy8gwO1BXc

Die CNC desktop machientjes (in bouwpakket vorm) koop je tegenwoordig voor rond de 200 euro. Een leuke manier op je pcbtjes zelf te maken voorgeboord en zonder etsmiddel troep (schijnt wel een poosje te duren voordat je print klaar is).
Misschien dat ik me laat verleiden om zo'n ding te kopen.

Deze is nog handiger al kant en klaar. Daar kan ik mijn vriendin ook nog blij mee maken want je kunt er ook met simpele software papier figuren mee snijden en ze vindt het leuk om te knutselen.
De leverancier van die Cameo's zit ook nog eens vlakbij mijn werk:

https://www.youtube.com/watch?v=rDRN1_i0vJU

Lijkt me ook erg handig voor de modular zelfbouwers hier op het forum.

Overigens, als je zelf PCB's gaat frezen, dan is dat vervelende stof (met glasdeeltjes!)lastiger dan afgwertk etsmiddel naar de milieustraat brengen. Etsen valt echt wel mee hoor. Het gaten boren is wel een K-klus.
Maar als je gaat frezen kun je zelf ook front panels maken, en da's wel heel gaaf. Maar let er dus bij het frezen van FR4 op dat je de afzuiging goed op orde hebt.

 

[Toon]

Ook een pdfje die wel leesbaar is.

Waar ik over twijfel is de plaatsing van de condensatoren; het gnd pad loopt nu ook over de twee IC pinnen die aan gnd verbonden zijn.

Volgens mij kan het wel maar mocht iemand betere suggesties hebben hoor ik het graag.

De labels voor de connector zitten overigens inmiddels op de silkscreen layer ipv de copper layer.

Heb je de design restricties van je PCB ontwikkelaar al toegepast? Zien er allemaal erg dunne traces uit. Verder scheur je nogal veel naast andere (mux) pinnen terwijl dat eigenlijk niet hoeft(linker bovenste mux pinnen horizontaal vertrekken , dan schuin af gaan). Ook aan die bovenste connectors, die rechter boven pin, voor het minst dat je uitschiet of teveel soldeertin gebruikt zit je op die andere trace, terwijl je bovenaan ruimte zat hebt om dat allemaal nog wat open te trekken. Ground en power (planes?) worden dacht ik meestal sowieso wat breder gemaakt. Ik zou alle banen alleszins al verbreden ... en zeker als je ooit zelf wilt gaan etsen/frezen ... dan heb je geen soldermask die alles afschermt ... ook die decoupling cap , moet die niet naast de V+ van het IC staan ...

 

[Tijs]

@SRPP: Dat is idd wel een probleem. Die professionele pcb mill apparaatjes zitten niet voor niks in stofvrije behuizingen. Met de prijzen van die pcb boer is het ook niet de moeite waard om zelf te rommelen vind ik eigenlijk.

@Toon:

Bedankt voor de tips! Dat ga ik zeker aanpassen; eerst een stukje horizontaal/verticaal vanuit de pin vertrekken zoals ik dat aan de rechterkant van de IC ook gedaan heb.

De tracks zijn 10 mil, als ik die groter maak wordt het al weer snel krapjes. Voor zelf etsten wellicht wat minder. De power en ground lines zal ik idd dikker maken (ongeveer 2 keer zo dik).

Ik heb de DRC check uitgevoerd, ik krijg 5 meldingen die te maken hebben met ratlines. De verbindingen zijn juist m.i. dus die negeer ik maar.

De condensatoren zouden dus eigenlijk direct rechts naast de V+ geplaatst moeten worden; heeft die paar cm naar beneden al zoveel invloed op de werking of is de verbinding ook onjuist?

 

[Tijs]

Dit vond ik nog ergens in een instructie over het doorlussen van muxes.

Make sure each VCC pin has a capacitor. Traces should be minimized, better 2 vias to a plane than 1cm of trace because the inductance.

Dat zo'n klein afstandje al zo'n impact heeft had ik niet verwacht.

Volgens mij zijn de verbindingen wel ok als ik onderstaand schema zie.

 

[Toon]

Bij Sparkfun staat hij er ook niet echt tegen dus zal misschien wel meevallen https://www.sparkfun.com/products/9056 .

Wat je eventueel ook nog kan doen is een aparte power connector gebruiken die je niet kan ompolen ...

 

[GentleG]

Dit vond ik nog ergens in een instructie over het doorlussen van muxes.

Make sure each VCC pin has a capacitor. Traces should be minimized, better 2 vias to a plane than 1cm of trace because the inductance.

Dat zo'n klein afstandje al zo'n impact heeft had ik niet verwacht.

Geen zorgen, nogmaals:
we hebben het hier slechts over 10bit inputs die naar 7bit midi worden afgerond op een rustig tempootje

 

[SRPP]

Met de prijzen van die pcb boer is het ook niet de moeite waard om zelf te rommelen vind ik eigenlijk.

Dit +10000, hartstikke mooie PCBtjes, met silkscreen, dubbelzijdig (geen bruggetjes nodig), doorgemetalliseerde gaten en vertinde pads, soldeert hartstikke lekker. No brainer.

 

[j.baars]

hartstikke leuk allemaal..
maar waaarom die niet meer gefabriceerde chip die obsolete is.
gebruik gewoon de 4051 ipv de 4067.

 

[Tijs]

De chip is idd obsolete maar nog goed verkrijgbaar momenteel op ebay. Voor mijzelf (en daar doe ik dit in eerste instantie voor) vind ik dat de fijnste oplossing. Ik bestel er 25, dan kan ik even voorruit mochten ze defect raken.

Ik ben een tweede variant aan het maken die gebaseerd is op de muxboards die sparkfun ook verkoopt. Die is wat meer future proof (zolang die mux boards circuleren) en kan op een aantal draadbruggen na op 1 laag geetst worden. Het smd werk is dan al mooi gedaan. De mux boardjes kosten ook maar 2 euro.
Wellicht maak ik ook nog een 4051 variant.

Ik heb de sporen nu 15 mil gemaakt. Ook heb ik de arduino nu geintegreerd. Zo min mogelijk kabelconnecties is het doel. Wel ook een connector om in de toekomst een andere controller er aan te hangen of om de select lijnen af te tappen voor latere uitbreidingen.
Ik wil ook nog jumpers toepassen om de arduino inputs te kunnen grounden voor test doeleinden tijdens de bouw. Mux voor mux opbouwen in de mixer en tussentijds kunnen testen is iets wat erg fijn is en waar ik bij inkel te weinig rekening mee gehouden had.

 

[macsimski]

@macsimski:

Bedankt voor je reply en tips mbt smd solderen.
Ik ben niet vanuit een schema begonnen maar rechtstreeks gaan plaatsen. Daar zit de kink in de kabel waarschijnlijk aangezien KiCAD wellicht een heel pad vanuit een schema verwacht.

SMD ga ik maar niet aan beginnen. Mijn ogen zijn niet heel erg goed en ik heb niet echt een vaste hand.

Ja, dat schema is essentieel. zo weet kicad welk signaal naar welke pin gaat. bij het routen lichten dan alle pinnen op die aan dat signaal zitten.

Mijn ogen hebben -6, dus qua macro-vision zit ik wel goed. Ik zet gewoon mijn bril af. :-)

 

[Tijs]

Een variant met de Mux shields waarvan ik er nog 10 had liggen en die ook makkelijk verkrijgbaar zijn. De ontkoppel condensatoren zitten hier al mooi in verwerkt. Verder zijn alle sporen nu minimaal 20mil en zitten de componenten voor de DIN Midi out er ook op.

Ik heb zowel een Uno als een Teensy footprint geïntegreerd zodat ik makkelijk kan upgraden. Voor de Teensy pinout heb ik een schema op het net gebruikt. Ik weet niet helemaal 100% zeker of de pin routing juist is in deze. Zo heb ik de GND lines verbonden met de AGND van de Teensy. Volgens mij is deze intern doorgeroute in de Teensy naar de reguliere GND en zou dit dus moeten kunnen.

Helaas zitten op de Uno de female headers aan de bovenkant zodat je dus tegen de achterkant aankijkt en de status leds niet meer ziet wanneer je hem op het board prikt. Ook steken de connectoren boven de headers uit waardoor de uno iets moet inspringen omdat anders de pinnen niet goed in de headers kunnen vallen.

 

[Toon]

Een variant met de Mux shields waarvan ik er nog 10 had liggen en die ook makkelijk verkrijgbaar zijn. De ontkoppel condensatoren zitten hier al mooi in verwerkt. Verder zijn alle sporen nu minimaal 20mil en zitten de componenten voor de DIN Midi out er ook op.

Ik heb zowel een Uno als een Teensy footprint geïntegreerd zodat ik makkelijk kan upgraden. Voor de Teensy pinout heb ik een schema op het net gebruikt. Ik weet niet helemaal 100% zeker of de pin routing juist is in deze. Zo heb ik de GND lines verbonden met de AGND van de Teensy. Volgens mij is deze intern doorgeroute in de Teensy naar de reguliere GND en zou dit dus moeten kunnen.

Helaas zitten op de Uno de female headers aan de bovenkant zodat je dus tegen de achterkant aankijkt en de status leds niet meer ziet wanneer je hem op het board prikt. Ook steken de connectoren boven de headers uit waardoor de uno iets moet inspringen omdat anders de pinnen niet goed in de headers kunnen vallen.

Hey Tijs, hier mijn mening : Je verbind je microprocessor slechts met 10 verbindingen aan je multiplexers ... ik zou dan die microprocessor niet integreren op die printplaat of toch zeker die uno niet . Maak het bordje met de Teensy in gedacht , zet naast de teensy footprint headers nog een extra rij pinheaders ... zo koppel je ook makelijk die uno aan het multiplexer circuit ... de overige uno pinnen kan je toch even makkelijk gebruiken op z`n eigen connectors ... je bent het IMO een beetje moeilijk aan het maken zo

Die 4 via`s heb je toch ook niet nodig in je origineel ontwerp ? Die hang je toch aan je teensy pinnen. Die lus ,van wat ik veronderstel dat het de power en ground is, tot aan je midi out is daar een reden voor ? Pak je dan niet beter de kortste weg van de teensy pinnen naar boven ? (Tenzij je met ground en power planes zou werken ...)