นามบัตร PCB พร้อม NFC: 18 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

เมื่อเรียนจบ ฉันเพิ่งต้องมองหาการฝึกงานเป็นเวลาหกเดือนในสาขาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อสร้างความประทับใจและเพิ่มโอกาสในการได้รับคัดเลือกให้อยู่ในบริษัทในฝัน ฉันมีแนวคิดที่จะทำนามบัตรของตัวเอง ฉันต้องการสร้างบางสิ่งที่ไม่เหมือนใคร มีประโยชน์ และสามารถแสดงทักษะการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของฉันได้ ใครจะมอบให้ใครก็ตาม

เมื่อสามปีที่แล้ว ขณะเรียกดู Instructables ฉันพบโครงการที่น่าสนใจมากซึ่งสร้างโดย Joep1986 ซึ่งมีชื่อว่า "Digital Business Card With NFC" โปรเจ็กต์นี้เกี่ยวข้องกับการฝังแท็ก NFC ในนามบัตรกระดาษเพื่อแบ่งปันข้อมูลการติดต่อกับโทรศัพท์ที่มีเทคโนโลยี NFC ฉันพบว่าโครงการนี้สร้างแรงบันดาลใจมาก และฉันคิดว่าจะแทนที่แท็ก NFC ทั่วไปด้วยวงจรที่กำหนดเองของการประดิษฐ์ของฉัน

นี่คือวิธีที่ฉันคิดขึ้นมาว่าจะสร้างนามบัตรของตัวเองบนแผงวงจรพิมพ์ สามารถส่งโปรไฟล์ LinkedIn ของฉันบนสมาร์ทโฟนของนายหน้าโดยใช้เทคโนโลยี NFC ได้ในทันที

คำแนะนำนี้ครอบคลุมทุกขั้นตอนที่ฉันทำตามเพื่อจินตนาการ ออกแบบ และสร้างนามบัตร PCB ของฉันด้วย NFC ตั้งแต่การคำนวณพารามิเตอร์เสาอากาศไปจนถึงการเขียนโปรแกรมชิป NFC ผ่านการออกแบบ PCB แบบมีพื้นผิว

ขั้นตอนที่ 1: BOM เครื่องมือและทักษะที่จำเป็น

คุณจะต้องการ:

เครื่องมือที่จำเป็น:

• หัวแร้ง
• เครื่องมือแก้ไขอากาศร้อน
• วางประสาน
• ฟลักซ์ประสาน
• ลวดเชื่อม
• แหนบจมูกยาว
• แหนบล็อค
• ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์
• คิว-ทิป
• ไม้จิ้มฟัน
• โทรศัพท์ที่มี NFC

เครื่องมือเสริม (แต่สะดวก):

• เครื่องดูดควัน
• กระจกวิเศษ

ทักษะ:

ทักษะการบัดกรี SMD

รายการวัสดุ:

ส่วนประกอบ	บรรจุุภัณฑ์	อ้างอิง	ปริมาณ	ผู้ผลิต
ชิป NFC 1kb	XQFN-8	NT3H1101W0FHKH	1	Mouser
ไฟ LED สีเหลือง	0805	APT2012SYCK/J3-PRV	1	Mouser
ตัวต้านทาน 47 Ω	0603	CRCW060347R0FKEAC	1	Mouser
ตัวเก็บประจุ 220 nF	0603	GRM188R70J224KA88D	1	Mouser
PCB	-	-	1	Elecrow

ขั้นตอนที่ 2: เทคโนโลยี NFC

NFC คืออะไร ?

NFC เป็นตัวย่อสำหรับ Near Field Communication เป็นเทคโนโลยีวิทยุระยะใกล้ที่ช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ที่อยู่ในระยะใกล้ (< 10 ซม.) ระบบ NFC ใช้ RFID ความถี่สูงแบบดั้งเดิม (HF) ซึ่งทำงานที่ 13, 56 MHz

ปัจจุบัน มาตรฐาน NFC รองรับอัตราการส่งข้อมูลที่แตกต่างกันถึง 424 kbit/s กลไกหลักของการสื่อสาร NFC ระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองจะเหมือนกับ RFID 13, 56 MHz แบบดั้งเดิมซึ่งมีทั้งต้นแบบและทาส มาสเตอร์เรียกว่าอีซีแอลหรือผู้อ่าน / นักเขียนและทาสคือแท็กหรือการ์ด

มันทำงานอย่างไร?

NFC เกี่ยวข้องกับผู้ริเริ่มและเป้าหมายเสมอ: ผู้ริเริ่ม (Emitter) สร้างสนาม RF อย่างแข็งขันที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับเป้าหมายแบบพาสซีฟ (Tag) โดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างเสาอากาศสองวง:

เสาอากาศของอีซีแอลและแท็กเชื่อมต่อกันผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และระบบนี้สามารถดูได้ดีที่สุดในฐานะหม้อแปลงแกนอากาศ โดยที่เครื่องอ่านทำหน้าที่เป็นขดลวดปฐมภูมิและแท็กเป็นขดลวดทุติยภูมิ: กระแสสลับที่ไหลผ่านหลัก คอยล์ (Emitter) เหนี่ยวนำให้เกิดสนามในอากาศ เหนี่ยวนำกระแสในขดลวดทุติยภูมิ (Tag) แท็กอาจใช้กระแสไฟจากสนามเพื่อจ่ายไฟเอง ในกรณีนี้ ไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ในการเข้าถึง ไม่ว่าจะอยู่ในโหมดอ่านหรือเขียน ชิปแท็ก NFC ดึงพลังงานที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อใช้งานจากสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยเครื่องอ่านผ่านเสาอากาศแบบวนรอบ

NFC ใช้ที่ไหน ?

NFC เป็นเทคโนโลยีที่กำลังเติบโตโดยจำเป็นต้องเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบไร้สาย NFC ได้รับการบูรณาการอย่างกว้างขวางในสมาร์ทโฟนเพื่อโต้ตอบกับอุปกรณ์ทางกายภาพที่เข้ากันได้กับ NFC และให้บริการใหม่ๆ เช่น การชำระเงินแบบไม่ต้องสัมผัส

เนื่องจากแท็ก NFC ไม่จำเป็นต้องรวมแหล่งพลังงานเนื่องจากสามารถขับเคลื่อนโดยพลังงานที่ปล่อยออกมาจากเครื่องอ่าน จึงสามารถใช้ปัจจัยรูปแบบที่ง่ายมาก เช่น แท็ก สติ๊กเกอร์ การ์ด หรือแม้แต่วงแหวนที่ไม่มีไฟ

ฉันชอบความจริงที่ว่าแท็ก NFC ไม่ได้ฝังเซลล์ปุ่มที่ก่อมลพิษเพื่อทำงาน แต่ใช้พลังงานของเครื่องส่งสัญญาณเท่านั้นแทน

ขั้นตอนที่ 3: ชิป NFC

NFC IC

ชิป NFC คือหัวใจของนามบัตร

ความต้องการของฉันคือ:

• แพ็คเกจ SMD ขนาดเล็ก
• หน่วยความจำเพียงพอสำหรับลิงก์ไปยังโปรไฟล์ LinkedIn ของฉัน
• โมดูลการเก็บเกี่ยวพลังงานฝังตัว

หลังจากเปรียบเทียบโมดูล NFC หลายตัว ฉันเลือกใช้ NTAG NT3H1101 IC จาก NXP ตามแผ่นข้อมูล:

"NTAG I2C เป็นผลิตภัณฑ์แรกของตระกูล NTAG ของ NXP ที่มีทั้งอินเทอร์เฟซแบบไร้สัมผัสและแบบสัมผัส (ดูรูปที่ 1) นอกเหนือจากอินเทอร์เฟซแบบไม่สัมผัสที่สอดคล้องกับ NFC Forum แบบพาสซีฟแล้ว IC ยังมีอินเทอร์เฟซการติดต่อ I2C ซึ่งสามารถสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้หาก NTAG I2C ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟภายนอก SRAM ที่ขับเคลื่อนภายนอกเพิ่มเติมที่แมปเข้ากับหน่วยความจำช่วยให้ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างอินเทอร์เฟซ RF และ I2C ได้อย่างรวดเร็ว และในทางกลับกัน โดยไม่มีข้อจำกัดด้านวงจรการเขียนของหน่วยความจำ EEPROM ผลิตภัณฑ์ NTAG I2C มีคุณลักษณะ พินการตรวจจับภาคสนามที่กำหนดค่าได้ซึ่งให้ทริกเกอร์ไปยังอุปกรณ์ภายนอกขึ้นอยู่กับกิจกรรมที่อินเทอร์เฟซ RF ผลิตภัณฑ์ NTAG I2C ยังสามารถจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ภายนอก (พลังงานต่ำ) (เช่นไมโครคอนโทรลเลอร์) ผ่านวงจรเก็บเกี่ยวพลังงานที่ฝังอยู่"

ขั้นตอนที่ 4: การคำนวณตัวเหนี่ยวนำเสาอากาศ

ในการสื่อสารและใช้พลังงาน แท็ก NFC ต้องมีเสาอากาศ ขั้นตอนการออกแบบเสาอากาศเริ่มต้นด้วยชิป NFC รุ่นเทียบเท่าและเสาอากาศแบบวนซ้ำ:

ที่ไหน:

• Voc คือแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่เกิดจากสนามแม่เหล็กในเสาอากาศแบบวนรอบ
• Ra คือความต้านทานที่เท่ากันของเสาอากาศแบบวนรอบ
• La คือการเหนี่ยวนำที่เท่ากันของเสาอากาศแบบวนรอบ
• Rs คือความต้านทานเทียบเท่าอนุกรมของชิป NFC
• Cs คือความจุในการปรับจูนที่เทียบเท่าอนุกรมของชิป NFC

เสาอากาศสามารถอธิบายได้ด้วยตัวเหนี่ยวนำ La ที่มีตัวต้านทานการสูญเสียขนาดเล็กมาก Ra เมื่อสนามแม่เหล็กถูกเหนี่ยวนำโดยอีมิตเตอร์ในเสาอากาศแบบวนรอบ จะเกิดกระแสในสนามแม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Voc จะปรากฏขึ้นที่ขั้วของมัน ชิป NFC สามารถอธิบายได้ด้วยตัวต้านทานอินพุต Rs และตัวเก็บประจุปรับค่า Cs ในตัว

ตัวต้านทานแบบอนุกรม Ra และ Rs ถูกนำมารวมกันสำหรับรูปแบบเทียบเท่าสุดท้ายของวงจรซึ่งประกอบด้วยวงจรรวม NFC และเสาอากาศแบบวนซ้ำ:

ตัวต้านทาน NFC IC Rs ร่วมกับตัวต้านทานเสาอากาศ Ra และตัวเก็บประจุ Cs ในตัวสร้างวงจรเรโซแนนซ์ RLC พร้อมตัวเหนี่ยวนำ La ของเสาอากาศ ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจรเรโซแนนซ์ RLC ได้อธิบายไว้ในบทเรียนอิเล็กทรอนิกส์ออนไลน์

ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรอนุกรม RLC ถูกกำหนดโดยสูตร:

ที่ไหน:

• f คือความถี่เรโซแนนซ์ (Hz)
• L คือการเหนี่ยวนำเท่ากันของวงจร (H)
• C คือความจุเทียบเท่าของวงจร (F)

พารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักเพียงอย่างเดียวของสมการคือค่าของตัวเหนี่ยวนำ L ค่านี้แยกได้มากเพื่อคำนวณ:

เมื่อรู้ว่าความถี่ในการทำงานของ NFC คือ 13, 56 MHz และตัวเก็บประจุปรับ NT3H1101 คือ 50 pF ค่าเหนี่ยวนำ L จะถูกคำนวณ:

เพื่อให้สะท้อนที่ความถี่ NFC เสาอากาศนามบัตร PCB ต้องมีค่าเหนี่ยวนำรวม 2, 75 μH

ขั้นตอนที่ 5: การกำหนดรูปร่างของเสาอากาศ: การคำนวณทางเรขาคณิต (วิธีที่ 1)

การออกแบบเสาอากาศแบบวนซ้ำบน PCB ที่มีความเหนี่ยวนำเฉพาะนั้นเป็นไปได้ และต้องคำนึงถึงข้อจำกัดทางเรขาคณิต เสาอากาศสามารถมีรูปร่างได้หลากหลาย: สี่เหลี่ยม สี่เหลี่ยม กลม หกเหลี่ยม หรือแม้แต่แปดเหลี่ยม สำหรับแต่ละรูปร่างจะสอดคล้องกับสูตรเฉพาะที่ให้ค่าความเหนี่ยวนำเท่ากันโดยขึ้นอยู่กับขนาด จำนวนรอบ ความกว้างของราง ความหนาของทองแดง และพารามิเตอร์อื่นๆ…

สำหรับการออกแบบนามบัตร ฉันเลือกใช้เสาอากาศทรงสี่เหลี่ยมที่มีรูปทรงดังนี้:

ที่ไหน:

• a0 & b0 คือขนาดโดยรวมของเสาอากาศ (ม.)
• aavg & bavg คือขนาดเฉลี่ยของเสาอากาศ (m)
• t คือความหนาของราง (m)
• w คือความกว้างของแทร็ก (ม.)
• g คือช่องว่างระหว่างราง (m)
• แนนคือจำนวนรอบ
• d คือเส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่าของแทร็ก (m)

สำหรับเรขาคณิตเฉพาะนี้ Lant ตัวเหนี่ยวนำที่เทียบเท่าถูกกำหนดโดยสูตร:

ที่ไหน:

เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น ฉันได้สร้างเครื่องมือคำนวณแบบ excel ซึ่งคำนวณค่าความเหนี่ยวนำที่เท่ากันของเสาอากาศโดยอัตโนมัติตามพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตต่างๆ ไฟล์นี้ช่วยฉันประหยัดเวลาและความพยายามอย่างมากในการค้นหารูปทรงเรขาคณิตของเสาอากาศที่เหมาะสม

ฉันมีค่าเหนี่ยวนำเทียบเท่า Lant = 2, 76 μH (ใกล้พอ) ด้วยพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• a0 = 50 มม.
• b0 = 37 มม.
• t = 34, 79 µm (1 ออนซ์)
• w = 0, 3 mm
• g = 0, 3 mm
• แนน = 5

หากคุณแพ้คณิตศาสตร์และการคำนวณ วิธีอื่นมีอยู่และมีรายละเอียดอยู่ในขั้นตอนต่อไปนี้ ยังคงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องทำการคำนวณเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นฐานของการออกแบบเสาอากาศ;)

ขั้นตอนที่ 6: การกำหนดรูปร่างของเสาอากาศ: เครื่องคิดเลขออนไลน์ (วิธีที่ 2)

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการคำนวณที่ยาวนานในขั้นตอนก่อนหน้าคือการมีอยู่ของเครื่องคำนวณเรขาคณิตของเสาอากาศออนไลน์ เครื่องคิดเลขเหล่านี้สร้างขึ้นโดยบุคคลหรือผู้เชี่ยวชาญ และมีวัตถุประสงค์เพื่อทำให้การออกแบบเสาอากาศง่ายขึ้น เนื่องจากเป็นการยากที่จะตรวจสอบได้ว่าเครื่องคำนวณออนไลน์เหล่านี้ทำการคำนวณอะไร ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้เครื่องคิดเลขที่แสดงการอ้างอิงและสูตรที่ใช้ หรือเครื่องคิดเลขที่พัฒนาโดยบริษัทเฉพาะทาง

STMicroelectronics นำเสนอเครื่องคิดเลขดังกล่าวในแอปพลิเคชันออนไลน์ eDesignSuite เพื่อช่วยให้ลูกค้ารวมผลิตภัณฑ์ ST เข้ากับวงจรของตน เครื่องคิดเลขใช้ได้กับแอปพลิเคชันใดๆ ที่มีเทคโนโลยี NFC ดังนั้นจึงสามารถใช้กับชิป NFC จาก NXP ได้

ด้วยค่าเรขาคณิตที่คำนวณไว้ก่อนหน้านี้ ผลที่ได้ซึ่งคำนวณโดยแอปพลิเคชัน eDesignSuite คือ 2, 88 μH แทนที่จะเป็นค่าที่คาดไว้ 2, 76 μH ความแตกต่างนี้น่าประหลาดใจและตั้งคำถามถึงผลลัพธ์ที่ได้รับก่อนหน้านี้ ไม่ทราบสูตรที่แอปพลิเคชันใช้และไม่สามารถเปรียบเทียบกับการคำนวณที่ทำไว้ก่อนหน้านี้ได้

ดังนั้นทั้งสองวิธีใดที่ให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง ?

ไม่มี ! เครื่องคิดเลขและสูตรออนไลน์เป็นเครื่องมือทางทฤษฎีสำหรับการประมาณผลลัพธ์ แต่ต้องทำให้สมบูรณ์ด้วยการจำลองด้วยซอฟต์แวร์เฉพาะทางและการทดสอบจริงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่คาดหวัง

โชคดีที่โซลูชัน NFC ได้จำลองและทดสอบไปแล้วสำหรับนักออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเป็นหัวข้อของขั้นตอนต่อไป…

ขั้นตอนที่ 7: การกำหนดรูปร่างของเสาอากาศ: เสาอากาศโอเพ่นซอร์ส (วิธีที่ 3)

เพื่ออำนวยความสะดวกในการใช้งาน NFC IC ผู้ผลิตบางรายได้จัดเตรียมโซลูชันที่สมบูรณ์สำหรับนักออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น คู่มือการออกแบบ บันทึกการใช้งาน และแม้แต่ไฟล์ EDA

นี่เป็นกรณีของ NXP ซึ่งนำเสนอคำแนะนำฉบับสมบูรณ์สำหรับวงจรรวม NFC NTAG รวมถึงข้อมูลอ้างอิงสำหรับการออกแบบเสาอากาศ NFC เครื่องมือคำนวณแบบ excel-based สำหรับเสาอากาศสี่เหลี่ยมและกลม ไฟล์ Gerber และ Eagle สำหรับเสาอากาศประเภทต่างๆ

คลาสกำหนดปัจจัยรูปร่างและขนาดของเสาอากาศ ยิ่งคลาสใหญ่ เสาอากาศยิ่งเล็ก สำหรับ NFC NXP แนะนำให้ใช้เสาอากาศ "Class 3", "Class 4", "Class 5" หรือ "Class 6"

ฉันตัดสินใจที่จะมุ่งเน้นไปที่เสาอากาศสี่เหลี่ยมคลาส 4 ซึ่งดูเหมือนว่าจะปรับให้เข้ากับนามบัตรของฉัน ซึ่งจะอยู่ภายในโซนที่กำหนดไว้อย่างใดอย่างหนึ่ง:

• สี่เหลี่ยมผืนผ้าภายนอก: 50 x 27mm
• สี่เหลี่ยมผืนผ้าภายใน: 35 x 13 มม. กึ่งกลางในสี่เหลี่ยมผืนผ้าภายนอก มีรัศมีมุม 3 มม

สำหรับคลาสนี้ NXP ได้จัดเตรียมไฟล์ Eagle ของเสาอากาศที่สร้างโดยวิศวกรและรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์บางตัวแล้ว ข้อได้เปรียบหลักของการออกแบบนี้คือมีการจำลอง แก้ไข และปรับให้เหมาะสมที่สุดแล้ว วิธีการทดสอบ การแก้ไข และการปรับให้เหมาะสมจะแสดงอยู่ในเอกสารด้วย

ฉันตัดสินใจใช้การออกแบบโอเพ่นซอร์สนี้เป็นแบบจำลอง และสร้างเวอร์ชันของตัวเองเพื่อนำไปใช้ในไลบรารีเฉพาะสำหรับโครงการ

ขั้นตอนที่ 8: การสร้าง Eagle Librairy

ในการวาดวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของนามบัตรบน Eagle จำเป็นต้องมีสัญลักษณ์และลายนิ้วมือของส่วนประกอบที่ใช้ ขาดเฉพาะเสาอากาศและแท็ก NFC ดังนั้นฉันจึงต้องสร้างและรวมไว้ในไลบรารีสำหรับโครงการ

ฉันเริ่มต้นด้วยการออกแบบเสาอากาศโดยคัดลอกเสาอากาศคลาส 4 โอเพ่นซอร์สรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ NXP จัดหาให้ ฉันแค่เปลี่ยนตำแหน่งของคอนเนคเตอร์และวางไว้บนความยาวของเสาอากาศ จากนั้นฉันเชื่อมโยงแพ็คเกจกับสัญลักษณ์ของขดลวดและเพิ่มป้ายกำกับชื่อและค่า:

ต่อไป ฉันออกแบบชิป NFC โดยใช้ข้อมูลที่ให้ไว้ในแผ่นข้อมูล ฉันตั้งชื่อ ปรับขนาด และประกอบ 8 พินของส่วนประกอบเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรอยเท้าขนาด 1, 6 * 1, 6 มม. ของแพ็คเกจ XQFN8 สุดท้าย ฉันเชื่อมโยงแพ็คเกจกับสัญลักษณ์ของ NTAG และเพิ่มป้ายกำกับชื่อและค่า:

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับไลบรารีของ Eagle และการสร้างส่วนประกอบ Autodesk มีบทแนะนำบนเว็บไซต์

ขั้นตอนที่ 9: แผนผัง

การสร้างสคีมาอิเล็กทรอนิกส์ทำได้บน EAGLE PCB

หลังจากนำเข้าไลบรารี "PCB_BusinessCard.lbr" ที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ จะถูกเพิ่มลงในแผนผัง

วงจรรวม NFC NT3H1101 ซึ่งเป็นส่วนประกอบเดียวของวงจรที่เชื่อมต่อกับส่วนประกอบแบบพาสซีฟโดยใช้คำอธิบายของหมุดที่ระบุในแผ่นข้อมูล:

• เสาอากาศแบบวน 2, 75 μH เชื่อมต่อกับพิน LA และ LB
• เอาต์พุตการเก็บเกี่ยวพลังงาน VOUT ใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับชิป NFC และเชื่อมต่อกับพิน VCC
• ตัวเก็บประจุ 220 nF เชื่อมต่อระหว่าง VOUT และ VSS เพื่อรับประกันการทำงานระหว่างการสื่อสารด้วยคลื่นความถี่วิทยุ
• ในที่สุด LED และตัวต้านทานแบบอนุกรมนั้นขับเคลื่อนโดย VOUT

ค่าความต้านทาน LED คำนวณตามกฎของโอห์มตามพารามิเตอร์ของ LED และแรงดันไฟฟ้า:

ที่ไหน:

• R คือความต้านทาน (Ω)
• Vcc คือแรงดันไฟ (V)
• Vled คือแรงดันไฟ LED ไปข้างหน้า (V)
• Iled คือกระแสไฟ LED ไปข้างหน้า (A)

ขั้นตอนที่ 10: การออกแบบ PCB: ใบหน้าด้านล่าง

สำหรับการออกแบบนามบัตรของฉัน ฉันต้องการบรรลุบางสิ่งที่มีสติสัมปชัญญะ แต่นั่นสามารถแสดงให้เห็นว่าฉันมีความคิดสร้างสรรค์ในชีวิตเพียงใดและมีความคิดใหม่อยู่เสมอ ฉันเลือกการออกแบบหลอดไส้ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของแนวคิดใหม่ซึ่งแสงสามารถส่องสว่างพื้นที่สีเทาของปัญหาได้ ฉันยังชอบความจริงที่ว่านายหน้าสามารถเชื่อมโยงโปรไฟล์ LinkedIn ของฉันที่ปรากฏบนโทรศัพท์ของเขากับแนวคิดดีๆ ใหม่ๆ สำหรับบริษัทของเขาได้อย่างง่ายดาย

ฉันเริ่มต้นด้วยการออกแบบหลอดไฟเรืองแสงบนซอฟต์แวร์วาดภาพเวกเตอร์ Inkscape ภาพวาดจะถูกส่งออกในไฟล์ BitMap สองไฟล์ ไฟล์แรกมีเฉพาะหลอดไฟและไฟล์ที่สองมีเฉพาะแสง

กลับไปที่ Eagle ฉันใช้ import-bmp ULP เพื่อนำเข้าภาพ BitMap ที่สร้างโดย Inkscape ลงในรูปวาด Eagle ULP นี้สร้างไฟล์ SCRIPT ที่ดึงสี่เหลี่ยมเล็กๆ ของพิกเซลต่อเนื่องที่มีสีเหมือนกันซึ่งรวมกันแล้วสร้างภาพขึ้นใหม่

• การออกแบบหลอดไฟนำเข้าที่ชั้นที่ 22 "bPlace" และจะปรากฏบนซิลค์สกรีนของ PCB เป็นสีขาว เหนือหน้ากากประสานสีดำ
• ภาพวาดของรังสีแสงถูกนำเข้ามาที่ชั้นที่ 16 "ด้านล่าง" และจะถือเป็นรางทองแดงที่ปกคลุมด้วยหน้ากากประสานสีดำ

การใช้ชั้นทองแดงสำหรับรูปภาพทำให้สามารถเล่นกับความหนาของ PCB ได้ ดังนั้นจึงสร้างเอฟเฟกต์พื้นผิวและสีที่ปกติแล้วจะไม่สามารถทำได้บน PCB บอร์ดศิลปะสามารถทำได้ด้วยเทคนิคดังกล่าว และฉันได้รับแรงบันดาลใจอย่างมากจากโปรเจ็กต์ pcb-art บางโปรเจ็กต์

สุดท้าย ฉันวาดโครงร่างของวงจรและเพิ่มคำขวัญของฉันว่า "เป็นแนวคิดใหม่เสมอ" บนชั้นที่ 22 "bPlace"

ขั้นตอนที่ 11: การออกแบบ PCB: ใบหน้าด้านบน

เนื่องจากด้านบนสุดของบอร์ดไม่มีส่วนประกอบใดๆ เลย ฉันมีอิสระที่จะหาวิธีที่สวยงามในการทำเครื่องหมายข้อมูลติดต่อแบบคลาสสิกของฉัน: นามสกุล ชื่อจริง ตำแหน่งงาน อีเมล และหมายเลขโทรศัพท์

อีกครั้ง ฉันเล่นกับเลเยอร์ต่างๆ ของ PCB: ฉันเริ่มต้นด้วยการกำหนดระนาบกราวด์บางส่วน จากนั้น ฉันนำเข้าข้อความที่มีข้อมูลติดต่อของฉันในเลเยอร์ที่ 29 "tStop" ซึ่งควบคุมหน้ากากประสานสำหรับใบหน้าด้านบน การซ้อนทับของระนาบพื้นและข้อความบนเลเยอร์ "tStop" ทำให้ตัวอักษรปรากฏบนระนาบพื้นโดยไม่มีหน้ากากประสาน ทำให้ข้อความมีลักษณะเป็นโลหะแวววาวสวยงาม

แต่ทำไมไม่ใส่ระนาบพื้นบนนามบัตรทั้งหมด?

เลย์เอาต์ของเสาอากาศอุปนัยบน PCB ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากคลื่นวิทยุไม่สามารถผ่านโลหะได้ และจะต้องไม่มีระนาบทองแดงด้านบนหรือด้านล่างของเสาอากาศ

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงการใช้งานที่ดี โดยที่การถ่ายเทพลังงานและการสื่อสารระหว่างเครื่องอ่านและแท็ก NFC เหมาะสมเนื่องจากไม่มีระนาบทองแดงทับเสาอากาศ

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงการใช้งานที่ไม่ดี โดยที่ฟลักซ์แม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านเสาอากาศได้ ระนาบกราวด์ที่ด้านหนึ่งของ PCB บล็อกการถ่ายเทพลังงานระหว่างเครื่องอ่านและเสาอากาศแท็ก NFC:

ขั้นตอนที่ 12: การกำหนดเส้นทาง PCB

ฉันเริ่มต้นด้วยการวางส่วนประกอบต่าง ๆ ทั้งหมดไว้ที่ด้านล่างของ PCB

LED วางอยู่บนไส้หลอดไฟ และส่วนประกอบอื่นๆ จะถูกจัดเรียงในลักษณะที่สุขุมที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ที่ฐานของหลอดไฟ

สายไฟที่เชื่อมต่อส่วนประกอบแบบพาสซีฟต่างๆ เข้าด้วยกันหรือกับแท็ก NFC ควรวางไว้ใต้เส้นที่วาดหลอดไฟเพื่อเหตุผลด้านสุนทรียะ

สุดท้าย เสาอากาศถูกวางไว้ที่ด้านล่างของวงจร รอบคำขวัญ และเชื่อมต่อกับวงจรรวม NFC ด้วยลวดเส้นเล็กสองเส้น

การออกแบบ PCB เสร็จแล้ว !

ขั้นตอนที่ 13: การสร้างไฟล์ Gerber

ไฟล์ Gerber เป็นไฟล์มาตรฐานที่ใช้โดยซอฟต์แวร์อุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์เพื่ออธิบายภาพ PCB: ชั้นทองแดง หน้ากากประสาน คำอธิบาย ฯลฯ …

ไม่ว่าคุณจะเลือกผลิต PCB ที่บ้านหรือมอบความไว้วางใจในกระบวนการผลิตให้กับมืออาชีพ สิ่งสำคัญคือต้องสร้างไฟล์ Gerber จาก PCB ที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้บน Eagle

การส่งออกไฟล์ Gerber จาก Eagle ทำได้ง่ายมากโดยใช้ตัวประมวลผล CAM ในตัว: ฉันใช้ไฟล์ CAM สำหรับ Seeed Fusion 2-layers PCB ซึ่งมีการตั้งค่าทั้งหมดที่ใช้โดยผู้ผลิตรายนี้และอื่น ๆ อีกมากมาย ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้าง Gerber ด้วยไฟล์นี้สามารถพบได้บนเว็บไซต์ของ Seeed

ตัวประมวลผล CAM สร้างไฟล์.zip "NFC_BusinessCard.zip" ที่มี 10 ไฟล์ที่สอดคล้องกับเลเยอร์ต่อไปนี้ของ NFC Business Card PCB:

ส่วนขยาย	ชั้น
NFC_BusinessCard. GBL	ทองแดงด้านล่าง
NFC_BusinessCard. GBO	ซิลค์สกรีนด้านล่าง
NFC_BusinessCard. GBP	วางประสานด้านล่าง
NFC_BusinessCard. GBS	ด้านล่าง Soldermask
NFC_BusinessCard. GML	Mill Layer
NFC_BusinessCard. GTL	ทองแดงยอดนิยม
NFC_BusinessCard. GTO	ซิลค์สกรีนยอดนิยม
NFC_BusinessCard. GTP	วางประสานยอดนิยม
NFC_BusinessCard. GTS	Soldermask ยอดนิยม
NFC_BusinessCard. TXT	ไฟล์เจาะ

เพื่อให้แน่ใจว่า PCB จะมีลักษณะตรงตามที่ฉันต้องการ ฉันจึงอัปโหลดไฟล์ Gerber ในโปรแกรมดู Gerber ออนไลน์ของ EasyEDA ฉันเปลี่ยนธีมเป็นสีดำและพื้นผิวเป็นสีเงินเพื่อให้เห็นภาพการออกแบบขั้นสุดท้ายหลังการประดิษฐ์

ฉันมีความสุขมากกับผลลัพธ์ที่ได้และตัดสินใจที่จะดำเนินการตามขั้นตอนการผลิต…

ขั้นตอนที่ 14: การสั่งซื้อ PCBs

เนื่องจากฉันต้องการพื้นผิวที่มีคุณภาพสำหรับนามบัตรของฉัน ฉันจึงมอบความไว้วางใจในกระบวนการผลิตให้กับมืออาชีพ

ขณะนี้ผู้ผลิต PCB หลายรายเสนอราคาที่แข่งขันได้มาก: SeeedStudio, Elecrow, PCBWay และอื่นๆ อีกมากมาย… เคล็ดลับ: หากต้องการเปรียบเทียบราคาและบริการจากผู้ผลิต PCB หลายราย ฉันแนะนำให้ใช้เว็บไซต์ PCB Shopper ซึ่งฉันคิดว่ามีประโยชน์มาก

ในการประดิษฐ์นามบัตรของฉัน ฉันคำนึงถึงรายละเอียดที่สำคัญ: ผู้ผลิต PCB หลายรายอนุญาตให้ตนเองทำเครื่องหมายหมายเลขคำสั่งซื้อบนซิลค์สกรีน PCB ตัวเลขนี้ถึงแม้จะเล็ก แต่ก็น่ารำคาญโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ PCB ต้องมีความสวยงาม ตัวอย่างเช่น ฉันมีเซอร์ไพรส์แย่ๆ สำหรับต้นคริสต์มาส PCB มูลค่า 1 ดอลลาร์ของฉัน ซึ่งสั่งซื้อจาก SeeedStudio

จากประสบการณ์ ฉันรู้ว่า Elecrow ไม่ได้มีนิสัยที่ไม่ดีเช่นนี้ ฉันจึงตัดสินใจมอบการ์ดของฉันให้กับผู้ผลิตรายนี้ และฉันสั่งนามบัตร 10 ใบในราคา $4.9 ด้วยการตั้งค่าต่อไปนี้:

• ชั้น: 2 ชั้น
• ขนาด: 54*86 mm
• การออกแบบ PCB ที่แตกต่างกัน: 1
• ความหนาของ PCB: 0, 6 mm (บางที่สุดที่มี)
• PCB สี: สีดำ
• เสร็จสิ้นพื้นผิว: HASL
• Castellated Hole: ไม่ใช่
• น้ำหนักทองแดง: 1 ออนซ์ (ตามที่เลือกในสูตรตัวเหนี่ยวนำเสาอากาศ)

สองสัปดาห์ต่อมา ฉันได้รับ PCB ที่ทำขึ้นมาอย่างสมบูรณ์แบบและไม่มีหมายเลขคำสั่งซื้อที่น่ารำคาญบนซิลค์สกรีน ดีมาก ถึงเวลาประสานบอร์ดเหล่านี้แล้ว!

ขั้นตอนที่ 15: บัดกรีชิป NFC

รางวัลผู้ตัดสินในการประกวด PCB