DIY电路板or嘉立创?这是一个问题......

原创 TsinghuaJoking 2024-03-28 07:36

一、前言

  昨天上午再取电阻快递的时候,实际上忘记了还有一份 20k 欧姆高精度电阻快件。今天,利用10k,20k两种千分之一精度的电阻,搭建一个 15bit 的 R2R 电阻DAC电路。通过实验确定一下,这种精度的电阻可以形成多高线性精度的DAC 输出。


二、电路设计

  实验电路板实在昨天的基础上进行了修改。使用PORT-B 15个管脚控制电阻梯 15路取值。其中管脚顺序故意调整的,比较混乱,这是为了避免后面PCB布线的时候,出现过多的交叉线。使用单面PCB 铺设线路,方便使用一分钟制版。可以看到所有的 15条管脚线都没有交叉。整个电路板上,只有四个电源和地线的飞线。下面制作电路板。

▲ 图1.2.1 测试电路原理图

  为了提高抗干扰性能,再电路中铺设地线覆铜。一分钟之后,得到制作的电路板,可以看到制作的非常完美。下面进行焊接。  

        为了焊接方便,对制作的电路板覆铜进行上锡,由于这是我第一次在DIY电路板中铺设大面积覆铜,有可能设置的间距过小,所以,担心焊接的时候,焊点 与铺设的地线之间短路。也许以后,可以适当将设置的铺地间距从现在的 8mil 增大到 15mil。

三、电路调试

  将电路放置在调试加上,施加5V电源。通过探针夹子,将 ST-LINK 接入单片机。现在心理上有点紧张,不知道是否可以连接到调试器。哇! 这次比较走运,ST-LINK 可以直接访问到单片机。这样就为后面的测试打下来基础。

  根据PORT-B端口连接电阻梯的关系,将输入数据的数据位进行调整,这样可以进行同时输出到端口寄存器。从而避免输出信号出现毛刺。但现实还是挺残酷的,铺设大面积覆铜对其它引线还是造成了很多对地短路的情况。一不做二不休,将铺铜去除之后,重新制作了电路板,焊接清洗之后,进行下面的测试。

  先输出递增的数据,输出的锯齿波看起来非常漂亮。接下来,将递增的数据,使用DSP 库中的sine 函数,计算出正弦变化的整数。这样便可以得到正弦波形的输出。

四、输出线性测量

  下面是令人激动的线性测试的阶段。测量DAC输出从 0 到 0x7fff,  记录输出电压。可以看到输出电压与DAC数值之间线性非常好。计算电压的线性误差。可以看到线性误差在1mV之内。最大误差在 0.68mV。在 3.3V的输出电压范围内,DAC的精度可以维持在 12bit。

▲ 图1.4.1 输出DAC与电压(0-0x7fff)


▲ 图1.4.2 线性误差


五、嘉立创FPC

        很多小伙伴经常好奇的问我, 为什么不使用嘉立创免费制板进行电子实验呢?如果上面的电路使用嘉立创正式制作的电路板, 或者FPC制版工艺是否可以提高DAC的精度?

        嘉立创的FPC技术, 采用了微米级别的光刻成像技术,出货检验标准为 IPC-6013 II及标准。与普通的PCB相比, FPC钻孔、线路、阻焊、文字设计都是一样的,在与元器件背面以及接口位置,需要做补强层, 钻孔与电路板边缘,以及阻焊开窗分别要有0.5mm和0.2mm以上的间距。

      
        使用网格进行大面积铺铜, 双面设置焊盘的时候, 尽可能做的两面重合,目的是提高电路板的强度。此外, 对于稀疏的排线线路, 为了避免拐角处撕裂, 需要在FPC电路板两边增加防撕裂的铜条或者背面增加网格铜。线路网格尽量铺45度角的,对信号传输会好一些,线宽线距建议0.2/0.2mm。

    激光切割时板边遇高温碳化导致金手指之间出现微短问题需要把金手指内缩0.2mm(嘉立创会统一内缩,有特殊要求需提出来)。总之, 设计FPC电路的一个大的原则就是保证电路的牢固性。此外,在阻焊层、丝网文字等方面, FPC电路也都有一些特殊的要求。详细可以参见本文后面“原文链接”文章《技术指导:FPC下单前技术人员必看》。


FPC设计好了,接下来就该打样了!
详见嘉立创公众号文章:《嘉立创FPC免费打样上线啦!

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      说到这里, 是到了该薅嘉立创羊毛的时候了。将本文实验电路板,正反两面添加大面积覆铜之后,发送给嘉立创免费打样。对比一下,正式电路板与 DIY 电路板的测试15比特DAC的性能相比, 究竟有多大的差别,对此,我也很期待。

TsinghuaJoking 这是一个公众号,它不端、不装,与你同游在课下、课上。 卓晴博士,清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467,zhuoqing@tsinghua.edu.cn
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