Какие есть варианты для любителя разместить на плате высококачественную микросхему? [закрыто]

На самом деле я физик-экспериментатор, который зарабатывает на жизнь разработкой программного обеспечения. Таким образом, мои знания в основном ограничиваются написанием программ для микроконтроллеров, размещением их на макетной плате и подключением проводов простым способом.

введите описание изображения здесь

Еще тогда, в студенческие годы, мне удалось достать плату с отверстиями и напаять на нее электронные детали, чтобы создать программатор УЗО для микроконтроллера PIC16F84, и он заработал (это было лет 10 назад).

введите описание изображения здесь

Теперь я хотел бы сделать АЦП высокого разрешения с Arduino, но он должен быть надежным, и в конечном итоге я хотел бы поместить его в корпус / коробку. Чип АЦП, на который я положил глаз, — это ADS1256 .

Я ориентируюсь на 24-бит с частотой дискретизации около 10 кГц, и этот чип кажется идеальным. Однако у меня нет абсолютно никаких знаний о том, как получить такой относительно небольшой чип на плате, чтобы я мог с ним взаимодействовать.

Меня интересует, есть ли простой способ сделать это самому (например, с помощью печатной платы с отверстиями, как на картинке), или есть сервисы, которые сделали бы это за деньги, не делая 10к штук. Когда я думаю об этом как о самодельном устройстве, возникает одна трудность: если я облажаюсь, все будет работать как антенна, и в моих оцифрованных сигналах будет много шума.

Каковы мои варианты? Пожалуйста, порекомендуйте.

PS: Если это актуально, я живу в Германии.

Не ясно, хотите ли вы экспериментировать с разводкой печатной платы или нет. Если да, то часть изготовления вполне жизнеспособна, есть много потрясающих сервисов, где вы можете сделать несколько печатных плат - правильная компоновка и снижение шума будут другой проблемой. Если нет, то вам, вероятно, следует заглянуть на какой-нибудь портал для фрилансеров.
@Wesley изначально это эксперимент, но позже его можно будет раздать коллегам. Не могли бы вы привести примеры таких услуг?
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не по теме, потому что вопросы «Каковы мои варианты» не подходят для модели обмена стеками конкретных ответов на конкретные вопросы. Кроме того, название вопроса не имеет отношения к телу.
Чтобы получить все преимущества высокоточного АЦП, вам нужна тщательно разработанная профессиональная плата. Посмотрите, предлагает ли производитель оценочную плату, или найдите альтернативу, которая доступна на плате, предназначенной для практической демонстрации ее теоретических возможностей.
@TheQuantumPhysicist — eurocircuits.eu, pcbway.com, oshpark.com и т. д.
@ Крис Спасибо за информацию. На самом деле я знаю об этой проблеме и намекнул на это в своем вопросе. Но для начала, чтобы написать код SPI, будет достаточно предоставленного решения. Позже я рассмотрю лучшее решение, немного изучив шумовые характеристики. Плата eval существует, но стоит 200 евро по сравнению с чипом, который стоит 15 евро. Я бы не начал с этого.
Какую точность вы надеетесь получить от этого АЦП? Я подозреваю, что вы не получите даже 24-битной реальной бесшумной точности с отличной компоновкой печатной платы, и тем более с компоновкой ниже номинала. Не говоря уже о макетных платах или перфорированных досках.
@marcelm 20 бит, и я буду благодарен. Невозможно узнать, не попробовав.
200 евро за плату экспериментатора - это не дорого. Хотите нанять меня, чтобы сделать один для вас? Пожалуйста, сделайте, но рассчитывайте на порядки больше только из-за дизайна. Конечно, это, вероятно, будет лучше, чем дизайн TI.
@marcelm получить производительность ниже ультрафиолета не невозможно. Без надлежащих ограждений это непросто, но далеко не невозможно. Тем не менее, с veroboard или макетом это можно считать почти невозможным.
@asmy, это немного сложнее. В настоящее время я внешний подрядчик для исследовательской группы. Я не хочу начинать с 200 евро. Тем не менее, если доказательство принципа покажет, что это необходимо, я определенно с радостью куплю эту плату, но тогда она перейдет к окончательной цене, будучи вполне оправданной.
Снова. 200 евро за действительно полезный дизайн – это не дорого. Меньше чем за секунду я подумал о том, что больше, чем в два раза. Только определение доменов мощности и надлежащая фильтрация требуют больше времени, чем 200 евро, а то и вдвое больше.
@asmy поверь мне, мы не расходимся :)
Если у вас есть помощники-исследователи, найдите кого-нибудь, кто знает или хочет изучить разводку печатных плат; Я достаточно хорошо изучил KiCad, чтобы делать это без особого труда. Вы можете заказать печать печатной платы по разумной цене.
Мне грустно, что модеры приостановили это. Так что буду спамить комментарии. Этот вопрос объясняет другой вопрос, который вы задали несколько дней назад о том же АЦП, и мне было действительно интересно, не имеете ли вы никакого представления о входном синфазном диапазоне микросхемы АЦП, или вы знали что-то, чего не знаю я. Выяснилось, что ты понятия не имеешь. Тебя никто не винит, все должны учиться, и это обычно связано с этим особым запахом гари...
Итак, это высокопроизводительный чип, 24 бита кажутся разработчикам программного обеспечения ничем, эй, у нас есть 64 бит с плавающей запятой! Какая разница! Но в реальном/аналоговом мире снять 24-битный АЦП так же просто, как бросить зубочистку с моего дивана на низкую околоземную орбиту в США, а затем приземлиться точно в центр лба Трампа.
24 бита - это ошибка 0,000003%. Это все равно, что смотреть на рулетку с помощью электронного микроскопа. 24 бита — это примерно 0,03 части на миллион. На этот раз я хотел лучший генератор с низким джиттером менее чем за 2 доллара, потому что я практичный аудиофил, а низкий джиттер звучит лучше. Но я практичный, поэтому установил порог в 2 доллара.
@peufeu Спасибо за проявленный интерес к этому. Ты прав. Я не эксперт в каких-либо деталях этого, и ваша помощь высоко ценится. На самом деле, вы можете ожидать много глупых (?) вопросов с моей стороны, пока я не изучу это должным образом, они скоро появятся здесь или на Arduino SE (я часто использовал АЦП, но никогда их не создавал). Тем временем вы могли бы сказать мне, что заинтересованы в том, чтобы я передавал вопросы вам напрямую, и / или порекомендовать источник, из которого можно узнать об этом, чтобы свести к минимуму глупость моих вопросов :)
Эй, подождите, я еще не закончил историю! Итак, я купил около десяти осцилляторов по 1-2 доллара разных моделей. Поставил их все в свое снаряжение, провел прослушивание. Затем я разработал установку для измерения фазового шума с помощью звуковой карты, которую купил на ebay за 30 евро. каждый осциллятор питается от 2 батареек типа АА, затем радиочастотный микшер извлекает дрейф частоты, получает данные с помощью скрипта Python, БПФ, магии обработки сигналов...
Оказалось, что звуковая карта может измерять пикосекунды, даже намного меньше, с помощью программного обеспечения. Но что действительно заставило меня хихикнуть, так это то, что я выхватил из кармана бумажную салфетку, сложил ее несколько раз и приклеил к осциллятору липкой лентой.
Кусок салфетки, наклеенной на печатную плату, удерживал температуру чипа на постоянном уровне, блокируя воздушные потоки. Дрейф частоты уменьшился, его можно было измерить.
Эти виды эффектов на много порядков превышают 24-битную точность. Подуй на чип, только посмотри, а он уже выключен. Я имею в виду, что я построил ЦАП/АЦП с чипами ESS, самыми современными чипами... и искажение было примерно 2 части на миллион! Намного выше цифр в техпаспорте! Итак, я схватил бутылку изопропилового спирта, протер плату, еще немного протер зубной щеткой... и искажения уменьшились примерно на 10 дБ.
Так что не скупитесь, ваше время стоит больше, 4-слойная плата 10x10 см стоит 50 долларов, меньшая — дешевле, а 2-слойная — совсем дешево, зайдите на allpcb.com или seeedstudio.
@peufeu Спасибо за совет. Я вижу вашу точку зрения :)
@peufeu Я также был разочарован, увидев, что этот вопрос был отложен, я думал, что было много хороших дискуссий и извлеченных уроков, которые можно извлечь из этого. Наверное, просто нужно изменить название. Спасибо, что поделились своей историей, это полезная перспектива.

Ответы (3)

Каков ваш бюджет? Вы всегда можете использовать макетные платы, как указано в другом ответе, но таким образом вы, возможно, получите половину этих 24 битов АЦП в качестве полезной информации. Чтобы получить даже 16 полезных битов от АЦП, требуется печатная плата с хорошей мощностью и целостностью сигнала.

Вы можете попробовать свои силы в компоновке печатной платы, но это может быстро стать непосильным.

В качестве альтернативы TI предлагает оценочный комплект для этой части, который будет разработан для сжатия столько битов, сколько их инженеры-прикладники смогут выдержать. Глянь сюда:

Комплект для демонстрации производительности ADS1256

Из руководства пользователя на этой странице видно, что комплект состоит из двух частей, что дает вам некоторые возможности. Меньшая плата — это АЦП и поддерживающая его схема. Я только просмотрел руководство, но похоже, что аналоговые сигналы разбиты на J1, а цифровые сигналы на J2. Таким образом, J2 можно подключить к плате Arduino (шаг 100 миль, что соответствует вашей типичной макетной плате, так что вам, возможно, придется просто перевернуть плату вверх дном и подключить ее), а J1 потенциально можно подключить напрямую к тому, что вы измеряете. или желательно разбить на плате к соответствующему разъему кабеля. Цифровое управление — это просто I2C, поэтому у вашего Arduino не возникнет проблем.

Похоже, раньше вы могли купить только меньшую доску, но она устарела. Вы можете получить обе платы вместе за 200 долларов от TI. Вторая плата представляет собой интерфейс DSP для вашего компьютера. Вам придется прочитать о том, что это предлагает, но вы можете даже обнаружить, что это все, что вам нужно для ваших целей, при условии, что он предлагает SDK, и вы не пытаетесь осуществлять удаленный мониторинг. Если вы чувствительны к цене и просто хотите плату меньшего размера, попробуйте связаться с TI напрямую. Они часто соглашаются с демонстрационными комплектами, особенно если вы связаны с известным учреждением или компанией.

ADS1256 EVM и плата DSP

Наконец, поскольку я работаю на конкурента TI, который рифмуется со словом «шманалог-шмевице» (хотя и близко не к их чиповому бизнесу), я просто добавлю, что при просмотре оценочных плат стоит проверить как можно больше устройств. Вы можете найти некоторые доски eval более полезными для ваших приложений, чем другие, в зависимости от того, как инженер приложений хотел использовать демонстрационную платформу.

На самом деле оценочная плата очень дорогая для моего бюджета. Я ищу что-то вроде 30 €. Интересно, что погуглив Ads1256 и посмотрев изображения, я обнаружил очень интересные маленькие платы из таких источников, как aliexpress.
В этом случае вам следует подумать о том, чтобы связаться с TI, чтобы узнать, можете ли вы получить только ADS1256EVM (плата меньшего размера); значительная часть этих 200 долларов приходится на большую плату DSP и техническую поддержку, которую они предлагают по комплекту. И, как я уже сказал, они очень любезны (а также известно, что они бесплатно раздают демонстрационные комплекты студентам и исследователям). Я бы скептически отнесся к целостности сигнала плат на aliexpress, если вы пойдете по этому пути, вы, возможно, захотите уменьшить количество битов, которое вам нужно.
@TheQuantumPhysicist эта ссылка выглядит разумным вариантом. Я также хотел бы отметить, что приведенное выше руководство пользователя включает в себя схему, спецификацию и изображения макета для меньшей разделительной платы, поэтому при желании вы можете легко разработать свою собственную.
комментарий jalalipop тоже работает, я получил несколько образцов от TI
@TheQuantumPhysicist Будьте осторожны при покупке из таких источников, как AliExpress; общее качество сильно различается, и получение (продуктов) поддельных чипов является очень серьезной проблемой.
@marcelm Спасибо за подсказку. Я только что купил доску на eBay. Надеюсь, все будет хорошо.

Вы можете выполнить пайку поверхностного монтажа самостоятельно без какого-либо нового оборудования, если вы купите коммутационную плату для этого конкретного корпуса (форм-фактора) чипа. Я не читал весь лист данных на указанный вами чип, поэтому я не уверен на 100% в спецификации пакета, но это может быть то, что вы ищете. После этого можно провести поверхностную пайку в домашних условиях с флюсом и обычным паяльником.

введите описание изображения здесь

В конце концов, если вы собираетесь сделать несколько таких, вы можете просто нарисовать этот тип шаблона прорыва в программном обеспечении для разводки печатных плат и распечатать его. Если они вам не нужны срочно, вы можете отправить дизайн в некоторые службы за пределами Китая и напечатать около 20 досок по цене около 1-2 долларов каждая примерно за 2 недели.

Вау... Это здорово! Большое спасибо! Если я не получу лучшее предложение, я думаю, ваше решение подходит очень хорошо!
Вы не приблизитесь к рекламируемым возможностям чипа АЦП, если смонтируете его вот так и поместите на макетную плату. Эти коммутационные платы могут быть очень полезны для других частей и для того, чтобы убедиться, что вы понимаете цифровую связь между микроконтроллером и АЦП, но для использования всех возможностей чипа вам нужна тщательно разработанная специально изготовленная печатная плата, на которую было обращено особое внимание . платят за то, чтобы избежать проблем с шумом. Даже в этом случае младшие биты будут «реальными» только в статистическом смысле.

Однажды я тестировал 22-битный АЦП, работающий с частотой слов примерно 50 Гц, на двусторонней печатной плате. Ни рядом с входом, ни рядом с АЦП не было цифровых линий, за исключением последовательного интерфейса SPI (3-проводного), который не работал между преобразованиями АЦП. И у меня были резисторы 1 кОм в 3-х проводах clk-data-enable, чтобы «поощрять» удаленный мусор MCU оставаться удаленным.

Какую силу магнитных полей вы можете выдержать? Рассмотрим 60 Гц, 1 ампер, расстояние 1 метр, с скачками до 10 ампер с временем нарастания 1 мкс, когда диоды выпрямителя резко включаются. Края 1 мкс плохо подавляются медной фольгой (затухание всего на один или 2 дБ за счет скин-эффекта), поэтому мы предполагаем отсутствие магнитного экранирования. Предположим, что ваша уязвимая область контура — это область, ограниченная Vin+ и Vin- АЦП, смоделированная как 100 миллиметров (4 дюйма) на 1 мм. Вот математика (я не знаю ответа; я удивлюсь так же, как и вы). ).

В я н г ты с е "=" [ М U 0 * М U р * А р е а / ( 2 * п я * Д я с т а н с е ) ] / г я / г Т

Зная, что MU0 равно 4 * Пи * 10 ^ -7 Генри/метр, мы перепишем Vinduce как

В я н г ты с е "=" 2 е 7 * А р е а / Д я с т а н с е * г я / г Т

и у нас есть

Vinduce = 2e-7 * (100 мм * 1 мм) / 1 метр * 10 ампер/1 мкс

Vinduce = 2e-7 Гн/м * 100e-6 м^2 / 1м * 10^+7 ампер/сек

Vinduce = 2e-7 * 100e-6 * 1e+7 = 200 * e-6 = 200 мкВ.

Вы чувствуете себя счастливым? (Клинт Иствуд)

Какова топология этого источника помех?

Единственный провод бесконечной длины, несущий 10 ампер с 1 мкс Trise (появляется 120 раз в секунду, что нам не нужно для наших расчетов), обратный путь расположен на бесконечности. В действительности кабели питания имеют провода hot/rtn, расположенные всего в нескольких миллиметрах друг от друга, поэтому большая часть магнитного поля самогасится. Большинство. Насколько вам повезло?

И уязвимая петля — это входной сигнал АЦП длиной 100 мм, где Vin+ расположен на расстоянии 1 мм от Vin-; расстояние над плоскостями не моделируется.

Еще одна ошибка? электрические поля от шипов на 60 Гц и 80 000 Гц от люминесцентных ламп с электронным управлением.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Вопрос требует дешевого 24-битного АЦП стоимостью менее 200 долларов. Вероятно, это не тот ответ, который он искал. Этот ответ показывает, что создать такое устройство может быть сложно.
Вот почему мы делаем дифференциальные измерения :)
"нард создать такое устройство"? Да --- это цель всех подробностей, которые я предоставил.
200 мкВ индуцировалось в петлю, образованную Vin+ и Vin- дифференциальных входных дорожек на печатной плате.