Dijital Osiloskop Projesi: THT ve SMD Versiyonlarının Tasarımı ve Üretimi
Platformumuzdaki en çok okunan ve popüler makaleleri görmek için Trendler bölümüne geçebilirsiniz.
Dijital osiloskop tasarımı, elektronik tasarım ve üretim alanında hem through-hole (THT) hem de yüzeye montaj (SMD) teknolojilerinin uygulanması açısından önemli bir örnek teşkil ediyor. Bu proje, orijinal Velleman osiloskop kitinin bileşenlerini baz alarak, boyut ve bileşen yerleşimi açısından optimize edilmiş iki farklı versiyonun geliştirilmesini içeriyor.
Through-Hole (THT) Versiyonu
THT versiyonu, üniversite projesi kapsamında tasarlandı ve 50x50mm boyutlarında, iki katmanlı bir PCB üzerinde 87 bileşenden oluşuyor. PCB, PCBWay tarafından üretildi ve lehimleme işlemi yaklaşık 3.5 saat sürdü. Tasarımda bazı zorluklar yaşandı; örneğin, IC soket boyutu küçümsendiği için bazı bileşenlerin yerleşimi sıkışık oldu ve seramik kapasitörlerin yanlış footprint seçimi nedeniyle biraz sıkışık yerleştirildi. Ancak bu sorunlar işlevselliği etkilemedi.
Testlerde, THT versiyonu 50mV ile 10V tepe-tepe sinüs dalgasını 1Hz'den 100kHz'e kadar doğru şekilde ölçebildi. 100kHz üzerindeki frekanslarda ölçüm doğruluğu azaldı. Güç hatları 5V ve 3.3V seviyelerinde stabil çalıştı ve kısa devre ya da açık devre bulunmadı.
Ayrıca Bakınız
Yüzeye Montaj (SMD) Versiyonu
SMD versiyonu, daha kompakt ve karmaşık bir tasarım olarak 25x25mm boyutlarında, dört katmanlı bir PCB üzerinde üretildi. JLCPCB tarafından basılan bu kartta 97 bileşen bulunuyor; bunlar arasında 3 QFN paketli entegre ve 0402 boyutunda küçük pasif bileşenler yer alıyor. Lehimleme işlemi dijital mikroskop altında, sıcak hava rework istasyonu kullanılarak ve lehim pastası elle uygulanarak yaklaşık 5 saat sürdü.
SMD versiyonunda bazı lehim köprüleri ve lehim topakları gözlemlendi. Bu köprüler, ilgili pinler zaten bir izle bağlı olduğu için işlevselliği etkilemiyor ancak estetik açıdan temizlenmesi planlanıyor. USB-C portundaki pinlerin lehimlenmesi tam olarak sarmamış olsa da, ilk testlerde bağlantının çalıştığı doğrulandı.
Firmware henüz yüklenmedi çünkü kullanılan PIC mikrodenetleyici için mevcut PicKit 3 programlayıcısı uyumlu değil. Yeni bir programlayıcı bekleniyor.
Tasarım ve Üretim Süreci
Her iki versiyonun tasarımı Proteus 5 yazılımı kullanılarak yapıldı. Tasarım sürecinde orijinal Velleman kitindeki bileşenler incelenerek, benzer veya geliştirilmiş özelliklere sahip alternatifler seçildi. THT versiyonu orijinal kitin yaklaşık dörtte biri boyutunda, SMD versiyonu ise bu boyutun dörtte biri olarak, toplamda orijinalin 1/16'sı büyüklüğünde tasarlandı.
Güç katmanları tasarımında, SMD versiyonunda iç katmanlar güç dağıtımı için kullanıldı. Bu, genellikle gereksiz olsa da, tasarımcı tarafından ileri seviye güç dağıtımı deneyimi kazanmak amacıyla tercih edildi.
Lehimleme sürecinde, özellikle SMD versiyonunda, lehim pastası elle uygulandı ve sıcak hava ile lehimleme yapıldı. Bu yöntem, küçük boyutlu ve yoğun yerleşimli kartlarda yüksek hassasiyet gerektiriyor. Lehim köprüleri ve lehim topakları gibi küçük kusurların temizlenmesi için izopropil alkol ve flux temizleyiciler önerildi.
Topluluk Geri Bildirimleri ve İyileştirme Önerileri
Topluluk üyeleri, tasarımın yoğunluğunu ve kompaktlığını takdir etti. Ancak, lehimleme kalitesini artırmak için via dolgu (via filling) ve ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) kaplama gibi ileri PCB üretim teknikleri önerildi. Bu yöntemler, lehim kalitesini artırmak ve üretim sonrası temizliği kolaylaştırmak için faydalı olabilir.
Ayrıca, tasarımda bileşenlerin sadece üst katmanda yer alması yerine, alt katmanların da kullanılmasıyla daha fazla alan kazanılabileceği belirtildi. Ancak tasarımcı, mevcut boyut hedeflerine ulaşmak için bu adımı gerekli görmedi.
Gürültü ve sinyal karışımı (crosstalk) gibi elektromanyetik girişimlerin azaltılması için düzen optimizasyonu ve uygun topraklama stratejileri üzerinde durulması gerektiği vurgulandı.
Sonuç ve Değerlendirme
Bu proje, hem through-hole hem de yüzeye montaj teknolojileriyle dijital osiloskop tasarımının zorluklarını ve inceliklerini ortaya koyuyor. Tasarımcı, bileşen seçimi, PCB tasarımı, lehimleme ve test süreçlerinde önemli deneyimler kazandı. Proje, özellikle SMD lehimleme pratiği ve kompakt tasarım hedefleri açısından değerli bir öğrenme süreci sundu.
"Lehimleme benim için heyecan verici bir süreç ve bu karmaşık projeyi kendim yapmak büyük bir keyifti." – Tasarımcı
Proje dosyaları ve tasarım kaynakları GitHub üzerinde paylaşılmış olup, ilerleyen dönemde firmware geliştirme ve kapsamlı testlerle tamamlanması planlanmaktadır.
Kaynaklar:
