Fase de Concepto – Diseño de la Parte 2 del Ensamblaje de la Tapa

Continuamos el viaje a través del diseño de ensamblaje de tapa en nuestro proyecto de Laptop de Código Abierto.

Diseñando un adaptador de prueba — Diseño de la disposición

Ahora tenemos que poner todo nuestro trabajo en un diseño de hardware real. La disposición de esta placa es sencilla, ya que solo tenemos una interfaz de alta velocidad a la que debemos prestar especial atención.

La interfaz DisplayPort puede desfasar hasta 20UI según la especificación. UI es la abreviatura de Intervalo de Unidad, que es el recíproco de la tasa de bits. Para un enlace de 2.7Gbps como el que estamos utilizando, esto significa 370ps por UI. Aunque es posible un desfasaje de hasta 20UI, la lista de verificación de hardware recomienda un desfasaje máximo entre pares de +/- 1UI o 740ps.

El desfasaje intra-par es mucho más crítico con un desfasaje permitido de menos de 10ps.

La impedancia diferencial del enlace principal de DisplayPort (los cuatro pares de datos ML0 – ML3) debe controlarse a 100 Ohmios.

El canal AUX opera a una velocidad mucho menor de solo 1MHz. Por razones de simplicidad, vamos a tratar el canal AUX como parte del enlace principal cuando se trata de las reglas de diseño de PCB.

Normalmente, al configurar las reglas de enrutamiento, nos gustaría trabajar con un perfil de impedancia definido en el administrador de pila de capas. Para este PCB no estamos utilizando esta funcionalidad ya que los valores de impedancia ya fueron verificados y proporcionados por nuestro fabricante de PCB.

Para obtener valores de retraso precisos para el enlace principal, se pueden usar X-signals para extraer el retraso correcto de conector a conector y cerrar la brecha a través de los resistores en serie.

X-Signals destacados para el enlace principal DP

Consejo rápido #1 - creación de características de serigrafía

Antes de saltar al diseño, me gustaría compartir un consejo rápido para crear las características de serigrafía del footprint del conector DisplayPort. La serigrafía debe mostrar el contorno y cualquier otra característica importante de la parte en cuestión que facilite identificar la posición del componente en el PCB. Esto se vuelve especialmente importante si no se utiliza una capa de ensamblaje separada para la salida de fabricación del dibujo de ensamblaje.

En lugar de dibujar las características de serigrafía manualmente en el editor de footprint, puede ser mucho más rápido importarlas desde la herramienta CAD utilizada para preparar el modelo 3D de la parte.

Solo tenemos que seleccionar las superficies que contienen las características que nos gustaría ver en la capa de serigrafía y exportar un archivo DXF de estas superficies. Ahora podemos importar el archivo DXF en Altium Designer. Dado que usamos el mismo origen para exportar el archivo CAD 3D, la serigrafía se posiciona automáticamente de manera correcta en relación con el modelo 3D del componente.

Flujo de trabajo de CAD a serigrafía usando contornos DXF

Dado que no hay muchos componentes en la placa, el enrutamiento no será demasiado difícil. Tenemos dos capas de señal—Superior e Inferior—disponibles para el enrutamiento de las señales de alta velocidad. Las dos capas internas serán planos de referencia a tierra. Dado que el plano de referencia también cambiará si cambiamos de la capa de enrutamiento superior a la capa de enrutamiento inferior con una señal, tenemos que recordar colocar Vias de retorno de camino cerca de las Vias de señal.

El resistor trimmer se coloca cerca del borde de la placa para fácil acceso.

Los puntos de prueba, las huellas de resistores 0402 y los diodos ESD causarán discontinuidades de impedancia en las líneas de señal principal. Las pautas generales de enrutamiento de DisplayPort no requieren un corte en el plano de tierra debajo de los puntos de prueba o huellas de componentes. Esto necesita ser verificado más a fondo en la implementación final usando herramientas de simulación apropiadas.

Con el enrutamiento completado, así es como se ve la placa terminada:

Diseño finalizado de DP a eDP

Después de verificar una última vez que no hay colisiones entre los conectores de la placa y los conectores del cable correspondiente, podemos realizar una última verificación de las reglas de diseño y ordenar las placas.

Ensamblaje de las placas

Después de recibir los PCB en blanco y la plantilla de pasta de soldar del fabricante, finalmente podemos ensamblar y probar los PCBs.

Usamos una pasta de soldar Henkel GC10 con un tamaño de partícula T4 para esta placa. La plantilla tiene un grosor estándar de 100um. Los pads utilizados en esta placa son relativamente grandes. Para componentes de paso fino o componentes con una apertura de plantilla muy pequeña, se puede utilizar un tamaño de partícula de pasta de soldar más pequeño y una plantilla más delgada. Para nuestra placa, los valores estándar están bien.

PCB adaptador con impresión de pasta de soldar

PCB adaptador con componentes colocados sobre la pasta de soldar

Placa adaptadora poblada con componentes para el reflujo

Después de colocar todos los componentes, soldamos la placa en un horno de reflujo de fase de vapor. Usar un proceso de fase de vapor asegura un proceso de soldadura muy suave mientras garantiza que ningún componente se sobrecaliente.

Fue entonces cuando me di cuenta de que la asignación de pines de los conectores DisplayPort no coincidía. Anteriormente mencioné que el pinout de un cable DisplayPort no coincide uno a uno en ambos extremos. Desafortunadamente, tuve que aprenderlo de la manera difícil, por eso ahora la placa es verde en lugar de negra.

Después de soldar los componentes THT restantes en la placa, estamos listos para la prueba:

Adaptador soldado DP enlace principal

Adaptador soldado PSU de 3.3V

Adaptador completamente poblado

Probando el Panel de Visualización

Finalmente es hora de probar la pantalla. Después de verificar la funcionalidad del generador PWM así como el regulador de 3.3V, podemos proceder a conectar el panel de visualización. Mi DELL XPS 9500 proporcionará la fuente DisplayPort y una fuente de alimentación de laboratorio con monitor de potencia integrado proporcionará los 12V necesarios para el adaptador.

Después de conectar el panel, este es correctamente reconocido por el DELL XPS con la resolución de pantalla adecuada. Tras activar la retroiluminación de la pantalla y desactivar el auto-test con los jumpers correspondientes, ¡el panel se ilumina!

Prueba exitosa del panel de visualización

Lamentablemente, solo puedo usar mi cámara como un "instrumento de medición" para comparar la pantalla con otros portátiles a los que tengo acceso. He tomado algunas imágenes para comparar el brillo y la relación de contraste con otros dispositivos usando Photoshop. Cambiar la posición de la cámara en incrementos de 10°, relativo al centro de la pantalla, da una primera impresión del ángulo de visión utilizable. Compartiré los resultados en una actualización futura tan pronto como tenga listo un conjunto de medición más confiable. Basado en los resultados preliminares de la medición y mi impresión personal, puedo decir que este panel será parte del proyecto de portátil de código abierto!

Eso es todo por esta actualización. ¡Gracias por su tiempo e interés! En las próximas actualizaciones sobre el diseño de la tapa, examinaremos más de cerca la integración mecánica de la pantalla, así como la webcam y las teclas táctiles. Hablando de estas placas, también veremos el diseño eléctrico de estos componentes. Como mencionamos en esta actualización, todavía tenemos que encontrar una solución para el rígido cable de pantalla micro-coaxial — otra cosa que vamos a explorar. ¡Espero que continúen siguiendo el proyecto!