개념 단계 - 뚜껑 조립 설계 파트 2

우리는 오픈 소스 노트북 프로젝트에서 뚜껑 조립 디자인을 통한 여정을 계속하고 있습니다.

테스트 어댑터 디자인하기 — 레이아웃

이제 우리는 실제 하드웨어 디자인에 모든 작업을 넣어야 합니다. 이 보드의 레이아웃은 단 하나의 고속 인터페이스에 특별히 주의를 기울여야 하기 때문에 간단합니다.

DisplayPort 인터페이스는 사양에 따라 최대 20UI까지 디스큐를 할 수 있습니다. UI는 비트율의 역수인 단위 간격(Unit Interval)을 의미합니다. 우리가 사용하는 2.7Gbps 링크의 경우 이는 UI당 370ps를 의미합니다. 최대 20UI까지 디스큐가 가능하지만 하드웨어 체크리스트는 최대 쌍 간 스큐를 +/- 1UI 또는 740ps로 권장합니다.

쌍 내 스큐는 허용 스큐가 10ps 미만으로 훨씬 더 중요합니다.

DisplayPort 메인 링크(데이터 쌍 ML0 – ML3 네 개)의 차동 임피던스는 100 옴으로 제어되어야 합니다.

AUX 채널은 단 1MHz의 훨씬 낮은 속도로 작동합니다. 간단함을 위해 PCB 디자인 규칙과 관련하여 AUX 채널을 메인 링크의 일부로 취급할 것입니다.

보통 라우팅 규칙을 설정할 때는 레이어 스택 관리자에서 정의된 임피던스 프로파일을 사용하고 싶어합니다. 이 PCB의 경우, 임피던스 값이 이미 검증되었고 PCB 제조업체에 의해 제공되었기 때문에 이 기능을 사용하지 않습니다.

주요 링크에 대한 정확한 지연 값을 얻기 위해, X-시그널을 사용하여 커넥터에서 커넥터까지 올바른 지연을 추출하고 일련의 저항을 통해 간격을 메울 수 있습니다.

DP 주요 링크에 대해 강조된 X-시그널

빠른 팁 #1 - 실크스크린 기능 생성

레이아웃으로 들어가기 전에, DisplayPort 커넥터 풋프린트의 실크스크린 기능을 생성하기 위한 빠른 팁을 공유하고 싶습니다. 실크스크린은 해당 부품의 윤곽과 PCB 상에서 구성 요소의 위치를 쉽게 식별할 수 있게 하는 다른 중요한 기능들을 보여주어야 합니다. 이는 별도의 조립 레이어가 조립 도면 제조 출력에 사용되지 않는 경우 특히 중요합니다.

풋프린트 편집기에서 수동으로 실크스크린 기능을 그리는 대신, 부품의 3D 모델을 준비하는 데 사용된 CAD 도구에서 가져오는 것이 훨씬 더 빠를 수 있습니다.

우리는 실크스크린 레이어에 표시하고 싶은 기능이 포함된 표면을 선택하고 이 표면들의 DXF 파일을 내보내기만 하면 됩니다. 이제 이 DXF 파일을 Altium Designer에 가져올 수 있습니다. 3D CAD 파일을 내보낼 때 동일한 원점을 사용했기 때문에, 실크스크린이 구성 요소 3D 모델에 대해 자동으로 올바르게 위치하게 됩니다.

DXF 윤곽을 사용한 CAD에서 실크스크린 워크플로우

보드에 구성 요소가 많지 않기 때문에 라우팅이 너무 어렵지 않을 것입니다. 고속 신호를 라우팅하기 위해 상단과 하단에 두 개의 신호 레이어가 있습니다. 내부 두 레이어는 접지 참조 평면이 될 것입니다. 신호와 함께 상단 라우팅 레이어에서 하단 라우팅 레이어로 변경할 경우 참조 평면도 변경되므로, 신호 Via 근처에 반환 경로 Via를 배치해야 한다는 것을 기억해야 합니다.

트리머 저항기는 쉽게 접근할 수 있도록 보드 가장자리에 배치됩니다.

테스트포인트, 0402 저항기 풋프린트 및 ESD 다이오드는 주요 링크 신호 라인에서 임피던스 불연속을 일으킬 것입니다. 일반 DisplayPort 라우팅 지침은 테스트포인트나 구성 요소 풋프린트 아래에 접지 평면 컷아웃을 요구하지 않습니다. 이는 적절한 시뮬레이션 도구를 사용하여 최종 구현에서 추가로 검증해야 합니다.

라우팅이 완료되면 완성된 보드는 다음과 같습니다:

DP에서 eDP 레이아웃 확정

보드 커넥터와 메이팅 케이블 커넥터 간에 충돌이 없는지 마지막으로 확인한 후, 최종 설계 규칙 검사를 실행하고 보드를 주문할 수 있습니다.

보드 조립

제조업체로부터 PCB 블랭크와 솔더 페이스트 스텐실을 받은 후, 마침내 PCB를 조립하고 테스트할 수 있습니다.

이 보드에는 입자 크기가 T4인 Henkel GC10 솔더 페이스트를 사용합니다. 스텐실은 표준 두께인 100um입니다. 이 보드에 사용된 패드는 상대적으로 큽니다. 미세 피치 구성 요소나 매우 작은 스텐실 개구부를 가진 구성 요소의 경우, 더 작은 솔더 페이스트 입자 크기와 더 얇은 스텐실이 사용될 수 있습니다. 우리 보드의 경우 표준 값이 적합합니다.

솔더 페이스트 인쇄된 어댑터 PCB

솔더 페이스트 위에 구성 요소가 배치된 어댑터 PCB

리플로우를 위해 구성 요소로 채워진 어댑터 보드

모든 구성 요소를 배치한 후, 우리는 증기상 리플로우 오븐에서 보드를 납땜합니다. 증기상 공정을 사용하면 매우 부드러운 납땜 공정을 보장하면서 어떤 구성 요소도 과열되지 않도록 합니다.

디스플레이포트 커넥터의 핀 배치가 맞지 않다는 것을 깨달았을 때였습니다. 이전에 디스플레이포트 케이블의 핀배열이 양쪽 끝에서 일대일로 일치하지 않는다고 언급했습니다. 불행히도 이를 어려운 방식으로 배워야 했기 때문에, 이제 보드가 검은색이 아닌 초록색입니다.

남은 THT 구성요소를 보드에 납땜한 후에는 테스트를 준비할 수 있습니다:

납땜된 어댑터보드 DP 메인 링크

납땜된 어댑터보드 3.3V PSU

완전히 구성된 어댑터보드

디스플레이 패널 테스트

드디어 디스플레이를 테스트할 시간입니다. PWM 생성기 기능을 확인하고 3.3V 레귤레이터를 검증한 후에 디스플레이 패널을 연결할 수 있습니다. 내 DELL XPS 9500이 디스플레이포트 소스를 제공하고, 통합 전력 모니터가 있는 실험실 전원 공급 장치가 어댑터에 12V 공급을 제공할 것입니다.

패널을 연결한 후, DELL XPS가 적절한 화면 해상도로 패널을 올바르게 인식합니다. 디스플레이 백라이트를 활성화하고 해당 점퍼로 자체 테스트를 비활성화한 후, 패널이 밝게 빛납니다!

디스플레이 패널의 성공적인 테스트

안타깝게도, 다른 노트북과 비교할 때 제 카메라를 "측정 도구"로만 사용할 수 있습니다. Photoshop을 사용하여 다른 기기와의 밝기와 대비 비율을 비교하기 위해 몇 가지 이미지를 촬영했습니다. 디스플레이 중심에 대해 10°씩 카메라 위치를 변경하면 사용 가능한 시야각의 첫 인상을 줍니다. 더 신뢰할 수 있는 측정 설정이 준비되는 대로 결과를 공유할 예정입니다. 예비 측정 결과와 제 개인적인 인상을 바탕으로, 이 패널이 오픈 소스 노트북 프로젝트의 일부가 될 것이라고 말할 수 있습니다!

이번 업데이트는 여기까지입니다. 시간을 내어 주셔서 감사합니다! 다음 업데이트에서는 뚜껑 디자인에 대해 더 자세히 살펴보고, 디스플레이와 웹캠, 터치 키의 기계적 통합에 대해서도 살펴볼 예정입니다. 이 보드들에 대해 말하자면, 이러한 구성 요소의 전기적 설계도 살펴볼 것입니다. 이번 업데이트에서 언급했듯이, 여전히 경직된 마이크로-동축 디스플레이 케이블을 해결해야 할 문제가 있습니다 — 또 다른 탐구 주제입니다. 계속해서 함께해 주시길 바랍니다!