PCB Schematic Creation Request

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Started: adding gate networks and i2c pullups

Looking for "recommended connection for Sleep pin and no connect pins in typical application" in REF19XSERIES.pdf

Looking for "PCA9685 output structure LEDn pins and OE pin default usage" in PCA9685.pdf

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Work done
  • Retrieved the current schematic state and confirmed the previously missing passive network was in fact absent, not just differently named
  • Added the full missing gate-drive and pull-up network: R_G1 through R_G6, R_PD1 through R_PD6, and optional I2C pull-ups R_I2C_SDA and R_I2C_SCL
  • Verified key pin details needed for the next wiring pass, including duplicate-name handling on OC1, OC2, OC3, and dual-GND pins on U2 and U3
  • Confirmed from the U4 datasheet that ~Sleep~ should tie to Vin when unused, and that TP/NC pins remain explicit no-connects
Success criteria review
  • ✅ The missing passive network that blocked progress is now added to the schematic
  • ✅ Datasheet-driven tie-off decision for U4 is resolved
  • ❌ The board is not yet fully wired
  • ❌ ERC/schematic completeness review is not yet finished
  • ❌ PCB preparation has not started
Next steps The immediate next step is to run one full connection pass for power, grounds, I2C, SPI, stepper drivers, MOSFET outputs, the U4 block, and the isolated optocoupler section, then review remaining ERC findings. After schematic completion, the natural next stage is PCB layout: board sizing, stackup, and component placement.
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TRIBO-ELEK-012 – Auxiliary Module PCB Specification

Projekt: PROD-TRIBO – Tribo-Teststand
Dokument-Nr.: TRIBO-ELEK-012
Revision: 0.3
Erstellt: 2026-04-21 | Überarbeitet: 2026-04-22
Status: Entwurf — für Schaltplanagent (PCB-Generierung)
Referenzen: [IO] TRIBO-ELEK-002 Rev 1.7 · [BOM] TRIBO-ELEK-008 Rev 2.7 · [SUB] TRIBO-ELEK-007 Rev 3.2

1. Zweck
A-AUX erweitert A-MAIN (ESP32) um: PCA9685 PWM (I2C), 5× IRF3708 MOSFET-Treiber (LED/Lüfter), 2× A4988 Stepper (M4/M5), REF195 5V-Referenz, RTC (HW-111), SD-Karte (SPI), K3-Relaistreiber und 3× PC817 Optokoppler (24V PELV → 3,3V Rückmeldung). Alle I2C-Geräte teilen einen Bus.
K3 ist eine informative Temperaturbetriebssperre (kein ISO 13849).

2. Spannungsversorgung


NetzQuelleSpannungVerwendung
+12VJ1 (PSU2 MDR-60-12)12 VMOSFET-Drain, A4988 VMOT, REF195 VIN, K3-Spule
+5VJ2.5 (A-MAIN 12→5V, >2 A)5 VPCA9685 V+, ADS1256-Modul VCC (via J4)
+5V_REFU4 REF1955,000 VADS1256 AVDD, FS20, FZB-20N (via J4)
+3V3J2.1 (A-MAIN)3,3 VPCA9685 VCC, A4988 VDD, SD, RTC, Logik
IO_B4J2.6 (A-MAIN MCP23017)3,3 VK3-Relaistreiber Q6 Gate
GNDSternpunkt J1.2Gemeinsame Masse
Sternpunkt-GND neben J1. REF195 AGND separat zum Sternpunkt führen — keine Motorströme durch Analogbereich.

3. Komponentenliste

Aktive Bauelemente


Pos.BauteilGehäuseAnz.Funktion / Konfiguration
U1PCA9685PWTSSOP-281I2C 0x40; VCC=3,3V; V+=5V; OE→GND; gemeinsamer Bus mit MOD1
U2A4988 Pololu2×8 SIL1M4 Linearantrieb; VMOT=12V; VDD=3,3V
U3A4988 Pololu2×8 SIL1M5 Ölpumpe; DIR+/EN fest GND
U4REF195GSZSO-81VIN=12V → VOUT=5,000V; IOUT≤30mA
Q1–Q3IRF3708PBFTO-2203LED R/G/B; Gate ← PCA9685 CH4–6 via RG
Q4–Q5IRF3708PBFTO-2202Lüfter M3a/M3b; Gate ← PCA9685 CH2–3 via RG
Q6IRF3708PBFTO-2201K3-Treiber; Gate ← IO_B4 (J2.6) via RG6; Q6 nahe Q1–Q5 platzieren
OC1–3PC817DIP-4324V PELV → 3,3V: Endlage, E-Stop, Tür
MOD1HW-111 (DS3231)4-Pin1RTC, I2C 0x68, gesteckt; gemeinsamer Bus mit U1
MOD2SD-Modul 3,3V6-Pin1SPI, gesteckt, CS separat

Passive Bauelemente


Pos.WertAnz.Funktion
RG1–5100 Ω5Gate-R Q1–Q5
RG61 kΩ1Gate-R Q6 (K3, ≪1 Hz)
RPD1–610 kΩ6Gate-Pull-down → GND
C110 µF/25V Elko1REF195 Eingang (SMPS-Ripple-Filter)
C310 µF/16V Elko1REF195 Ausgang (Datenblatt ≥1µF)
C5, C6100 µF/25V Elko2A4988 VMOT je (Pololu-Empfehlung)
R_OC1–33,3 kΩ 1/4W3PC817 LED; (24−1,2V)/3,3k ≈ 6,9 mA; P=0,16W (63% Nennlast)
R_PU1–34,7 kΩ3PC817 Kollektor → +3V3

4. Steckverbinder-Pinbelegung
J1 — 12V Eingang (2P Schraubklemme)
Pin 1 = +12V (PSU2) · Pin 2 = GND (Sternpunkt)

J2 — I2C + Versorgung + IO_B4 (6P Stiftleiste)


PinSignalBeschreibung
1+3V3Logik
2GND
3I2C_SDA→ U1 (PCA9685) + MOD1 (RTC)
4I2C_SCL→ U1 + MOD1
5+5V→ U1 V+ · J4.2 (ADS1256 VCC)
6IO_B4 (MCP23017)→ RG6 → Q6.Gate (K3-Treiber)

J3 — SPI + Steuerlogik (7P Stiftleiste)


PinSignalBeschreibung
1GND
2SPI_SCLK→ J4.3 · MOD2.5
3SPI_MOSI→ J4.4 · MOD2.3
4SPI_MISO← J4.5 · MOD2.4
5ADS_CS→ J4.6
6ADS_DRDY← J4.7
7SD_CS→ MOD2.6 (TBD-1: GPIO#)
SPI-Bus geteilt: ADS_CS + SD_CS als separate CS-Leitungen. /RESET und /SYNC am ADS1256-Modul auf DVDD hardwired.

J4 — ADS1256-Kabel (8P, ~1,5m geschirmt)


PinSignalBeschreibung
1GNDAGND+DGND; am Schirmgeflecht anlegen
2+5VADS1256-Modul VCC (interner 3,3V-Regler)
3–5SCLK / MOSI / MISOSPI
6ADS_CS
7ADS_DRDY
8+5V_REFREF195 → AVDD + Sensorexzitation
Kabel: geschirmt (z.B. ÖLFLEX 180 SiZ), Schirm einseitig GND (Schrankseite), ≥0,25 mm²/Ader. Kein separater AGND nötig — SPI-Rücklaufstrom ~1,2 mV GND-Hub, differenzielle Eingänge unterdrücken dies.

J5 — Probenraum (7P Stiftleiste)


PinSignalBeschreibung
1+12V_CHAMBERUngeschaltete 12V (LED-Anoden, Lüfter+)
2GNDLeistungsrücklauf
3LED_RQ1.Drain
4LED_GQ2.Drain
5LED_BQ3.Drain
6FAN_M3aQ4.Drain
7FAN_M3bQ5.Drain
Low-side: Last+ → +12V_CHAMBER, Last− → Qx.Drain → Source → GND. Keine Freilaufdioden: BLDC-Lüfter haben interne Treiberelektronik. Gesamtstrom ~0,7A — ein +12V- und ein GND-Pin reichen. Lüfter PWM Pin 4 → TBD-8.
J6/J7 — Motorspulen M4/M5 (je 4P)
Pin 1–4 = A4988 OUT1A/1B/2A/2B → Motorspulen. M4 (J6): NEMA17-05GM, 1,68A/Phase. M5 (J7): Ölpumpe.

J8 — Stepper-Logik (6P Stiftleiste)


PinSignalZiel
1GND
2+3V3A4988 VDD
3STEP_LIN (GPIO12)U2.STEP
4DIR_LIN (GPIO14)U2.DIR
5EN_LIN (GPIO13)U2./EN
6STEP_OIL (IO_B5)U3.STEP
U3: DIR + /EN on-board GND.
K3-Polarität (IO_B4 via J2.6): HIGH → Q6 leitet → K3 an → Sperre aufgehoben. LOW/Power-Off → K3 NC schließt → Sperre aktiv.

J9 — TEC-Treiber (4P Stiftleiste)


PinSignalPCA-CH
1PWM_PEL1CH0
2PWM_PEL2CH1
3KPEL1_DIRCH7
4KPEL2_DIRCH8
Nur Signalleitungen — A-TEC Boards haben eigene Versorgung. K-PEL1/2 Relais (24V, 650Ω) werden auf A-TEC getrieben.
J10 — K3-Relais (2P)
Pin 1 = +12V (Spulenplus) · Pin 2 = K3_SW (Q6.Drain)
Finder 39.11: 12V / 0,2W / 720Ω / 16,7mA. Keine Freilaufdiode — avalanche-rated (EAS=54mJ >> 0,28mJ).

J11 — OC-Eingänge 24V PELV (4P)


PinSignalQuelle
1PELV_GNDPSU3 0V
2OC1_INS-POS / K4 (TBD-15)
3OC2_INK1/K2-Spulenpfad
4OC3_INIDEM Türstatus (TBD-16)
Keine GND-Brücke zwischen PELV_GND und PCB-GND. Trennung via PC817. Kriechstrecke ≥2 mm.

J12 — OC-Ausgänge 3,3V (3P)


PinSignalLogikBedeutung
1S_ENDSTOPLOW=EndlageOC1
2S_ESTOPLOW=Relais OKOC2
3S_DOORLOW=Tür offenOC3
Alle aktiv LOW (OC sättigt bei 24V-Eingang). GND über J2.2 geteilt — kein eigener GND-Pin nötig.
MOD1 — RTC (4P Buchse): +3V3 · GND · I2C_SDA · I2C_SCL (TBD-9: SQW/INT benötigt?)
MOD2 — SD (6P Buchse): +3V3 · GND · MOSI · MISO · SCLK · SD_CS

5. PCA9685 Kanalzuordnung


CHSignalZiel
0PWM_PEL1J9.1 → A-TEC 1
1PWM_PEL2J9.2 → A-TEC 2
2PWM_FAN_M3aRG4 → Q4
3PWM_FAN_M3bRG5 → Q5
4PWM_LED_RRG1 → Q1
5PWM_LED_GRG2 → Q2
6PWM_LED_BRG3 → Q3
7KPEL1_DIRJ9.3 → A-TEC 1
8KPEL2_DIRJ9.4 → A-TEC 2
9–15Reserve
VCC=3,3V · V+=5V · I2C 0x40 (Bus geteilt mit RTC 0x68) · OE→GND · PWM ~1kHz (Prescale=24)

6. Schaltungen
MOSFET-Treiber (Q1–Q5)
PCA9685 OUT  ── RGx (100Ω) ── Gate ──┬── RPDx (10kΩ) ── GND
                               Source ── GND
                               Drain  ── Last (→ +12V)
IRF3708: VGS(th)=1,0–2,5V · RDS(on)=10mΩ @ VGS=4,5V · bei V+=5V → VGS≈4,95V ✓
K3-Treiber (Q6)
IO_B4 (J2.6) ── RG6 (1kΩ) ── Gate ──┬── RPD6 (10kΩ) ── GND
                        Source ── GND
                        Drain  ── J10.2 (K3-Spule−)    +12V ── J10.1 (K3-Spule+)
REF195
+12V ── C1 (10µF) ── U4.VIN    U4.GND ── Sternpunkt
                      U4.VOUT ──┬── C3 (10µF) ── GND
                                └── +5V_REF ── J4.8
Laststrom: ADS1256 ~3mA + FS20 ~5mA + FZB-20N ~14mA = ~22mA (max 30mA, TBD-11).
Optokoppler (OC1–3)
24V (J11) ── R_OCx (3,3kΩ) ── PC817 Anode    Kathode ── PELV_GND (J11.1)
     PC817 Kollektor ──┬── R_PUx (4,7kΩ) ── +3V3      Emitter ── GND (PCB)
                       └── S_xxx → J12 → ESP32 GPIO
IF=6,9mA · P_R=0,16W (63% v. 1/4W) · CTR≥50% → IC≥3,5mA >> 0,7mA (R_PU) → VCE<0,1V ✓
Kriechstrecke ≥2mm, keine gemeinsame GND-Fläche.

7. A4988-Konfiguration
U2 (M4 Linearantrieb): STEP=J8.3 · DIR=J8.4 · /EN=J8.5 · /SLEEP+/RESET → +3V3 (10kΩ) · MS1–3=GND (Vollschritt, TBD-3) · VREF≈1,34V (1,68A, RS=0,1Ω) · VMOT=+12V via C5
U3 (M5 Ölpumpe): STEP=J8.6 (IO_B5) · DIR=GND (fest) · /EN=GND (fest) · Rest wie U2 · VREF → TBD-4 · VMOT=+12V via C6
8. Netzliste
NET +12V:       J1.1 → U4.VIN → C5.+ → C6.+ → Q1-Q5.Drain → J10.1 → Q6.Drain
NET +5V_REF:    U4.VOUT → C3.+ → J4.8
NET +5V:        J2.5 → U1.V+ → J4.2
NET +3V3:       J2.1 → U1.VCC → U2.VDD → U3.VDD → MOD1.1 → MOD2.1 → R_I2C1/2 → J8.2
NET GND:        J1.2 = J2.2 = J3.1 = J4.1 = J5.2 = ... (Sternpunkt)

NET I2C_SDA/SCL: J2.3/4 → U1.SDA/SCL → MOD1.3/4 (R_I2C1/2 → +3V3)
NET SPI_SCLK/MOSI/MISO: J3.2/3/4 → J4.3/4/5 → MOD2.5/3/4
NET ADS_CS:     J3.5 → J4.6
NET ADS_DRDY:   J3.6 → J4.7
NET SD_CS:      J3.7 → MOD2.6

NET STEP_LIN/DIR_LIN/EN_LIN: J8.3/4/5 → U2.STEP/DIR//EN
NET STEP_OIL:   J8.6 → U3.STEP   (DIR/EN = GND on-board)

NET PWM_LED_R/G/B:    U1.OUT4/5/6 → RG1/2/3 → Q1/2/3.Gate → Q.Drain → J5.3/4/5
NET PWM_FAN_M3a/M3b:  U1.OUT2/3 → RG4/5 → Q4/5.Gate → Q.Drain → J5.6/7
NET KPEL1/2_DIR:       U1.OUT7/8 → J9.3/4
NET IO_B4:      J2.6 → RG6 → Q6.Gate
NET K3_SW:      Q6.Drain → J10.2
NET M4/M5:      U2/U3.OUT → J6/J7.1-4

NET PELV_GND:   J11.1 → OC1-3.Kathode
NET OC1-3_IN:   J11.2/3/4 → R_OC1-3 → OC1-3.Anode
NET S_ENDSTOP/ESTOP/DOOR: OC1-3.Kollektor (R_PU→+3V3) → J12.1/2/3

9. Layout-Richtlinien
  1. GND-Sternpunkt bei J1.2. Motorströme getrennt vom Analogbereich.
  2. REF195 als Analog-Insel. C1/C3 direkt am IC. Kurze Bahn VOUT → J4.8.
  3. A4988 in Sockeln, C5/C6 direkt an VMOT. Motorleiterbahnen ≥1,5mm.
  4. MOSFETs TO-220. RGx am Gate-Pin platzieren.
  5. Leiterbahnbreiten: +12V ≥2mm · Motorspulen/MOSFET-Drain ≥1,5mm · Logik/REF 0,5mm
  6. I2C Pull-ups R_I2C1/2 (SDA/SCL): Pads vorsehen, nur bestücken wenn A-MAIN keine hat (TBD-6). Ein Bus für PCA9685 + RTC.
  7. Optokoppler in Reihe am Platinenrand nahe J11/J12. ≥2mm Kriechstrecke PELV ↔ 3V3. Kein Copper-Pour unter OCs.
  8. M3-Abstandshalter, ≥5mm zum Schrankgehäuse.

10. Offene Fragen


Nr.ThemaPrio
TBD-1SD_CS GPIO-NummerHoch
TBD-3A4988 Mikroschritt MS1–3Mittel
TBD-4M5 Ölpumpe VREF (Motorspec fehlt)Hoch
TBD-5Gelöst: V+=5V, VCC=3,3V. IRF3708 RDS(on)=10mΩ @ VGS=4,5V ✓
TBD-6I2C Pull-ups auf A-MAIN vorhanden?Hoch
TBD-7Gelöst: Keine Freilaufdioden. Lüfter=BLDC, K3=Avalanche (0,28mJ << 54mJ EAS)
TBD-8Arctic P12 PWM Pin 4 BeschaltungNiedrig
TBD-9HW-111 SQW/INT-Pin benötigt?Niedrig
TBD-11REF195 Laststrom bestätigen (FS20+FZB-20N)Hoch
TBD-12Gelöst: IO_B4 → J2.6 (A-MAIN), STEP_OIL → J8.6. Kein Konflikt mehr.
TBD-15OC1: S-POS direkt oder K4-Spule?Hoch
TBD-16OC3: IDEM KL1-P Kontakttyp (NO/NC)?Hoch

    1. Zweck

    2. Spannungsversorgung

    3. Komponentenliste

    Aktive Bauelemente

    Passive Bauelemente

    4. Steckverbinder-Pinbelegung

    J1 — 12V Eingang (2P Schraubklemme)

    J2 — I2C + Versorgung + IO_B4 (6P Stiftleiste)

    J3 — SPI + Steuerlogik (7P Stiftleiste)

    J4 — ADS1256-Kabel (8P, ~1,5m geschirmt)

    J5 — Probenraum (7P Stiftleiste)

    J6/J7 — Motorspulen M4/M5 (je 4P)

    J8 — Stepper-Logik (6P Stiftleiste)

    J9 — TEC-Treiber (4P Stiftleiste)

    J10 — K3-Relais (2P)

    J11 — OC-Eingänge 24V PELV (4P)

    J12 — OC-Ausgänge 3,3V (3P)

    MOD1 — RTC (4P Buchse): +3V3 · GND · I2C_SDA · I2C_SCL (TBD-9: SQW/INT benötigt?)

    MOD2 — SD (6P Buchse): +3V3 · GND · MOSI · MISO · SCLK · SD_CS

    5. PCA9685 Kanalzuordnung

    6. Schaltungen

    MOSFET-Treiber (Q1–Q5)

    K3-Treiber (Q6)

    REF195

    Optokoppler (OC1–3)

    7. A4988-Konfiguration

    8. Netzliste

    9. Layout-Richtlinien

    10. Offene Fragen

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