Versiunea pentru tipărire nu mai este suportată și poate avea erori de randare. Vă rugăm să vă actualizați bookmarkurile browserului și să folosiți funcția implicită de tipărire a browserului.

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. Configurarea EEPROM-ului se face prin I2C.

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:

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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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

Nod mobil HAT RPi, schema - PDF

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

Hat nod mobil RPi - PCB, față, cu plan de masă randat (strat 1)
Hat nod mobil RPi - PCB, plan de alimentare (strat 2)
Hat nod mobil RPi - PCB, plan de masă (strat 3)
Hat nod mobil RPi - PCB, spate, cu plan de masă randat (strat 4)

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.

Disipare termică în HAT la utilizare în repaus (fără emisie)
O altă imagine cu disiparea termică în HAT la utilizare în repaus (fără emisie)
Disiparea termică în RPI la utilizare în repaus (fără emisie)
Disiparea termică în RPI la utilizare în repaus (fără emisie, mod FLIR rainbow)
Disiparea termică în RPI la utilizare intensivă (mod FLIR rainbow)
Disiparea termică în RPI la utilizare intensivă (mod FLIR map)
Disiparea termică în HAT la utilizare intensivă (mod FLIR map)
Disiparea termică în HAT la utilizare intensivă (mod FLIR rainbow)