온도 센서 프로젝트: 소개

과거에도 언급했듯이, 저는 데이터 수집을 좋아합니다. 온도 센서는 겉보기에 단순해 보이지만, 처음 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 것이 있으며, 센서 유형도 엄청나게 다양합니다. 이 시리즈에서는 모든 온도 센서 유형과 그것들을 구현하기 위한 회로를 다룰 PCB들을 만들어볼 것입니다. 또한 데이터를 수집하고 마이크로컨트롤러 보드 쌍을 구축하여 센서들을 서로 비교 평가할 것입니다. 마지막으로, 그 중 한 호스트 보드에 모든 다른 센서 유형을 장착하고 모든 센서를 다양한 환경 조건에 노출시켜 보겠습니다. 이를 통해 센서들을 비교하고 귀하의 필요, 애플리케이션 및 예산에 맞는 센서를 추천할 수 있게 됩니다.

온도 센서는 많은 산업에 필수적입니다. PCB에서조차 온도 센서는 다른 센서들로부터 정확한 데이터를 보장하고 보드가 과열되는 것을 방지하는 데 사용될 수 있습니다.

온도 센서 유형

• 음영 온도 계수(NTC) 서미스터
• 양영 온도 계수(PTC) 서미스터
• 저항 온도 검출기(RTD)
• 아날로그 온도 센서 IC
• 디지털 온도 센서 IC
• 열전대

이 프로젝트 시리즈에서 사용된 모든 센서와 그 이상의 것들을 제 오픈 소스 Celestial Altium Library에서 찾을 수 있어, 센서 디자인에 앞서 나갈 수 있습니다. 이 시리즈의 평가 보드는 GitHub에서 모든 예제 센서 회로와 함께 찾을 수 있습니다. 이 시리즈의 모든 부분은 MIT 라이선스 하에 공개되어 있으므로, 스키마틱을 자유롭게 활용하거나 보드를 사용하여 직접 센서를 평가할 수 있습니다.

위에는 Altium 365 Viewer에서 읽게 될 PCB 디자인이 있습니다; 동료, 고객, 친구들과 연결할 수 있는 무료 방법으로, 디자인을 보거나 버튼 하나로 다운로드할 수 있습니다! 디자인을 몇 초 안에 업로드하고 무거운 소프트웨어나 컴퓨터 성능 없이도 심층적으로 살펴볼 수 있는 상호 작용적인 방법을 갖게 됩니다.

일반 센서 지침

특정 센서 유형에 대해 시작하기 전에, 온도 센서를 사용할 때의 일반적인 고려 사항에 대해 이야기해 보겠습니다. 외부 온도를 감지하려고 한다면, 레이아웃 고려 사항이 PCB의 중요 구성 요소나 영역의 온도를 감지하려고 할 때와는 다를 것입니다. 마찬가지로, PCB에서 온도를 측정한다면, 또 다른 고려 사항이 있습니다.

또한, 센서 자체 발열과 열 질량을 고려해야 합니다.

PCB에서 외부 온도 감지

외부 온도를 감지하려고 한다면, 센서를 가능한 한 PCB로부터 격리하는 것이 중요합니다. 이를 위한 가장 일반적이고 효과적인 방법은 센서를 물리적으로 격리하는 것입니다. 보드의 가장자리에 온도 센서를 두는 것만으로는 정확한 온도 측정을 목표로 한다면 또는 센서가 제공할 수 있는 만큼의 정확도를 원한다면 충분하지 않습니다. 열은 기판을 통해 센서로 전도될 것이기 때문입니다. 모든 회로는 저항 손실을 통해 열을 발생시키며, 일부 회로판은 다른 것보다 훨씬 더 많은 열을 발생시킵니다. 따라서 물리적 격리는 매우 중요합니다.

회로 기판에서 열원으로부터 가능한 한 멀리 온도 센서를 배치하는 것은 훌륭한 첫 단계입니다. 온도 센서 주변에 밀링 슬롯을 추가하는 것으로 당신의 격리를 완성할 수 있습니다. 그러나 센서가 패널의 탭처럼 쉽게 떨어져 나가지 않도록 충분한 PCB를 남겨두어야 합니다. 센서는 취급하고 조립 과정을 거칠 수 있을 만큼 충분히 강해야 하며 충격, 진동 등과 같은 응용 프로그램 요구 사항도 고려해야 합니다.

또한, 어떤 인클로저도 고려해야 합니다. 인클로저는 센서에 좋은 공기 흐름을 허용해야 하지만 가능하다면 회로 기판의 나머지 부분에서 공기 흐름을 허용해서는 안 됩니다. 인클로저는 센서에 열을 전달할 수 없어야 하므로 센서가 위치한 격리된 회로 기판의 어떤 부분과도 접촉해서는 안 됩니다.

온도 센서를 다루기 시작하면 현실의 직물 자체에 대해 의문을 가지기 시작할 수 있습니다. 상당한 실험실 장비 없이 정확하게 온도를 측정하려고 시도할 때, 그것을 하는 것이 불가능하다는 느낌을 받기 시작합니다. 21°C는 무엇일까요? 실제로 20.9°C나 22°C가 아닌지, 우리는 신경 써야 할까요?

기판 온도 감지

PCB의 특정 부분이나 회로 기판의 특정 구성 요소의 온도를 감지하고 싶다면, 위의 조언과 정반대로 해야 합니다. 즉, 센서가 가능한 한 해당 영역과 많은 연결을 가지도록 해야 합니다. 이 시리즈에서 나중에 매우 흥미로운 센서인 Microchip EMC1833T에 대해 이야기할 것입니다. 이 센서는 원격으로 다이오드를 감지할 수 있으며, 특히 IC의 온-다이(on-die) 온도 감지를 위해 설계되었습니다. 여기에는 개발한 맞춤형 ASIC도 포함됩니다.

대부분의 센서의 경우, 가능한 한 낮은 열 저항으로 센서의 다이나 저항 요소에 열을 전달하고 싶을 것입니다. 방열판이 있는 장치의 경우, 온도 센서와 방열판을 공유하려고 시도하세요. 그렇지 않으면, 센서 구성 요소를 장치나 보드의 고온 영역에 가능한 한 가깝게 배치하고, 이상적으로는 방열판 역할을 하는 구리 푸어(copper pour)에 전기적 연결을 하세요. 이 전기적 연결은 전원 공급 장치나 접지 네트워크일 수 있으며, 센서의 다이로 열을 바로 전달하는 데 도움이 될 수 있습니다.

보드 외부 온도 감지

회로 기판 밖의 무언가, 예를 들어 기계류의 온도를 감지해야 할 때, 센서 유형의 선택은 프로젝트의 성공에 절대적으로 중요할 수 있습니다. 대부분의 저항 온도 센서 유형은 케이블 저항이 감지된 온도에 영향을 줄 수 있기 때문에 이상적인 선택이 아닐 것입니다. 기판에서 벗어나 위치를 조정할 수 있는 일부 센서들은 기판의 뜨거운 구성 요소로부터 멀리 온도를 수집하도록 도와줄 수 있습니다.

 

일반적으로, 케이블을 사용한 해결책은 산업 환경에서 상당한 도전을 제공합니다. 장비와 기계로부터의 전자기 간섭으로 인해 케이블에 유도된 전압과 전류가 감지 정확도에 해로울 수 있기 때문입니다. 아날로그 출력을 특징으로 하는 센서의 경우, 적절히 차폐된 케이블이 필요합니다. 마찬가지로, I2C 인터페이스를 가진 디지털 센서는 기판과 센서 사이의 거리가 너무 멀 경우에는 실현 가능하지 않을 수 있습니다. I2C는 긴 신호 경로에 적합하지 않기 때문입니다. 온도 범위에 따라, 산업 환경에서 완벽한 선택이 될 수 있는 유일한 선택이자 완벽한 선택이 될 수 있는 센서로서 열전대를 사용하는 것일 수 있습니다.

센서 자체 발열

회로 기판의 모든 구성 요소는 작동할 때 일정량의 열을 발생시킵니다. 온도 센서에서는 장치 자체의 저항 손실이 샘플링된 온도에 온도 오프셋을 일으킬 수 있으므로 정확한 온도 측정에 치명적일 수 있습니다. 최대한 정확한 측정이 필요한 경우, 매우 낮은 전류의 장치를 선택하거나 저항성 장치를 매우 낮은 전류로 작동시키면 훨씬 더 정밀한 온도 결과를 얻을 수 있습니다.

열 질량

저는 센서에 상당한 양의 열 질량을 추가하여 프로젝트에 중요한 온도를 정확하게 나타낼 수 있도록 한 프로젝트에 참여한 적이 있습니다. 예를 들어, 상업용 냉장고나 냉동고에서 고기 제품의 온도를 모니터링하는 장치에 열 질량을 추가하면 문이 열리고 닫히더라도 올바른 온도를 수집할 수 있습니다. 열 질량은 마치 열 용량과 같은 역할을 합니다.

다른 상황에서는 열 질량의 양이 아무리 작더라도 감지된 온도가 실제 온도보다 뒤처지면서 문제를 일으킬 수 있습니다. 센서를 대형 회로 기판이나 구리 면적에 절연 없이 직접 부착하면 주변 온도의 작거나 빠른 변화를 쉽게 감지할 수 없습니다. 센서와 전체 보드가 새로운 현지 온도로 데워지거나 식을 때까지 정확한 온도 읽기를 얻을 수 없습니다. 환경을 정확하게 반영하는 고주파 읽기를 필요로 하는 센서의 경우, 열 질량을 최소화하는 것이 중요한 단계입니다.

센서 허용 오차 및 정밀도

프로젝트에 온도 센서를 추가하거나 온도 감지를 중심으로 프로젝트를 진행하기 전에 이해해야 할 사항은, IC나 보드 장착 구성 요소로 온도를 측정할 수 없다는 것입니다. 측정할 수 있는 것은 대략적인 온도뿐이며, 중요한 것은 그 온도의 근사치가 당신에게 충분히 정밀한지 여부입니다. 일부 응용 프로그램의 경우, 5°C까지 정확한 센서면 충분할 수 있습니다. 공정에서 중요한 온도를 모니터링하는 경우, 0.1°C는 충분하지 않을 수 있습니다. 우리에게 정확한 온도를 알 수 있는 것은 사실상 불가능하며, 프로젝트를 작동시키기 위해 필요한 정확도의 정도를 이해해야 합니다. 시장에 나와 있는 대부분의 센서는 소수점 한 자리 이상의 정밀도를 제공하지 않으며, 많은 센서는 1°C 이상의 정밀도를 제공하지 않으며, 일부는 그 정도의 정밀도조차 어려워합니다. 더 높은 정밀도는 일반적으로 센서 자체나 지원 회로에서 더 높은 구현 비용을 수반합니다.

정확도를 넘어서, 우리는 또한 허용 오차를 가지고 있습니다. 매우 정확한 온도 센서가 넓은 범위의 허용 오차를 가질 수 있거나, 매우 엄격한 허용 오차를 가진 센서가 넓은 범위의 정확도를 가질 수 있습니다. 양궁을 생각해 보면, 엄격한 허용 오차를 가지지만 정확도가 낮은 경우는 모든 화살이 매우 가깝게 모이거나, 심지어 각 화살이 다음 화살을 가르는 것일 수 있지만, 과녁 중앙에 매우 가깝지 않을 수 있습니다. 매우 정확하지만 허용 오차가 낮은 센서는 모든 샷이 과녁 주변에 모이지만 같은 자리에 정확히 맞지는 않는 경우일 수 있습니다. 대부분의 센서는 매우 높은 정확도와 매우 엄격한 허용 오차를 가지거나 매우 낮은 정확도와 매우 넓은 허용 오차를 가지는 경향이 있지만, 어느 한 쪽이 조금 있는 센서도 꽤 있습니다.

일부 응용 프로그램의 경우, 센서가 보고하는 온도의 절대 정확도보다 매우 엄격한 허용 오차가 더 중요할 수 있습니다. 센서가 실험실에서 어떻게 보고하는지 알기 위해 특성화되었다면, 정확도의 오프셋은 소프트웨어에서 처리할 수 있습니다. 1000개의 샘플을 취하면, 모든 읽기 값이 2°C 벗어나더라도 매우 엄격한 허용 오차 내에서 거의 동일합니다.

다른 응용 프로그램에서는 실제 온도를 아는 것이 더 중요할 수 있습니다. 1000개의 센서를 읽으면 모두 조금씩 다르겠지만 일반적으로 실제 온도를 중심으로 분포합니다. 이러한 읽기 값을 평균내어 실제 온도에 대한 더 나은 이해를 얻을 수 있지만, 각각의 순간적인 읽기 값은 조금씩 벗어납니다.

저가 센서인 서미스터는 다른 옵션에 비해 정확도와 허용 오차가 낮을 수 있습니다. 이러한 센서는 회로 기판의 열 보호와 같이 온도에 대한 대략적인 아이디어만 필요한 응용 프로그램에서는 수용 가능할 수 있습니다. 앞서 사용한 비유로, 이런 센서들은 마치 초보 궁수가 대상을 향해 화살을 쏘는 것과 같습니다. 그들의 화살은 대상 전체에 퍼져 있고, 일부는 전혀 맞지 않을 수도 있습니다... 하지만 적어도 대상 영역에 대한 대략적인 아이디어는 가지고 있습니다.

센서 테스트 보드

매주 다른 유형의 온도 센서에 대해 배울 것입니다. 하지만, 모든 센서가 테스트를 용이하게 하기 위해 공통 인터페이스를 가지고 있을 것입니다. 우리는 모든 다른 센서에 연결하여 모니터링할 수 있는 호스트 보드와 단일 센서를 빠르게 테스트할 수 있는 또 다른 호스트 보드를 가질 것입니다. 두 옵션 모두 데이터 수집을 수행할 수 있는 USB 지원 마이크로컨트롤러를 가질 것입니다.

각 센서는 쌓을 수 있도록 상단과 하단에 메자닌 커넥터를 갖추고 있으며, 센서와 반대편 보드 끝에는 일련의 접점이 있습니다. 이 접점들은 센서를 단일 센서 테스트 호스트의 카드 엣지 커넥터에 연결할 수 있게 해줍니다.

쌓을 수 있는 연결은 다중 센서 테스터에서 센서의 고밀도를 가능하게 하여 모든 센서 주변의 주변 온도가 균일하도록 합니다. 이 방식으로, 우리는 수직으로 많은 센서를 더 작은 영역에 배치할 수 있으면서도 센서 주변의 깨끗한 공기를 유지할 수 있습니다. 우리는 센서를 그들의 전체 정격 온도 범위를 넘어서 테스트할 것이며 센서가 온도 변화에 얼마나 빠르게 반응할 수 있는지도 살펴볼 것이므로, 모든 센서를 깨끗한 공기 속에 두되 너무 멀지 않게 배치하는 것이 더 나은 비교를 가능하게 할 것입니다.

센서 보드 템플릿

우리는 일련의 센서 보드를 만들 예정이므로, 커넥터가 이미 정의된 회로도와 보드를 갖춘 템플릿 프로젝트를 만드는 것이 좋다고 생각했습니다. 이것은 보드가 잘 쌓이고, 잘 연결되며, 또한 보드당 많은 시간을 절약할 수 있도록 할 것입니다.

Altium에서 템플릿을 구현하는 것은 매우 쉽습니다. 다른 소프트웨어(단지 ECAD 패키지만이 아님)에서 템플릿을 생성하는 것은 실제로 번거로울 수 있는 반면, Altium은 템플릿에 특별한 파일 유형이나 요구 사항이 없으며, 단순히 PCB, 회로도 또는 전체 프로젝트를 템플릿 디렉토리에 배치하기만 하면 됩니다. 다음 재시작 때 사용할 수 있습니다. 한 가지 지적하고 싶은 점은, 템플릿에서는 설치한 라이브러리나 Altium 365에 있는 라이브러리만 사용하여 Altium이 항상 사용하는 풋프린트와 심볼을 찾을 수 있도록 해야 합니다. 아직 Altium 365로 전환하지 않았다면, "설치됨" 탭에 추가된 데이터베이스 라이브러리나 컴파일된 통합 라이브러리를 사용하는 것이 좋은 방법입니다.

아날로그 및 디지털 센서 보드는 동일한 보드 레이아웃을 가지고 있지만, 커넥터의 전기적 연결은 다를 것입니다. 저는 가장 일반적으로 사용 가능하고 가장 저렴한 커넥터 중 하나인 Hirose DF12(3.0)-14D 시리즈 메자닌 커넥터를 사용하여 보드를 쌓고 있습니다. 보드 간의 3mm 높이는 이러한 센서에 완벽하며, 컴팩트한 스택을 허용하지만 각 센서 유형은 위나 아래의 보드에 영향을 받지 않고 보드 사이에 여전히 맞출 수 있어야 합니다.

아날로그 온도 센서 템플릿

프로젝트 템플릿을 생성하기 위해, 평소와 같은 디렉토리에서 프로젝트를 생성하는 것으로 시작할 수 있습니다. 그리고 평소처럼 회로도와 PCB를 추가합니다.

프로젝트를 구축하는 일반적인 방식을 계속해서, 이 템플릿을 사용하는 모든 프로젝트에 공통적인 회로도 부분을 추가합니다. Altium 365를 사용하여 이 프로젝트 템플릿을 쉽게 저장하고 접근할 수 있습니다. 먼저, 프로젝트 패널에서 "Make Project Available Online" 명령을 사용하여 프로젝트를 Altium 365 Workspace에 배치해야 합니다.

이 명령은 프로젝트를 Altium 365 Workspace에 배치합니다. 또한, 프로젝트를 공식 버전 관리에 추가하여, 이 템플릿 프로젝트에 대한 모든 변경사항이 자동으로 추적되도록 할 수 있습니다.

이 템플릿 프로젝트를 Altium 365에 배치한 후, 현재 프로젝트를 복제하여 새로운 센서 카드를 생성할 수 있습니다. 이를 수행하는 가장 쉬운 방법은 웹 브라우저를 통해 작업공간으로 들어가 "복제(Clone)" 명령어를 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 프로젝트의 복사본이 생성되며, 이를 Altium Designer에서 열어 수정할 수 있습니다. 템플릿 프로젝트를 생산 프로젝트와 구분하여 관리하는 것이 좋으며, 가능한 경우 명명/번호 지정 체계를 사용하는 것이 좋습니다. 프로젝트를 복제할 때, 템플릿과 새로운 생산 프로젝트 간의 차이를 추적할 수 있도록 이름 변경의 기회가 주어집니다.

커넥터 추가하기

이 프로젝트에서는 동일한 레이아웃을 가진 메자닌 커넥터를 두 개 추가하고 있습니다. 라이브러리에서 풋프린트를 생성할 때, 핀 1이 연결된 커넥터의 핀 1과 일치하도록 했습니다. 이 결정은 스택을 매우 쉽게 생성할 수 있게 해주지만, 제조업체의 제조 도면에서의 핀 번호와 정확히 일치하지 않을 수도 있습니다.

14핀 커넥터를 사용하면 3.3V와 5V 전원을 모두 사용할 수 있을 뿐만 아니라 10개의 아날로그 채널도 사용할 수 있습니다. 10개의 보드를 쌓을 수는 있지만, 우리가 사용할 예정인 여러 아날로그 센서 토폴로지 중 일부는 출력을 위해 차동 쌍을 사용할 수 있으며, 우리의 호스트 보드는 차동 쌍을 지원할 수 있는 ADC 입력을 가지고 있을 것입니다.

앞서 언급했듯이, 단일 센서 카드와 함께 작동할 수 있는 보드에 단일 보드를 꽂아 보드의 빠르고 쉬운 검증이나 센서의 테스트를 할 수 있도록 하고 싶습니다. 이를 위해 보드 끝에 접촉부를 두어 카드 엣지 커넥터에 꽂을 수 있도록 하고 싶습니다.

카드 엣지 호스트에 10개의 아날로그 채널이 필요하지 않기 때문에, 저는 두 개의 제로 옴 저항을 넷 타이로 사용했습니다. 이는 아날로그 연결을 분리하고 싶을 때 그것들을 납땜 제거할 수 있게 해줍니다. 카드 엣지 커넥터는 12핀의 연결성을 제공하는 TE 5650118-3이 될 것입니다. 그럼에도 불구하고, 센서 보드를 어느 방향으로든 꽂을 수 있으면서 무언가를 손상시키지 않게 하고 싶어서, 아래쪽 연결은 위쪽과 같지만 반대로 되어 있습니다. 템플릿에 대해서는, 특정 보드 센서 구현과 사용하는 아날로그 채널에 따라 달라지기 때문에 저항에 어떤 입력 넷도 제공하지 않습니다. 비차동 센서 연결의 경우, 음성 측면은 센서 스키마틱에서 그냥 접지에 연결될 수 있습니다.

PCB에는 스택이 메자닌 커넥터에만 의존하지 않도록 3mm 마운팅 홀을 추가했습니다. 우리가 사용할 센서 토폴로지 각각에 대해 충분히 큰 보드를 설계했기를 바라며, 보드는 엣지 커넥터를 지나 25mm 너비와 50mm 길이입니다.

실크스크린 키를 채널에 추가하여, 센서가 사용할 각 아날로그 채널 상자에 채움 영역을 추가할 수 있게 되었습니다. 이렇게 하면 센서 스택을 구축할 때 두 채널이 같은 아날로그 포트에 연결되지 않도록 할 수 있습니다. 또한 각 보드에 센서 유형과 토폴로지 설명이 같은 위치에 추가되도록 일부 더미 텍스트도 추가했습니다. 이를 통해 결국에는 잘 맞는 센서 세트를 얻을 수 있을 것입니다.

이 글의 시작부에서 언급했듯이, 센서를 보드의 나머지 부분으로부터 열적으로 분리해야 한다는 점을 확실히 해야 합니다. 저는 보드 끝의 열 분리를 제공할 3mm 라우팅 슬롯을 라우팅 레이어에 추가했습니다. 이를 통해 마운팅 홀과 슬롯 사이에 증폭기나 다른 열원을 배치할 수 있으며, 온도 감지 요소는 이로부터 멀리 떨어뜨릴 수 있습니다. 보드에 슬롯을 추가할 때 기억해야 할 중요한 점은 슬롯 경로와 동일한 킵아웃 경로를 추가하는 것입니다. 슬롯을 가로질러 실수로 라우팅하는 것을 막을 것이 없습니다! 다행히도 과거에는 제작 회사에 보드 파일을 보내기 전에 최종 검사를 할 때 여기서의 실수를 항상 잡아냈지만, 때로는 정말 아슬아슬했습니다!

센서의 응답 속도를 테스트할 때, 각 센서가 동등하게 처리되도록 일관된 보드 영역을 갖고 싶습니다 - 센서 보드를 제작하는 과정에서 이 슬롯 크기나 위치를 수정하지 않으려고 합니다.

이 모든 것이 멋져 보이고 일관된 레이아웃을 보장하지만, 거의 동일한 보드를 일련으로 제작하는 이러한 프로젝트에서 템플릿의 가장 강력한 기능 중 하나는 모든 공통 라우팅을 미리 설정할 수 있다는 것입니다.

라우팅하는 데 너무 오래 걸리지는 않지만, 같은 보드를 20번 이상 해야 할 때마다 이 템플릿은 많은 시간을 절약해 줄 것입니다!

디지털 온도 센서 템플릿

이 온도 센서 카드의 디지털 버전으로 템플릿 프로젝트를 생성하는 동일한 과정을 사용할 수 있습니다. 다른 아날로그 온도 센서를 구동하기 위해 두 개의 소스 전압을 사용하는 대신, 보드에 I2C와 SPI 버스를 사용하여 디지털 온도 센서와 인터페이스합니다. 이 센서 카드의 템플릿 프로젝트는 아래에 표시되어 있습니다. 위의 이미지에서 볼 수 있듯이, 템플릿에 패널화 기능도 포함시켰습니다.

저는 제조 시 쉽게 분리될 수 있는 탭을 생성하기 위해 밀링 슬롯의 컷아웃을 따라 비도금 패드를 추가했습니다. 끝부분을 깔끔하게 라우팅하고 싶었고, 보드의 긴 측면을 따라 거친 v-스코어 가장자리가 전체적으로 이어지길 원하지 않았기 때문에 마우스 닙 탭이 상대적으로 깨끗한 보드 가장자리를 유지하는 최선의 선택이었습니다. 드릴을 보드 윤곽선 바로 위에 배치함으로써, 탭이 보드에서 얼마나 돌출되는지를 줄일 수 있습니다. 이 보드들은 타이트한 맞춤형 인클로저에 들어가지 않으므로, 회로 보드의 부러진 탭의 부정확한 치수 허용 오차가 맞춤이나 기능에 문제를 일으키지 않을 것입니다.

센서 보드가 보드 간 메이팅 높이가 3mm인 만큼, 위의 구성 요소와 충돌할 수 있는 구성 요소를 배치할 수 없도록 규칙을 추가하고 싶습니다. 최대한, 한 스택당 3mm보다 높은 구성 요소를 가진 보드는 하나만 있을 수 있으며, 그것은 최상위 구성 요소입니다.

우리의 일반적인 설계 규칙에 더해, 나는 기본 배치/높이 규칙을 변경하여 높이를 2.9mm로 제한하고자 합니다. 내 천체 Altium 라이브러리에는 모든 구성 요소가 정확한 3D 모델을 포함하고 있으며, 모든 캐패시터가 포함되어 있어, 조금이라도 높은 캐패시터나 다른 구성 요소를 실수로 배치하는 일이 없도록 할 것입니다.

디지털 온도 센서를 처음부터 시작하기보다는, 위에 보여진 아날로그 프로젝트 템플릿의 복사본을 만들고 필요한 회로도 시트의 변경을 진행한 다음, 보드 상에서 약간의 재배선을 할 계획입니다.

커넥터 핀배열은 SPI와 I2C, 우리의 두 디지털 프로토콜을 지원하기 위해 완전히 변경되어야 합니다. 모든 추가 핀은 SPI 기반 센서의 칩 선택 라인에 할당됩니다. 이는 멀티 센서 보드가 어떤 센서가 어떤 칩 선택 라인에 있는지를 알고 있는 펌웨어를 가져야 함을 의미합니다.

카드 엣지 커넥터가 내가 원하는 만큼 우아하지 않습니다. 보드를 소켓에서 양방향으로 사용할 수 있게 하려면 SPI와 I2C를 동시에 노출시키기에 충분한 접점이 없습니다. 보드 디자인의 3mm 높이 제한을 충족하는 저가의 이중 스위치를 찾을 수 없었기 때문에, 대신 선택적으로 저항을 배치하고 있습니다. 템플릿에는 모든 네 개의 저항이 있지만, 최종 보드에서는 사용하지 않는 저항을 완전히 제거할 계획입니다.

아날로그 디자인에서와 마찬가지로, 카드 엣지 커넥터의 핀에 올바른 칩 선택 라인을 매핑할 수 있도록 칩 선택 라인에 대한 넷 타이로 저항을 사용하고 있습니다. 보드는 아날로그 보드와 매우 유사해 보입니다 왜냐하면 그것에 대한 스키마틱을 방금 업데이트했기 때문이므로, 디자인을 테스트하는 시점에 모든 것이 일관성 있을 것입니다. 이것은 디지털 센서가 보드 디자인 때문에 아날로그 대응품과 비교하여 성능에 있어서 어떠한 거짓 긍정이나 부정도 없도록 하는 것이 중요합니다. 우리는 센서들 사이에 깨끗한 비교를 원합니다, 그들의 장착 방법이 아니라.

아날로그 설계와 마찬가지로, 이 특정 보드가 SPI를 사용하는 경우 어떤 칩 선택 라인을 사용하는지 표시하기 위해 실크스크린 섹션을 가지고 있습니다. 이를 통해 스택에 유일한 칩 선택만 포함되도록 할 수 있습니다.

아날로그 보드와 마찬가지로, 각 센서 보드에 대한 커넥터 라우팅이 이미 완료되어 있으면 많은 시간을 절약할 수 있습니다. 이를 통해 각 보드의 모든 커넥터 라우팅보다는 센서에 집중할 수 있습니다.

두 프로젝트를 프로젝트 템플릿으로 저장하기

이 센서 카드를 재사용하는 또 다른 옵션은 각각에 대해 프로젝트 템플릿을 생성하는 것입니다. 이것은 템플릿으로 사용되는 프로젝트, 즉 복제한 다음 여기서처럼 수정하는 프로젝트와 같지 않습니다.

기존 센서 카드에서 사용된 설정과 파일을 빠르게 적용하는 다른 방법은 파일 메뉴에서 "서버에 프로젝트를 템플릿으로 저장" 명령을 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 Altium 365 워크스페이스의 "관리되는 콘텐츠\템플릿\프로젝트 템플릿" 폴더에 프로젝트에서 새 템플릿이 생성됩니다. 이제 아날로그 또는 디지털 센서에 대한 새로운 센서 카드를 생성하고자 할 때 Altium Designer 내부에서 이 템플릿을 새 프로젝트에 적용할 수 있습니다.

온도 센서 유형

이 기사 시리즈의 일부로, 우리는 모든 주요 유형의 센서를 사용하는 방법을 심층적으로 다룰 것입니다. 우리는 센서 유형을 사용하기 위한 모든 주요 토폴로지에 대한 여기에서 생성된 템플릿을 사용하여 센서 카드를 구축할 것이므로, 실제 세계에서 모두 비교할 수 있습니다. 일부 토폴로지는 분명 다른 것보다 더 낫지만, 실제 조건을 마주했을 때 그것이 얼마나 중요한지 보는 것이 흥미로울 것입니다.

우리가 평가할 것은:

• 음의 온도 계수 (NTC) 서미스터
• 양의 온도 계수 (PTC) 서미스터
• 저항 온도 검출기 (RTD)
• 아날로그 온도 센서 IC
• 디지털 온도 센서 IC
• 열전대

시리즈의 끝에서 우리는 두 개의 호스트 보드를 설계하고, 다양한 불쾌한 온도 극단을 통해 모든 센서를 직접 비교할 기회를 갖게 될 것입니다!

직접 센서 카드 만들기

이 시리즈의 끝에서 만들게 될 호스트 보드와 함께 사용할 수 있도록 이 템플릿을 사용하여 센서를 구축할 수 있습니다. 템플릿을 다운로드하고 로컬에서 사용하기 위해 GitHub 저장소를 확인하세요.

이 시리즈에서 개발하는 모든 센서 카드는 같은 GitHub 저장소에서 찾을 수 있으므로, 저장소를 확인함으로써 시리즈의 다음 내용을 미리 엿볼 수 있을지도 모릅니다!

항상 그렇듯이, 이 프로젝트들은 MIT 라이선스 하에 오픈 소스로 공개되어 있어, 제한 사항이 거의 없이 사용할 수 있습니다. 온도 센서 카드와 프로세서 보드를 구축할 준비가 되었을 때는 Altium Designer®의 PCB 디자인 도구를 사용하세요. 디자인을 마치고 팀원들과 디자인을 공유하고 싶을 때는 Altium 365™ 플랫폼이 협업하고 프로젝트를 공유하기 쉽게 해줍니다. Altium Designer와 Altium 365에서 할 수 있는 일의 표면만 긁어본 것입니다. 보다 심층적인 기능 설명이나 제품 페이지의 온디맨드 웨비나를 확인할 수 있습니다.