Raspberry Pi CM4 için Endüstriyel Taşıyıcı PCB Tasarımı
Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) tabanlı olarak geliştirdiğim endüstriyel gateway amaçlı taşıyıcı kart (carrier board) tasarımını ve yüksek hızlı PCB tasarım sürecindeki temel yaklaşımlarımı özetliyorum. Hedef; sahada uzun süre çalışabilecek, izole haberleşme altyapısına sahip, esnek ve genişletilebilir bir donanım platformu oluşturmaktı.
Projenin Amacı
Bu kart, endüstriyel ortamlarda veri toplama, protokol dönüştürme ve ağ geçidi (gateway) görevlerini yerine getirebilecek şekilde tasarlandı. Özellikle fabrika otomasyonu, enerji izleme, uzaktan I/O sistemleri ve özel haberleşme çözümleri için kullanılabilecek modüler bir yapı hedeflendi.
Donanımsal Özellikler
İşlemci Modülü: Raspberry Pi Compute Module 4
Ağ Bağlantısı:
Dual Ethernet (1× 1 Gbps + 1× 100 Mbps)
Yüksek hızlı ve dengeli diferansiyel hat yönlendirmesi
USB:
Dual USB port
USB Type‑C üzerinden boot desteği
Endüstriyel Haberleşme:
RS485 Modbus haberleşmesi
Tam galvanik izolasyon (haberleşme ve güç tarafı ayrılmış)
Besleme Girişi:
Geniş aralıklı 9–36 V DC endüstriyel besleme
Endüstriyel güç kaynaklarıyla uyumlu tasarım
Görüntü Arayüzü:
DSI LCD portu (dokunmatik veya endüstriyel ekran uygulamaları için)
- Genişletilebilirlik:
Sağ tarafta konumlandırılmış harici SPI portu
Bu porta özel olarak tasarlanacak harici modüller veya cihazlar bağlanabilir
Mekanik Tasarım:
Hazır endüstriyel muhafaza (enclosure) içine doğrudan yerleştirilebilir form faktör
- Depolama ve Boot Seçenekleri:
USB Type‑C üzerinden boot edebilme
microSD kart ile çalışma desteği
Dahili eMMC üzerinden işletim sistemi ve veri kullanımı
Endüstriyel Gateway Olarak Kullanım Senaryoları
Bu taşıyıcı kart;
Modbus RTU ↔ Ethernet / TCP dönüştürücü
Veri toplama ve IoT gateway
Yerel ağ – bulut entegrasyonu
Endüstriyel kontrol panolarında kenar bilgisayar (edge computing)
Özel SPI tabanlı sensör veya kontrol kartlarıyla genişletilebilir sistemler
gibi birçok farklı senaryoda güvenle kullanılabilir.
PCB Tasarımı ve High‑Speed Design Yaklaşımı
Kartın PCB tasarımı, high‑speed design prensipleri dikkate alınarak gerçekleştirildi:
Ethernet ve USB hatlarında kontrollü empedans
Diferansiyel çiftlerde uzunluk eşleme (length matching)
Çok katmanlı PCB yapısı (güç, toprak ve sinyal katmanlarının ayrılması)
EMI / EMC risklerini azaltmaya yönelik yerleşim ve topraklama stratejileri
İzole bölgeler arasında güvenli creepage ve clearance mesafeleri
Bu çalışmada özellikle CM4’ün yüksek hızlı arayüzlerinin kararlı çalışması ve endüstriyel ortamlarda gürültü bağışıklığı ön planda tutuldu.
Sonuç
Raspberry Pi CM4 tabanlı bu taşıyıcı kart, hem yüksek hızlı haberleşme hem de endüstriyel izolasyon gereksinimlerini bir arada sunan, sahaya uygun bir gateway çözümü olarak tasarlandı. Modüler yapısı sayesinde özel SPI cihazlarıyla genişletilebilmesi, ürünü uzun vadede farklı projeler için yeniden kullanılabilir hale getiriyor.