四位直读表PCB设计

一、PCB设计第一版

这两周画完四位直读的PCB，做个小的总结：四位是在三位直读表的基础上设计的，虽然拿到了参考的原理图和PCB，但之前的原理图和PCB是相互独立的，原理图和PCB间没有网络联系，而是直接画的PCB，这样就不能对PCB做DRC检查，感觉很不方便，不规范也不符合自己的开发习惯。首先是修改原理图，建原理图库和对应的PCB库，在每个引脚上都添加了网络标号，进行ERC检查。然后进行PCB设计，二层PCB板，通过网络表导入PCB元器件，就开始布局布线。在布线的时候最好选择交互式布线(Interactively route connections)，这样在进行PCB检查的时候相同网络间的连线就会以高亮的形式显示出来。最后在做PCB DRC检查的时候出现Short Circuit Constraint错误，最开始还以为是连线有短路发生，但仔细检查发现没有什么问题，感觉很奇怪，就仔细看了错误提示，是说Text和Track间有short circuit，原来是元器件的网络标号设计得大了点，有导线从网络标号的文本框中穿过，移动下Text框的位置或者修改下Text框的大小就解决了 Short Circuit Constraint错误。对PCB板补泪滴，考虑到节约成本，只对PCB做部分铺铜。

板子调试问题总结：

1、小系统调试成功是板子调试成功的第一步，今天在调试小系统的时候，仿真器怎么都检测不到单片机，仔细检查了板子，没有短路，电压这些都正常，JTag口和单片机的连接也是正常的，问题究竟在哪里，经过反复验证发现问题所在：原来是仿真器端的JTag口的数据和时钟线接反了，而导致这个问题的原因是我在做阀控板的时候，阀控板的JTag口的时钟线、数据线跟直读表的时钟线和数据线是反的。在硬件设计的时候保持同一系列芯片PCB上JTag调试口接线顺序一致性是一个好的习惯，可以给后期调试减少不必要的麻烦。

2、tss721通过MBus总线供电，应该输出一个3.3v的电压给后端的单片机供电，在调试的时候发现tss721的输出电压没有3.3v，只有不到2v的电压，相当于是tss721的输出电压被拉低了，这种情况一般是后端负载过大引起的，或者说有可能是后端单片机耗电过大引起的，而且tss721的蓄能电容没有达到接近7v的电压，因此tss721也不可能输出3.3v电压。这个问题的调试过程：a)仔细检查了原理图和PCB没有发现有不对的地方，也没有发现PCB上有电源和地短路的情况；b)单片机能写入程序，采用直接给单片机加3.3v电压的方法，单片机也能正常工作，并且将程序烧入其它3位直读表上能正常工作，读取版本号没有问题，说明程序应该没有问题，单片机在不通过tss721供电的情况下也没有问题；c)尝试将tss721蓄能电容容量减小，期望电容能充电到7v左右，结果失败，任然只有4v左右，问题不是由电容引起的；d)不通过采集器，直接在外部用直流电源给tss721加15v以上的直流电压进行调试，将tss721的3.3v与单片机连接断开，发现tss721输出电压正常，看样子问题好像是有后面的单片机引起的，但单片机耗电量很小，而且直接给单片机3.3v电压能正常工作，程序也没有问题；e)我焊接了两块板子，只是单片机不是我焊接的，两块板子都出现同样的问题，自己决定焊接第三块板子，采用逐步排除法，首先焊接tss721及其相关的最少电阻、电容，通过外部直流电源直接给tss721Mbus总线供电，tss721正常输出3.3v电压，然后再焊接单片机，这次tss721输出正常，单片机也工作正常，然后通过采集器连接水表读取版本号成功，基本可以确定是焊接引起的问题；这说明硬件的焊接调试顺序很总要，采用逐步调试法，先焊接电源部分，确保电源输出稳定没有问题，再进行后面元器件的焊接调试，这样一步一步的集成直到成功；如果一开始就将全部元器件焊接完一旦遇到问题就很难定位。

3、在调试传感器的时候发现传感器的发射检测全部通不过，在硬件上传感器的发射是通过单片机的IO引脚串一个10K的电阻去控制PNP管的导通和截止；最初怀疑软件上有问题，检查过软件后感觉找不到问题，又回到硬件上；怀疑是PNP管没有导通导致传感器没有电流通过，通过测试单片机控制脚的输出电压，发现在输出低电平的时候单片机输出引脚上的电压不对，在IO脚输出逻辑0电平的时候在引脚上测出的电压是0.6伏左右，这明显不正确，这是什么原因导致的，而且连续几块板子都出现同样的问题；通过写测试程序，让单片机IO引脚直接输出低的时候，在管脚上测得的电压任然是0.6v左右，而且每个输出管脚都是这种情况，就开始怀疑是不是单片机的问题，经过分析讨论发现是单片机的地没有跟板子的地连接在一起，因为我用的这个单片机的地是封装在单片机的底面，因此在做PCB板的时候我特地在单片机焊接地方做了一些过孔，在设计PCB板的时候这些过孔设计的小了点，过孔上的焊锡在焊接的时候并没有渗透到地板去跟单片机相连接，用烙铁在过孔上停留一段时间，让过孔中的焊锡融化流入到单片机的底部，问题解决，后续又发现上面第2个问题tss721不能输出3.3v也是由于单片机的地没有连接好引起的；下一版PCB设计中准备将过孔设计大些，让单片机的地能很容易的连接上。

控制连接这个过孔要设计大点

4、由于单片机地没有连接好的导致PNP管不能打开的另外一个现象：PNP管的E极电压低于B极的电压，导致PNP管没有导通。

5、最后要注意一点字轮编码要跟传感器设计时的读取顺序相同，否则读出来的数值会不同。

6、datasheet中常看到的两个专业英语：anode 阳极；正极 cathode 阴极；负极

二、PCB设计第二版

在第二版的设计中除了修改第一版的问题外，在PCB加工回来的时候又遇到个问题，就是在MBUS的两个接线位置的线没有裸露出来，就是被上了绿油，就是下图上连接两个焊盘的两条半圆型复线，这样在结构上用螺丝定位MBus线的时候就

有可能接触不良，为了在PCB加工的时候不在半圆形弧线上涂绿油需要用到TopSolder和BottomSolder层，分别在这两层上绘制跟半圆形弧线一样的弧线就可以在PCB加工的时候不需要上绿油。

三、PCB设计第三版

在第三版回来的时候，我联系焊接了三块板子，在通电测试的时候又出现了前面所述的tss721的电压输出不到3.3v的情况，刚开始我认为是单片机的地没有焊接好，可无论我怎么焊接地，通过tss721供电后，tss721的输出电压还是被拉低，刚好在下班的时候跟一个同事交流了一下，同事认为可能是单片机里面没有烧写程序，这个时候上电单片机状态不确定，单片机总体耗电流较大，超过了tss721所能提供的最大电流，我按照这个思路将单片机中烧入了正确的程序，这个时候再通过tss721供电，tss721的输出电压就稳定了。这个原因产生是因为在设计的时候通过配置tss721的引脚，在静态的情况下tss721的输出电流为1.5~2mA，而没有烧入过程序的刚出厂的单片机，在通过tss721供电的时候的消耗电流大于了tss721所能提供的电流，所以将tss721的输出电压拉低了。

这说明在研发过程中，交流非常重要！

四、PCB第四版（可量产的产品）

经过多次设计修改，以及与结构工程师的讨论，终于达到了可以量产的水平

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