Il gallo, leiska ja mekaniikka Plus ideointia

This post is going to be in finnish. Mostly I present my notes about first "paper prototype" layout and issues with enclosure. I write conclusion when I got my next "paper test" iteration ready

Okei...

Posti toi kotelot.  Printtasin päälimmäisen layout kerroksen 1:1.. (sen jälkeen kun käytin ties kuinka paljon aikaa leiskan hiomiseen).. Niin jotta pääsisin asettelemaan sitä koteloon ja katsomaan miten liittimet sopivat.

Koska en ole lahjakas, enkä myöskään ammattilainen... oletin että suunitelmassani on selkeitä ajatusvirheitä. Okei.. tarkkoja kotelomittoja ei ollut saatavilla, joten noh.. arvaten tulee sutta ja sekundaa..

Yleisnäkymä. Kuvassa näkyvä komponenttipoli (topside) tulee itseasiassa alapuolelle.. levy sijoittuu noin 3mm päähän "lattiasta".

Leikkasin, liimasin paperin Lidlin italialaisen... (kun il galloa ollaan suunnittelemassa) pakastepizzan pahviin  (marinara, vegaaninen) pahviin... ja trimmasin reunoja myöden.

(sivuhuomautus: Marinara on ihan jees pizzaa... ainut on ihan törkeän huono hinta/laatu suhde)

Levy tullaan asentamaan kotelosta löytyvään uraan.

Ajatuksia

• Levyn leveys pitäsi olla enemmän, ettei levy pääse heilumaan sivuttain
• Viilalla saa pienissä tuotantoerissä mahd toleranssifeilit pois, toiseen suuntaan ei saa
• Jos levy pääsee liikkumaan, tarvitsee levyyn jättää heilumisen verran marginaaleja kummallekkin puolen.
• Levy on 5cm pitkä. Monissa palveluissa 5cm on "breakpointtina". esim 5cmx5cm design...
• varmuudenvuoksi hieman vähemmän... ehkä millin
• Alalevyn oparin footprintti on liian iso...ihan väärä..
• 2pin+4pin liittimet voivat olla ihan kii toisissaan. Sopivat reikälevylle niin yksi reikä jää välistä vapaaksi. 2pin ja 4pin liitimien pinnien ero voi olla 2*2.54mm

Paskan leiskan esittely

Päälimmäinen leiskakerros. Pientä korjaamista ja tiivistämistä tarvii. U1 regulle pitää suunitella spesiaali footprint C2 silkki siirtää.... muutella liitinkonfiguraatioita yms... Ja tarkistaa custom footprintit...Ja miettiä onko LTC6269:n mahasta juotettavan pädin via tarpeeksi iso...noinhan sitä ei ole tarkoitus kolvata vaan laittaa pastalla... tosin itselläni ei pastavehkeitä joten kolvataan mahasta kii reijän kautta.

Paskaa bottomissa

Paska leiskahan tää on. Nättiä tästä ei saa vaikka kuinka nussisi vetoja kohdilleen, kun kaksikerroslevy. Nelikerroslevy nostaa kustannuksia turhaan, vaikka helpottaisi piirtämistä. Plus tarjoaisi hyvän maatason...

Ja noihin pieniin smd pädeihin pitäisi liittyä 90 asteen kulmilla...ja mielellään yhtestä kohtaa per pädi...niin kolvatessa paskalla ja pienikärkisellä kolvilla lämpö ei karkaa vetoja pitkin

Noh... tämä oli lähtöpiste, vertaillaan sitten kun levy on valmis.

Ongelma: Komponentit osuvat profiliin

Kuva selventää, mikä mättää. Okei, levy pääsee heilumaan, Reunassa ei ole tarpeeksi suojamarginaalia. VOI VITTU

Kuva selventä mikä tässä mättää. Yritin jättää reunoihin tarpeeksi tilaa.. Tilaa jotta profiili ei olisi hinkannut JEP:iä (juotteenestopinnoitetta) rikki eikä olisi koskettanut komponentteja...

Nyt ruuvinreijän reuna pystyy esimerkiksi napsaisemaan isosta 10u smd konkan pädistä sähköt runkoon :(

FAIL

Onneksi levyllä on hieman tilaa säätää komponentteja hieman keskemmäksi.

Vetetoja saa olla tuon ruuvireijän kohtaa, mutta ei SMD komponentteja.

Syy miksi levyä pidetään näinpäin on se että ADC muunnin kolvataan bottom puolelle. Eikä se mahdu noin 3mm korkeaan rakoon.

Ongelma Liittimet peittävät ruuvireijät

Mikään helvetti ei mee nyt putkeen... tai edes kantikkaaseen metalliprofiiliin.

Liitin ulkona niinkuin piti mutta peittää ruuvinreijän

Ruvit pitää päästä kiertämään kiinni... vähä ottaa ki, on siinä ja siinä mahtuuko. jopa 2x 2pin. 4pin ei ole ongelmaa

4pin+2pin liittimet estää ruuvien laiton.

4pin liitin mahtuu koteloon tarvittaessa, tosin vain toisinpäin suoraan

Ratkaisuita

Pohjimmiltaan ongelma on noi kotelon kiinitysruuvit. Saan kyllä levyn senverta kapeaksi että se mahtuu koteloon.
Sensijaan kumpaakin päätyyn mahtuu ongelmitta maksmissaan 4 pinninen JST liitin.

Tarvittavia linjoja liittimissä on vähintään

1. Käyttösähkö
2. GND (ADC ja käyttäsähkömaa)
3. ADC power (+3.3v raspberryltä)
4. MOSI
5. MISO
6. CS
7. CLK
8. Virta input
9. Virran nollakarva (+2.5v käyttösähkömaasta)

Toki tuonne voisi heittää +3.3v regun (ainakaan top puolelle ei mahdu) joka tekisi ADC:lle sähköt.. Ikävä kyllä tällöin voidaan joutua tilanteeseen jossa raspberryssä ei ole sähköjä...mutta vahvistimessa on.. Tällöin teoriassa MISO (master in slave out) linja voi kärväyttää raspin.... 

Mietin myös että pitäisköhän laittaa paikat sarjavastukset SPI:n linjoihin?   Oikeaoppisesti vastukset kandee laittaa vahvistinpuolelle (kaapelin pitää olla ajettu)... paitsi MISO linjan vastus raspin puolelle. Siis MISO jota ADC ajaa...

Ratkaisu 3d printtaa

Vähän kävi mielessä että lakkaisi murehtimasta ongelmaa 3d tulostaisi pidikkeen jolla kannatella levyä sellaisella korkeudella jossa kulmaruuveista ei ole haittaa. Vaikka ratkaisu helpottaisi mielelläni välttäisin sitä sillä vaikka 3d tulostus ratkaiseekin asioita, se on edelleen osa josta aiheutuu kustannuksia ja vaivaa. Ja kaikki jotka tarvitsisivat vahvistinta, eivät omista 3d tulostinta.

TOSIN houkuttelevaksi ajatuksen tekee se että vaikka skema, leiska, bom yms on vapaasti ladattavissa ja osat ovat hankittavissa ebaystä usealta eri toimittajalta... kuitenkin kokoamiseen tarvittaisiin 3d tulostettuja erikoisosia (joidenka mallit laitan tietenkin open sourceksi)  Jos tekisin bisnestä, voisi ajatella että asiakkaalle olisi helpompi ja nopeampi ostaa valmis vahvistin allekirjoittaneelta eikä läheä säätämään pidikkeiden hankinnan/tulosteluiden kanssa :D

Ei niitä 3d tulostimia joka kodissa tai edes työpaikallakaan ole.

Vaihda liittimet

Ei käy... oon jo ostanut :(  ja nää oli halpoja

Ratkaisu: SMA panel connector

Ebaystä hakuun "SMA panel connector" tai "SMA bulkhead".. Mielellään ruuvilla kiinni väännettävä SMA. siirrän DAC powerliittimen hituvirtaliittimen tilalle ja keskitän liittimet. SMA liitin keskelle päätyä. inputtivirta johdolla suoraan levylle... Vähän lisärumuutta powerijohdotuksiin (ja sekaantumisriski).. Ja tulee kolvattava johto :(

http://www.ebay.com/itm/Nut-Bulkhead-Solder-SMA-Female-Plug-center-For-RF-Connector-Cable-RG178-RG196-/112188354980?hash=item1a1ef271a4:g:SrUAAOSwo4pYFv9i

Tai ehkä tälläinen... mukana sisä että ulkopuolelle tuleva kaapeli kun kaapelin katkaisee... saa toisen pään kiinni jotenkin levyyn ja toisen pätkän kiinni mittauskohteeseen. Okei... kolvailtavat piuhat piirilevyllä on helvetilisiä. Mutta voisin ehkä tehdä poikkeuksen... varsinkin kun yhdestä päästä kolvatava

http://www.ebay.com/itm/15CM-SMA-Male-to-SMA-Female-Nut-Bulkhead-Crimp-RG316-Coax-Cable-Jumper-Pigtail-/281859658197?hash=item41a02511d5:g:segAAOSwFGNWS0BA

Toisaalta, Olisihan sitä ihan napsautettavia smd liittimiä olemassa 0.84e/ 5kpl

http://www.ebay.com/itm/5Pcs-Smd-Smt-Ipx-U-Fl-Rf-Coaxial-Connector-Solder-Pcb-Mount-Socket-Jack-Female-B-/351802783571?hash=item51e9147753:g:594AAOSwB09YH47g

ja sopivia kaapeleita (huom! kotelon pituus 5cm.. tuo johto on 15cm... ja koaksiaalin lyhentäminen on aika perseestä)

http://www.ebay.com/itm/IPX-u-fl-to-SMA-female-jack-pigtail-15cm-cable-1-13mm-for-Wireless-PCI-Wifi-Card-/150465460124?hash=item230870b79c:m:mROSkQ5gE9ZeFtFD86-P35w

Ratkaisu: Kaksi levyä, lisää toimintoja

Vaikka kotelo onkin pieni, on siinä ihan liikaa hukkatilaa. Yksi ratkaisu olisi käyttää kahta levyä.. toinen ylhäällä ja toinen alhaalla. Kaksi vahvistinkanavaa, jotka jakasivat liitinpinnit (CS:ää ja input pinniä lukuunottamatta).. olisi tietenkin aika hieno... mutta minulle tarpeeton ja tarpeettomasti asioita monimutkaistava design.

Tää ois magee... Alipäästösuodatettu biaspoweri... polariteetti vaihdettavissa raspin 3.3v gpio:lla... ylimääräiset liitinpinnit auttavat mittauslevyn pinpin... eiki pinninpuutteeseen... :D

Sensijaan hyödyllinen lisätoiminto olisi mahdollisuus tuottaa hyvin vähä-häiriöistä jännitettä. Jaa että mitävarten?  Moneenkin tarkoitukseen

http://www.tek.com/keithley-low-level-sensitive-and-specialty-instruments/keithley-series-6400-picoammeters

Tuokin ammattivehje kykenee syöttämään jopa 500v (tai -500v) "biasjännitettä". Hintaa alkaen vajaa 2000 USD.

• Suurisresistanssisen kappaleen/nesteen vastuksenmittaus.
• Jotta ei probet eivät syöpyisi, polariteettia olisi hyvä päästä vaihtamaan.
• Ionien kaappaus.ilmasta tai nesteestä (kts paperspray postaus)
• Kaksi johtavaa levyä, asetettuna vastakkain, kuten levykondensaattori.
• Toiseen jännite, toiseen mittauskarva
• Väliin muodostuu sähkökenttä
• Jos jokin varattu hitunen joutuu kentän vaikutuspiiriin, osuu se sähkökentän suunnasta ja hitusen varauksen merkistä riippuen jompaankumpaan levyyn
• yksi ampeeri oli coulombia/sec... joten ionit voidaan havaita virtamittaksella

Coulombi... ei columbo joka on joku paska 70-luvun agenttisarja. (en ole seurannut)

Vastaamatta jäi kysymys.. miksi jännitteen tulisi olla tasaista... No sen takia että virtamittaripädin ja jännitteellinen pädi... Koska vahvistimen ja jännitelähteen maa on yhteinen... (oltava jotta kenttä muodostuu).. täten levykondensaattorista...yllätys yllätys tuleekin kondensaattori :D

Jos konkan väliin ei tule tai sieltä ei lähde varauksia.. voidaan laskea käyttämällä

• Kapasitanssin kaavaa C=Q/U
• Jos kapasitanssi pysyy samana... ja jännite heilahtaa U1:stä U2:een, pätee
• Q1/U1=Q2/U2
• Siis Q2=U2*(Q1/U1)

Ja mitä ripeämmin tämä varaus muuttuu... tarkoittaa se suurempaa muutosvirtaa (virta =varaus/aika).. ja täten suurempaa häiriösignaalia.

Koska tavoitteena on

• Mitata hyvin pieniä virtoja, Biaksen pitää kyetä syöttämään tai vetämään senverran varausta mitä mittauskondensaattoriin tulee..
• Olla poksauttamatta helvetin kallista oparia jos mittauskondensaattori vetää oikariin.. Ja pädissä 500v jännite. Korkea impedanssi rajoittaa virtaa että suojadiodit eivät ylikuumene
• Nyt en ole ihan tarkistamatta varma, että kuinka hyvät suojaukset hituvirtaoparissa on luultavasti heikot
• Datalehdet yleensä kertovat maksimijännitteen... ei sitä paljonko esim poweriton pinni tai pinni johon tulee X volttia enemmän virtaa kestää.. Eli mikä on suojadiodin virrankesto.
• Jos  ymmärsin oikein superopari LTC6268/LTC6269 sietää plusmiinus 1mA inputtipinniin..  hmm 1kohm impedanssia biaslinjaan per biasjännitevoltti..noin karkeasti)

Täten bias voi olla... ja pitää olla varsin suuri-impedanssinen. Tarkoittaa sitä että powerilinjoihin voi laittaa sarjavastuksia ja konkkia maahan... eli RC-alipäästösuotimia sarjaan. Ja mitä pienempi virta sitä suurempi impedanssi voi yhteensä olla. Tarpeeksi suodatusta, niin ei haittaa vaikka biasjännitekiskojen jännitteet tehtäisiin pörisevällä virtalähteellä.

Suodatuksten jälkeen pitäisi olla jokin rail-to-rail lähtöaste jolla jännitteen saisi valittua joko positiivisesta tai negatiivisesta jännitteestä.. Toisinsanoen vähän niinkuin rele, jonka COM pinni on lähdössä. NO pos railissa ja NC vaikka neg railissa... Paitsi minä en halua  designiini mekaanista perinteistä relettä... Tai ehkä pakko :(

Rail to rail? Miksi?

Olin ehkä hieman epäselvä ilmaisussani. Ensimmäinen ajatus oli että Rail to rail, jotta lähtö olisi mahdollisimman jäykästi kiinni jommassakummassa suodatetussa matalaimpedanssisessa kiskossa.

Ratkaisu:KAIKKI :D :D

No nyt lähtee keulimaan... ja pahasti  :D :D : D
Hoksasin että

• Kotelossahan on helvetti tilaa vaikka miten
• Siellä on tilaa.... on on,,, 
• Upota koottu vahvistin koiran juomakuppiin ja katso miten kuplia nousee
• sen jälkeen huuhtele kuppi ja vaihda raikas vesi... 
• Steve Jobs teki vastaavan tempun.. hetti ipodin proton akvaarioon.. blub blub ku kun joku alkoi avautumaan että se on täynnä jo.
• Liittimet on perseestä
• Turha on se kallis koaksiaaliliitin...
• 3d tulostetut osat ovat kivoja
• 3d tulostus mahdollistaa ratkaisut joihin muttereina, prikkoina ja levyraakamateriaalina ajattelevat inssit eivät keksi...
• oottakaas kun opin tekemään evolutiivisesti kehitettyjä 3d malleja..... ja GPU suunnittelee puolestani.
• Vittusaatana integoidaan kaikki :D
• koronan ionejan tässä ollaan mittailemassa
• Sopii myös ilman ionisaation mittaukseen... kts wikipedia röntgen yksikkö.
• https://en.wikipedia.org/wiki/Roentgen_(unit)
• Ihan vittusaatanan voimakas säteily saa olla..... merkityksetön taustasäteilyn kanssa 
• mittaukondensaattorirako kotelon sisään
• reikä , josta ionit pääsee sisälle...
• toinen reikä josta imeä ilmaa (tasmanian tuholainen) niin ionojea voidaan imeä ilmasta mitattavaksi

Tästä pitää tehdä erillinen postaus myöhemmin.

Loppuyhteenveto

Tuli vähän vastoinkäymisiä tämän designin suhteen ja myös henk.koht elämän kanssa.

Todolistalleni tuli bulletteja (alustava idea)

• Tarkka mekaniikkamalli alumiiniprofiilista
• "kaikki" ratkaisu vaatii huolellista mitoittamista
• malli thingverseen jakoon
• Levyn lyhentäminen karvanverran alle 50mm
• Levyn leventäminen "fit like a glove"...niinkuin Ace Ventura sanoisi
• Tilavaraus 2pin  2.54mm sil footprintille ionipuolelle ja ioniliitin pois
• Sisäinen liitin joko koaksiaalille tai piuhalle joka menee vastapuolelle levyyn
• 2.54mm piikkirima + grimppiliitin+ kutistesukkaa + kolvattu koaksiaali wörkkii kait ihan ok :)
• Kolvaus johdossa, ei johdin-levy rajapinnassa missä voi raksahtaa

• molempiin päihin 4pin liitin keskitettynä
• U1 regulle oma footprint (tabin funktio on kiinittää ja toimia lämmönlevittäjänä)
• ei tarvii olla niin pitkä...sivulle ja tabin alle tinaa
• Ei ole SMD pastayhteensopiva ratkaisu...
• LTC6268 footprintti on väärä... ihan vitun väärä.. Onneksi hoksasin..
• Tiivistä komponentteja keskemmälle
• veto 90 asteen kulmassa smd pädeihin (joo nilliti nilliti...)
• Selvitä mahdollisimman jäykkä rai-to rail transistorikytkentä
• joka kuluttaa mahdollisimman vähän virtaa (koska rc filttereiden vastus)
• ei kytke GPIO linjan pörinöitä

Pitää haudutella ideoita ja palata asiaan lähiviikkoinna. Tosin omaa vapaa-aikaani vie eräs opetteluprojekti... jonka etenemisestä voisi myös blogata kunhan pääsisin tasolta hello world- youtubetutoriaalien töllöttely eteenpäin.