2013/09/15

[電子工作]IV-16用ボード

,
※あとで書く
 フィラメント管IV-16用のボードです。ユニバーサル基板でやろうとして、隣の桁の同じ部分も表示されてしまい頭を抱えてたので、思い切ってプリント基板で作ってみました。
 
 動かなかった原因
・フィラメント管は応答速度が遅いらしく、すぐには消えてくれないこと(未検証)
・フィラメント管は文字通りフィラメントが並んでいるので、発光ダイオードなどと違い、逆方向にも電流が流れる…?ちゃんとGNDに落としてないと消灯できなさそう。なのかなあ。

作ったもの

パターン
Top View
Bottom View(表面レイヤー非表示)
回路図
回路図

部品について


部品リスト:
Part     Value          Package    Library   Position (mil)        Orientation

C1       0.1            C2012      rcl       (2787.5 837.8937)     MR180
C2       0.1            C2012      rcl       (1675 850.3937)       MR180
C3       0.1            C2012      rcl       (587.5 837.8937)      MR180
C4       10?            C3216      rcl       (3225 725)            R180
C5       10?            C3216      rcl       (3225 575)            R180
CN1      CON8           CON8       1-MyLib   (2737.5 1012.5)       R180
CN2      CON2           CON2       1-MyLib   (3375 1012.5)         R180
R1       1.1k           R3225      rcl       (2475 750)            MR270
R2       1.1k           R3225      rcl       (1450 812.5)          MR270
R3       1.1k           R3225      rcl       (439.37008 903.74016) MR270
R4       5k             R1206      rcl       (3337.5 125)          R180
R5       10k            R1206      rcl       (3337.5 225)          R180
R6       10k            RTRIM3224J rcl       (3462.5 387.5)        R180
SJ1                     SJW        jumper    (3262.5 837.5)        R180
U1       IV-16          IV-17_COMP untitled1 (3050 300)            R0
U2       IV-16          IV-17_COMP untitled1 (2500 300)            R0
U3       IV-16          IV-17_COMP untitled1 (1950 300)            R0
U4       IV-16          IV-17_COMP untitled1 (1400 300)            R0
U5       IV-16          IV-17_COMP untitled1 (850 300)             R0
U6       IV-16          IV-17_COMP untitled1 (300 300)             R0
U7       TC62D748CFG    TSSOP-24   untitled1 (2787.5 637.5)        MR270
U8       TC62D748CFG    TSSOP-24   untitled1 (1675 637.5)          MR270
U9       TC62D748CFG    TSSOP-24   untitled1 (587.5 637.5)         MR270
U10      TL1963ADCQR    SOT-223-6  untitled1 (3462.5 650)          R270

作るときには、以下のサイトをめっちゃ参考にさせていただきました。分かりやすいページをありがとうございます。
 フィラメント管 IV-16 - N->N->N http://bit.ly/1dgwdsx
 フィラメント管時計 - N->N->N http://bit.ly/1dgwiMZ

駆動部:


 定電流LEDドライバICを使ってる方がいたので、それに倣った。ただ、TLC5940はちょっと高い(\335)のと、面実装パッケだと裏側にサーマルパッドがあってややこしそうだったのでやめた。Aduinoでの作例が多いからちょっと残念だけど…

STP16CPC26PTR \102 24-SSOP(QSOP) SPI http://www.digikey.jp/product-detail/ja/STP16CPC26PTR/497-11923-1-ND/2757659
TC62D748CFNAG(EL,H \111 24-SSOP 東芝! SPI http://www.digikey.jp/product-detail/ja/TC62D748CFNAG(EL,H/TC62D748CFNAG(ELHCT-ND/2790827
TLC5925 \172 24-TSSOP SPI http://www.digikey.jp/product-detail/ja/TLC5925IPWR/296-24466-1-ND/2057694

 で、どうやらどれもピン配置は同じらしい。コンパチって感じ。
それっぽいパラメータを比較したのが以下のテーブル。後から考えてみると、最大周波数ってSPIの方か…テーブル作るのにはmobtabgenというサイトを使わせていただきました。

IC名出力電圧出力電流最大周波数最大損失Ignd(GNDに流せる最大電流)
STP16CPC2620V(max)5~90mA30MHz1600mA
TC62D74817V(max)1.5~90mA25MHz1.56W
TLC592520V(max)3~45mA30MHz1.1W750mA

 ピン配置は以下のよう。変わらぬ…
 DP含めると8エレメント、それで16ポートあるんだろうけど、生憎DPが無いので2ポートは空き。ICの片側にちょうど8ポート出力があるので、左右で管を分ける感じ。
定電流LEDドライバICのピン配置比較
各々のデータシートから転載させていただきました。
信号線がよく分からない。スタティック駆動だからnOE(Output Enable)はいつもLowでいいんじゃないか?
 nSLATはLowだと、SINから入ってきたデータをラッチせず、そのままSOUTに流すだけなんだけど、こればかりは各ICごとに別々に制御しないとダメなんじゃないの?共通にすると全部のICが素通りかラッチしか出来ないし…。と思ったのでnSLATは1~3で分けてます。ここらへんは使ってみないとよく分からないという感じ(その割にボードは既に投げてしまった)…

 フィラメント管のパッケージはTO-100らしく、一応ソケットがあるみたいですが、確かに高いので今回は見送りました…フィラメント管には寿命があるとはいえ、まあ大丈夫でしょう…(てきとう)


電源部


 フィラメント管用のVccを生成する電源部ですが…

 フィラメント管は各エレメント当たり17~22mAほど流れる。(ニキシー管などによくある)延命のために、少し電流を少なくするとしても15mA。全管全エレメントが点灯すると考えると、15mA * 7エレメント/tube * 6管 = 630mAは流れる。よって、余裕を見て1A程度は流せて欲しい。

 さらに、フィラメント管の駆動電圧は3.15V~4.5Vらしいけど、TC62D748での電圧降下がどれくらいかよく分からなかった(データシートの回路例によれば、+1.0V)ので、ちょっと電圧調節出来て欲しかった。

 そもそも4V出力のLDOは少なく(東芝のTA48M04Fくらい)、0.5A出力だともしかしたら足りないかもしれないので、可変LDO?を使うことにした。LDOは、小型でVdropがそこまで大きくないやつ(LM317とかはちょっと…)ということで、Digikeyで適当に見繕った。
 ただ、電圧可変のLDOってどれも高い、TL1963ADCQRでも\335。

Vadjの抵抗の計算

Vout = 1.21V * (1 + R2 / R1) + (Iadj) * R2
Iadj = 3μA@25℃なので無視して、
Vout   R2 / R1
3V 1.56
4V 2.305 10kと?
4.1V 2.388 10kと23.7k(R96)
→ここらへんを可変にするには、R1 = 10k、R2 = 15kと10k半固定にするとか。(この組み合わせだと上の理論値が3.025Vしか出ないです…)

 出力コンデンサはESR < 3Ωで10μF以上、Z5U Y5V X5R X7Rシリーズとかが良いらしい。

 最初は通信線のコネクタから電源引っ張ろうかとも思った(SJ1)けど、この分だとダメそう。

 何かあったら怖いから電源すぐ落とせるように、一応スイッチとリセッタブルヒューズくらいはつけておこうと思ったんだけど、忘れてた。パターン一旦切るのもちょっと無理そうだし、諦める…。


パターンで苦労したところ


  • オートルーターだと最初25%くらいしか行かなかった。頼りきりなのもどうかと思うけど。オートルーターかけると、配線が遠回りになったり、曲げる角度が直角になる(設定で変えられるかも)ので、結局Ripupして手動でやり直すのが多かった。
  • 最初Viaのサイズをドリル0.6mmとかにしてもずっとDRCエラーが出てた。なんでだろ…Elecrowのホームページによると、最小ドリル径は0.3mmらしいんだけど。Twitterで教えていただいたところによると、Drill 12mil(0.3048mm)、外枠 24mil(0.6096mm)で大丈夫らしいのでそうしてる。
  • 一旦配線した後で、部品を移動させると配線がちょっとめんどくさくなる
  • GND端子の配線を既にしている状態で、端子を残すように(Terminal→Thermals on)Polygonでベタグラウンドを書くと、GNDパターンの周りがThermalパターン+配線みたいになっちゃう。
なんか残ってる
ベタグラウンドでGNDに落とせるって分かってるなら、配線しないほうがいいのか…?

  • 回路図エディタで、コピペして配線くっつけようとすると地味に繋がってなかったりする。めんどくさい。
  • バスの信号線は、名前を"SIGNAL[0..5]"とかにすればSIGNAL1~5までが作られ、"OE,SCK,SIN,SOUT"とかカンマで区切れば、それぞれ出来る。
     唯のNet→Busへと配線するときは、Netの名前がBusの名前と一致しないとつなげませんと怒られる。Bus→Netするときは、Bus上をクリックした時点でどの信号線を選ぶか出てくる。こっちのほうが良さげ。 

パターンのヤバイところ(主にトラ技だけ読んでやばそうなところ)


・異なる層の配線を並行させてる(めっちゃダメらしい)。
・もしかしたらベタGNDで浮島パターンみたいなのがある…
・一部途中で配線が切れてる気がする。
・LDOのVadjの抵抗が、微妙にICから離れてる(なるべくICに近づけて配置するのが望ましい、らしい)。
・ネジ穴が基板の外枠からあまり離れていないので、強度的にとても不安。あとφ3なんだけどM3のねじがちょうどぴったりではいらない事例が起きるような気がする。3.2とかにしておけばよかった…
・半固定のサイズが結局わかってない。
・GNDを分かりやすくするように、端子の周りを白シルクで囲おうとしたけど、端子の上からシルク塗るのってどうなんだろう…と思ったのでやってない。
・パスコン周りのViaとかGND抜きとか、とりあえずただ闇雲にベタGNDにしてはいけないらしい。よく読んでないのでよく分からないんだけども…
・パスコンを経由してからICのVccに配線するのは多分出来てるはず…

 問題が多すぎますね。初めてだからしょうが無いといえばしょうが無いのです…本なりなんなりでお勉強したいですね…

(2013/09/16) 昨日Elecrowに注文しました。

2 Layer 10cm * 10cm Max PCB - 5/10pcs (Color Free)
Qty - 10
Layer - 2
PCB Thickness - 1.6mm
PCB Dimension - 5cm Max * 10cm Max
PCB Color - Black
Suface Finish - Hasl
E-Test - 50% E-test
Panelizing - 1 copy
File - 1122. untitled.zip
で$23.90、220gなので送料$6.52かかって計$30.42でした。5cm*10cmと10cm*10cmは値段が変わらない(輸送量は変わるかもしれない)ので、若干損した気分…

 朝起きたら、もう「生産の方に回したよ」みたいなメール?が来ました。レベルシフタ(アウトライン無かったやつ)と違ってめっちゃ早かったです。

The comments for your order are: Dear Customer,
We have put your design into production, it will cost about 4-6 business
days. Thank you!
Best Regards
Elecrow

Your order has been updated to the following status:
New status: In production
だそうです。

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