(Warum) ist dieses Design scheiße?

Ich entwerfe einen Open Hardware-Türschloss-Controller für unseren Hackerspace, um diese grundlegenden Anforderungen zu erfüllen:

  • Ausschließlich aus verfügbaren und preiswerten Teilen hergestellt werden.
  • Externe Wiegand-Tastatur lesen
  • Externes Wiegand-RFID-Lesegerät auslesen
  • Steuern Sie verschiedene Türschlösser und andere Aktuatoren.
  • Lesen Sie 125-kHz-EM4100-RFID direkt mit einem integrierten Lesegerät.
  • Passive POE-Stromversorgung, um die Verkabelung zu vereinfachen.
  • Führen Sie ungeregelte 15-30 V DC aus (günstige und einfache USV mit hoher Kapazität über SLA)
  • Stellen Sie einen geregelten 12-V-DC-Ausgang bei 300 mA bis 1,5 A Spitze für externe Geräte bereit.
  • Sprechen Sie Ethernet mit dem Server.
  • Führen Sie eine lokale Liste der zulässigen Schlüssel, damit nur Strom benötigt wird, um uns hereinzulassen.
  • Steuern Sie ein externes 230-V-Gerät mit zwei Relais.

Dies ist die zweite Drehung der Platine mit ein paar Änderungen, um die Probleme zu beheben, die ich gefunden habe. Die größte Änderung, die ich vorgenommen habe, ist, den LDO, der die 3,3-V-Schiene regulierte, wegzuwerfen, im Austausch gegen einen einfachen MC34063-basierten Umschalter.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass es funktionieren wird, aber ich hätte gerne einige Kommentare, um zu überprüfen, ob ich etwas übersehen habe.

Kompromisse, die ich beim Design eingehen musste, sind:

  • Der Primärkondensator (35 V) ist platzsparend auf dem Ethernet-Transformator gestapelt.
  • Der Ethernet-Transformator ist riesig, aber ich habe ein paar davon und sie waren billig, also werde ich sie verwenden, auch wenn sie riesig sind.

Hauptfragen

  • Gibt es eine billigere und bessere Möglichkeit, die beiden Netzteile zu implementieren (ich brauche etwa 200 mA bei 3,3 V und 300 mA bei 12 V mit Spitzen bis 1,5 A)?
  • Sieht die Schaltung/das Layout des MC34063-Umschalters vernünftig aus?
  • Ich habe keine Ahnung, wie ineffizient der MC34063 ist, also habe ich versucht, ihn mit dem Kupfer, das ich zur Verfügung habe, so gut wie möglich zu kühlen. Gibt es Hinweise für Verbesserungen?

Schaltplan als pdf

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Was bedeutet "passives POE"? Irgendeine Art von nicht standardmäßiger Verkabelung, die fast genau wie Standard-Ethernet aussieht und schwere Schäden an allem verursachen kann, was versehentlich daran angeschlossen wird? 802.3af POE ist aus gutem Grund intelligent.
Passives POE ist die nicht standardmäßige Methode, POE zu betreiben, bei der einfach die beiden zusätzlichen Paare für die Stromversorgung verwendet werden. Dies ist in bestimmten Bereichen sehr verbreitet, da es an beiden Enden des Kabels billig und effizient ist.
Wie hat es geklappt?

Antworten (1)

Ich wäre wirklich überrascht, wenn dies funktioniert, zumindest mit einiger Zuverlässigkeit. Sie brauchen dringend eine Stromversorgungsebene und eine Masseebene mit Komponenten wie diesen.

Zum Beispiel ist der ENC28J60SS ein Strommodustreiber, diese Leiterbahnen von ihm zum Impulstransformator zur Buchse werden hohe Ströme führen, die mit hohen Geschwindigkeiten schalten, ohne dass ein angemessener Versorgungs- oder Erdungspfad für sie vorhanden ist. Ich würde mir auch Sorgen um den Kristall machen, da seine Abstimmkondensatoren einen sehr langen Pfad mit hoher Induktivität zur Erde haben. Ich würde vermuten, dass dieses Design eine Tonne EMI aussendet, möglicherweise genug, um die Elektronik in der Nähe zu stören.

Das Layout für den Switcher ist ebenfalls riesig, ich würde erwarten, dass Sie während dieses Designs erhebliche Mengen an Rauschen und Versorgungsklingeln haben, die vom Switcher und den Ethernet-Komponenten kommen.

Sie haben auch POE erwähnt, aber es gibt keinen POE-Controller auf diesem Board. Wenn Sie vorhaben, nur einen POE-Switch anzuschließen, gibt es ein Verhandlungsverfahren, um Strom anzufordern (in verschiedenen Stufen). Die einzige Möglichkeit, dies vom Ethernet-Port auszuschalten, wäre, einen Mid-Run-Injektor zu finden, der gerade die nicht verwendeten Paare in 10/100 Base-T mit Spannung versorgt. Wenn Sie dies an einen Gigabit-Switch anschließen, kann dies zu erheblichen Problemen führen. Diese Paare sind auch nicht mittig angezapft, wie sie es für POE sein sollten. Wenn Sie die Pins 7/8 direkt auf Masse legen, könnte dies zu großen Problemen sowohl für dieses Gerät als auch für den Schalter führen.

Es gibt eine Menge, auf die ich eingehen könnte, aber 90% davon sind das Ergebnis des Fehlens von Strom- / Masseebenen. Klären Sie das zuerst.

Außerdem sollte der Mittelpunkt von R5 und R6 nicht mit dem Mittelabgriff des Impulstransformators verbunden werden, und die Buchsenseite des Ausgangstransformators sollte an seinem Mittelabgriff eine kleine Hochspannungskappe zur Gehäuseerde haben

Ich bin da bei Mark. es ist ein ordentliches (wie in ordentliches) Design, aber es ist kein sehr gutes. Ich habe kürzlich ein PoE-Board entworfen und den LM5071 PoE Switchmode Controller verwendet; Es war ein Kinderspiel zu bauen, funktioniert sehr gut und würde Ihnen die Arten von Spannungen bei den Stromstärken liefern, die Sie verlangen. Außerdem überlappen Ihre großen Elektrolytkappen andere Teile / Zugangsschrauben, die Montage kann schwierig sein.
Über die Stromversorgungsebenen: Ich werde nicht mehr als zwei Lagen PCB verwenden, also kann ich nicht zwei Lagen für die Stromversorgung entbehren, aber ich werde die Ethernet-Komponenten auf jeden Fall neu organisieren, damit ich eine größere lokale Grundebene darunter bekommen kann. Ziehen Sie die Stromversorgung um sie herum fest und um die Kristall + Kappen festzuziehen.
Über POE: Ja, ich verwende kein Standard-POE, sondern das in einigen Bereichen gebräuchlichere nicht standardmäßige passive POE.
Über R5 & R6: Sie sind nicht mit dem Mittelhahn verbunden, ich bin nur schlampig beim Zeichnen, sorry.
Über den Umschalter: Ja, er ist irgendwie verteilt, aber außer den MC34063 um 90 Grad zu drehen, um einen kürzeren Draht von Pin 2 zur Spule und zur Diode zu bekommen, sehe ich nicht, wie ich ihn möglicherweise festziehen könnte.
Alles, was nicht mindestens eine volle, solide Grundplatte ist, ist Zeitverschwendung. Die Abschnittsgüsse tragen wenig bis gar nichts zur Lösung des Problems bei, es sei denn, sie erstrecken sich ununterbrochen bis zur Erdungsverbindung der Versorgung, selbst wenn Signale über den Rand der Ebene verlaufen, haben Sie ein weiteres Problem verursacht. Sie benötigen keine 2 separaten Leistungsschichten, Sie können die Ebene für +3,3 V und +12 V aufteilen. Achten Sie jedoch darauf, dass Sie die Aufteilung auf benachbarten Schichten überbrücken. Die einzige Möglichkeit, dieses Design zuverlässig zu machen, ist ein 4-Lagen-Board.
Es tut mir leid zu sagen, dass ich nicht mehr als zwei Schichten habe, mit denen ich spielen kann, also gibt es in der Zukunft dieses Designs keine vollständige Grundebene. Das alte Layout funktioniert tatsächlich und es gibt viele Fälle, in denen Leute EN28J60 auf zweilagigen Platinen verwenden, was übrigens. ist ein 10-Megabit-Teil.
Vielen Dank für Ihr Feedback, selbst das Budget verbietet mehr als 2 Ebenen. Ich konnte den ENC28J60 und die Switcher-Layouts ziemlich straffen und die Leistungsspuren fetter machen, also sollte es eine gewisse Chance geben, dass alles klappt.
Ich kenne das Teil, es gibt eine ziemlich lange Liste von Leuten, die versucht haben, es zu benutzen, und FCC bei 200 MHz kläglich gescheitert sind. Ich hatte Probleme mit einem pic18f97J60, der die gleiche Treiberschaltung im Strommodus verwendet, und musste auf einer 6-Lagen-Platine mit kontrollierter Impedanz sehr vorsichtig damit umgehen, um FCC zu löschen. Schauen Sie sich den Ethernet-Ausgang um 200 MHz an, Sie werden wahrscheinlich eine unangenehme Welligkeit von ~ 50 mV darauf finden. Für Ihre Anwendung mag es in Ordnung sein, aber ich wäre gespannt, was passiert, wenn der Ethernet-Port fährt und das Relais schaltet.
Zum Glück wird es kein Verbraucherprodukt sein, also muss es nicht FCC bestehen oder CE-zertifiziert sein. Ich werde die Platine in eine schöne enge Metallbox stecken, um die EMI im Inneren zu halten, also bin ich hauptsächlich darauf bedacht, etwas zu bekommen, das für mich funktioniert, als etwas, das für die FCC funktioniert :)
Nun, das Metallgehäuse wird nicht viel helfen, die Emissionen werden von den verschiedenen Drähten ausgestrahlt, die daran befestigt werden. Das Rauschen im Ethernet-Teil wird nicht im Ethernet-Teil enthalten sein. Es breitet sich im gesamten Design aus und ist auf allen Signalen und Drähten vorhanden, die in das Design ein- oder ausgehen. Außerdem ist es nicht nur ein FCC-Problem. Ground Bounce und Versorgungsklingeln wirken sich auf die Zuverlässigkeit des gesamten Designs aus. Dies ist schließlich ein Türschloss, es gibt einen großen Unterschied, ob es auf Ihrer Werkbank funktioniert oder ob es Ihren Platz monatelang sichert.
Alles sehr hilfreiche Kommentare. Wir haben jedoch ein 2-Layer-Board (der größte Teil einer Schicht ist gnd) mit Ethernet, PoE und RFID, das das Board überschüttet, und es hat die EMV bestanden und ist sehr zuverlässig.
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