Aujourd'hui, nous revisitons un autre tableau de [Exentio] – un émetteur HDMI/DVI vers LVDS pour l'écran Sony Vaio P. Cette carte est intéressante à examiner : elle possède une interface série haute vitesse, une interface parallèle, une bonne quantité de distribution d'énergie qui peut être difficile à acheminer et de nombreux connecteurs à examiner.
J'ai décidé de vous montrer à tous cette revue car elle démontre un concept d'amélioration des PCB que nous n'avons pas encore abordé, et que vous devez absolument connaître lors de la configuration des cartes. De plus, j'ai l'occasion de parler des considérations liées au choix des connecteurs !
Le plateau est charmant. Il intègre le circuit DPI-LVDS que nous avons précédemment examiné, mais aussi une puce HDMI vers RVB parallèle de Texas Instruments, la TFP401, une puce suffisamment appréciée pour que même Adafruit dispose d'adaptateurs avec. Ce qui est amusant à propos de cette puce, c'est qu'elle ne gère même pas l'EDID comme les puces HDMI vers RVB/LVDS habituelles que vous obtenez sur les cartes Aliexpress bon marché. Il n'y a donc pas de firmware à gérer – il reçoit simplement un signal HDMI/DVI, le convertit en RVB parallèle, puis le convertit en LVDS, et il passe à l'écran. L'inconvénient est que vous devez fournir votre propre EDID avec une EEPROM, mais ce n'est pas si compliqué.
Encore une fois, il s'agit d'une planche à deux couches et, encore une fois, j'aime ça : installer des pistes dans le plus petit espace possible est un défi respectable et agréable. Ce conseil a absolument bien réussi à relever ce défi. Cependant, je vois comment cette carte pourrait être acheminée d'une manière encore meilleure, et elle pourrait ainsi être beaucoup plus propre. Pour commencer, la rotation de la puce améliorerait considérablement les chances.
La puce tourne
Lors de la configuration du silicium, les ingénieurs essaient généralement de rendre le brochage de la puce résultant aussi raisonnable que possible. Il peut bien sûr y avoir des exceptions. Cette règle signifie qu'il existe généralement une seule manière simple de disposer une puce, et quelques méthodes difficiles. Vous devez regarder le brochage, essayer de remarquer les groupes de broches et voir comment ils s'alignent avec vos périphériques. Ignorez cela à vos risques et périls.
La puce TFP401 est dotée d'un côté HDMI et de broches RVB parallèles de l'autre. Cependant, sur cette carte, la puce est actuellement tournée d'une manière qui désavantage la disposition. C’est une erreur facile à commettre au départ – heureusement, même lorsque la conception est déjà terminée, la rotation de la puce et son réacheminement peuvent s’avérer payants !
Si vous réacheminez ce type de carte, non seulement vous avez plus de chances d'obtenir une carte fonctionnelle, compte tenu des signaux à grande vitesse, mais vous vous entraînez également à distinguer les rotations de puces bonnes et inférieures à la moyenne lors du réacheminement. En d'autres termes, c'est le genre de refactoring qui vous fait dire « wow, c'était bien plus facile que la première fois ».
Soulever, nettoyer, faire pivoter, voir
Pour faire le reroutage, il suffit de prendre la puce, de la « soulever » avec M et retirez-le du plateau. Vous voyez les fils fins gris ? On les appelle des fils de ratsnest, et leur utilisation est le meilleur moyen de détecter les problèmes de rotation. Sérieusement, les fils du nid de rats sont sous-estimés car ils remarquent de tels problèmes avant qu'ils ne vous mordent. Nettoyons les environs de la puce. Tout d’abord, voyez ces groupes de condensateurs ? Éloignez-les également, toutes les broches d'alimentation changent de toute façon leur emplacement, nous les repositionnerons plus tard.
Sélectionnez dans la boîte les traces de signal précédemment envoyées à la puce et appuyez sur « Shift+Del » pour les supprimer complètement du début à la fin – sur cette carte, c'est le moyen le plus rapide d'accéder à un espace rapidement routable. Chaque trace qui est allée à la puce a désormais disparu, et toute trace sans rapport reste. Assurez-vous qu'il y a un espace suffisant entre la puce et le port HDMI, mais également entre celui-ci et le convertisseur DPI-LVDS – plus ou moins la même position centrale convient ici.
Regardez l'image ci-dessus. En utilisant les fils du nid de rats, vous pouvez instantanément remarquer quels groupes de traces vous devrez retourner et lesquels vous ne le ferez pas. Dans ce cas, comme vous le remarquerez peut-être, vous devrez retourner trois sur quatre ? Peu importe, car tout cela sera simple, même les paires HDMI.
En parlant de HDMI, avant le routage, je remplacerai le connecteur HDMI à broche de signal THT par une broche de signal SMT. Ils sont bien plus agréables à disposer – les broches traversantes décalées signifient que vous devez faire passer deux des paires de différentiels autour de la coque du connecteur. De plus, ils sont moins chers et plus faciles à trouver. [Exentio] J'ai choisi ce connecteur pour sa robustesse et sa soudabilité attendues, et c'est un choix valable, je donne simplement la priorité à la facilité de mise en page et à un approvisionnement plus facile.
Temps de réacheminement
Avec HDMI, non seulement l’ordre est inversé, mais la polarité de la paire est également inversée. Pourtant, vous pouvez faire plusieurs choses ici. Vous pouvez retourner le connecteur sur le côté opposé de la carte, ou utiliser un connecteur HDMI inversé (plus difficile à sourcer mais pas impossible), ou essayer de réacheminer les paires de différences telles qu'elles sont actuellement. Je ferai le dernier, car c'est le plus amusant.
Voici mon avis. Il s'agit d'un brouillon de routage, sans aucune impédance de trace calculée, car il s'agit d'une carte à 2 couches et nous la piloteons. Pourtant, j'essaie de donner un peu d'amour à ce routage – non pas que HDMI m'aimera un jour en retour, je pense juste que cette carte fonctionnant du premier coup est un bon objectif à atteindre, et HDMI peut être sensible. La longueur des paires est également en quelque sorte adaptée entre les paires – elles mesurent toutes 23 mm +- 2 mm, ce qui est suffisant. À propos, KiCad 8 a ajouté une nouvelle fonctionnalité qui vous permet de vérifier la longueur des pistes en appuyant simplement sur 7 (8 pour les paires différentes), puis en survolant les pistes – la correspondance de longueur entre paires est désormais la plus simple jamais ressentie !
Il ne reste plus que trois faisceaux de fils parallèles (R/G/B) et quatre pistes individuelles (EN/CLKIN/HSYNC/VSYNC) allant à la puce DPI-LVDS. Étant donné que les quatre pistes individuelles se trouvent dans les coins de la puce DPI-LVDS, j'ai décidé que les paires RVB parallèles iraient au milieu et que les pistes les contourneraient. Le plus gros problème est d'inverser les paquets – vous pouvez le faire sous la puce HDMI ou sous la puce LVDS, je l'ai fait sous la puce HDMI parce que j'avais l'impression qu'il y avait juste assez d'espace là-bas.
Ici vous pouvez voir comment les trois bundles ont progressé. Ils sont bien serrés, avec quelques remplissages de terre entre les faisceaux séparés et accompagnant les fils. J'ai dû déplacer le premier paquet une fois pour faire de la place pour retourner le dernier, mais à part ça, les choses s'emboîtent étonnamment bien. Les faisceaux ne se croisent pas, ce qui aide. S'ils le faisaient, j'envisagerais probablement de faire pivoter la puce DPI-LVDS avec le connecteur LVDS.
Il y a aussi quelques autres petits ajustements. J'ai déplacé l'EDID EEPROM vers l'en-tête HDMI I2C en bas, ne laissant que le pullup HPD près du connecteur HDMI. La position proche du connecteur est également un choix valable, je voulais juste faire autant que possible un routage I2C sans via, et le déplacement de l'EEPROM m'a aidé. Oh, et j'ai déplacé un peu le connecteur LVDS vers la droite – cela m'a permis de mieux acheminer le LVDS, ce qui, à son tour, m'a permis de connecter les broches 3,3 V de la puce DPI-LVDS.
Routage des broches d'alimentation
C’est la chose sur laquelle vous pourriez rester bloqué, à un moment donné. La puce comporte quatre groupes différents de broches d'alimentation : une entrée directe de 3,3 V et trois entrées distinctes de 3,3 V que vous êtes censé alimenter via des filtres Pi, pour une alimentation plus propre pour tous vos besoins analogiques. Utilisez la touche « (~) » pour mettre en surbrillance les quatre réseaux de puissance de la puce – voici à quoi cela ressemblera.
Je les décrirais comme ennuyeux, mais ils sont toujours routables. Tout d'abord, séparez les jolis groupes de capuchons pour les quatre rails : ils sont jolis visuellement, mais ils ne sont pas parfaits pour la transmission de puissance. N'oubliez pas qu'un condensateur par broche d'alimentation du circuit intégré est l'idéal platonique, et chacun de ces condensateurs doit en fait être placé à proximité d'une broche d'alimentation, avec également un court chemin vers la terre.
J'ai commencé avec l'alimentation 3,3 V, puis j'ai placé quelques ferrites sur les rails d'alimentation à proximité. Ensuite, j'ai parcouru chacun des rails d'alimentation, en commençant par le plus simple, en tirant les rails d'alimentation là où cela semblait viable. En fin de compte, j'ai pu placer toutes les ferrites à proximité du point d'alimentation réel de 3,3 V. Un plan d'alimentation de 3,3 V pourrait être amusant sur cette carte, et serait probablement très nécessaire si nous voulions faire des tests FCC pour cette carte, mais pour l'instant, ce n'est pas obligatoire.
Pour faire court, voici les photos du « reste de la chouette ». N'oubliez pas : pour les chenilles électriques, partout où vous pouvez les rendre plus épaisses, rendez-les plus épaisses. Ils laisseront tomber d’autant moins de tension et ressembleront également à des pistes d’alimentation dédiées. N'oubliez pas non plus GND ! Mettez en surbrillance le réseau GND, puis assurez-vous que chaque point GND a un via directement à proximité, allant au plan de masse de la couche inférieure, avec une masse maintenant encore plus abondante qu'auparavant.
Une fois cette mise en page effectuée, il ne restait plus que des correctifs cosmétiques. Des choses comme la surveillance des traces que je maintiens toujours, en alimentant 3,3 V partout où cela était nécessaire. Je suppose que j'ajouterais une empreinte de régulateur linéaire de 5 V à 3,3 V sur cette carte, simplement parce que cela rendrait l'affichage beaucoup plus facile, mais c'est un si petit changement qu'il pourrait même être inséré sur ce PCB plus tard avec peu de tracas. Tout bien considéré, ce tableau est déjà merveilleusement piratable.
Déclaration de clôture
Voici le résultat final de la refonte du tableau. C'est encore plus propre qu'avant, avec des améliorations à la fois des pistes à grande vitesse et de la distribution de puissance, et j'espère que cela a été un exemple amusant de rotation correcte de vos jetons, quelque chose que vous pourriez raisonnablement négliger sur votre carte.
En guise de conclusion à cette revue, voici une bonne nouvelle. Cette carte DPI-LVDS que nous avons examinée la dernière fois ? Ça marche! Ce qui signifie que les parties DPI et LVDS de cette carte HDMI-LVDS devraient également fonctionner. Rien n'est fondamentalement brisé au meilleur de notre perception, [Exentio] a conçu une configuration RPi fonctionnelle et, en tant que telle, l'une des parties les plus difficiles de la conception de la reconstruction du Sony Vaio est maintenant terminée : il ne nous reste plus qu'à bricoler le rétroéclairage.
Comme d'habitude, si vous souhaitez une révision de conception pour votre carte, soumettez-nous une astuce avec [design review] dans le titre, un lien vers les fichiers de votre tableau. Les fichiers de conception KiCad sont fortement préférés, les fichiers stockés dans le référentiel (GitHub/GitLab/etc) et les liens .zip douteux Google Drive/Dropbox/etc sont acceptés.
