Επαγγελματική κάρτα PCB με NFC: 18 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Φτάνοντας στο τέλος των σπουδών μου, έπρεπε πρόσφατα να αναζητήσω μια εξάμηνη πρακτική στον τομέα της ηλεκτρονικής μηχανικής. Για να κάνω εντύπωση και να μεγιστοποιήσω τις πιθανότητες πρόσληψής μου στην εταιρεία των ονείρων μου, είχα την ιδέα να φτιάξω τη δική μου επαγγελματική κάρτα. Wantedθελα να φτιάξω κάτι μοναδικό, χρήσιμο και ικανό να δείξει τις ικανότητές μου στο σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ποιους θα το παραδώσω.

Πριν από τρία χρόνια, κατά την περιήγηση στο Instructables, βρήκα ένα πολύ ενδιαφέρον έργο που έγινε από τον Joep1986, με τίτλο "Digital Business Card With NFC". Αυτό το έργο περιελάμβανε την ενσωμάτωση μιας ετικέτας NFC σε μια επαγγελματική κάρτα χαρτιού για να μοιραστείτε τα στοιχεία επικοινωνίας με ένα τηλέφωνο εξοπλισμένο με τεχνολογία NFC. Βρήκα αυτό το έργο πολύ εμπνευσμένο και σκέφτηκα να αντικαταστήσω τη γενική ετικέτα NFC με ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα της εφεύρεσής μου.

Έτσι μου ήρθε η ιδέα να δημιουργήσω τη δική μου επαγγελματική κάρτα σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, ικανή να στείλει αμέσως το προφίλ μου στο LinkedIn στο smartphone ενός στρατηλάτη χρησιμοποιώντας τεχνολογία NFC.

Αυτό το Instructable καλύπτει κάθε βήμα που ακολούθησα για να φανταστώ, να σχεδιάσω και να δημιουργήσω την επαγγελματική μου κάρτα PCB με NFC, από τους υπολογισμούς των παραμέτρων κεραίας έως τον προγραμματισμό τσιπ NFC μέσω του σχεδιασμού με υφή PCB.

Βήμα 1: BOM, εργαλεία και δεξιότητες που απαιτούνται

Θα χρειαστείτε:

Απαραίτητα εργαλεία:

• συγκολλητικό σίδερο
• εργαλείο επεξεργασίας θερμού αέρα
• πάστα συγκόλλησης
• ροή συγκόλλησης
• σύρμα συγκόλλησης
• τσιμπιδάκια με μακριά μύτη
• τσιμπιδάκια cross-lock
• ισοπροπυλική αλκοόλη
• ένα tip-tip
• μια οδοντογλυφίδα
• ένα τηλέφωνο με NFC

Προαιρετικά (αλλά εύχρηστα) εργαλεία:

• Αναρροφητής καπνών
• Υπέροχο γυαλί

Δεξιότητες:

Δεξιότητες συγκόλλησης SMD

Λογαριασμός υλικών:

Συστατικό	Πακέτο	Αναφορά	Ποσότητα	Προμηθευτής
Τσιπ NFC 1kb	XQFN-8	NT3H1101W0FHKH	1	Γάτα
Κίτρινο LED	0805	APT2012SYCK/J3-PRV	1	Γάτα
Αντίσταση 47 Ω	0603	CRCW060347R0FKEAC	1	Γάτα
Πυκνωτής 220 nF	0603	GRM188R70J224KA88D	1	Γάτα
PCB	-	-	1	Elecrow

Βήμα 2: Η τεχνολογία NFC

Τι είναι το NFC;

Το NFC είναι ακρωνύμιο της επικοινωνίας κοντά στο πεδίο. Είναι μια ραδιοφωνική τεχνολογία μικρής εμβέλειας που επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ συσκευών που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση (<10 cm). Τα συστήματα NFC βασίζονται στο παραδοσιακό RFID υψηλής συχνότητας (HF), που λειτουργεί στα 13, 56 MHz.

Επί του παρόντος, το πρότυπο NFC υποστηρίζει διαφορετικούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων έως και 424 kbit/s. Ο βασικός μηχανισμός επικοινωνίας NFC μεταξύ δύο συσκευών είναι ο ίδιος με τον παραδοσιακό RFID 13, 56 MHz, όπου υπάρχει και κύριος και σκλάβος. Ο κύριος ονομάζεται πομπός, ή αναγνώστης/συγγραφέας και ο σκλάβος είναι μια ετικέτα ή μια κάρτα.

Πώς λειτουργεί ?

Το NFC περιλαμβάνει πάντα έναν εκκινητή και έναν στόχο: ο εκκινητής (εκπομπούς) παράγει ενεργά ένα πεδίο RF που μπορεί να τροφοδοτήσει έναν παθητικό στόχο (ετικέτα) χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητική επαγωγή μεταξύ δύο κεραιών βρόχου:

Οι κεραίες του πομπού και της ετικέτας συνδέονται μέσω ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και αυτό το σύστημα μπορεί καλύτερα να θεωρηθεί ως μετασχηματιστής αέρος-πυρήνα, όπου ο αναγνώστης λειτουργεί ως κύρια περιέλιξη και η ετικέτα ως δευτερεύουσα περιέλιξη: το εναλλασσόμενο ρεύμα που διέρχεται από το πρωτεύον το πηνίο (Emitter) προκαλεί ένα πεδίο στον αέρα, προκαλώντας ρεύμα στο δευτερεύον πηνίο (Tag). Η ετικέτα μπορεί να χρησιμοποιήσει το ρεύμα από το πεδίο για να τροφοδοτηθεί: σε αυτήν την περίπτωση, δεν απαιτείται μπαταρία για πρόσβαση σε αυτήν, ούτε σε λειτουργία ανάγνωσης ούτε σε εγγραφή. Το τσιπ ετικετών NFC αντλεί όλη την απαιτούμενη ισχύ για να λειτουργήσει από το μαγνητικό πεδίο που παράγει ο αναγνώστης μέσω της κεραίας του βρόχου.

Πού χρησιμοποιείται το NFC;

Το NFC είναι μια αναπτυσσόμενη τεχνολογία με την ανάγκη ασύρματης σύνδεσης ηλεκτρονικών συσκευών. Το NFC έχει ενσωματωθεί ευρέως σε smartphone για να αλληλεπιδράσει με συμβατές με NFC φυσικές συσκευές και να παρέχει νέες υπηρεσίες όπως η ανέπαφη πληρωμή.

Δεδομένου ότι οι ετικέτες NFC δεν χρειάζεται να ενσωματώσουν μια πηγή ενέργειας επειδή μπορούν να τροφοδοτηθούν από την ενέργεια που εκπέμπει ο αναγνώστης, μπορούν να λάβουν πολύ απλούς παράγοντες μορφής, όπως ετικέτες χωρίς ισχύ, αυτοκόλλητα, κάρτες ή ακόμη και δακτυλίους.

Μου άρεσε πολύ το γεγονός ότι οι ετικέτες NFC δεν ενσωματώνουν ρυπαντικά κύτταρα κουμπιών για να λειτουργούν αλλά χρησιμοποιούν μόνο την ενέργεια του πομπού αντ 'αυτού.

Βήμα 3: Το τσιπ NFC

NFC IC

Το τσιπ NFC είναι η καρδιά της επαγγελματικής κάρτας.

Η απαίτησή μου ήταν:

• ένα μικρό πακέτο SMD
• αρκετή μνήμη για σύνδεση με το προφίλ μου στο LinkedIn
• ενσωματωμένη μονάδα συλλογής ενέργειας

Μετά τη σύγκριση αρκετών μονάδων NFC, επέλεξα το NTAG NT3H1101 IC από το NXP. Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων του:

"Το NTAG I2C είναι το πρώτο προϊόν της οικογένειας NTAG της NXP που προσφέρει διεπαφές χωρίς επαφή και επαφές (βλ. Εικόνα 1). Εκτός από την παθητική διεπαφή χωρίς επαφή, το IC διαθέτει μια διεπαφή επαφής I2C, η οποία μπορεί να επικοινωνήσει με έναν μικροελεγκτή εάν το NTAG I2C τροφοδοτείται από εξωτερική τροφοδοσία. Ένα επιπλέον SRAM εξωτερικής τροφοδοσίας που χαρτογραφείται στη μνήμη επιτρέπει γρήγορη μεταφορά δεδομένων μεταξύ των διεπαφών RF και I2C και αντίστροφα, χωρίς περιορισμούς του κύκλου εγγραφής της μνήμης EEPROM. Τα χαρακτηριστικά του προϊόντος NTAG I2C ένας διαμορφώσιμος πείρος ανίχνευσης πεδίου, ο οποίος παρέχει ένα έναυσμα σε μια εξωτερική συσκευή ανάλογα με τις δραστηριότητες στη διεπαφή RF. Το προϊόν NTAG I2C μπορεί επίσης να παρέχει ισχύ σε εξωτερικές συσκευές (χαμηλής ισχύος) (π.χ. μικροελεγκτή) μέσω του ενσωματωμένου κυκλώματος συλλογής ενέργειας."

Βήμα 4: Υπολογισμός της επαγωγής κεραίας

Για να επικοινωνείτε και να τροφοδοτείτε, μια ετικέτα NFC πρέπει να έχει κεραία. Η διαδικασία σχεδιασμού της κεραίας ξεκινά με το αντίστοιχο μοντέλο του τσιπ NFC και την κεραία του βρόχου:

όπου:

• Το Voc είναι η τάση ανοιχτού κυκλώματος που προκαλείται από το μαγνητικό πεδίο στην κεραία βρόχου
• Το Ra είναι η αντίστοιχη αντίσταση της κεραίας βρόχου
• Το La είναι η ισοδύναμη επαγωγή της κεραίας βρόχου
• Το Rs είναι η σειριακή ισοδύναμη αντίσταση του τσιπ NFC
• Το Cs είναι η σειριακή ισοδύναμη χωρητικότητα συντονισμού του τσιπ NFC

Η κεραία μπορεί να περιγραφεί από έναν επαγωγέα La με μια πολύ μικρή αντίσταση απώλειας Ra. Όταν ένα μαγνητικό πεδίο προκαλείται από τον πομπό στην κεραία του βρόχου, προκαλείται ρεύμα σε αυτό και εμφανίζεται μια τάση ανοικτού κυκλώματος Voc στους ακροδέκτες του. Το τσιπ NFC μπορεί να περιγραφεί με μια αντίσταση εισόδου Rs και έναν ενσωματωμένο πυκνωτή συντονισμού Cs.

Οι σειριακές αντιστάσεις Ra και R συνοψίζονται για το τελευταίο ισοδύναμο μοντέλο του κυκλώματος που αποτελείται από το ολοκληρωμένο κύκλωμα NFC και την κεραία βρόχου του:

Η αντίσταση IC NFC Rs μαζί με την αντίσταση κεραίας Ra και τον ενσωματωμένο πυκνωτή Cs σχηματίζουν ένα RLC κυκλώματος συντονισμού με τον επαγωγέα La της κεραίας. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα κυκλώματα συντονισμού RLC εξηγούνται σε διαδικτυακά μαθήματα ηλεκτρονικών.

Η συχνότητα συντονισμού ενός κυκλώματος σειράς RLC δίνεται από τον τύπο:

όπου:

• f είναι η συχνότητα συντονισμού (Hz)
• L είναι η ισοδύναμη επαγωγή του κυκλώματος (H)
• C είναι η ισοδύναμη χωρητικότητα του κυκλώματος (F)

Η μόνη άγνωστη παράμετρος της εξίσωσης είναι η τιμή της επαγωγής L. Αυτή είναι τόσο απομονωμένη για να υπολογιστεί:

Γνωρίζοντας ότι η συχνότητα λειτουργίας NFC είναι 13, 56 MHz και ότι ο πυκνωτής συντονισμού NT3H1101 είναι 50 pF, υπολογίζεται η επαγωγή L:

Για να έχει απήχηση στη συχνότητα NFC, η κεραία επαγγελματικής κάρτας PCB πρέπει να έχει συνολική επαγωγή 2, 75 μH.

Βήμα 5: Ορισμός σχήματος κεραίας: Γεωμετρικοί υπολογισμοί (1η μέθοδος)

Ο σχεδιασμός μιας κεραίας βρόχου σε ένα PCB με συγκεκριμένη επαγωγή είναι δυνατός και πρέπει να σέβεται τους γεωμετρικούς περιορισμούς. Μια κεραία μπορεί να πάρει διάφορα σχήματα: ορθογώνια, τετράγωνη, στρογγυλή, εξαγωνική ή ακόμα και οκταγωνική. Για κάθε σχήμα αντιστοιχεί ένας συγκεκριμένος τύπος που δίνει την ισοδύναμη επαγωγή ανάλογα με το μέγεθος, τον αριθμό των στροφών, το πλάτος των τροχιών, το πάχος του χαλκού και πολλές άλλες παραμέτρους…

Για το σχεδιασμό της επαγγελματικής μου κάρτας, επέλεξα να χρησιμοποιήσω μια ορθογώνια κεραία της οποίας η γεωμετρία έχει ως εξής:

όπου:

• a0 & b0 είναι οι συνολικές διαστάσεις της κεραίας (m)
• aavg & bavg είναι οι μέσες διαστάσεις της κεραίας (m)
• t είναι το πάχος της τροχιάς (m)
• w είναι το πλάτος της διαδρομής (m)
• g είναι το κενό μεταξύ των κομματιών (m)
• Ναντ είναι ο αριθμός των στροφών
• d είναι η ισοδύναμη διάμετρος της τροχιάς (m)

Για τη συγκεκριμένη γεωμετρία, η ισοδύναμη επαγωγή Lant δίνεται από τον τύπο:

όπου:

Για να διευκολύνω τους υπολογισμούς, δημιούργησα ένα εργαλείο υπολογισμού που βασίζεται στο excel και υπολογίζει αυτόματα την ισοδύναμη επαγωγή της κεραίας σύμφωνα με τις διαφορετικές γεωμετρικές παραμέτρους. Αυτό το αρχείο με εξοικονόμησε πολύ χρόνο και προσπάθειες για να βρω τη σωστή γεωμετρία κεραίας.

Είχα ισοδύναμη επαγωγή Lant = 2, 76 μH (αρκετά κοντά) με τις ακόλουθες παραμέτρους:

• a0 = 50 mm
• b0 = 37 mm
• t = 34, 79 μm (1oz)
• w = 0, 3 mm
• g = 0, 3 mm
• Ναντ = 5

Εάν είστε αλλεργικοί στα μαθηματικά και τους υπολογισμούς, υπάρχουν άλλες μέθοδοι και αναφέρονται λεπτομερώς στα παρακάτω βήματα. Είναι ακόμα σημαντικό να περάσετε από τους υπολογισμούς για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα βασικά του σχεδιασμού κεραίας.)

Βήμα 6: Καθορισμός του σχήματος κεραίας: Online Υπολογιστές (2η μέθοδος)

Μια εναλλακτική λύση για τους μακροχρόνιους υπολογισμούς που υποβλήθηκαν στο προηγούμενο βήμα είναι η ύπαρξη ηλεκτρονικών υπολογιστών γεωμετρίας κεραίας. Αυτοί οι υπολογιστές κατασκευάζονται από ιδιώτες ή επαγγελματίες και έχουν σκοπό να απλοποιήσουν το σχεδιασμό των κεραιών. Καθώς είναι δύσκολο να επαληθευτούν οι υπολογισμοί που πραγματοποιούνται από αυτούς τους διαδικτυακούς υπολογιστές, συνιστάται ιδιαίτερα να χρησιμοποιείτε αριθμομηχανές που εμφανίζουν αναφορές και τύπους που χρησιμοποιούνται ή αυτές που έχουν αναπτυχθεί από εξειδικευμένες εταιρείες.

Η STMicroelectronics προσφέρει μια τέτοια αριθμομηχανή στην ηλεκτρονική της εφαρμογή eDesignSuite για να βοηθήσει τους πελάτες να ενσωματώσουν προϊόντα ST στο κύκλωμά τους. Η αριθμομηχανή ισχύει για οποιαδήποτε εφαρμογή με τεχνολογία NFC και μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί για το τσιπ NFC από το NXP.

Με τις γεωμετρικές τιμές που υπολογίστηκαν προηγουμένως, η επαγωγή που προκύπτει από την εφαρμογή eDesignSuite είναι 2, 88 μH αντί της αναμενόμενης τιμής των 2, 76 μH. Αυτή η διαφορά προκαλεί έκπληξη και αμφισβητεί το αποτέλεσμα που ελήφθη προηγουμένως. Ο τύπος που χρησιμοποιείται από την εφαρμογή είναι άγνωστος και είναι αδύνατο να γίνει σύγκριση με τους υπολογισμούς που έγιναν προηγουμένως.

Λοιπόν, ποια από τις δύο μεθόδους δίνει το σωστό αποτέλεσμα;

Καμία! Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές και οι τύποι είναι θεωρητικά εργαλεία για την προσέγγιση ενός αποτελέσματος, αλλά πρέπει να συμπληρωθούν με προσομοιώσεις με εξειδικευμένα λογισμικά και πραγματικές δοκιμές για να επιτευχθεί το αναμενόμενο αποτέλεσμα.

Ευτυχώς, οι λύσεις NFC που έχουν ήδη προσομοιωθεί και δοκιμαστεί έχουν τεθεί στη διάθεση των σχεδιαστών ηλεκτρονικών ειδών και αποτελούν το αντικείμενο του επόμενου βήματος…

Βήμα 7: Καθορισμός του σχήματος κεραίας: Κεραίες ανοιχτού κώδικα (3η μέθοδος)

Για να διευκολύνουν την εφαρμογή των IC NFC τους, ορισμένοι κατασκευαστές παρέχουν ολοκληρωμένες λύσεις για σχεδιαστές ηλεκτρονικών ειδών, όπως οδηγούς σχεδίασης, σημειώσεις εφαρμογής και ακόμη και αρχεία EDA.

Αυτή είναι η περίπτωση της NXP, η οποία προσφέρει για τη σειρά ολοκληρωμένων κυκλωμάτων NFC έναν πλήρη οδηγό που περιλαμβάνει αναφορές για το σχεδιασμό κεραίας NFC, εργαλείο υπολογισμού με βάση το Excel για ορθογώνιες και στρογγυλές κεραίες, αρχεία gerber και Eagle για διαφορετικές κατηγορίες κεραιών.

Μια κλάση καθορίζει τους παράγοντες σχήματος και μεγέθους μιας κεραίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάξη, τόσο μικρότερη είναι η κεραία. Για το NFC, η NXP συνιστά να χρησιμοποιείτε κεραίες "Class 3", "Class 4", "Class 5" ή "Class 6".

Αποφάσισα να επικεντρωθώ σε ορθογώνιες κεραίες κατηγορίας 4, το μέγεθος των οποίων φαινόταν προσαρμοσμένο για την επαγγελματική μου κάρτα, η οποία θα βρίσκεται σε μια ζώνη που ορίζεται είτε:

• Εξωτερικό ορθογώνιο: 50 x 27mm
• Εσωτερικό ορθογώνιο: 35 x 13mm, κεντραρισμένο στο εξωτερικό ορθογώνιο, με ακτίνα γωνίας 3mm

Για αυτήν την κατηγορία, το NXP παρέχει τα αρχεία κεραίας Eagle που κατασκευάστηκαν από τους μηχανικούς τους και έχουν ήδη ενσωματωθεί σε ορισμένα από τα προϊόντα τους. Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του σχεδιασμού είναι ότι έχει ήδη προσομοιωθεί, διορθωθεί και πλήρως βελτιστοποιηθεί. Μέθοδοι δοκιμής, διορθώσεις και βελτιστοποιήσεις παρουσιάζονται σε ένα επίσης διαθέσιμο έγγραφο.

Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω αυτό το σχέδιο ανοιχτού κώδικα ως μοντέλο και να δημιουργήσω τη δική μου έκδοση για να το υλοποιήσω σε μια βιβλιοθήκη αφιερωμένη στο έργο.

Βήμα 8: Δημιουργία της βιβλιοθήκης του αετού

Για να σχεδιάσετε το ηλεκτρονικό κύκλωμα της επαγγελματικής κάρτας στο Eagle, είναι απαραίτητο να έχετε τα σύμβολα και τα δακτυλικά αποτυπώματα των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται. Μόνο η κεραία και η ετικέτα NFC έλειπαν, οπότε έπρεπε να τα δημιουργήσω και να τα συμπεριλάβω σε μια βιβλιοθήκη για το έργο.

Ξεκίνησα σχεδιάζοντας την κεραία αντιγράφοντας την ορθογώνια κεραία ανοιχτού κώδικα κατηγορίας 4 που παρέχεται από το NXP. Άλλαξα μόνο τη θέση των συνδετήρων και τα τοποθέτησα στο μήκος της κεραίας. Στη συνέχεια, συνέδεσα το πακέτο με το σύμβολο ενός πηνίου και πρόσθεσα τις ετικέτες ονόματος και τιμής:

Στη συνέχεια, σχεδίασα το τσιπ NFC χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που παρέχονται στο φύλλο δεδομένων του. Ονόμασα, μεγέθη και συγκέντρωσα τις 8 ακίδες των εξαρτημάτων για να σχηματίσω το αποτύπωμα 1, 6 * 1, 6 mm του πακέτου XQFN8. Τέλος, συσχέτισα το πακέτο με το σύμβολο του NTAG και πρόσθεσα το όνομα και τις ετικέτες τιμών:

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις βιβλιοθήκες Eagle και τη δημιουργία εξαρτημάτων, το Autodesk παρέχει φροντιστήρια στον ιστότοπό του.

Βήμα 9: Σχηματικό

Η δημιουργία του ηλεκτρονικού σχήματος γίνεται στο EAGLE PCB.

Μετά την εισαγωγή της βιβλιοθήκης "PCB_BusinessCard.lbr" που δημιουργήθηκε προηγουμένως, τα διάφορα ηλεκτρονικά εξαρτήματα προστίθενται στο σχηματικό σχήμα.

Το ολοκληρωμένο κύκλωμα NFC NT3H1101, το μόνο ενεργό συστατικό του κυκλώματος, συνδέεται με τα παθητικά εξαρτήματα χρησιμοποιώντας τις περιγραφές των ακίδων του που δίνονται στο φύλλο δεδομένων του:

• Η κεραία βρόχου των 2, 75 μH συνδέεται με τις ακίδες LA και LB.
• Η έξοδος συλλογής ενέργειας VOUT χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του τσιπ NFC και ως εκ τούτου συνδέεται με τον πείρο VCC.
• Ένας πυκνωτής 220 nF συνδέεται μεταξύ VOUT και VSS για να εγγυηθεί τη λειτουργία κατά την επικοινωνία RF.
• Τέλος, το LED και η αντίσταση σειράς τροφοδοτούνται από VOUT.

Η τιμή της αντίστασης LED υπολογίζεται με το νόμο του ohm σύμφωνα με τις παραμέτρους του LED και την τάση τροφοδοσίας:

όπου:

• R είναι η αντίσταση (Ω)
• Vcc είναι τάση τροφοδοσίας (V)
• Vled είναι η τάση εμπρός LED (V)
• Iled είναι το ρεύμα εμπρός LED (A)

Βήμα 10: Σχεδιασμός PCB: Κάτω πρόσωπο

Για το σχεδιασμό της επαγγελματικής μου κάρτας, ήθελα να πετύχω κάτι νηφάλιο, αλλά αυτό μπορεί να δείξει πόσο εφευρετικός είμαι στη ζωή και πάντα με μια νέα ιδέα στο μυαλό μου. Επέλεξα το σχέδιο του λαμπτήρα πυρακτώσεως, σύμβολο μιας νέας ιδέας της οποίας το φως μπορεί να φωτίσει τις γκρίζες περιοχές ενός προβλήματος. Μου άρεσε επίσης το γεγονός ότι ένας στρατολόγος μπορούσε εύκολα να συσχετίσει το προφίλ μου στο LinkedIn που εμφανίζεται στο τηλέφωνό του με μια νέα καλή ιδέα για την εταιρεία του.

Ξεκίνησα σχεδιάζοντας έναν λαμπτήρα ακτινοβολίας στο διανυσματικό λογισμικό σχεδίασης Inkscape. Το σχέδιο εξάγεται σε δύο αρχεία BitMap, το πρώτο περιέχει μόνο τη λάμπα και το δεύτερο μόνο τις ακτίνες φωτός.

Πίσω στο Eagle, χρησιμοποίησα το import-bmp ULP για να εισαγάγω τις εικόνες BitMap που δημιουργήθηκαν από το Inkscape σε ένα σχέδιο Eagle. Αυτό το ULP δημιουργεί ένα αρχείο SCRIPT που σχεδιάζει μικρά ορθογώνια διαδοχικά εικονοστοιχεία με πανομοιότυπο χρώμα που συνδυάζονται, αναδημιουργούν την εικόνα.

• Ο σχεδιασμός του λαμπτήρα εισάγεται στο 22ο στρώμα "bPlace" και θα εμφανιστεί στη μεταξοτυπία του PCB σε λευκό χρώμα, πάνω από τη μαύρη μάσκα συγκόλλησης.
• Το σχέδιο των ακτίνων φωτός εισάγεται στο 16ο στρώμα "Κάτω" και θα θεωρηθεί ως χάλκινο κομμάτι που καλύπτεται από τη μαύρη μάσκα συγκόλλησης.

Η χρήση του στρώματος χαλκού για μια εικόνα επιτρέπει να παίξετε με το πάχος του PCB και έτσι να δημιουργήσετε εφέ υφής και χρώματος που είναι συνήθως αδύνατα σε ένα PCB. Οι καλλιτεχνικοί πίνακες μπορούν να γίνουν με τέτοια κόλπα και έχω εμπνευστεί πολύ από κάποια έργα pcb-art.

Τέλος, σχεδίασα τα περιγράμματα του κυκλώματος και πρόσθεσα το σύνθημά μου "Πάντα μια νέα ιδέα". στο 22ο στρώμα "bPlace".

Βήμα 11: Σχεδιασμός PCB: Top Face

Καθώς το επάνω μέρος του πίνακα στερείται στοιχείων, ήμουν ελεύθερος να βρω έναν κομψό τρόπο να σημειώσω τα κλασικά στοιχεία επικοινωνίας μου: επώνυμο, όνομα, τίτλος, email και αριθμό τηλεφώνου.

Για άλλη μια φορά, έπαιξα με τα διαφορετικά στρώματα του PCB: Ξεκίνησα καθορίζοντας ένα μερικό επίπεδο εδάφους. Στη συνέχεια, εισήγαγα ένα κείμενο που περιέχει τα στοιχεία επικοινωνίας μου στο 29ο επίπεδο "tStop", το οποίο ελέγχει τη μάσκα συγκόλλησης για την επάνω όψη. Η υπέρθεση του επιπέδου γείωσης και του κειμένου στο στρώμα "tStop" προκαλεί την εμφάνιση των γραμμάτων στο επίπεδο γείωσης χωρίς τη μάσκα συγκόλλησης, δίνοντας στο κείμενο μια ωραία λαμπερή μεταλλική όψη.

Αλλά γιατί να μην τοποθετήσετε το επίπεδο γείωσης σε ολόκληρη την επαγγελματική κάρτα;

Η διάταξη μιας επαγωγικής κεραίας σε ένα PCB απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή καθώς τα ραδιοκύματα δεν μπορούν να περάσουν από μέταλλα και δεν πρέπει να υπάρχουν επίπεδα χαλκού πάνω ή κάτω από την κεραία.

Το ακόλουθο παράδειγμα δείχνει μια καλή εφαρμογή, όπου η μεταφορά ενέργειας και η επικοινωνία μεταξύ του αναγνώστη και της ετικέτας NFC είναι κατάλληλες επειδή κανένα επίπεδο χαλκού δεν επικαλύπτει την κεραία.

Το ακόλουθο παράδειγμα δείχνει μια κακή εφαρμογή, όπου η ηλεκτρομαγνητική ροή δεν μπορεί να ρέει μέσω της κεραίας. Το επίπεδο γείωσης στη μία πλευρά του PCB εμποδίζει τη μεταφορά ενέργειας μεταξύ της συσκευής ανάγνωσης και της κεραίας ετικέτας NFC:

Βήμα 12: Δρομολόγηση PCB

Ξεκίνησα τοποθετώντας όλα τα διαφορετικά εξαρτήματα στην κάτω όψη του PCB.

Το LED τοποθετείται στο νήμα του λαμπτήρα και τα άλλα εξαρτήματα είναι τοποθετημένα με τον πιο διακριτικό δυνατό τρόπο στη βάση του λαμπτήρα.

Τα καλώδια που συνδέουν τα διαφορετικά παθητικά εξαρτήματα μεταξύ τους ή με την ετικέτα NFC κατά προτίμηση τοποθετούνται κάτω από τις γραμμές που τραβούν το λαμπτήρα για αισθητικούς λόγους.

Τέλος, η κεραία τοποθετείται στο κάτω μέρος του κυκλώματος, γύρω από το σύνθημα και συνδέεται με το ολοκληρωμένο κύκλωμα NFC με δύο λεπτά καλώδια.

Ο σχεδιασμός του PCB έχει πλέον ολοκληρωθεί!

Βήμα 13: Δημιουργία αρχείων Gerber

Τα αρχεία Gerber είναι το τυπικό αρχείο που χρησιμοποιείται από το λογισμικό της βιομηχανίας τυπωμένων κυκλωμάτων για την περιγραφή των εικόνων PCB: στρώματα χαλκού, μάσκα συγκόλλησης, θρύλος κλπ.

Είτε επιλέξετε να κατασκευάσετε το PCB σας στο σπίτι είτε θα αναθέσετε τη διαδικασία κατασκευής σε έναν επαγγελματία, είναι απαραίτητο να δημιουργήσετε τα αρχεία Gerber από το PCB που δημιουργήθηκαν προηγουμένως στο Eagle.

Η εξαγωγή αρχείων Gerber από τον Eagle είναι πολύ απλή χρησιμοποιώντας τον ενσωματωμένο επεξεργαστή CAM: χρησιμοποίησα το αρχείο CAM για το Seeed Fusion 2-layer PCB που περιέχει όλες τις ρυθμίσεις που χρησιμοποιούνται από αυτόν τον κατασκευαστή και πολλούς άλλους. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη δημιουργία Gerber με αυτό το αρχείο μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπο του Seeed.

Ο επεξεργαστής CAM δημιουργεί ένα αρχείο.zip "NFC_BusinessCard.zip" που περιέχει 10 αρχεία που αντιστοιχούν στα ακόλουθα επίπεδα του PCB NFC Business Card:

Επέκταση	Στρώμα
NFC_BusinessCard. GBL	Κάτω χαλκός
NFC_BusinessCard. GBO	Κάτω μεταξοτυπία
NFC_BusinessCard. GBP	Πάστα κόλλησης κάτω
NFC_BusinessCard. GBS	Κάτω Soldermask
NFC_BusinessCard. GML	Mill Layer
NFC_BusinessCard. GTL	Κορυφαίο χαλκό
NFC_BusinessCard. GTO	Κορυφαία μεταξοτυπία
NFC_BusinessCard. GTP	Κολλήστε επικόλληση
NFC_BusinessCard. GTS	Top Soldermask
NFC_BusinessCard. TXT	Τρυπάνι αρχείο

Για να είμαι σίγουρος ότι το PCB θα είναι ακριβώς όπως ήθελα, ανέβασα τα αρχεία Gerber στο διαδικτυακό πρόγραμμα προβολής Gerber της EasyEDA. Άλλαξα το θέμα σε μαύρο και το φινίρισμα της επιφάνειας σε ασημί για να απεικονίσω το τελικό σχέδιο μετά την κατασκευή.

Iμουν πολύ ευχαριστημένος με το αποτέλεσμα και αποφάσισα να συνεχίσω με το βήμα κατασκευής…

Βήμα 14: Παραγγελία των PCB

Καθώς ήθελα ένα ποιοτικό φινίρισμα για τις επαγγελματικές μου κάρτες, εμπιστεύτηκα τη διαδικασία κατασκευής σε έναν επαγγελματία.

Πολλοί κατασκευαστές PCB προσφέρουν πλέον πολύ ανταγωνιστικές τιμές: SeeedStudio, Elecrow, PCBWay και πολλούς άλλους … Συμβουλή: Για να συγκρίνετε τιμές και υπηρεσίες που προσφέρονται από διαφορετικούς κατασκευαστές PCB, σας συμβουλεύω να χρησιμοποιήσετε τον ιστότοπο PCB Shopper, τον οποίο θεωρώ πολύ βολικό.

Για την κατασκευή των επαγγελματικών μου καρτών, έλαβα υπόψη μια σημαντική λεπτομέρεια: πολλοί κατασκευαστές PCB επιτρέπουν στον εαυτό τους να σημειώσει τον αριθμό παραγγελίας στη μεταξοτυπία PCB. Αυτός ο αριθμός, αν και μικρός, είναι ενοχλητικός ειδικά όταν το PCB πρέπει να είναι αισθητικό. Για παράδειγμα, είχα αυτή την άσχημη έκπληξη για τα χριστουγεννιάτικα δέντρα μου PCB 1 $, που παραγγέλθηκαν στο SeeedStudio.

Από την εμπειρία, ήξερα ότι η Elecrow δεν είχε αυτή την κακή συνήθεια και έτσι αποφάσισα να αναθέσω την κατασκευή των καρτών μου σε αυτόν τον κατασκευαστή και παρήγγειλα 10 επαγγελματικές κάρτες για 4,9 $ με τις ακόλουθες ρυθμίσεις:

• Στρώματα: 2 στρώσεις
• Διαστάσεις: 54*86 mm
• Διαφορετικός σχεδιασμός PCB: 1
• PCB Πάχος: 0, 6 mm (το λεπτότερο διαθέσιμο)
• Χρώμα PCB: Μαύρο
• Φινίρισμα επιφάνειας: HASL
• Castellated Hole: Όχι
• Βάρος χαλκού: 1oz (όπως έχει επιλεγεί στον τύπο επαγωγής κεραίας)

Δύο εβδομάδες αργότερα, έλαβα τα PCB μου τέλεια κατασκευασμένα και χωρίς κανέναν ενοχλητικό αριθμό παραγγελίας που σημειώθηκε στην οθόνη μεταξιού. Μέχρι τώρα καλά, ήρθε η ώρα να κολλήσετε αυτές τις σανίδες!

Βήμα 15: Συγκόλληση του τσιπ NFC

Βραβείο Κριτών στον Διαγωνισμό PCB