Welche Möglichkeiten hat ein Laie, ein High-End-IC auf eine Platine zu setzen? [geschlossen]

Eigentlich bin ich Experimentalphysiker, der seinen Lebensunterhalt mit Softwareentwicklung verdient. Mein Wissen hört also im Grunde damit auf, Mikrocontroller-Programme zu schreiben, sie auf ein Steckbrett zu legen und die Drähte auf einfache Weise einzuhaken.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Damals in meiner Studentenzeit habe ich es auch geschafft, eine Leiterplatte mit Löchern zu bekommen und elektronische Teile darauf zu löten, um einen RCD-Programmierer für einen PIC16F84-Mikrocontroller zu erstellen, und es hat funktioniert (das war wie vor 10 Jahren).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Jetzt würde ich gerne einen hochauflösenden ADC mit Arduino machen, aber er muss zuverlässig sein und schließlich möchte ich ihn in einen Koffer / eine Kiste stecken. Der ADC-Chip, den ich im Auge habe, ist ADS1256 .

Ich ziele auf 24-Bit mit einer Abtastrate von etwa 10 kHz ab, und dieser Chip scheint perfekt zu sein. Ich habe jedoch absolut keine Ahnung, wie man einen so relativ kleinen Chip auf eine Platine bekommt, damit ich ihn anschließen könnte.

Ich frage mich, ob es eine einfache Möglichkeit gibt, dies selbst zu tun (z. B. mit einer Leiterplatte mit Löchern, wie auf dem Bild), oder ob es Dienste gibt, die dies für Geld tun würden, ohne 10.000 Stück herstellen zu müssen. Wenn ich das als DIY betrachte, ist eine Herausforderung, dass sich alles wie eine Antenne verhält und ich viel Rauschen in meinen digitalisierten Signalen habe, wenn ich das vermassele.

Welche Möglichkeiten habe ich? Bitte beraten.

PS: Falls es relevant ist, ich lebe in Deutschland.

Es ist nicht klar, ob Sie mit dem PCB-Layout experimentieren möchten oder nicht. Wenn ja, ist der Herstellungsteil durchaus realisierbar, es gibt viele fabelhafte Dienste, bei denen Sie wenige Leiterplatten herstellen können - das richtige Layout und die Minderung von Rauschen sind jedoch ein weiteres Problem. Wenn nicht, dann sollten Sie sich wahrscheinlich in einem Portal für Freiberufler umsehen.
@Wesley ist zunächst ein Experiment, könnte aber später an Kollegen verteilt werden. Können Sie Beispiele für solche Dienste nennen?
Ich stimme dafür, diese Frage als nicht zum Thema gehörend zu schließen, da Fragen zum Thema „Was sind meine Optionen?“ nicht zum Stack-Exchange-Modell spezifischer Antworten auf bestimmte Fragen passen. Außerdem hat der Titel der Frage keinen Bezug zum Körper.
Um die Vorteile eines hochpräzisen A/D-Wandlers nutzen zu können, benötigen Sie ein sorgfältig und professionell entwickeltes Board dafür. Prüfen Sie, ob der Hersteller ein Evaluierungsboard anbietet, oder suchen Sie nach einer Alternative, die auf einem Board verfügbar ist, das dazu bestimmt ist, seine theoretischen Fähigkeiten praktisch zu demonstrieren.
@TheQuantumPhysicist - eurocircuits.eu, pcbway.com, oshpark.com usw
@Chris Danke für die Info. Eigentlich bin ich mir dieses Problems bewusst und habe es in meiner Frage angedeutet. Aber für den Anfang reicht die bereitgestellte Lösung aus, um den SPI-Code zu schreiben. Später werde ich eine bessere Lösung in Betracht ziehen, nachdem ich die Rauscheigenschaften ein wenig studiert habe. Ein Eval-Board ist vorhanden, kostet aber 200 Euro im Vergleich zum Chip, der 15 Euro kostet. Damit würde ich nicht anfangen.
Wie viel Präzision erhoffen Sie sich von diesem ADC? Ich vermute, dass Sie mit einem hervorragenden PCB-Layout nicht einmal 24 Bit echter, rauschfreier Präzision erzielen werden, und noch weniger mit einem unterdurchschnittlichen Layout. Kümmern Sie sich nicht um Steckbretter oder Perfboards.
@marcelm 20 Bit und ich werde dankbar sein. Es gibt keine Möglichkeit, es zu wissen, ohne es zu versuchen.
200 Euro für das Experimentatorboard sind nicht teuer. Willst du mich beauftragen, einen für dich zu machen? Bitte tun, aber rechnen Sie mit Größenordnungen mehr nur für das Design. Zugegeben, es wird wahrscheinlich besser sein als ein TI-Design.
@marcelm Es ist nicht unmöglich, eine Leistung unter UV zu erzielen. Ohne geeignete Gehäuse ist es nicht einfach, aber bei weitem nicht unmöglich. Mit Veroboard oder Breadboard ist dies jedoch so gut wie unmöglich.
@asmy es ist ein bisschen komplizierter als das. Ich bin derzeit ein externer Auftragnehmer für die Forschungsgruppe. Ich möchte nicht mit 200 Euro anfangen. Wenn sich aber der Proof-of-Principle als notwendig erweisen sollte, kaufe ich das Board auf jeden Fall gerne, aber dann geht es zu Recht zum Endpreis.
Nochmal. 200 Euro für ein tatsächlich brauchbares Design sind nicht teuer. Ich habe weniger als Sekunden über mehr als das Doppelte nachgedacht. Allein das Herausfinden der Leistungsdomänen und die richtige Filterung dauert mehr Zeit als 200 Euro kosten würde, oder sogar das Doppelte.
@asmy vertrau mir, wir sind uns nicht einig :)
Wenn Sie Forschungsassistenten haben, finden Sie jemanden, der sich mit PCB-Layout auskennt oder bereit ist, es zu lernen; Ich habe mir KiCad gut genug beigebracht, um dies mit wenig Schwierigkeiten zu tun. Sie können eine kundenspezifische Leiterplatte zu einem vernünftigen Preis drucken lassen.
Ich finde es schade, dass die Mods das auf Eis gelegt haben. Also werde ich Kommentare spammen. Diese Frage erklärt die andere Frage, die Sie vor ein paar Tagen zu demselben ADC gestellt haben und bei der ich mich wirklich gefragt habe, ob Sie keine Ahnung vom Eingangs-Gleichtaktbereich eines ADC-Chips haben oder etwas wissen, das ich nicht weiß. Es stellte sich heraus, dass Sie keine Ahnung hatten. Dir wird keine Schuld zugeschrieben, jeder muss lernen, und das bringt normalerweise diesen ganz besonderen Geruch von brennendem Zeug mit sich ...
Nun, dies ist ein Hochleistungschip, 24 Bit scheinen für Softwareentwickler nichts zu sein, hey, wir haben 64-Bit-Gleitkommazahlen! Wen interessiert das! Aber in der realen/analogen Welt ist das Abziehen eines 24-Bit-ADC ungefähr so ​​einfach wie das Werfen eines Zahnstochers von meiner Couch in die erdnahe Umlaufbahn in die USA, und ihn dann genau in der Mitte von Trumps Stirn landen lassen.
24 Bit sind 0,000003 % Fehler. Das ist, als würde man mit einem Elektronenmikroskop auf ein Maßband schauen. 24 Bit sind ungefähr 0,03 Teile pro Million. Diesmal wollte ich den besten Low-Jitter-Oszillator unter 2 US-Dollar, weil ich ein praktischer Audiophiler bin und Low-Jitter besser klingt. Aber ich bin praktisch, also habe ich einen Schwellenwert von 2 $ festgelegt.
@peufeu Danke für das Interesse daran. Sie haben Recht. Ich bin kein Experte für irgendwelche Details und Ihre Hilfe wird sehr geschätzt. Eigentlich können Sie viele dumme (?) Fragen von meiner Seite erwarten, bis ich das richtig gelernt habe, sie werden bald hier oder auf dem Arduino SE erscheinen (ich habe ADCs oft verwendet, aber nie gebaut). In der Zwischenzeit könnten Sie mir sagen, dass Sie daran interessiert sind, dass ich Fragen direkt an Sie weitergebe, und / oder eine Quelle empfehlen, aus der Sie dies lernen können, um die Dummheit meiner Fragen zu minimieren :)
Hey warte, ich habe die Geschichte noch nicht beendet! Also kaufte ich ungefähr zehn Oszillatoren, jeweils 1-2 Dollar, verschiedene Modelle. Habe sie alle in meine Ausrüstung gesteckt, Hörtests gemacht. Dann habe ich ein Rig entwickelt, um Phasenrauschen mit der Soundkarte zu messen, die ich für 30 € bei ebay bekommen habe. Jeder Oszillator wird mit 2 AA-Batterien betrieben, dann extrahiert ein HF-Mischer die Frequenzdrift, erfasst mit einem Python-Skript, FFT, Signalverarbeitungsmagie ...
Es stellte sich heraus, dass eine Soundkarte mit Hilfe von Software Pikosekunden messen kann, sogar viel weniger. Aber was mich wirklich zum Lachen brachte, war, als ich ein Kleenex aus meiner Tasche holte, es mehrmals faltete und es mit Klebeband auf den Oszillator klebte.
Das Kleenex-Bündel, das auf der Platine klebte, hielt die Temperatur des Chips stabil, indem es Luftströme blockierte. Frequenzdrift gesenkt, es war messbar.
Diese Art von Effekten liegt viele Größenordnungen über der 24-Bit-Präzision. Auf den Chip pusten, nur anschauen, und schon ist er aus. Ich meine, ich habe einen DAC/ADC mit ESS-Chips gebaut, hochmoderne Chips ... und die Verzerrung betrug etwa 2 Teile pro Million! Weit über den Datenblattzahlen! Also schnappte ich mir eine Flasche Isopropylalkohol und schrubbte das Brett und schrubbte noch etwas mit einer Zahnbürste ... und es verlor ungefähr 10 dB an Verzerrung.
Sparen Sie also nicht, Ihre Zeit ist mehr wert, ein 10 x 10 cm großes 4-Lagen-Board kostet 50 US-Dollar, kleiner ist billiger und 2-Lagen sind spottbillig, schauen Sie sich allpcb.com oder Seedstudio an.
@peufeu Danke für den Rat. Ich verstehe dein Argument :)
@peufeu Ich war auch enttäuscht, dass diese Frage auf Eis gelegt wurde, ich dachte, es gab viele gute Diskussionen und Lehren, die daraus gezogen werden könnten. Wahrscheinlich braucht es nur eine Titeländerung. Vielen Dank für das Teilen Ihrer Geschichte, das ist eine nützliche Perspektive.

Antworten (3)

Was ist Ihr Budget? Sie können immer Breakout-Boards verwenden, wie in einer anderen Antwort erwähnt, aber auf diese Weise erhalten Sie möglicherweise die Hälfte dieser 24 ADC-Bits als nützliche Informationen. Um auch nur 16 nützliche Bits aus einem ADC herauszuholen, ist eine Leiterplatte mit guten Leistungs- und Signalintegritätspraktiken erforderlich.

Sie könnten sich beim Layout Ihrer Leiterplatte versuchen, aber es könnte schnell überwältigend werden.

Alternativ bietet TI ein Evaluierungskit für das Teil an, das so konzipiert ist, dass es so viele Bits zusammendrückt, wie die Anwendungsingenieure verwalten können. Siehe hier:

ADS1256 Leistungsdemonstrationskit

Wenn Sie das Benutzerhandbuch auf dieser Seite lesen, sieht es so aus, als ob das Kit in zwei Teilen geliefert wird, was Ihnen einige Optionen bietet. Die kleinere Platine ist der ADC und seine unterstützende Schaltung. Ich habe die Anleitung nur überflogen, aber es sieht so aus, als ob die analogen Signale auf J1 und die digitalen Signale auf J2 ausgebrochen sind. Daher kann J2 mit Ihrem Arduino verbunden werden (es ist ein 100-mil-Raster, das zu Ihrem typischen Steckbrett passt, sodass Sie möglicherweise nur das Board auf den Kopf stellen und einstecken müssen), und J1 kann möglicherweise direkt mit dem verdrahtet werden, was Sie messen oder vorzugsweise auf einer Platine zu einem geeigneten Kabelstecker herausgebrochen. Die digitale Steuerung ist nur I2C, so dass Ihr Arduino keine Probleme haben wird.

Es sieht so aus, als hättest du früher nur das kleinere Board kaufen können, aber es ist veraltet. Sie können beide Boards zusammen für 200 $ von TI bekommen. Die zweite Platine ist eine DSP-betriebene Schnittstelle zu Ihrem Computer. Sie müssen sich darüber informieren, was das bietet, aber Sie werden vielleicht sogar feststellen, dass das alles ist, was Sie für Ihre Zwecke benötigen, vorausgesetzt, es bietet ein SDK und Sie versuchen nicht, eine Fernüberwachung durchzuführen. Wenn Sie kostensensibel sind und nur das kleinere Board wollen, wenden Sie sich direkt an TI. Sie sind oft entgegenkommend mit Demo-Kits, besonders wenn Sie mit einer Institution oder einem Unternehmen mit großem Namen verbunden sind.

ADS1256 EVM- und DSP-Board

Da ich für einen Konkurrenten von TI arbeite, der sich auf „shmanalog shmevices“ reimt (allerdings nicht annähernd deren Chipgeschäft), füge ich hinzu, dass es sich lohnt, so viele Geräte wie möglich zu testen, wenn man sich Evaluierungsboards ansieht. Je nachdem, wie der Apps-Ingenieur die Verwendung der Demo-Plattform wollte, finden Sie möglicherweise einige Evaluierungsboards brauchbarer als andere für Ihre Anwendungen.

Eigentlich ist das Evaluation Board für mein Budget sehr teuer. Ich suche so um die 30€. Interessanterweise zeigte das Googeln von Ads1256 und das Betrachten der Bilder sehr interessante, kleine Boards von Quellen wie aliexpress.
In diesem Fall sollten Sie sich an TI wenden, um zu sehen, ob Sie nur das ADS1256EVM (das kleinere Board) bekommen können; Ein erheblicher Teil dieser 200 US-Dollar entfällt auf das größere DSP-Board und den technischen Support, den sie für das Kit anbieten. Und wie gesagt, sie sind sehr entgegenkommend (und sie sind auch dafür bekannt, Demo-Kits kostenlos an Studenten und Forscher zu verschenken). Ich wäre skeptisch gegenüber der Signalintegrität von Boards auf aliexpress. Wenn Sie diesen Weg gehen, möchten Sie möglicherweise die Anzahl der benötigten Bits verringern.
@TheQuantumPhysicist dieser Link sieht nach einer vernünftigen Option aus. Ich möchte auch darauf hinweisen, dass das obige Benutzerhandbuch einen Schaltplan, eine Skizze und Bilder des Layouts für das kleinere Breakout-Board enthält, so dass es ziemlich einfach sein sollte, Ihr eigenes zu entwerfen, wenn Sie dies wünschen.
Jaalalipops Kommentar funktioniert auch, ich habe eine Reihe von Proben von TI erhalten
@TheQuantumPhysicist Vorsicht beim Kauf von Quellen wie AliExpress; Die Gesamtqualität schwankt stark, und es ist ein sehr reales Problem, (Produkte mit) gefälschten Chips zu bekommen.
@marcelm Danke für den Hinweis. Ich habe gerade ein Board bei eBay gekauft. Hoffentlich wird es gut.

Sie können das Oberflächenlöten ohne neue Ausrüstung selbst durchführen, wenn Sie ein Breakout-Board für dieses spezifische Chippaket (Formfaktor) kaufen. Ich habe nicht das gesamte Datenblatt auf dem von Ihnen angegebenen Chip gelesen, daher bin ich mir der Paketspezifikation nicht 100% sicher, aber dies könnte das sein, wonach Sie suchen. Dann können Sie das Oberflächenlöten zu Hause mit Flussmittel und einem normalen Lötkolben durchführen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Sie schließlich einige davon erstellen möchten, können Sie diese Art von Ausbruchsmuster einfach in der PCB-Layout-Software zeichnen und drucken lassen. Wenn Sie sie nicht dringend benötigen, können Sie das Design zu einigen Diensten außerhalb Chinas schicken und in etwa 2 Wochen etwa 20 Platinen für jeweils etwa 1-2 US-Dollar drucken lassen.

Wow ... Das ist großartig! Vielen Dank! Wenn ich keinen besseren Vorschlag bekomme, schätze ich, dass Ihre Lösung sehr gut passt!
Sie werden die beworbenen Fähigkeiten eines ADC-Chips nicht annähernd erreichen, wenn Sie ihn so montieren und auf ein Steckbrett legen. Diese Breakout-Boards können für andere Teile sehr nützlich sein und um sicherzustellen, dass Sie die digitale Kommunikation zwischen einer MCU und einem ADC verstehen, aber um die volle Leistungsfähigkeit des Chips zu nutzen, benötigen Sie eine sorgfältig entworfene, speziell angefertigte Leiterplatte, der extreme Aufmerksamkeit geschenkt wurde dafür bezahlt, Lärmprobleme zu vermeiden. Selbst dann sind die niederwertigen Bits nur im statistischen Sinne "echt".

Ich habe einmal einen 22-Bit-ADC mit einer Wortrate von vielleicht 50 Hertz auf einer zweiseitigen Leiterplatte evaluiert. Es gab KEINE digitalen Leitungen in der Nähe des Eingangs oder des ADC, mit Ausnahme der seriellen SPI-Schnittstelle (3-Draht), die zwischen ADC-Konvertierungen im Ruhezustand war. Und ich hatte 1-kOhm-Widerstände in den clk-data-enable 3-Drähten, um den entfernten MCU-Müll zu "ermutigen", fern zu bleiben.

Wie viel Magnetfelder können Sie vertragen? Betrachten Sie 60 Hz, 1 Ampere, 1 Meter Entfernung, mit Überspannungen bis 10 Ampere mit Anstiegszeiten von 1 uS, wenn sich die Gleichrichterdioden abrupt einschalten. 1-uS-Kanten werden von der Kupferfolie schlecht abgewiesen (nur eine oder 2 dB Dämpfung durch Skin-Effekt), daher gehen wir von keiner magnetischen Abschirmung aus. Angenommen, Ihr anfälliger Schleifenbereich ist der Bereich, der von Vin+ und Vin- des ADC umschlossen ist und als 100 Millimeter (4 Zoll) mal 1 mm modelliert ist. Hier ist die Mathematik (ich kenne die Antwort nicht; ich werde genauso überrascht sein wie Sie ).

v ich N D u C e = [ M U 0 M U R A R e A / ( 2 P ich D ich S T A N C e ) ] / D ICH / D T

Da wir wissen, dass MU0 4 * Pi * 10^-7 Henry/Meter ist, schreiben wir Vinduce um als

v ich N D u C e = 2 e 7 A R e A / D ich S T A N C e D ICH / D T

und wir haben

Vinduce = 2e-7 * (100mm * 1mm) / 1meter * 10amps/1uS

Vinduce = 2e-7 H/m * 100e-6 m^2 / 1m * 10^+7 Ampere/Sek

Vinduce = 2e-7 * 100e-6 * 1e+7 = 200 * e-6 = 200 Mikrovolt.

Fühlst du dich glücklich? (Clint Eastwood)

Welche Topologie hat dieser Störer?

Ein einzelnes Kabel mit unendlicher Länge, das 10 Ampere mit 1 uS Trise führt (tritt 120 Mal pro Sekunde auf, was wir für unsere Berechnung nicht benötigen), der Rückweg befindet sich im Unendlichen. In Wirklichkeit haben Stromkabel die Hot/RTN-Leitungen nur wenige Millimeter voneinander entfernt, sodass sich der größte Teil des Magnetfelds selbst aufhebt. Am meisten. Wie glücklich fühlen Sie sich?

Und die anfällige Schleife ist das 100 mm lange Eingangssignal zum ADC, wobei Vin+ 1 mm von Vin- entfernt liegt; Entfernung über Ebenen wird nicht modelliert.

Noch ein Fehler? elektrische Felder von Spitzen bei 60 Hz und 80.000 Hertz von elektronisch gesteuerten Leuchtstofflampen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Frage fragt nach einem billigen 24-Bit-ADC unter 200,- $. Das ist wahrscheinlich nicht die Antwort, nach der er gesucht hat. Diese Antwort zeigt, dass es schwierig sein könnte, ein solches Gerät zu erstellen.
Deshalb machen wir Differenzmessungen :)
"Nard, ein solches Gerät zu erstellen"? Ja, das ist der Zweck all der Details, die ich bereitgestellt habe.
Die 200 uV wurden in die durch Vin+ und Vin- gebildete Schleife der differentiellen Eingangsspuren auf der PCB induziert.