Rev Author Line No. Line
1954 miho 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
2 <html>
3 <head>
4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
5 <title> S3AN01A </title>
6 <meta name="keywords" content="stavebnice MLAB univerzální moduly FPGA XILINX Spartan3">
7 <meta name="description" content="Projekt MLAB, školní vývojová deska pro práci s obvody FPGA XILINX Spartan3">
8 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
9 <link rel="StyleSheet" href="../../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">
10 <link rel="StyleSheet" href="../../../../../Web/CSS/MLAB_Print.css" type="text/css" media="print">
11 <link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../Web/PIC/MLAB.ico">
12 <script type="text/javascript" src="../../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
13 <!-- AUTOINCLUDE END -->
14 </head>
15  
16 <body lang="cs">
17  
18 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
19 <!-- ============== HLAVICKA ============== -->
20 <div class="Header">
21 <script type="text/javascript">
22 <!--
23 SetRelativePath("../../../../../");
24 DrawHeader();
25 // -->
26 </script>
27 <noscript>
28 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
29 </noscript>
30 </div>
31 <!-- AUTOINCLUDE END -->
32  
33 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
34 <!-- ============== MENU ============== -->
35 <div class="Menu">
36 <script type="text/javascript">
37 <!--
38 SetRelativePath("../../../../../");
39 DrawMenu();
40 // -->
41 </script>
42 <noscript>
43 <p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
44 </noscript>
45 </div>
46 <!-- AUTOINCLUDE END -->
47  
48 <!-- ============== TEXT ============== -->
49 <div class="Text">
50 <p class="Title">
51 Školní deska s FPGA XILINX Spartan 3AN
52 </p>
53 <p class=Autor>
54 Milan Horkel
55 </p>
56 <p class="Subtitle">
57 Školní deska vznikla protože jsem se nechal přesvědčit kluky na radiotechnickém kroužku, že
58 by je zajímalo jak fungují obvody FPGA a že by si rádi zkusili něco s nimi udělat. Tento
59 dokument ale nepopisuje desku,  spíše ukazuje, že i taková deska se dá vyrobit podomácku.
60 Skutečnou dokumentaci naleznete u verze S3AN01B, která se od této liší jen minimálně.
61 </p>
62  
63 <p class="Subtitle">
64 <img width="401" height="441" src="S3AN01A_files/image001.jpg" alt="Image">
65 </p>
66  
67 <p>
68 <a href="../S3AN01A.cs.pdf"><img class="NoBorder"
2338 miho 69 src="../../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
1954 miho 70 alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
71 </p>
72  
73 <h1> Technické parametry </h1>
74 <table>
75 <tr>
76 <td> Parametr </td>
77 <td> Hodnota </td>
78 <td> Poznámka </td>
79 </tr>
80 <tr>
81 <td> Použitý obvod FPGA </td>
82 <td> XILINX Spartan3 XC3S50AN </td>
83 <td> &nbsp; </td>
84 </tr>
85 <tr>
86 <td> Náhrada </td>
87 <td> Deska S3AN01B </td>
88 <td> &nbsp; </td>
89 </tr>
90 </table>
91  
92 <h1> Popis konstrukce </h1>
93  
94 <h2> Úvodem </h2>
95  
96 <p>
97 Jak jsem psal v úvodu, motivace byla jednoznačná. Postavit dostatečně
98 jednoduchou školní vývojovou desku s obvodem programovatelné logiky.
99 Původně jsem uvažoval o obvodu CPLD, ale ukázalo se, že obvod FPGA se dá
100 koupit za velmi podobnou cenu a přitom přináší nesrovnatelně bohatší
101 možnosti.
102 </p>
103  
104 <p>
105 Protože jsem od přírody skeptik, rozhodl jsem se nejdříve realizovat
106 prototyp podomácku. Jen tak pro případ, že bych udělal nějakou chybu
107 v návrhu. Přeci jenom objednání plošných spojů není úplně zdarma.
108 A ukázalo se, že se to vyplatilo. Jak člověk dělá konstrukci po kouskách
109 po večerech, skoro jako televizní seriál, přehlédne snadno spoustu
110 drobností. Až se sám diví.
111 </p>
112  
113 <p>
114 Takže jaké chyby se objevily? Tyhle:
115 </p>
116  
117 <ul>
118 <li> Chyběly odpory v sérii s LED displejem, né že by displej nesvítil… </li>
119 <li> Přehlédl jsem, že některé nožičky jsou jen vstupní, ty pak neumí budit LED… </li>
120 </ul>
121  
122 <p>
123 První chyba, je skoro nepochopitelná. Normálně bych jí neudělal, ale
124 protože jsem schéma kreslil na pokračování, snadno jsem zapomněl, že
125 odpory nejsou ani stránce schématu s obvodem FPGA, ani na stránce
126 schématu s LED displejem.
127 </p>
128  
129 <p>
130 Druhá chyba je taková hloupá. Je trochu nepochopitelné, proč u tak
131 komplexní součástky je několik nožiček (asi 6) jen vstupních.
132 </p>
133  
134 <h2> Návrh desky </h2>
135  
136 <p>
137 Základem je chytrý návrh desky. Součástka je dost rychlá (stovky MHz) a
138 tomu musí odpovídat kvalita zemní plochy a rozvod napájení. Protože
139 design je dost složitý, nelze vystačit s jednou stranou spojů a jednou
140 stranou zemní plochy. Snahou bylo navrhnout desku tak, aby zemní plocha
141 byla nezbytnými spoji narušena co nejméně. I na straně zemní plochy musí
142 být pár spojů.
143 </p>
144  
145 <p>
146 Profesionální deska bude tedy klasická dvoustranná se spoji na jedné
147 straně a se zemní plochou a několika spoji na straně druhé.
148 </p>
149  
150 <p>
151 <img width="286" height="227" src="S3AN01A_files/image002.jpg"
152 alt="Image">
153 <img width="283" height="227" src="S3AN01A_files/image003.jpg"
154 alt="Image">
155 </p>
156  
157 <p>
158 Obrázek vlevo ukazuje detail rozvodu napájení pro obvod FPGA. Jsou tam
159 pěkně vidět prokovy a propojky. Velká plocha uprostřed je plocha
160 napájecího napětí +1.2V pro jádro obvodu a tlustý vodič okolo plochy je
161 +3.3V pro napájení IO vývodů. Blokování zajišťují kondenzátory vně
162 obvodu FPGA zapojené do zemní ploch pomocí prokovů. Obrázek vpravo
163 ukazuje celý motiv zemní strany včetně rozlité zemní plochy.
164 </p>
165  
166 <h2> Amatérská výroba desky </h2>
167  
168 <p>
169 Pro amatérskou výrobu si život usnadníme tím, že strana součástek bude
170 celá měděná (zemní plocha přes celou desku) a chybějící spoje
171 realizujeme propojkami. Prokovy realizujeme drátovými spoji pájenými z
172 obou stran desky. To je běžné.
173 </p>
174  
175 <p>
176 Chybějící spoje nahradíme drátovými propojkami. Pokud na desku nalepíme
177 na samolepce vytištěný „potisk“, zabijeme tím dvě mouchy najednou.
178 Nebudeme muset při používání desky koukat do dokumentace a propojky
179 můžeme udělat z pocínovaného drátu. <i>Jen nesmíme zapomenou vrtákem
180 odvrtat okraje zemní plochy kolem otvorů, které nemají být uzemněné.</i>
181 Spoje od prokovů na straně součástí děláme co nejplacatější aby nevadily
182 pod samolepkou.
183 </p>
184  
185 <p>
186 <img width="197" height="201" src="S3AN01A_files/image004.jpg"
187 alt="Image">
188 </p>
189  
190 <p>
191 Problém je co se spoji pod obvodem FPGA? Obvod je velmi placatý a pod
192 břichem má opravdu velmi málo místa. Tak asi 50um.
193 </p>
194  
195 <p>
196 <img width="192" height="69" src="S3AN01A_files/image005.jpg"
197 alt="Image">
198 </p>
199  
200 <h2> 50um, co s tím? </h2>
201  
202 <p>
203 Jde to kupodivu snadno. Vezmeme dobrou vrtačku a upneme do ní malou
204 frézu o průměru 2-3mm. Naštelujeme si doraz tak, abychom neodfrézovali
205 měď, ale jen nadbytečný cín.
206 </p>
207  
208 <p>
209 <img width="166" height="227" src="S3AN01A_files/image006.jpg"
210 alt="Image">
211 <img width="256" height="227" src="S3AN01A_files/image007.jpg"
212 alt="Image">
213 </p>
214  
215 <p>
216 Po dokončení ozkoušíme, jestli přeci jen spoje pod obvodem FPGA
217 nepřečuhují a jestli se obvod neviklá a když je vše v pořádku pustíme se
218 do osazování.
219 </p>
220  
221 <h1> Osazení a oživení </h1>
222  
223 <p>
224 Aby deska mohla fungovat, je třeba udělat tyto opravy.
225 </p>
226  
227 <h2> Oprava chyb </h2>
228  
229 <p>
230 Doplníme 2 drátové spoje dle obrázku. Tím se připojí LED displej chybně
231 připojený na vývody FPGA, které jsou jen vstupní na vývody, které jsou i
232 výstupní.
233 </p>
234  
235 <p>
236 <img width="256" height="173" src="S3AN01A_files/image008.jpg"
237 alt="Image">
238 </p>
239  
240 <p>
241 Tyto použité vývody patřily rozhraní PS/2 a proto je třeba jejich
242 spojení s PS/2 rozraním přerušit. Přiškrábneme dva spoje na obrázku
243 vpravo od odporů 4k7. Aby mohlo PS/2 rozhraní fungovat doplníme 2 nové
244 spoje směrem dolu na dosud nevyužité vývody (testovací body).
245 </p>
246  
247 <p>
248 <img width="255" height="302" src="S3AN01A_files/image009.jpg"
249 alt="Image">
250 <img width="243" height="302" src="S3AN01A_files/image010.jpg"
251 alt="Image">
252 </p>
253  
254 <p>
255 Po dokončení těchto úprav získáme desku, která je kompatibilní s
256 aktualizovanou deskou S3AN01B.
257 </p>
258  
259 </div>
260  
261 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
262 <!-- ============== PATIČKA ============== -->
263 <div class="Footer">
264 <script type="text/javascript">
265 <!--
266 SetRelativePath("../../../../../");
267 DrawFooter();
268 // -->
269 </script>
270 <noscript>
271 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
272 </noscript>
273 </div>
274 <!-- AUTOINCLUDE END -->
275  
276 </body>
277 </html>