Trasowanie płytki drukowanej (PCB Layout) w KiCad — Wysokopojemny gadżet noszony (eMMC, BLE, STM32)

Specyfikacja techniczna dla projektowania i trasowania płytki drukowanej (PCB Layout)

**Projekt:** SHIELD V1.1 — Taktyczny węzeł obecności

**Środowisko programistyczne:** KiCad (wersja 7 lub 8)

**Typ zadania:** Wysoka gęstość układu (High—Density Integrated Layout), trasowanie sygnałów mieszanych (Mixed—Signal PCB)

### 1. Głębokie zrozumienie zadania i fizyki procesów

Tworzymy nie kolejną domową biżuterię ani krokomierz, lecz somatyczny współprocesor kontroli adaptacyjnego stanu, działający w ramach otwartego standardu **ADN**. Głównym wyzwaniem tego projektu jest ekstremalna miniaturyzacja w połączeniu z rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi czystości sygnałów. Płytka ma fizyczny rozmiar **50×40 mm** i jest montowana w hermetycznej obudowie poliwęglanowej o grubości zaledwie **10 mm**.

Urządzenie musi nieprzerwanie rejestrować mikrosomatykę ciała, nie dopuszczając do zniekształcenia danych. Fizykę procesu wymaga od inżyniera zrozumienia, jak sąsiadują wysokoczęstotliwościowe linie cyfrowe, tor radiowy i nadwrażliwe analogowe czujniki. Jakiekolwiek zakłócenia, szum elektromagnetyczny z regulatora impulsowego lub wibracje części zasilającej, które dostaną się do obwodu pomiarowego, przekształcają urządzenie w bezużyteczny generator szumów.

### 2. Baza komponentów (BOM) i interfejsy

Schemat jest w pełni zweryfikowany, lista połączeń (Netlist) gotowa. Na płytce 50×40 mm należy umieścić następujące węzły:

* **Rdzeń obliczeniowy:** STM32U575 (wysokowydajny ultra-niskoprądowy mikrokontroler, obudowa LQFP100 / BGA).

* **Zbieranie danych (Obwód analogowy):**

* Czujnik optyczny fali pulsowej i HRV — MAX30102.

* 6-osiowy moduł inercyjny (akcelerometr + żyroskop) — BMI270.

* **Pamięć (Obwód wysokiej prędkości):** Lokalna pamięć o pojemności 8 GB eMMC do ciągłego rejestrowania zdarzeń i telemetrii.

* **Łączność (Obwód radiowy):** Moduł / chip BLE 5.2 z wbudowaną lub precyzyjnie rozprowadzoną na płytce anteną (Trace Antenna).

* **Część zasilająca i odpowiedź dotykowa:**

* Linowy wibracyjny silnik LRA (10 mm) do generowania wzorców dotykowych.

* Obwód zasilania: akumulator Li-Po o pojemności 600–800 mA·h, kontroler ładowania, obwody ochrony akumulatora.

* **Interfejsy wejścia-wyjścia:**

* Magnetyczny port ładowania i przesyłania danych USB-C.

* Diody LED wskaźnika statusu pracy (RGB 0603).

### 3. Rygorystyczne zasady trasowania (Zasady eliminujące wady)

Aby wykluczyć jakiekolwiek pytania w trakcie pracy i ustalić granice technologiczne, trasowanie musi ściśle odpowiadać następującym kryteriom:

#### Izolacja obwodu analogowego (PPG i IMU)

* Czujnik MAX30102 musi być umieszczony na fizycznie izolowanej wyspie płytki. Pod nim i wokół niego nie powinno być żadnych cyfrowych linii sygnałowych.

* Analogowe zasilanie czujników (VDD_Ana) musi być całkowicie odfiltrowane od cyfrowego za pomocą filtrów ferrytowych (Ferrite Beads) i kondensatorów blokujących, umieszczonych jak najbliżej pinów zasilania chipów.

* Analogowa masa musi być połączona z cyfrową ściśle w jednym punkcie (Star Ground).

#### Trasowanie eMMC (High-Speed Data)

* Linie szyny eMMC muszą być rozprowadzone z zachowaniem zasady wyrównania długości przewodników (Length Matching), aby wykluczyć przesunięcie fazowe sygnałów.

* Impedancja falowa cyfrowych linii eMMC musi być ściśle kontrolowana. Nie są dozwolone kąty proste przy trasowaniu — tylko zaokrąglenia lub kąty 45 stopni.

* Wokół szyny eMMC musi być zapewniona ciągła ścieżka powrotu prądu (GND Plane) na sąsiedniej warstwie.

#### Obwód radiowy (BLE 5.2)

* Tor wyjściowy anteny musi być zaprojektowany i rozprowadzony jako linia mikrofalowa z impedancją falową ściśle 50 Ω.

* Obszar pod anteną i w jej bezpośrednim sąsiedztwie na wszystkich warstwach płytki musi być całkowicie oczyszczony z miedzi (Keep-out zone) w ścisłej zgodności z kartą katalogową producenta chipu.

#### Linie zasilające i odpowiedź dotykowa

* Ścieżki prądowe od akumulatora do kontrolera zasilania i do sterownika silnika LRA muszą mieć zwiększoną szerokość (obliczenia na podstawie szczytowego prądu poboru silnika podczas uruchamiania wzorca dotykowego).

* Sterownik silnika LRA i jego obwody zasilające muszą być maksymalnie oddalone od czujnika BMI270, aby zminimalizować zakłócenia parazytowe i mechaniczne podczas odpowiedzi wibracyjnej.

### 4. Wymagania dotyczące mechaniki i rozmieszczenia (Placement)

* Rozmiar płytki — ściśle 50×40 mm. Tolerancja na kontur — nie więcej niż 0.1 mm.

* W rogach płytki przewidziano 4 otwory montażowe pod śruby M2 z izolowanymi strefami od metalizacji.

* Grubość płytki — 1.2 mm lub 1.6 mm (uzgadniane na podstawie wyników obliczeń stosu warstw pod kontrolowany impedancję).

* Optyczny czujnik MAX30102 musi być umiejscowiony na dolnej stronie płytki dokładnie w centrum otworu obudowy dla idealnego przylegania do ciała operatora.

* Zewnętrzny magnetyczny klips znajduje się blisko obudowy. Inżynier musi uwzględnić rozmieszczenie magnesów stałych i przesunąć czujnik IMU (BMI270) do wewnętrznej bezpiecznej strefy płytki, wykluczającej nasycenie magnetometru/żyroskopu.

### 5. Zakres dostarczanych wyników (Deliverables)

Po zakończeniu zadania wykonawca zobowiązany jest dostarczyć pełny pakiet plików źródłowych projektu:

1. Pliki topologii płytki (.kicad_pcb) i schematu ideowego (.kicad_sch), opracowane bez użycia zewnętrznych, własnościowych wtyczek do automatycznego trasowania.

2. Pełny zestaw plików Gerber (RS-274X lub X2) wraz z plikami wiercenia (Excellon) do wysyłki do produkcji.

3. Pliki produkcyjne: zestaw komponentów (BOM) i plik współrzędnych środków komponentów (CPL / Pick and Place) do automatycznego montażu SMD.

4. Jednolita, poprawnie złożona model 3D płytki drukowanej w formacie STEP do integracji w ogólnej mechanice obudowy urządzenia.

### 6. Filtr dla kandydatów (Eliminacja amatorów)

Jeśli chcesz podjąć się tego projektu, proszę, rozpocznij swoją odpowiedź od słowa **„ADN-Protocol”**. To potwierdzi, że uważnie i w pełni przeczytałeś specyfikację techniczną.

W odpowiedzi odpowiedz na trzy konkretne pytania inżynieryjne:

1. Jaką strukturę warstw płytki drukowanej (Layer Stackup) proponujesz dla tej gęstości układu (4 lub 6 warstw) i dlaczego?

2. Jaką metodę zamierzasz zastosować do kontroli impedancji falowej (90 Ω dla par różnicowych USB i 50 Ω dla BLE)?

3. Podaj przykłady zaprojektowanych przez Ciebie płytek o wysokiej gęstości (Wearables / IoT) z eMMC lub czujnikami BCI/PPG na pokładzie. Zrzuty ekranu lub linki do portfolio są obowiązkowe.

Szablonowe odpowiedzi, skopiowane przez boty lub sieci neuronowe bez odpowiedzi na pytania, będą automatycznie odrzucane. Potrzebujemy praktykującego inżyniera, gotowego dostarczyć bezbłędny przemysłowy wynik przy pierwszej rewizji płytki.