IPA Coupler-Levelshifter Board

Inhaltsverzeichnis

Arbeitstechnische Dokumentation:
Vorwort
Aufgabenstellung
Zeitplan – Übersicht
Projektunterteilung
Detail-Zeitplanung
Vorwissen
Meilensteine
Projektablauf
Arbeitsjournal
Berechnung der Projektkosten
Schlusswort

Technische Dokumentation:
Spezifikationen
Schema
Erläuterungen zum Schema
Layout
Top-Layer
Bottom-Layer
Erläuterungen zum Layout
Bauteile und Kosten
Messprotokoll
Messwerte
Datenblatt
Anschlussbelegung
Schalterstellungen
Betriebskonditionen
Durchschalt-Verzögerungszeiten
AC-Charakteristik
DC-Charakteristik

Anhang

Arbeitstechnische Dokumentation:

Vorwort

Obwohl ich weder das erste Mal messe noch layoute, bin ich doch ein bisschen nervös auf das was nun kommen wird. Das ist wohl völlig natürlich, geht es doch nun ums Ganze und entscheidet wesentlich über die Qualität meines Abschlusses.

Ich habe bis jetzt wenig Erfahrung darin, ein Projekt von A bis Z alleine zu bewältigen. Bei den bisherigen Arbeiten, die ich hier in der Philips ausführte, war ich lediglich eine Zwischenstation auf dem Weg zum fertigen Produkt. Auch hatte ich die bisherigen Arbeiten auch praktisch nie gross dokumentiert, was nun also wieder ein Novum darstellt.

Anderseits habe ich im Regionalen Ausbildungszentrum eine gute Grundausbildung genossen, und auch hier im Betrieb einiges gelernt, was ich jetzt auch gern unter Beweis stellen will.

Ich hoffe, dass ich während meiner IPA Prüfungszeit nicht auf unüberwindbare Probleme stossen werde und wünsche mir selber viel Glück dabei.

Lukas Lanzendörfer, 2. April 2003

Aufgabenstellung

Voraussetzungen:

Es ist ein Interface für die PXI-Schnittstelle zu erstellen. Da bei den bisherigen Interfaces immer wieder Störungen aufgetreten sind, die die PXI-Seite auf die Seite des Evaluation-Boardes ausgeübt haben, sollte die beiden Seiten des Interfaces von einander galvanisch getrennt werden. Die Übertragung soll so schnell als möglich sein und da die Ausgangsseite verschiedene Pegel unterstützen muss, sollte der Ausgang auf der Seite des Evaluation- Boardes mit einem Levelshifter gebuffert werden.

Der Geschwindigkeit wegen wurden statt der am Anfang bevorzugten Optokoppler digitale Koppler verwendet.

Vorarbeit:

Ich werde vor dem Prüfungsbeginn das Schema entwickeln und es mit Herrn Riedo auf Fehler überprüfen. Einzelne Footprints stammen von der IPA2002 von Markus Bärtschi, sind also bereits vorhanden. Andere wiederum werde ich selber anfertigen müssen.

Prüfungsarbeit:

Während der mit Herrn Riedo vereinbarten 96 Stunden Prüfungsdauer führe ich folgende Arbeiten aus:

Das Layout wir mit der CAD-Software Protel98 erstellt. Ebenfalls kümmere ich mich um die fristgerechte Bestellung der im Betrieb nicht vorhandenen Komponenten. Nach Fertigstellung des Layout geht der Print in Produktion, wodurch eine Zwangspause von zwei Arbeitswochen entsteht. Nach der Lieferung des Prints wird dieser bestückt und anschliessend ausgemessen und, sofern möglich* , in Betrieb genommen. Während der ganzen Zeit der Prüfungsarbeit werde ich an der Dokumentation schreiben und sie laufend erweitern und vervollständigen.

* erfordert einen Adapter, der bisher noch nicht produziert wurde.

Infrastruktur:

Benötigt werden:

- Computer-Arbeitsplatz mit WindowsNT/2000 und Office-Programmen (Word, Excel)

- Internetanschluss für die Datenbeschaffung der Komponenten

- Protel EDA-Client98 CAD-Software zur Layouterstellung

- Ein Werkarbeitsplatz zum Bestücken des Prints

- Ein Messarbeitsplatz mit div. Messgeräten sowie Mehrfach-Speisegeräte.

Name der Arbeit:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zeitplan - Übersicht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In diesem Abschnitt möchte ich auf die Inhalte der im Zeitplan etwas grob formulierten Punkte eingehen. Dies soll einen Eindruck auf die zu erledigenden Aufgaben geben.

Planen:

Die Planung steht vor allem am Anfang an. Zu ihr gehört als erstes mal die Erstellung eines Zeitplans. Ebenfalls dazu gehört die Überprüfung aller von Drittpersonen übernommenen Angaben wie vorgefertigte Footprints und Schemasymbolen, wie auch die Überprüfung spezieller Komponenten. Das eigene Schema sollte nun aus einer über das Wochenende gewonnener Distanz nochmals differenziert und genau angeschaut werden. Spezielle Aufmerksamkeit erfordert die Überprüfung der Pinkonfigurationen. Zum Planen gehört auch die rechtzeitige Bestellung der benötigten Komponenten. Nachdem sichergestellt ist, dass alle Angaben stimmen, kann mit dem Layout begonnen werden.

Layout erstellen:

Schema, Layout, sowie alle Komponentenbibliotheken werden im CAD-Programm Protel98 erstellt. Dies hat den Vorteil, dass man direkt aus dem Schema mittels der sog. Netlist die Komponenten mit ihren Verdrahtungen ins Layout übernehmen kann. Die Komponenten sollten nun so vernünftig als möglich plaziert werden, um unnötiges Kreuzen der Leiterbahnen und damit unnötige Durchkontaktierungen zu verhindern. Wichtig ist es auch zu beachten, dass die Spannungsversorgungen genügend breit sind. Dies ist nicht nur wegen der Stromdichte und der dadurch entstehenden Temperatur wichtig, es macht die Versorgung auch störungsresistenter. Auch die GND-Planes sollen aus obig genanntem Grund so gross wie möglich sein. Die Signalbahnen sollten parallel nicht zu nahe beieinander verlaufen. Dies ist wegen den steigenden Kapazitäten und der dadurch resultierenden Störspannungen bei hohen Frequenzen wenig vorteilhaft. Nach Möglichkeit gilt es, einen Teil des GND-Planes dazwischen zu legen. Nach der Vervollständigung des Layouts werden die Daten „gegerbert“, d.h. maschinen- kompatibel gemacht und anschliessend, da wir den Print nicht selber herstellen, in die Produktion auswärts gegeben.

Bestücken:

Um eine langfristige Funktion sicherzustellen ist es wichtig, auch diesen Teil der Arbeit sehr genau zu erledigen. Die Temperatur des Lötkolbens ist entscheidend. Das Lot schmilzt bei 183°C, zu hohe Temperaturen zerstören die Struktur des Zinns und führen manchmal dazu, dass sich das Pad vom Print löst. Ich arbeite bei 280 … 320°C, dies gewährleistet eine saubere Lötstelle, jedoch auch einen guten Fluss des Zinns. Man sollte schon beim Layout daran denken, beim GND-Plane Wärmefallen einzubauen, sonst ist man beim Bestücken dazu gezwungen, hohe Temperaturen zu verwenden. Bei den IC’s sollte man (natürlich!) auf die Pin1- Markierung achten. Die restlichen Bauteile des Prints sind nicht polarisiert und deshalb unkritisch.

Messen / Testen:

Zuerst werden die Messparameter festgelegt. Genauere Angaben hierzu finden Sie in der Messtabelle. Anschliessend wird die Funktion und die zu erwartenden Messwerte überprüft. Achtung: Immer daran denken, vor dem Messen die Messsonden abzugleichen!

Dokumentation:

Die Dokumentation beansprucht in meiner Zeitplanung über einen Drittel der Gesamtzeit. Sie besteht aus einem Arbeitsjournal, in welchen ich jeden Tag über Fortschritte und Rückschläge Buch führe. Die geleisteten Arbeiten werden dokumentiert und technische Unterlagen angefertigt. Am Schluss der IPA werde ich zudem noch die Kosten für das Projekt abschätzen. Die Dokumentation ist der offensichtlichste und für das Produkteverständnis der wichtigste Teil der Arbeit. Deshalb sollte sie in einem ansprechenden Design daherkommen. Das fördert meiner Meinung nach nicht nur die Übersicht, sondern auch das Interesse und Verständnis.

Detail-Zeitplanung

Mit den dazugehörenden Soll- und Ist-Werten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Vorwissen:

Protel98 (Schema & Layout) :

S PHI

Ich habe bisher schon einige Schemen auf dieser CAD-Software erstellt. Obwohl ich meine ersten CAD-Gehversuche auf EAGLE gemacht habe und anschliessend im Regionalen Ausbildungszentrum RAU den CAD-Kurs auf der Software TARGET absolviert habe, muss ich betonen, dass dieses Programm mit Abstand das Beste, aber auch das Komplexeste von all diesen ist.

Ich habe vor etwa einem Jahr mit simplen eins-zu-eins-Verdrahtungen begonnen, machte aber mittlerweile auch schon wesentlich komplexere Sachen, wie z.B. einen Anzeige-Ansteuerungs- print für eine LED-Matrix oder ein Mikrokontroller-Board, beides ein Bestandteil eines Informatikprojekts der Berufsschule.

Inzwischen bin ich relativ sicher und schnell auf dieser Software, sie wird mir wahrscheinlich keine Probleme bereiten.

Löten (Bestücken) :

Die Grundlagen des Lötens erlernte ich während meines Grundlagenjahres im Regionalen Ausbildungszentrum RAU. Inzwischen habe ich ein wenig die Routine verloren, da ich so gut wie nie löte. Mein Tätigkeitsgebiet während der letzten anderthalb Jahre war vor allem software- orientiert.

Messen:

Ich habe zwar schon lange nicht mehr gemessen, habe aber wie auch in der Fertigungstechnik vor zwei Jahren an der Teilprüfung sehr gute Qualifikationen erhalten. Ich denke, dass es mir rasch gelingt, mich in dieses Thema wieder einzuarbeiten. Die Grundlagen erlernte ich ebenfalls im RAU, seither hatte ich keine grössere Messaufgabe gefasst. Ich hatte auch so gut wie nie im firmeninternen Labor gearbeitet, deshalb kann es sein, dass ich ab und zu ein bisschen zusätzliche Zeit mit suchen verbringen werde.

Meilensteine

Erklärung:

Für mich ist es wichtig, auf diverse definitive Fixpunkte hin zu arbeiten. So behalte ich die Zeit besser im Griff. Aus diesem Grund setze ich für meine Arbeit einige Meilensteine, die es zu Erreichen gilt.

Beim rechtzeitigen Erreichen der Meilensteine kann das Projekt nach Plan weiterverfolgt werden. Bei ev. Nichterreichen sind zusätzliche Anstrengungen erforderlich.

1. Das Layout ist spätestens am 11. April fertig, damit es eingeschickt werden und der Print rechtzeitig in Produktion gehen kann.
2. Sobald sich der Print in der Produktion befindet werden die Testparameter festgelegt. Anschliessend wird die IPA bis spätestens 7. Mai unterbrochen.
3. Das Projekt soll spätestens am 16. Mai beendet werden.