В ответ на разбор моих устройств я сел за разбор устройства моего коллеги. В качестве входных данных я получил следующие 2 картинки:
Первым делом
Так как я делаю разборы систематически, то по традиции начнём с поиска размеров. Я не буду приводить все этапы, но отмечу, что для верификации размеров использовался разъём J1 и линейный стабилизатор U2. Предполагаемы размер 16,5 х 34 мм.
Что есть на плате?
С первого взгляда так и не скажешь, что за устройство. На глаза бросается надпись UIB RF BOARD Rev6. Наверное это как-то связано с устройством. А теперь обо всё по порядку:
1. Система питания на C2-U2-C3. Скорее всего это линейный стабилизатор по типу LP2985. Таких линейников много, и нужны они в основном преобразовать напряжение с 5-до 3в3 или тому подобное.
2. Микросхема, очень похожая на микроконтроллер IC1. Её корпус однозначно TQFP-32(шаг 0,8 мм) и 32 вывода по квадрату. Характерно и бросается в глаза, что под ней находится джампер JP2. Он закорачивает 2 вывода микроконтроллера между собой. Понятно, что компонент не паяется, но назначение не понятно. Так-же к выводам 2 и 3 подключен кварцевый резонатор со встроенными конденсаторами. Компактное решение, определённо плюс. В фильтрации контролера стоят 3 блокирующих конденсатора С1-С6-С9. Мне совсем не нравится их трассировка на печатной плате, но само их наличие уже говорит о многом. На посадочное место данных конденсаторов можно поставить разные номиналы разных типоразмеров. От 0603 до 1206. Скорее всего по рекомендации производителя поставлены 100nF – 1uF. Разъём для программирования сделан в виде тестовых точек и состоит из GND, 2 портов МК и судя по всему резета на подтяжке которого стоит резистор. Отсюда можно сделать вывод, что используется продукция фирмы STMicroelectronics, хотя и не очень по даташиту(см статью 2 подключение выхода nReset).
3. Микросхема U3 с джампером под микросхемой. Судя по тому, что между двумя её выводами весит резистор R1 это самый стандартный драйвер RS485 интерфейса. Легко сравнить с DS на ST485 к примеру. Вообще драйверы 485-го применяются массово и все совместимы по посадочным местам, поэтому сказать, что именно за микросхема тут сложно. Джампер в данном случае согласует один из выходов (TX) с выходным разъёмом. Меня несколько смущает системы выбранного состояния драйвера. Обычно у RS-485 драйверов два пина /RE(приёмник отключен) и DE(передатчик включен). Сделано это для того, чтобы всего 1-им пином от МК переводить интерфейс из режима чтения линия, в режим передачи. В данном случае получается, что в устройстве всегда осуществляется и передача и приём. Конечно, это позволяет слушать ЭХО сигнала, но обычно (с точки зрения программистов) это избыточно и ведёт к увеличенному энергопотреблению.
4. Разъём J1 обеспечивающий питание устройства и выход 485 интерфейса. Так-же на него приходит ещё SPI или 2 UART/I2c интерфейса.
5. Кнопка и светодиоды, подключаемые через джамперы. Видимо индикация работы.
6. С обратной стороны скорее всего располагается популярные решение – ESP8266. Задействованы не все ноги данного модуля, но сделан согласно описанию выход на внешнюю WiFi антенну. Этот тракт я оставлю без комментариев, но не похоже что он 50-омный, что хорошо бы сказалось на качестве принимаемого сигнала.
7. Сбоку от него висит разъём, который диагностирует состояние ESP-08. В принципе ничего криминального, кроме того, что если к нему припаиваться, то со временем он выдерется из печатной платы.
8. Вспомнив предыдущий разбор, я сопоставил данные и пришёл к выводу, что это похожий на STM32F030K4 (или чипы с большей памятью). Тогда на разъём помимо 485 интерфейса выведен UART и I2С. Согласно спецификации на I2C – не очень желательно выводить его за пределы печатной платы на больших скоростях, но есть куча датчиков, работающих по средствам данного интерфейса.
9. Так зачем же был джампер? Оказывается, что это PA1 и PA0. Скорее всего это фишка с управлением питанием и просыпанием по внешнему событию. Ну или защита от чтения данных путём убивания МК.
Так что-же это за устройство?
Очень похоже, что данное устройство из серии умного дома. В нём есть подключение к интернету и общения по сети датчиков. Отдельные выводы на проводные датчики и устройства малой автоматизации жилища. Беда в нём ровно такая-же как и везде — энергопотребление. Как только решу, скажу.
Замечания по трассировке ПП
Да, на плате хорошо видны дорожки и можно сделать вывод о том, что в области трассировки печатных плат автора ждёт достаточно ещё длинный путь. Вот ряд замечаний бросившихся в глаза:
• Острые углы в печатной плате. Это не очень хорошо дружит с технологичностью процесса производства печатных плат. Таких мест много, но я выделил два самых наглядных.
• Шёлк на паде. Он не пропечатается, а во время пайки даст о себе знать в виде грязи в припое и нагаре. Обычно надо стараться от такого уходить.
• Переходное отверстие в паде. Не люблю я такое совсем. Так можно делать, но тогда переходное отверстие полностью открывается от маски с двух сторон. Нужно с точки зрения технологии производства ПП. Таких мест очень много, и я выделил одно.
• Кто-то мешал здесь сделать дорожку под 45 градусов и тем самым сделать перешеек в полигоне толще?
• Цельным полигоном без закруглений выглядит лучше и работает тоже лучше
• Трассировка блокировочного конденсатора системы питания С2 выполнена просто что-бы была. Лучше всё-же задействовать данный конденсатор на пути цепи.
• No Comments
• Медь можно было бы выровнять получше по всей плате, но это дело вкуса.
• 485 интерфейс так можно разводить на ПП только при низких скоростях. При высоких скоростях (выше 1мбит/сек) это недопустимо и в серии устройств могут быть проблемы.
Заключение
Плата и устройство в целом мне понравились. Сделано здорово и прикольно, но местами есть недочёты, которые говорят о том, что автору печатной платы есть куда расти. Устройство будет работать, если не допущено крупных косяков в схемотехнике и коде.
Комментарии от автора печатной платы
Это плата конвертера интерфейсов между проводом и радио, достаточно многофункциональная, в зависимости от смонтированных компонентов, запаянных перемычек и прошивки может выполнять довольно широкий спектре задач – от беспроводного моста, до узла управления «умным домом».
При разработке этой платы было достаточно жесткое ограничение на габариты печатной платы и одновременно на минимально-допустимые размеры, допуски и количество слоев печатной платы. Кроме того, требовалось по возможности избежать двустороннего монтажа SMD-компонентов и сделать максимально простым полностью ручной монтаж с помощью припоя и паяльника, без использования фена или печи. Все это привело к использованию некоторых компромиссов в дизайне, которые совершенно правильно были отмечены в разборе.
Фильтрующие конденсаторы С1,С6,С9 действительно размещены не самым удачным образом, из-за ограничений на габариты платы.
Контроллер был применен STM32F051 в корпусе TQFP-32, с одной стороны из-за того, что этот же МК применен в других устройствах и логично максимально использовать уже имеющуюся элементную базу. С другой стороны, шаг 0,8мм достаточно легко паяется даже не слишком опытными монтажниками и примитивным оборудованием
Микросхема U3 – это не драйвер RS485, это нестандартно примененный драйвер шины CAN. Решение, технически сходное с RS485, но допускающее одновременную работу нескольких передатчиков без выхода их из строя. Коллизии разрешаются алгоритмом работы МК, который слушает данные, которые передает. Работает все это на скоростях не больше 250 кбит/с. Джампер JP3 нужен для альтернативного применения модуля, без использования драйвера U3.
С обратной стороны платы размещается не ESP8266, тут автор разбора ошибся. На обратной стороне размещен либо модуль nRF24 в SMD-исполнении, либо модуль LoRa-интерфейса с внешней антенной. И тот, и другой подключаются к МК через интерфейс SPI. Никаких разъемов на обратной стороне платы не размещается.
Замечания по трассировке платы вполне резонны, многое сделано не лучшим образом и обязательно будет исправлено в следующей ревизии платы. Например, шелк R1 поверх пада и неоптимально разведенный конденсатор C2 я банальнейшим образом просмотрел.
Прелесть подобных разборов печатных плат – свежий взгляд. У разработчика часто «замыливается» глаз и очевидных ошибок он просто не замечает. В таких случаях «слепой» разбор печатной платы (без схемотехники) может помочь выявить ошибки проектирования и сэкономить изрядное количество времени на отлов ошибок в уже собранном устройстве.
