Инженер – это уникальный юнит, который резко отличается от остальных сотрудников. Отличается он в первую очередь тем, что прошёл предварительную подготовку перед сложной и ответственной работой. Данная подготовка нужна не только с психологической точки зрения, но и со стороны его профессиональных навыков. Одним из самых важных навыков, является навык оценки полученной информации из различных источников, с целью самообучения и поиска достоверной технических данных. Одним из методов получения этих данных является глубокий разбор устройств из смежных областей, для поиска хороших технических решений. Многие, называют это «технический шпионаж», и в некоторых моментах это справедливо. Достаточно длительное время я искал пример, на котором я бы мог показать инструменты этого мощного метода, на практике, и вот недавно мой коллега согласился на данную авантюру. По нашему общему согласию он позволил мне опубликовать ряд его фотографий с печатной платой(ПП), для разбора устройства.
На рисунке 1 можно увидеть скриншот «верхней стороны» ПП. Здесь отчётливо видны размеры ПП. В первую очередь будем руководствоваться принципом: «Необходимо проверять все параметры, указанные в печатной плате».
Поехали!
Иногда случается, что размеры затёрты, и надо восстановить габариты ПП. В данном случае размеры есть, и мы их просто проверим. На плате присутствуют два компонента, габариты которых мы можем однозначно проверить, и из соотношения пропорций узнать размер. Это транзисторы Q1-Q4 и разъём по центру. Они подсвечены на рисунке 2.
С очень большой вероятностью шаг контактов у разъёма 2,54 мм (под стандартную гребёнку), а транзисторы в sot-23 корпусе. Распечатав, и измерив расстояние между центрами крайних отверстий получаем 54,21м, а вся плата 292,71 х 159,36 мм. Тогда расстояние между центрами отверстий гребёнки в натуральном размере 2,54*4=10,16 мм и пропорциональность между действительными размерами и картинкой 5,336. Отсюда получаем габариты платы: 54,85 х 29,87. Учтём тот факт, что у нас 100% появилась погрешность измерений, а разработчики любят делать платы с целыми длинами сторон, то получаем что габариты платы 55 х 30 мм +-1 мм, что очень похоже на указанные надписи. Аналогичный трюк вы можете проделать с транзисторам Q1-Q4. Я намеренно не делаю его тут, чтобы вы могли попрактиковать в данном навыке.
Далее дополним картину ПП обратной стороной, показанной на рисунке 3.
Отсюда становится понятно, что плата из себя представляет какой-то контроллер с преобразователем интерфейсов. Давайте полностью опишем что есть на ПП:
• Разъём J1 для питания по постоянному току. Такой разъём часто встречается у китайский зарядок аля 9В 1А или 12 В 1А. Скорее всего питание платы не превышает 24В, так как на плате нет DC-DC преобразователей, а рассеять большее количество тепла на одном линейном стабилизаторе увы но не получается.
• Котроллер с кварцевым резонатором Y1. Контроллер можно идентифицировать как 32-ух ногий. Шаг найдём по выше указанной методике равным 0,8 мм, что соответствует tqfp корпусам. После первого запроса в Google получил, что есть Atmega8-16Au, которая очень похожа на то, что на представленных картинках. Данный контроллер проверим позже.
• Какой-то зинезубый (Bluetooth) модуль. Не вижу проблем найти такой в популярном китайском магазине с доставкой по России.
• Разъём J2 который нужен для вывода нагрузки. Такое решение из-за стоящих рядом элементов sot23-3, которые очень вероятно являются тразисторами (по схеме их согласования с МК).
• По остаточному принципу J3 –разъём для программирования и отладки. На нём остановимся подробнее ниже.
Проверка контроллера.
Это сложная и ответственная операция, которая требует большого опыта в чтении даташитов. Для верификации надо найти несколько отличительных черт данного МК, которые его будут различать со всем остальными. В данном случае присмотримся к кварцевому резонатору и питанию. Внимательно рассмотрев даташит на Atmega8-16Au приходим к выводу, что кварц стоит по другому, и скорее всего это не этот контроллер.
Порывшись 20 минут в интернете вспомнил, что у STM32 были чипы в данных корпусах, я немедленно залез на сайт производителя и нашёл STM32F030K4, который с оговорками, но совпадает с данным футпринтом.
Переходим к детальному рассмотрению печатной платы.
Начнём с того, что мне в ней не нравится:
1. Нахождение переходных отверстий в непосредственной близости к паду. Обычно это приводит в двум вещам. Во-первых, технологи на крупных производствах не рекомендуют так делать, по тому что медь под острым углом вытравливается очень плохо, и рисунок будет изменён. Во-вторых, такие переходные отверстия увеличивают теплоотвод от пада в момент пайки, и при пайке в печи это неминуемо сдвинет чип, что приведёт к необходимости ручной пайки всей серии.
2. Термобарьеры между падом и полигоном. Они слишком тонкие. Смысла делать их такими тонкими нет. Разрабатывающих это инженер явно не читал IPC стандарт по производству ПП.
3. Трассировка и выбор кварца. Я сильно не уверен, нужен ли тут кварц вообще или достаточно встроенной RC-цепочки. Но уж если нужен, то давайте не будем использовать китайские HC-49. Они огромные и жутко не стабильные. При личном разговоре я всегда вспоминаю моего друга Мишу, который купил 1000 кварцев НС-49, которые изменяли свои параметры во время работы более чем на 20%. Уже давно есть доступные 5032 и меньшие аналоги, способные устранить нехватку кварца и быть высокостабильными. Тем не менее в выбранной трассировке на высоких частотах будет твориться что-то неподтребное, лучше исправить по референс мануалу. В прочем если работает, то можно забить.
4. Система питания. Так повелось, что в России это самая больная тема, куда ни приди. Тут ровно эта история. Если тут стоит маленький линейник, который скорее всего создаёт 3v3 линию, то он склонен к пергреву. Давайте зададимся током системы в 50-100 мА, что очень похоже, и сделаем вывод, что на линейном стабилизаторе выделиться 0,3 – 0,87 Вт. Это много. Если вглядеться в Рисунок 1 и увидеть стандартную для таких решений схему DC-DC преобразователя с обратной связью, то вроде бы всё не плохо, но микросхемы в sot23-5 искать увы не очень прикольно.
5. Никакой защиты по выходу. Так как по «восстановленной схеме», в базах транзисторов стоит делитель, то скорее всего это биполярные транзисторы. Они не защищены ни от статики, ни от переполюсовки, ни от любого вида помех. Дополнительно, грамотные и опытные инженеры обычно делают систему защиты от перегрузки, чтобы в случае чего не спалить блок питания. Здесь этого не увидел совсем.
6. Никаких блокировочных конденсаторов у выводов микроконтроллера. Прямое нарушение рекомендации всех производителей и как следствие случайные и странные отключения/глюки самого МК. Исправляется всё очень быстро и просто.
7. Обеспечить питание микроконтроллера через дроссель идея конечно прикольная, но не очень рабочая. Пункт №6 это не исправляет, но добавляет проблем в момент выключения транзисторов/выходов. Образуется выброс. Если индуктивность не велика, то МК переживёт всё, так как не регламентированно живёт сильно выше указанных в даташите номиналов, но лучше так не делать.
8. Особе педантичные люди(по типу меня) выравнивают все слои, в том числе и шёлк. Сейчас он смотрится странно и пугающе, а если сделать по уму, то будет красиво и элегантно. При такой плотности компонентов его стоит делать, так как место остаётся и его можно занять.
9. Нет идентификатора первого пина и МК. Обычно найти первый пин у МК это 75% залога хорошего ручного монтажа МК на ПП. Здесь его нет. Совсем.
10. Переходные отверстия у выводов транзисторов с начала не дадут их нормально припаять, а затем не пропустят достаточно сильный ток. Лучше больше и чуть дальше. Это даст меньшее сопротивление по постоянному току и лучшие условия по пайке.
11. Если это STM32F030, то подтягивать ножки BOOT к питанию/земле напрямую не желательно. По какой-то причине в МК может не быть бутлоадера, и у вас с начала сгорит просто вывод МК, а потом и вся система. Подтяжка через 10к надёжнее.
12. Не хватает полигона земли с другой стороны МК. Он улучшит цепь снабжения землёй и устройство будет работать стабильнее + уменьшаться наводки на цифровые линии от Bluetooth-модуля.
13. Последовательно со всей схемой стоит резистор, то есть при разном цвете, будет разное напряжение на ленте. Это провал.
14. Ну и напоследок, на плате есть множество мест, где можно сделать шире полигоны/короче дорожки/расположить конденсаторы на пути ВЧ фильтра, но напрягать тебя, мой дорогой читатель данной информацией я не хочу, так как это нужно только разработчику. Например тут:
А теперь хорошее.
Да, в любой плате можно найти что-то полезное и хорошее для себя. Если вы этого не видите, то всё очень грустно.
1. Инженер пользуется системой настройки правил. Это правильный путь, и я желаю всего наилучшего на данном пути.
2. Используется набор достаточно современных компонентов, которые здорово упрощают работу инженера. Разъёмы достаточно прикольные.
3. Судя по количеству выводов, это подходит для управления RGB лентой. Очень похоже, что это контроллер управления RGB лентой со смартфона. Сама идея клёвая.
4. Под МК натянут полигон. Этой частью многие инженеры сейчас пренебрегают, за что платят сполна.
5. Есть диод по питанию ленты. Это здорово.
6. Достаточно компактное решение. Конечно, можно было бы замахнуться на Stm32F030 в tsopp20 корпусе, но по ряду их проблем, я счастлив что его не использовали.
7. Используется более 50% пинов чипа. Это здорово, так как говорит об обдуманности выбора чипа.
На этом всё. Так может получится, что вы захотите подобный аттракцион со своей платой. В таком случае напишите мне в VK/на почту сайта и мы обговорим условия. На текущий момент в виду моей загруженности друзьям я такую штуку сделаю бесплатно, а вот с остальных я прошу 1500 рублей, если у меня не будет права публикации данного материала, и 1000 если я смогу после разбора опубликовать получившийся материал.
