Hat nod mobil pentru RPI 4.0 (THT)

De la YO3ITI
Salt la: navigare, căutare
Nod mobil HAT RPi, față -- Randare Raytrace KiCad

Hat nod mobil, RoLink sau Echolink, pentru Raspberry Pi, orice model cu header de 40 de pini. Variantă THT cu alimentare prin USB, cu conectare audio prin jack-uri de 3,5mm la o placă de sunet USB conectată la una dintre intrările USB ale RPi. Are un design cu patru straturi constructive, celor două fețe cu semnale alăturându-li-se două straturi suplimentare pentru planul de alimentare și planul de masă.

Funcționalități

  • HAT RPi Nod mobil SVXLINK pentru Echolink, RoLink etc
  • Poate fi folosit cu orice model de RPi cu header de 40 pini

Jurnal modificări (roadmap)

Rev 1.0 – prima versiune de prototip

Status: finalizat

Experiența acumulată

Nod mobil HAT RPi, PCB – versiunea 1.0
Nod mobil HAT RPi, asamblat; prototip – versiunea 1.0; am detectat inclusiv câteva erori de proiectare. vezi text.

Am detectat câteva erori de proiectare, nu critice, dar care trebuie adresate în versiunea următoare:

  1. Planurile de semnal suplimentare pe placă; de acum încolo nu voi mai proiecta decât pe patru straturi !! Planul de masă suplimentar face miracole în cea ce privește efectul anti-ESD și disiparea termică (vezi imaginile de mai jos). Planul suplimentar de alimentare poate fi utilizat pentru ambele NET-uri, atât pentru cel de 3,3V cât și pentru cel de 5V; această abordare va fi extrem de utilă mai ales pentru nodurile bazate pe Orange Pi, unde spațiul disponibil este extrem de limitat. Diferența de preț de producție 2 vs 4 straturi nu este semnificativă.
  2. Îmbunătățirea răcirii pasive a modului SA818. Imaginile de mai jos arată disiparea termică în planul de masă la utilizarea în repaus, fără emisie și în emisie continuă (dialog intensiv între doi radioamatori. Toate imaginile au în comun un aspect de disipație termică uniformă în întregul plan de masă și menținerea unei temperaturi mai scăzute a modului SA818. Profilul termic se datorează adăugării pin-ului 19 pe amprenta modulului SA818, pin care este legat direct la planul de masă suplimentar (stratul 3 al plăcii PCB) contactul termic fiind realizat cu pastă termoconductoare.
  3. Alimentarea EEPROM-ului 24c32; dintr-o greșeală de copy-paste traseul (NET-ul) de pe schemă pentru alimentarea EEPROM-ului avea altă denumire decât BUS-ul de 3,3V. Consecința a fost că PCB-ul a avut trasee izolate; a trebuit să fac un strap (firul roșu vizibil pe imaginea de mai jos). Apropos de EEPROM: acesta nu este necesar pentru funcționarea nodului, este doar o cerință Raspberry în cazul în care se proiectează o placă care aspiră la statutul de HAT. Am adăugat EEPROM-ul mai mult de fun, pentru a învăța cum se face un astfel de montaj și cum se programează. Dar poate fi o adăugare extrem de utilă deoarece el este citit la pornire și poate oferi suport hardware pentru anumite task-uri de automatizare.
  4. Plasarea neinspirată a mufelor JACK de 3,5 mm; la proiectare nu am luat în calcul contrângerile de gabarit ale mufelor USB de pe RPi și mufele jack de pe placă. Aici intervine utilitatea unui program de modelare 3D parametrică gen Fusion 360 sau SolidWorks: pe ansamblul HAT + RPi modelat 3D mi-aș fi dat seama că mufele pur și simplu nu încap unele deasupra celorlalte și trebuie amplasate pe o altă latură. Amplasarea actuală nu oferă suficient loc pentru manșonul de plastic al jack-urilor tată, de aceea în poză se văd montate fără manșon. Problema va fi eliminată în versiunea următoare, dar mă bate serios gândul să folosesc niște conectori pentru jack-uri de 2,5mm (mai mici). Modificare incertă doarece nu cred că voi mai comanda alte plăci cu interfață audio separată. Versiunea următoare a nodului va fi primul prototip pentru interfața audio bazată pe un codec și transfer I2S.
  5. Potențiometrele de volum sunt inutile. La proiectare nu m-am gândit că plasarea în paralel a unui semireglabil cu secțiunea transformatorului audio (de 600 Ω) nu va avea nici un efect atâta timp cât nu există un etaj-tampon de tensiune, deoarece impedanța echivalentă va fi întotdeauna apropiată de valoarea de 600 Ω (mai puțin atunci când cursorul semireglabilului face scurt la masă). Oricum, am constatat că se poate renunța la orice reglaj de volum deoarece sunetul este foarte bine conturat și corect redat doar cuplând direct intrarea și ieșirea prin intermediul transformatoarelor audio. O variantă ar fi adăugarea unui buffer (fie un repetor pe emitor, fie ceva mai sofisticat), dar părerea mea e că nu este necesar.
  6. Amprentă greșită pentru 2N3904. Asta a fost cea mai mare problemă și este a doua oară când aproape că efectiv ratez niște plăci perfect funcționale fiindcă aleg greșit amprenta (footprint-ul) din programul ECAD (în cazul de față KiCad). Amprenta aleasă avea colectorul la centru și baza în margine. Din fericire, modificarea a fost relativ ușor de realizat deoarece tranzistorul e de tip TTH și doar am răsucit pinii, dar, pentru un SMD, problemele ar fi fost mai mari. În concluzie, am constatat că asta e una dintre marile probleme ale KiCad ca program ECAD. Mi-sș fi dorit să existe posibilitatea de a evita astfel de erori. Cred că o să reproduc proiectul în Eagle, soft care oferă un alt mod de gestiune a amprentelor componentelor (component footprints). Un alt aspect care poate fi un avantaj este includerea Eagle în Fusion 360 și funcționalitățile de modelare 3D parametrică (asta apropos de punctul 4 de mai sus).
  7. LED albastru prea luminos. O problemă minoră, dar extrem de enervantă. La aceiași parametri electrici, LED-urile albastre sunt pur și simplu enervant de luminoase. Se rezolvă prin reducerea drastică a curentului.
  8. Mai multe puncte de test. Trebuie adăugate câteva puncte de test suplimentare: pentru verificarea nivelului PTT în baza lui Q1, pentru verificarea nivelului SQL în baza lui Q2, pentru verificarea SQL în emiter-ul lui Q2, pentru tensiunea de alimentare de 5V, pentru 3,3 V, etc. Toate punctele de test trebuie să fie cu gaură care să corespundă pe ambele fețe ale plăcii și să fie marcate clar pe ambele fețe.

Documentație – versiunea 1.0

 

BOM – versiunea 1.0

ID Designator Package Qty Designation Ref Desc
1 R15,R4 R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P7.62mm_Horizontal 2 33R 660-MF1/4DCT52R33R0F limitare curent
2 R14,R2 R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P7.62mm_Horizontal 2 10k 660-MF1/4DCVTR1002F pullup
3 R12,R9 R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P7.62mm_Horizontal 2 47k 660-MF1/4CCT52R4702F polarizare switch
4 R10,R5 R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P7.62mm_Horizontal 2 2k2 660-MF1/4DC2201F polarizare switch
5 R3 R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P7.62mm_Horizontal 1 4k7 660-MF1/4CCT52R4701F pullup Pin PTT
6 Q2 TO-92_Inline 1 2N3906 512-2N3906BU PNP, switch, SQL
7 Q1 TO-92_Inline 1 2N3904 512-2N3904BU NPN, switch, PTT
8 RV1,RV2 Potentiometer_Bourns_3224W_Vertical 2 1k 71-CRCW06030000Z0EAH Reglare nivel sunet
9 TP1 TestPoint_Pad_D2.0mm 1 4V3 n/a Verificare 4,3 volți
10 T2 Bourns_SM-LP-5002E 1 TR_AUDIO_OUT 652-SM-LP-5002E TR audio 600Ω
11 T1 Bourns_SM-LP-5002E 1 TR_AUDIO_IN 652-SM-LP-5002E TR audio 600Ω
12 J5 Jack_3.5mm_CUI_SJ1-3533NG_Horizontal 1 Audio OUT 490-SJ1-3533NG Jack 3,5mm
13 J4 Jack_3.5mm_CUI_SJ1-3533NG_Horizontal 1 Audio IN 490-SJ1-3533NG Jack 3,5mm
14 R13,R7,R1 R_1206_3216Metric 3 330R 755-KTR18EZPJ331 limitare curent LED
15 D4 LED_D3.0mm_Horizontal_O1.27mm_Z2.0mm 1 LED_AMBER 604-WP710A10YD Tx on
16 D3 LED_D3.0mm_Horizontal_O1.27mm_Z2.0mm 1 LED_GREEN 604-WP710A10PGT Rx on
17 D1 LED_D3.0mm_Horizontal_O1.27mm_Z2.0mm 1 LED_RED 604-WP710A10ID Power on
18 C2,C1 C_0603_1608Metric 2 100n 863-1N4007RLG Cap filtrare
19 U1 SA818 1 SA818 SA818 Transceiver
20 J2 SMA_Amphenol_901-144_Vertical 1 Antenna 523-901-144-8RFX RF in/out
21 J1,J9 PinHeader_1x02_P2.54mm_Vertical 2 CONN_01X02 649-75160-118-02LF jumpere
22 D2 D_DO-41_SOD81_P10.16mm_Horizontal 1 1N4007 863-1N4007RLG Limitare alimentare
23 J3 PinSocket_2x20_P2.54mm_Vertical 1 40HAT 710-61304021821 conector cu RPi
24 U2 SOIC-8_3.9x4.9mm_P1.27mm 1 CAT24C32 698-CAT24C32WI-GT3 EEPROM ident HAT
25 R8,R6 R_0603_1608Metric_Pad0.84x1.00mm_HandSolder 2 3k9 755-ESR03EZPJ392 pullup I2C EEPROM
26 R29 R_0603_1608Metric_Pad0.84x1.00mm_HandSolder 1 10k 755-ESR03EZPF1002 pullup prog EEPROM
27 R11 R_0603_1608Metric_Pad0.84x1.00mm_HandSolder 1 0R 71-CRCW06030000Z0EAH strap

Imagini – versiunea 1.0

PCB

Disipare termică

Imaginile de mai jos arată disiparea termică în planul de masă la utilizarea în repaus, fără emisie și în emisie continuă (dialog intensiv între doi radioamatori. Toate imaginile au în comun un aspect de disipație termică uniformă în întregul plan de masă și menținerea unei temperaturi mai scăzute a modului SA818. Profilul termic se datorează adăugării pin-ului 19 pe amprenta modulului SA818, pin care este legat direct la planul de masă suplimentar (stratul 3 al plăcii PCB) contactul termic fiind realizat cu pastă termoconductoare.

Rev 2.0 – a doua versiune de prototip

TODO

Note


Legături externe