Fase de Conceito – Projeto da Tampa Parte 2

Estamos continuando a jornada pelo design da montagem da tampa em nosso projeto de Laptop de Código Aberto.

Projetando um adaptador de teste — Layout

Agora precisamos colocar todo o nosso trabalho em um design de hardware real. O layout desta placa é simples, pois temos apenas uma interface de alta velocidade para prestar atenção especial.

A interface DisplayPort pode corrigir até 20UI por especificação. UI é a abreviação de Intervalo de Unidade, que é o recíproco da taxa de bits. Para um link de 2.7Gbps como o que estamos usando, isso significa 370ps por UI. Embora a correção de até 20UI seja possível, a lista de verificação de hardware recomenda um desvio máximo entre pares de +/- 1UI ou 740ps.

O desvio intra-par é muito mais crítico, com um desvio permitido de menos de 10ps.

A impedância diferencial do link principal do DisplayPort (os quatro pares de dados ML0 – ML3) deve ser controlada em 100 Ohms.

O canal AUX opera a uma velocidade muito mais baixa de apenas 1MHz. Por motivos de simplicidade, vamos tratar o canal AUX como parte do link principal quando se trata das regras de design de PCB.

Geralmente, ao configurar as regras de roteamento, gostaríamos de trabalhar com um perfil de impedância definido no gerenciador de pilhas de camadas. Para esta PCB, não estamos utilizando essa funcionalidade, pois os valores de impedância já foram verificados e fornecidos pelo nosso fabricante de PCB.

Para obter valores de atraso precisos para o link principal, os X-signals podem ser usados para extrair o atraso correto de conector para conector e preencher a lacuna através dos resistores em série.

X-Signals destacados para o link principal DP

Dica Rápida #1 - criando recursos de silkscreen

Antes de entrar no layout, gostaria de compartilhar uma dica rápida para criar os recursos de silkscreen da pegada do conector DisplayPort. O silkscreen deve mostrar o contorno e quaisquer outras características importantes da peça em questão que facilitem a identificação da posição do componente na PCB. Isso se torna especialmente importante se nenhuma camada de montagem separada for usada para a saída de fabricação do desenho de montagem.

Em vez de desenhar os recursos de silkscreen manualmente no editor de pegadas, pode ser muito mais rápido importá-los da ferramenta CAD usada para preparar o modelo 3D da peça.

Temos apenas que selecionar as superfícies contendo os recursos que gostaríamos de ver na camada de silkscreen e exportar um arquivo DXF dessas superfícies. Agora, podemos simplesmente importar o arquivo DXF para o Altium Designer. Como usamos a mesma origem para exportar o arquivo CAD 3D, o silkscreen é automaticamente posicionado corretamente em relação ao modelo 3D do componente.

Fluxo de trabalho de CAD para silkscreen usando contornos DXF

Como não há muitos componentes na placa, o roteamento não será muito difícil. Temos duas camadas de sinal - Superior e Inferior - disponíveis para o roteamento dos sinais de alta velocidade. As duas camadas internas serão planos de referência de terra. Como o plano de referência também mudará se mudarmos da camada de roteamento superior para a camada de roteamento inferior com um sinal, temos que lembrar de colocar Vias de retorno de caminho próximas às Vias de sinal.

O resistor trimmer é colocado próximo à borda da placa para fácil acesso.

Os pontos de teste, as impressões de resistor 0402 e os diodos ESD causarão descontinuidades de impedância nas linhas de sinal de link principal. As diretrizes gerais de roteamento do DisplayPort não exigem um recorte no plano de terra sob pontos de teste ou impressões de componentes. Isso precisa ser mais verificado na implementação final usando ferramentas de simulação apropriadas.

Com o roteamento concluído, é assim que a placa finalizada se parece:

Layout finalizado de DP para eDP

Após verificar pela última vez que não há colisões entre os conectores da placa e os conectores de cabo correspondentes, podemos executar uma última verificação de regras de design e encomendar as placas.

Montagem das placas

Após receber os blanks de PCB e o estêncil de pasta de solda do fabricante, finalmente podemos montar e testar os PCBs.

Usamos uma pasta de solda Henkel GC10 com tamanho de partícula T4 para esta placa. O estêncil tem uma espessura padrão de 100um. Os pads usados nesta placa são relativamente grandes. Para componentes de passo fino ou componentes com uma abertura de estêncil muito pequena, pode-se usar um tamanho de partícula de pasta de solda menor e um estêncil mais fino. Para a nossa placa, os valores padrão são adequados.

PCB adaptador com impressão de pasta de solda

PCB adaptador com componentes colocados sobre a pasta de solda

Placa adaptadora povoada com componentes para refusão

Após colocar todos os componentes, soldamos a placa em um forno de refusão por fase de vapor. Usar um processo de fase de vapor garante um processo de soldagem muito suave, garantindo que nenhum componente seja superaquecido.

Foi quando percebi que a atribuição dos pinos dos conectores DisplayPort não correspondia. Eu já havia mencionado que o pinout de um cabo DisplayPort não corresponde um a um em ambas as extremidades. Infelizmente, tive que aprender da maneira mais difícil, por isso a placa agora é verde em vez de preta.

Após soldar os componentes THT restantes na placa, estamos prontos para o teste:

Placa adaptadora soldada DP main link

Placa adaptadora soldada 3.3V PSU

Placa adaptadora totalmente povoada

Testando o Painel de Exibição

Finalmente, é hora de testar o display. Após verificar a funcionalidade do gerador PWM bem como o regulador de 3.3V, podemos prosseguir e conectar o painel de exibição. Meu DELL XPS 9500 fornecerá a fonte DisplayPort e uma fonte de alimentação de laboratório com monitor de energia integrado fornecerá os 12V necessários para o adaptador.

Após conectar o painel, ele é corretamente reconhecido pelo DELL XPS com a resolução de tela apropriada. Após ativar a luz de fundo do display e desativar o autoteste com os jumpers correspondentes, o painel se ilumina!

Teste bem-sucedido do painel de exibição

Infelizmente, só posso usar minha câmera como um "instrumento de medição" para comparar a tela com outros laptops aos quais tenho acesso. Tirei algumas imagens para comparar o brilho e a relação de contraste com outros dispositivos usando o Photoshop. Mudar a posição da câmera em incrementos de 10°, em relação ao centro da tela, dá uma primeira impressão do ângulo de visualização utilizável. Compartilharei os resultados em uma atualização futura assim que tiver um conjunto de medições mais confiável pronto. Com base nos resultados preliminares das medições e na minha impressão pessoal, posso dizer que este painel fará parte do projeto de laptop de código aberto!

É isso por esta atualização. Obrigado pelo seu tempo e interesse! Nas próximas atualizações sobre o design da tampa, vamos dar uma olhada mais de perto na integração mecânica da tela, bem como na webcam e nas teclas sensíveis ao toque. Falando dessas placas, também vamos examinar o design elétrico desses componentes. Como mencionado nesta atualização, ainda temos que encontrar uma maneira de contornar o cabo de exibição micro-coaxial rígido — outra coisa que vamos explorar. Espero que você continue acompanhando!