دوره KiCad پیشرفته: طراحی یک فلش درایو USB هوشمند

آنچه یاد خواهید گرفت:

• مسیرکشی یک چیپ eMMC با بسته‌بندی 153 توپی TFBGA را با استفاده از تکنیک‌های via-in-pad و خروجی dogbone روی گام 0.5 میلی‌متری انجام دهید.
• امپدانس تفاضلی را برای زوج سیگنال‌های USB کنترل کنید و هندسه ترک را با استفاده از ماشین‌حساب امپدانس تأیید کنید.
• طول ترک‌های گذرگاه داده eMMC را با استفاده از ابزار تنظیم طول تعاملی KiCad و بازرس نت تا دقت 3± میلی‌متر تطبیق دهید.
• یک مسیر تغذیه OR-ing با دو دیود ایده‌آل را با استفاده از LM66100 برای مدیریت توان دو پورت بدون درز و کارآمد طراحی کنید.
• استثناهای محدود شده KiCad DRC را برای مستندسازی تصمیمات طراحی عمدی بدون پنهان کردن خطاهای واقعی ایجاد کنید.
• یک طرح بندی PCB چهارلایه کامل و بدون خطای DRC را در محدودیت‌های فیزیکی فرم‌فکتور فلش درایو USB تولید کنید.

پیش‌نیازهای دوره

• تجربه اولیه KiCad مورد نیاز است. باید با ورود شماتیک، تخصیص فوت‌پرینت و مسیرکشی ساده PCB راحت باشید.
• هیچ تجربه قبلی با قطعات BGA، رابط‌های پرسرعت یا بوردهای چندلایه لازم نیست؛ این دوره همه آن را پوشش می‌دهد.
• یک کامپیوتر که قادر به اجرای KiCad باشد (Windows، macOS یا Linux). هیچ خرید سخت‌افزاری الزامی نیست.
• ابزار رایگان NextPCB DFM برای محاسبات امپدانس استفاده می‌شود. داشتن یک ماشین Windows یا VM مفید است اما ضروری نیست.

توضیحات دوره

این دوره شما را فراتر از طراحی PCB مبتدی و وارد تکنیک‌هایی می‌کند که مهندسان الکترونیک حرفه‌ای هر روز از آن‌ها استفاده می‌کنند.

شما یک فلش درایو USB هوشمند کامل و قابل ساخت را طراحی خواهید کرد، یک بورد چهارلایه که حول میکروکنترلر RP2040، آی‌سی پل USB2244 و یک چیپ eMMC 64 گیگابایتی در بسته‌بندی 153 توپی TFBGA ساخته شده است. هر چالش اصلی طراحی در این پروژه مستقیماً به مهارتی که در طراحی حرفه‌ای PCB پرسرعت استفاده می‌شود، نگاشت می‌شود.

آنچه روی آن کار خواهید کرد:

مسیرکشی خروجی BGA. چیپ eMMC دارای 153 توپ لحیم روی گام 0.5 میلی‌متری است. نمی‌توانید آن را مانند یک قطعه معمولی مسیرکشی کنید. تکنیک via-in-pad، خروجی‌های dogbone و چگونگی ایجاد استثناهای محدود شده DRC در KiCad را یاد خواهید گرفت که تصمیمات طراحی عمدی را مستند می‌کند نه اینکه آن‌ها را پنهان کند.

یکپارچگی سیگنال USB: اینکه USB 2.0 از سیگنال‌دهی تفاضلی با هدف امپدانس 90 اهم استفاده می‌کند. یاد خواهید گرفت که چگونه عرض ترک، فاصله و چیدمان لایه‌ها با هم امپدانس را کنترل می‌کنند، چگونه هندسه خود را با یک ماشین‌حساب تأیید کنید و چگونه زوج‌های تفاضلی را به درستی در KiCad مسیرکشی کنید.

تطبیق طول eMMC. یک گذرگاه داده موازی تنها زمانی به طور قابل اعتماد کار می‌کند که همه سیگنال‌ها در یک پنجره زمانی محدود برسند. از ابزار تنظیم طول تعاملی KiCad و بازرس نت برای تطبیق هشت خط داده تا دقت 3± میلی‌متر و کلاک تا دقت 5± میلی‌متر استفاده خواهید کرد.

مدیریت مسیر تغذیه. بورد به طور همزمان از دو پورت USB تغذیه دریافت می‌کند. شما یک مدار OR-ing با دو دیود ایده‌آل را با استفاده از LM66100 - با افت ولتاژ نزدیک به صفر و بدون جریان معکوس، مطابق توپولوژی کاربردی توصیه شده از دیتاشیت پیاده‌سازی خواهید کرد.

طرح بندی محدود شده چهارلایه. کار کردن در فرم‌فکتور فلش درایو USB هر تصمیم مسیرکشی را عمدی می‌کند. یاد خواهید گرفت که چگونه سیگنال‌ها، تغذیه و زمین را به طرح بندی چهارلایه تخصیص دهید، مسیرهای جریان برگشتی را مدیریت کنید و مصالحه‌های مهندسی را تحت محدودیت‌های فیزیکی واقعی انجام دهید.

این دوره برای چه کسانی است: شما باید از قبل با KiCad راحت باشید (ورود شماتیک، تخصیص فوت‌پرینت و مسیرکشی پایه). هیچ تجربه قبلی با BGA، رابط‌های پرسرعت یا بوردهای چندلایه لازم نیست. اگر یک دوره پایه KiCad را گذرانده‌اید و می‌خواهید روی چیزی کار کنید که واقعاً شما را به چالش بکشد، این گام بعدی است.

آنچه تولید خواهید کرد: یک پروژه KiCad چهارلایه کامل و بدون خطای DRC آماده برای ساخت، شامل خروجی‌های ساخت، مستندات امپدانس و یک مجموعه کامل از فایل‌های طراحی که می‌توانید به عنوان مرجع برای پروژه‌های پرسرعت آینده استفاده کنید.

این دوره برای چه کسانی مناسب است؟

• کاربران KiCad که یک دوره پایه طراحی PCB را گذرانده‌اند و می‌خواهند یک پروژه چالش‌برانگیز حرفه‌ای را انجام دهند.
• علاقمندان و مهندسان الکترونیک که آماده حرکت به سمت مسیرکشی BGA، رابط‌های پرسرعت و طراحی چندلایه هستند.
• طراحانی که می‌خواهند تجربه عملی و دست اول با تکنیک‌های استفاده شده در طراحی حرفه‌ای PCB پرسرعت داشته باشند.