Фаза концепции – Дизайн крышки, Часть 2

Мы продолжаем путешествие по дизайну сборки крышки на нашем проекте открытого ноутбука.

Проектирование тестового адаптера — Расположение

Теперь нам нужно перенести всю нашу работу в реальный аппаратный дизайн. Расположение этой платы простое, так как нам нужно уделить особое внимание только одному интерфейсу высокой скорости.

Интерфейс DisplayPort может корректировать сдвиг до 20UI согласно спецификации. UI - это сокращение от Unit Interval, что является обратным значением битовой скорости. Для связи 2.7Gbps, которую мы используем, это означает 370ps на UI. Хотя корректировка до 20UI возможна, в чек-листе аппаратного обеспечения рекомендуется максимальный сдвиг между парами в пределах +/- 1UI или 740ps.

Сдвиг внутри пары намного критичнее с допустимым сдвигом менее 10ps.

Дифференциальное сопротивление основной связи DisplayPort (четыре пары данных ML0 – ML3) должно контролироваться на уровне 100 Ом.

Вспомогательный канал AUX работает на гораздо более низкой скорости всего 1МГц. Для упрощения мы будем рассматривать канал AUX как часть основной связи, когда речь идет о правилах дизайна печатной платы.

Обычно, когда мы настраиваем правила трассировки, мы хотели бы работать с профилем импеданса, определенным в менеджере стека слоев. Для этой печатной платы мы не используем эту функциональность, поскольку значения импеданса уже были проверены и предоставлены нашим производителем печатных плат.

Для получения точных значений задержек основного соединения можно использовать X-сигналы, чтобы извлечь правильную задержку от разъема к разъему и преодолеть разрыв через последовательные резисторы.

X-сигналы выделены для основного соединения DP

Быстрый совет №1 - создание элементов шелкографии

Прежде чем переходить к разметке, я хотел бы поделиться быстрым советом по созданию элементов шелкографии для посадочного места разъема DisplayPort. Шелкография должна показывать контур и любые другие важные особенности детали, которые облегчают идентификацию положения компонента на печатной плате. Это становится особенно важным, если для производственного чертежа сборки не используется отдельный слой сборки.

Вместо того чтобы вручную рисовать элементы шелкографии в редакторе посадочных мест, их можно быстрее импортировать из CAD-инструмента, используемого для подготовки 3D-модели детали.

Нам просто нужно выбрать поверхности, содержащие элементы, которые мы хотели бы видеть на слое шелкографии, и экспортировать файл DXF этих поверхностей. Теперь мы можем просто импортировать файл DXF в Altium Designer. Поскольку мы использовали ту же начальную точку при экспорте 3D CAD файла, шелкография автоматически позиционируется корректно относительно 3D модели компонента.

Рабочий процесс CAD в шелкографию с использованием контуров DXF

Поскольку на плате не так много компонентов, трассировка не будет слишком сложной. У нас есть два слоя сигналов — Верхний и Нижний — доступных для трассировки высокоскоростных сигналов. Внутренние два слоя будут служить плоскостями заземления. Поскольку плоскость заземления также изменится, если мы перейдем с верхнего слоя трассировки на нижний слой с сигналом, мы должны помнить о размещении возвратных путей через переходные отверстия рядом с сигнальными переходными отверстиями.

Подстроечный резистор размещен близко к краю платы для удобства доступа.

Тестовые точки, посадочные места резисторов 0402 и диоды ESD вызовут разрывы импеданса на основных линиях сигнала связи. Общие рекомендации по трассировке DisplayPort не требуют выреза заземляющей плоскости под тестовыми точками или посадочными местами компонентов. Это необходимо дополнительно проверить в окончательной реализации с использованием соответствующих инструментов симуляции.

С завершением трассировки вот как выглядит готовая плата:

Финализация разводки DP в eDP

После последней проверки на отсутствие столкновений между разъемами платы и соединительными кабелями, мы можем провести окончательную проверку правил проектирования и заказать платы.

Сборка плат

После получения заготовок ПП и трафарета для нанесения паяльной пасты от производителя, мы наконец можем собрать и протестировать печатные платы.

Мы используем паяльную пасту Henkel GC10 с размером частиц T4 для этой платы. Трафарет имеет стандартную толщину 100 мкм. Площадки на этой плате относительно большие. Для компонентов с мелким шагом или компонентов с очень маленьким отверстием в трафарете может использоваться паяльная паста с меньшим размером частиц и более тонкий трафарет. Для нашей платы стандартные значения подходят.

Адаптерная ПП с нанесенной паяльной пастой

Адаптерная ПП с установленными на паяльную пасту компонентами

Адаптерная плата с установленными компонентами для рефлоу

После установки всех компонентов мы паяем плату в печи рефлоу с фазовым переходом. Использование процесса с фазовым переходом обеспечивает очень мягкий процесс пайки, одновременно гарантируя, что ни один компонент не перегреется.

В этот момент я понял, что распиновка разъемов DisplayPort не совпадает. Ранее я упоминал, что распиновка кабеля DisplayPort не совпадает один в один на обоих концах. К сожалению, я узнал это тяжелым путем, поэтому плата теперь зеленая, а не черная.

После пайки оставшихся сквозных компонентов на плату мы готовы к тестированию:

Припаянная адаптерная плата DP основной линк

Припаянная адаптерная плата 3.3V PSU

Полностью укомплектованная адаптерная плата

Тестирование дисплейной панели

Наконец пришло время тестировать дисплей. После проверки функциональности генератора PWM, а также регулятора 3.3V, мы можем подключить дисплейную панель. Мой DELL XPS 9500 будет источником DisplayPort, а лабораторный блок питания с интегрированным монитором мощности обеспечит 12V питание для адаптера.

После подключения панели, она корректно определяется DELL XPS с соответствующим разрешением экрана. После активации подсветки дисплея и деактивации самотестирования с помощью соответствующих перемычек, панель загорается!

Успешное тестирование дисплейной панели

К сожалению, я могу использовать свою камеру только как "измерительный инструмент" для сравнения дисплея с другими ноутбуками, к которым у меня есть доступ. Я сделал несколько снимков, чтобы сравнить яркость и контрастность с другими устройствами с помощью Photoshop. Изменение положения камеры на 10° относительно центра дисплея дает первое представление о углах обзора, при которых экран остается удобным для просмотра. Я поделюсь результатами в будущем обновлении, как только у меня будет готова более надежная установка для измерений. Основываясь на предварительных результатах измерений и моих личных впечатлениях, могу сказать, что этот панель будет частью проекта открытого ноутбука!

На этом пока все. Спасибо за ваше время и интерес! В следующих обновлениях, посвященных дизайну крышки, мы более подробно рассмотрим механическую интеграцию дисплея, а также веб-камеры и сенсорных клавиш. Говоря об этих платах, мы также рассмотрим электрический дизайн этих компонентов. Как упоминалось в этом обновлении, нам все еще предстоит найти решение для жесткого микро-коаксиального кабеля дисплея — еще одна задача, которую предстоит исследовать. Надеюсь, вы продолжите следить за развитием проекта!