Dijital Osiloskop Projesi: THT ve SMD Versiyonlarının Tasarımı ve Üretimi
Platformumuzdaki en çok okunan ve popüler makaleleri görmek için Trendler bölümüne geçebilirsiniz.
Proje Tanımı ve Amaçları
Bu proje, dijital osiloskop tasarımını iki farklı montaj teknolojisiyle gerçekleştirmeyi amaçladı: through-hole (THT) ve yüzeye montaj (SMD). Orijinal Velleman osiloskop kitinin yaklaşık 100x100mm olan boyutu, THT versiyonunda 50x50mm'ye, SMD versiyonunda ise 25x25mm'ye indirildi. Böylece, boyut açısından önemli bir küçülme sağlandı ve tasarımın yoğunluğu artırıldı.
Ayrıca Bakınız
Through-Hole (THT) Versiyonu
THT versiyonu, 87 bileşenden oluşan ve 50x50mm boyutunda, iki katmanlı bir PCB üzerine kuruldu. PCB üretimi PCBWay tarafından gerçekleştirildi. Lehimleme işlemi, tüm bileşenlerin hazırlanmasının ardından yaklaşık 3.5 saat sürdü. Tasarımda bazı zorluklar yaşandı; örneğin, IC soketlerinin boyutu tahmin edilenden büyük olduğu için bazı parçalar yan yana sıkıştı ve seramik kapasitörlerin yanlış footprint kullanımı nedeniyle biraz sıkışık yerleştirildi. Ancak, tüm bu zorluklara rağmen devre başarılı şekilde çalıştı.
Testlerde, 50mV ile 10V tepe-tepe sinüs dalgası arasında ve 1Hz'den 100kHz'e kadar olan frekanslarda sinyal doğru şekilde alındı. 100kHz üzerindeki frekanslarda sinyal yakalama sorunları gözlemlendi. Orijinal Velleman kitinin 30V'a kadar çıkabilen sinyal jeneratörü desteği bulunmasına rağmen, mevcut sinyal jeneratörü 10V ile sınırlandırıldı.
Yüzeye Montaj (SMD) Versiyonu
SMD versiyonu, 25x25mm boyutunda, dört katmanlı bir PCB üzerinde tasarlandı ve JLCPCB tarafından üretildi. Bu versiyon, 97 bileşen içeriyor; bunlar arasında 3 QFN paketli entegre ve dört adet 0402 boyutunda küçük yüzeye montaj parçalar bulunuyor. Diğer bileşenler ise genellikle 0603 ve SOP paketlerinde.
Lehimleme işlemi, dijital mikroskop altında, sıcak hava rework istasyonu kullanılarak ve lehim pastası elle uygulandı. Bu işlem yaklaşık 5 saat sürdü. Lehimleme sonrası bazı görünür köprüler ve lehim topakları tespit edildi; bunlar işlevselliği etkilemese de estetik açıdan temizlenmesi planlanıyor.
Güç hatları 5V ve 3.3V seviyelerinde stabil çalışıyor ve test noktalarında kısa devre veya açık devre bulunmadı. Firmware henüz yüklenmedi çünkü kullanılan PIC mikrodenetleyici için eski PicKit 3 programlayıcı uyumsuz çıktı. Yeni bir programlayıcı bekleniyor.
Tasarım Süreci ve Teknik Detaylar
THT versiyonu üniversite projesi olarak tasarlandı, SMD versiyonu ise kişisel bir meydan okuma olarak geliştirildi. Orijinal Velleman kitindeki bileşenler araştırıldı, veri sayfaları incelendi ve benzer ya da daha iyi özelliklere sahip alternatifler seçildi. Tüm tasarım Proteus 5 yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi.
PCB tasarımında güç katmanları kullanıldı; ancak bu uygulamanın gerekliliği tartışıldı. Güç katmanlarının genellikle gerekli olmadığı, toprak katmanı olarak kullanmanın daha avantajlı olduğu belirtildi. Tasarımcı, güç katmanlarını deneyim kazanmak ve ileride yüksek güç gereksinimli projeler için pratik yapmak amacıyla ekledi.
Üretim ve Montaj İpuçları
Lehimleme: SMD lehimleme işlemi elle yapıldı. Lehim pastası serbest el ile uygulandı ve sıcak hava istasyonu kullanıldı. Bu yöntem, yüksek yoğunluklu ve küçük boyutlu devrelerde zorluklar içerse de başarılı sonuçlar verdi.
Vias (Delikler): Vias, lehim sırasında lehimin deliklerden akıp gitmesini önlemek için diğer tarafta kapatıldı (tenting). Bu, lehim kalitesini artırdı ancak tamamen dolgu yapılmadı.
Temizlik: Lehim sonrası kalıntılar ve lehim köprüleri için izopropil alkol ve flux temizleyici kullanımı önerildi.
Montaj Hizmeti: JLCPCB gibi üreticilerin montaj hizmetleri mevcut, ancak tasarımcı lehimleme sürecini öğrenmek ve deneyim kazanmak için montajı kendisi yaptı.
Topluluk Geri Bildirimleri ve Öneriler
Topluluk üyeleri tasarımın yoğunluğunu ve temiz şemasını övdü. Bazı öneriler arasında viasların tamamen dolgu yapılması, ENIG lehim yüzeyi kullanımı ve çift taraflı bileşen yerleşimi ile daha da küçültme yer aldı. Ayrıca, tasarımın sadece boyut küçültme amacıyla yapıldığı, ticari ürün olarak optimize edilmediği belirtildi.
Sonuç ve Değerlendirme
Bu proje, dijital osiloskop tasarımında hem through-hole hem de SMD teknolojilerinin avantaj ve zorluklarını ortaya koydu. Tasarımcı, bileşen seçimi, PCB tasarımı, lehimleme ve test süreçlerinde deneyim kazanırken, orijinal kitin boyutlarını önemli ölçüde küçülttü. SMD versiyonunun firmware yükleme aşaması tamamlandığında, işlevselliği daha kapsamlı değerlendirilebilecek.
"Lehimleme süreci benim için en heyecan verici kısımdı ve bu zorluğu kendim üstlenmek istedim." - Tasarımcı
Bu proje, elektronik tasarım ve üretim sürecinde karşılaşılan teknik detayları ve zorlukları anlamak isteyenler için önemli bir örnek teşkil ediyor.
