MatrixSW HDMI-I2S I2S Data /I2C基板

MatrixSW HDMI-I2S送信部のボードですが、I2S Data,LRCKとI2Cの送信回路とCLKの送信回路を別々の2層基板で構成し、この２つを貼り合わせて擬似4層基板的にします。

　これにより、CLK系とI2S-data、I2Cの信号だけでなく電源・GNDの分離がよりはっきりとできるようになります。

　このうちのI2S Data /I2Cの方の基板のパターンを引きました。
　

 　HDMIコネクタを２つの基板どちらからも他の基板を介さずに接続できるようにSMTタイプからスルーホールタイプに替えました。ほとんど出まわっていないようですが、Dig-Keyに1種類だけ在庫ありのものがあります。
　逆に電源入力とI2S、ISCの入力コネクタは、CLK系の基板に干渉しないようにSMTタイプに切り替え、部品はB面側は内層になるためA面側のみでB面はほぼ全面ベタアースとしました。

MatrixSW　HDMI-I2S　　I2S Data /I2C基板回路図

　　I2S Data,LRCKのアイソレーターとLVDSドライバ、およびこれらのICと対向側のアイソレーターまでの電源を供給するTPS7A47000による3.3V電源回路を搭載。
　HDMIコネクタをスルーホールタイプとしたので、ハンダ付けの失敗のリスクが高いのはTPS7A47000だけになります。

MatrixSW　HDMI-I2S　　I2S Data /I2C A面　3/10更新

MatrixSW　HDMI-I2S　　I2S Data /I2C B面　3/10更新

MatrixSW　HDMI-I2S　　I2S Data /I2C A面 3D　3/10更新

MatrixSW　HDMI-I2S　　I2S Data /I2C B面 3D　3/10更新

MatrixSW　HDMI-I2S 　　I2S Data /I2C × 4

　CLK系の100mm×50mmの下側の基板に上図のように、25mm×50mmのこの基盤を４つ並べて組み合わせます。

*　3/10　スペーサー取り付け穴用にHDMIコネクタ左右に切欠きを入れました。

MatrixSW CXOボード

　MatrixSW CLK_LVDS-I2S基板で書いたように、1つの基板で構成するとハンダ付け失敗リスクが格段に高まる等などにより、いくつかの基板で構成することにしました。

その1枚目としてCXOボードを設計中。

CXOボードを別にすることにより、CXOの種類を差し替えることが可能になるということも狙ってCXO単独のボードとすることにしました。

このボードにTPS7A47も載せCXO＋その電源という構成にしました。

MatrixSW CXOボード回路図　3/10差替

　CXOのPadは、6pinのConnor-Winfield　DOC020V用のものですが、中央の2pinを使わなければ、4pinのCrystek CCHD-957がほとんど同じディメンションで、第一候補はCCDH-957を考えています。

 MatrixSW CXOボードA面　3/10差替

 MatrixSW CXOボードB面　3/10差替

 MatrixSW CXOボードA面　3D　3/10差替

＾

 MatrixSW CXOボードB面　3D　3/10差替

　*3/10
　①　Si5326基板との接続コネクタをヒロセDF9- 9からヒロセDF12-10に変更しました。また基板の支持のためコネクタを2個に増やしました。
　②  ①によりコネクタのAB両面実装が可能になったためSi5326基板との接続方法を横に２つ並べる形から表裏に相対する形にしました。また横幅制限が緩和され22mmに横幅を広げました。
　③　②によりCXOに保温カバーを付ける場合の取り付け（穴）に余裕をもたせられるようにしました。
　

MatrixSW CLK_LVDS-I2S基板

　基板があがってきました。

MatrixSW CLK_LVDS-I2S基板　A面

MatrixSW CLK_LVDS-I2S基板　B面

　しかし、またまた気になる点が出てきて変更を考えています。
　それからハンダ付けはリフローを考えていますが、ステンシルが微妙ですし、部品を載せるのは手付けなのでズレなく載せられるかどうかも厳しそうで、全部品のハンダ付けを成功させるのは至難そうです。失敗して影響が小さくなるように、基板分割を考えています。


　変更を想定しているのは、細々といくつかありますが、大きいのは下記の2点です。

　・現行案ではI2SのBCLKとDACの動作クロックMCLKの両方を送っており、MCLKはHDMIケーブル上は低周波で送りDAC側にもSi5326を搭載してそこで逓倍することにしています。
　　この考えをBCLKにも適用すれば、HDMI上ば1種類の低周波のクロックを転送し、DAC側のSi5326でBCLKとMCLKを逓倍、位相調整して生成することでケーブル上の送信信号数を減らしBCLKもリタイミングせずともジッタリダクションできます。また相対的に部品点数も減らせます。

　・電源およびGNDパターンと関連する部品、信号の関係がきれいになるように見直し。

　TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板の変更を含め3～4種類の基板で構成し直す予定です。

TPS7A47 LDO Voltage Regulator 基板 Large

　TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板の動作確認ができたので、放熱エリアを大きくしたLarge版のパターンを作成してみました。

　放熱エリアですが、下図から大体３～４平方inch（≒25c㎡）以上はあまり面積を増やしても効果が限定されるようなので、基板のサイズは50mm×35mmとし、これで表裏合わせれば25c㎡は確保できます。

　下記の変更を入れました。

　・基板サイズ：49.8mm×35.8mm　（small版は27.5mm×17.5mm)

　・TPS7A47のPadを長くし半田が乗りやすく

　・出力電圧調整用の6.4V×2pinのGNDショート用Pad追加

　・4隅に足用のホール追加

　・LED用Pad追加

　・反対側にもVin/Gnd端子追加

　・一部コンデンサにリード部品用スルーホール追加

　・場合によってヒートシンクも付けられるようにスルーホール追加

　・全部品A面実装化

　

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板 Large　A面

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板 Large　B面

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板 Large　A面3D

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板 Large　B面3D

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板 small版とLarge版の比較　

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板 Large回路図　

　既に出来上がりは中国の正月休み後になってしまいそうですが、明日の夜には手配しようと思います。何か改善要望があれば取り込み検討します。

TPS7A47 LDO Voltage Regulator 基板 3

　基板および部品が揃ったので、TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板のハンダ付け。

　今回はじめてリフローを実際にやってみました。

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板

TPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板　B面

　DesignSpark PCBからCraft ROBOでステンシルを作るデータの生成方法がわかりませんでしたが、2010年代の電子工作さんの記事（キャッシュで最新では記述が消えています）に"パッドのみのパターンをPDFで出力し、DXFファイルに変換”とあり、これをたよりにやってみました。

　１．パッドデータをpdfへ出力

　　DesignSpark PCB　Output-LPFKで下図のWindowをOpen

　Top Paste Maskをハイライトし、PDFを選択、その他は下記の設定（最適かどうかは不明）をして"Run"ボタンクリック

　　

　　

DesignSpark PCB　Output Maufacturing Plot Window  Output Tab　

DesignSpark PCB　Output Maufacturing Plot Window  Setting Tab　

DesignSpark PCB　Output Maufacturing Plot Window  Position Tab　

PDFファイルが生成されます。

Paste Mask のPDF出力

２．PDFファイルのDXFファイル化

　PDFファイルをDXFファイル化するソフトはいくつかあるようですが、ド素人の３Ｄ－ＣＡＤ（3次元CAD）設計さんの記事から、フリーで使える「CAD-KAS PDF 2 DXF」をインストールして使ってみました。

　FileーOpen　で１.のPDFファイルを開き、下図の設定で、"DXF Export..."ボタンをクリック、ポップアップウインドで名前を付けて保存

　

CAD-KAS PDF 2 DXF

３．ROBO Master　ファイル-DXF読み込みで、2.のファイルを読み込み

　　あとは、自宅でリフロー2の手順と同様

　１００均の100μラミネートフィルムにCraftROBOでカッティングしてみましたが、下の写真の通り酷い出来で、全く切れていない穴もある状態...

ステンシル１

ステンシル２

このひどい状態ですが、ステンシル１の方を使い、以前購入してとっくに使用期限の切れているサンハヤトの表面実装部品取り付けキット　SMX-21用の特殊クリームハンダ　SMX-H05を塗ってみました。
TPS7A47についてはどうみても隣接ピンと半田ブリッジしそうなので、真ん中のグランドパッドのみ残しあとは薄く残る程度に拭きとってしまいました。
また、TPS7A47はピンが確認しづらく位置を合わせるのにも難儀します。

ひととおり部品を載せ、アイロンを逆さに置いてハンダ付けしてみました。　　

部品搭載したTPS7A47　LDO Voltage Regulator 基板

コンデンサについては、問題なく半田付けできたようです。

TPS7A47についても、どうやら薄く残ったクリーム半田で一応付いたようで、完全についたとはいえなさそうなので後から半田を当てて補充しようとしましたが、ほとんど半田が乗っていそうもなく、多分最初のリフローだけでついているような状態です。

火入れしてみましたが、無事出力電圧が3.3V出ていました。

ステンシルですが、スイッチサイエンスさんのraft ROBOを使ったリフローはんだづけ用ステンシルの作製に、ステンシル用素材としてラミネートパウチ用フィルム（PET＋塩化ビニル）は、”塩ビの層がネチャついて、切り抜けない事があり、弱くすぐにダメになる"とあり、ポリプロピレン合成紙が良いとのこと。

また、DXFファイルの工夫として、下記が書かれています。

１．閉じた矩形を描く

　　クラフトロボの仕様により、パスの終点と次のパスの始点が近い場合につながってしまう。

２．矩形を2回描く

　　クラフトロボのカッターの刃の特性上、1回だと始点終点がうまく閉じず、切り抜けない場合がある。

３．開口部をデータよりも小さくする

　　データ通りの大きさで切ると、隣の足とつながることがある。

１.は結局どうすれば良いのか？、２も２回矩形を書くにはどうしたらよいのか今のところわかりません。３．は元のPadデータを小さめに作るしかないですかね？


　今回の試作から、下記の点を改善してみるつもりです。

　①基板：TPS7A47のPadは半田を盛りやすいように長くとる。
　②ステンシルは、スイッチサイエンスのポリプロピレン合成紙に変更
　③DXFファイルは２回矩形を描く（方法を調査）
　④TPS7A47は横に見えている部分に予め半田を盛っておき、リフロー時に溶け出すことを期待