부품 선정과 PCB 설계

by 김상돈 | 2017-09-22 15:54
arm cortex-m0 kvm switch pcb

재료

  • HDMI Connector(47151-1001) 6개
  • USB A Female(USB-A-S-RA-TSMT) 2개
  • 3.3V Regulator(MCP1700T-3302E/TT) 1개
  • Switch(MX1A-E1NN) 2개
  • USB Selector(TS3USB221) 2개
  • HDMI Selector(TS3DV642) 2개
  • USB Micro B Female(MCU-U52105) 4개
  • MCU(STM32F030F4P6) 1개

안녕하세요! 첫 프로젝트네요.


저는 회사에서 2대의 컴퓨터를 사용중이에요.

보안정책 상 나뉘어 있다는데, 2대의 컴퓨터를 사용하다보면 이리저리 왔다갔다 해야 하므로 불편한 점이 많지요.

USB 키보드, 마우스를 바꿔줘야 하고 모니터도 양쪽으로 바꿔주는 작업을 하루에도 수십번씩 합니다.


기존에는 KVM을 사서 썼었어요. 아날로그 모니터 방식의 D-SUB가 저렴해서 쓰다보니 모니터에 열화현상도 생기고 안좋더라구요.

그래서 HDMI 모니터용을 알아보니 최저가 6만원 이상...! 차라리 만드는게 낫겠다고 판단하였습니다.



제가 생각한 요구조건은, 다음과 같고요.

    1. HDMI 또는 DVI와 같은 Digital Video 사용할 것.

    2. 버튼을 눌러서 쉽게 바꿀 것.

    3. 유지보수를 위해 MCU를 넣고, 기능을 내 마음대로 바꿀 수 있게 할 것.

    4. (가장 중요) 작고 싸게 만들기.


저는 이런걸 하면서 다음과 같은 스킬들을 익힐 수 있을것 같았습니다.

    1. HDMI 신호선 전송이 잘 되게 하기 위해서 Impedance Matching 하는 방법

    2. HDMI 신호선의 고속 신호 전송을 위한 Propagation Delay 관리 방법


이런 면에서, Texas Instrument 는 스위칭 칩을 참 잘 만드는것으로 알고 있어요.

예제도 잘 되어있고요. 아래와 같이 HDMI, USB 스위칭을 하면 됩니다.



그리고 MCU는 가장 저렴한 라인인 STM32F030 을 사용하면 됩니다.

I/O 포트가 모자라지만, 아래처럼 구성했어요.

제가 생각한 기능은요

    1. 버튼 1을 누르면 HDMI 모니터 0번 / USB 키보드 / USB 마우스 를 PC-A로 연결한다.

    2. 다시 버튼 1을 누르면 HDMI 모니터 0번 / USB 키보드 / USB 마우스 를 PC-B로 연결한다.

    3. 버튼 2를 누르면 HDMI 모니터 1번 을 PC-A로 연결한다.

    4. 다시 버튼 2를 누르면 HDMI 모니터 1번을 PC-B로 연결한다.


이런 기능들은 C 코딩으로 구현하면 되니까, PCB 설계단계에서는 핀 연결만 잘 해두면 됩니다.

그리고 3층으로 쌓아서 만들거기 때문에 3장으로 V-Cut을 넣어서 설계 하였습니다.


PCB 설계에는 많은 설계과정이 있었지만 완성회로는 아래와 같아요.

메인 컨트롤러 PCB에서는 USB 2개를 스위칭 하게 됩니다. 키보드와 마우스는 USB A Type 커넥터에 바로 연결하면 되고, 각각의 PC와 연결하기 위해서는 Micro USB 커넥터를 위치시켰기 때문에, 스마트폰 충전하는 케이블을 사용하면 됩니다.

더불어, MCU와 3.3V Regulator를 여기에 넣었습니다. 제일 아래층이므로, Bottom 면에는 부품을 실장시키면 안돼요.

HDMI 스위칭을 하기 위한 쪽보드는 총 2개가 Stack되는데, 분명히 모니터를 1개만 쓰고 싶은 사람도 있을 것이므로 스위치와 LED는 2층, 3층 PCB에 동일하게 넣어주었습니다.

HDMI 스위칭 칩은 상당히 길쭉하게 생겼고요 Ground PAD까지 가지고 있기 때문에 납땜을 하려면 열풍기가 필요해요.

대부분의 HDMI 커넥터는 껍데기(?) Shield가 PCB와 바로 닿지 않게 돼 있긴 하지만 혹시 모를 사고에 대비하기 위해 Via는 Shiled 바깥쪽으로 뚫어 주었습니다. (원가 절감에는 수삽 하는것이 좋지만, 정신건강에는 안좋더라구요 ㅠㅠ)


그래서! 최종 설계 돼 나온 PCB가 아래 사진처럼 5장 왔습니다.

금액은 9만원 조금 안되게 샘플 만들었어요. (비싸서 만들려고 했더니 5개단위로 만들어야 해서^^ 이미 예산 초과 :)

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