Проект HSP Energy, разработка новой базовой платы

Продолжаю писать про ход проекта HSP Energy, о котором рассказывал в своем предыдущем посте.
Я получил необходимые материалы и разрешение на их публикование под свободной лицензией, поэтому я и пишу эту статью. Базовая плата была разработана в самом начале проекта, когда мало кто из участников вообще представлял, что им может на ней понадобиться. В итоге первый блин получился комом, и сейчас мне дано задание разработать новую ревизию с учетом опыта использования и пожеланий.
Под катом можно посмотреть на недостатки текущей ревизии и помочь мне в разработке новой ценными идеями и обоснованной критикой. Заранее большое спасибо.

Итак, первая ревизия базовой платы.
Базовая плата ревизии 0.1

По результатам ее использования стало ясно несколько вещей:
1. Схема uCurrent для наших задач оказалась непригодной, и скорее всего в ней имеется ошибка, потому что измеряет она скорость облаков на Венере, судя по всему. Выбрасываем без зазрения совести, освобождая кучу места.
2. Никакой защиты от переполюсовки, перенапряжения и превышения допустимого тока не предусмотрено, и один STM32F107 уже отправился в верхнюю тундру. Обратная сторона таких защит — каждая из них потребляет ток, и это потребление будет влиять на результаты измерений. Я планирую поставить защиту от переполюсовки на вход, а перед CPU-платой поставить гнездо для самовосстанавливающегося предохранителя, который можно будет менять при смене CPU-платы. Если у вас есть идея получше — буду благодарен.
3. Для измерений питание МК всегда берется от источника с предсказуемыми характеристиками (Agilent/PowerScale/ЛБП), при этом питание 12 В никто не подключает (в основном потому, что разъем неудобный), а без этого питания не горят светодиоды. Надо добавить еще пару штекеров для более удобного подключения.
4. Нужно добавить пару отключаемых резисторов в качестве нагрузки на какие-либо USER_GPIO-выводы. Сейчас резистор вешается на гребенку, но это неудобно. Используется эта нагрузка для того, чтобы график энергопотребления сделать нагляднее (включаем нагрузку, ждем немного, выключаем, на графике получается пик, который сразу видно).
5. Имеющийся сейчас конвертер USB<->UART нужно заменить на FT2232H, один из каналов которого можно использовать на UART, а второй — на JTAG/SWD/OCDS. Тут возникает вопрос, стоит ли добавлять в чип CPLD, чтобы конфигурировать выводы FT2232 (как это сделано, к примеру, на BusBlaster) или просто вывести их на разъем и сделать нужные кабели для каждого типа МК?
6. Т.к. уровни UART и JTAG могут отличаться у разных МК, то нужен будет преобразователь уровней, который все-таки придется внести в систему питания МК, и наличие которого будет влиять на потребление. Или оптическая развязка лучше будет?

В общем, масса вопросов, которые хотелось бы обсудить с сообществом.
Я не волшебник, и только учусь, поэтому ваше мнение важно для меня.
Срок подготовки дизайна новой ревизии — 02.07.2013, но чем быстрее я с ним закончу — тем лучше.
Спасибо всем заранее за идеи и критику.

UPD: схема в PNG.
1
2
3

Комментарии (51)

RSS свернуть / развернуть
к пункту 2:

простой и надежный способ защиты от переполюсовки питания
+2
Получается, в моем случае стоит поставить p-канальный MOSFET с наименьшим возможным Rds(on) в линию питания, тогда потери будут минимальными, правильно я понимаю?
0
Именно так. Вообще это, как бы, стандартная схема защиты от переполюсовки. Ее не всегда применяют только потому, что диоды дешевле транзисторов :)
+2
Обратите внимание чтобы напряжения питания было достаточно для включения транзистора.
+1
А посоветуйте какой-нибудь конкретный из ассортимента Mouser или RS Components, который бы включался с 1.8 V и выдерживал 300 мА, пожалуйста, а то я с ними несколько запутался уже.
0
Практически любой logic-level, те же IRLML2502 включаются уже при 1.1В, ЕМНИП.
+1
Остановился на вот таком пока.
0
SO8 — довольно большой… И он всего до 8В.
0
Нет большого смысла гнаться за очень низким Rds(on), врядли у вас там будет хотя бы пару ампер, при которых это может стать заметно. Точно так же не имеет смысла брать 12В транзисторы, разве что вы абсолютно уверены, что там ни при каких условиях не окажется 12В на входе. Обычные копеечные P-канальники в SOT-23 будут тут куда как более к месту, например IRLML2246, IRLML2244, IRML5203, IRLML6401, IRML6402, IRLML9301.
+1
В соответствии с новыми веяниями 12 В там быть не должно, но зная студентов — легко может оказаться и 30.
Потребление там до 300 мА на основной линии и примерно столько на вспомогательной, может чуть больше. Спасибо.
0
Оно уже при 8В на входе сдохнет, у этого транзистора Vgs 8В. Да и у IRLML6402 не так уж много, всего 12В.
0
А если взять артилерию потяжелее, вроде такой вот? Я понимаю, что характеристики с большим запасом, но лучше в моем случае перебдеть, чем недобдеть. Цена тоже не особо важна, если она не 10 евро за шутку.
0
В таком случае да, имеет смысл посмотреть что-то помощнее. Единственное что стоит иметь в виду — пороговое напряжение (и то, что пороговое напряжение от рабочих режимов сильно отличается), а то может оказаться, что схема, которая должна от 5В работать, будет работать только при подаче вольт 7-8. Достаточно обращать внимание при каком напряжении указано сопротивление канала — если 4.5В (или даже меньше), то все в порядке. Если 10В, то это транзистор с «обычными» уровнями и для данной задачи он не подойдет.
+1
Это уже не logic level. Он при 2В только-только открываться начинает. И то при повышенной температуре, при комнатной и того больше надо.
От перенапряжения можно воткнуть предохранитель и TVS на вольт 10-12 перед транзистором.
+1
Т.к. 12 В там все равно не должно быть, а должно быть не больше 5, то можно смело брать диод с Vds=+/- 12 В, поставив до него resettable fuse и transient voltage suppressor, а при измерениях делать поправку на них.
В итоге получаем защиту от переполюсовки, перенапряжения и перетока в одном месте.
0
По настоянию руководства решил делать защиту полностью отключаемой.
Схема защиты:
Нормально будет?
0
У первого транзистора IRF7410
Gate Threshold Voltage -0.4...-0.9 V
Напряжение плато ≤2 V.

У второго IRF9388
Gate Threshold Voltage -1.3...-2.4 V
Напряжение плато ≥3 V.

Второй транзистор не подходит на 1,8 V.
+1
Я не рискну советовать конкретную марку. И, кстати, необязательно p‑канальный транзистор, можно n‑канальный включить в нулевой провод, хоть это и не изящно. Вот статья со списком годных транзисторов.
dt94-8.pdf, dt94-8.pdf
+1
Почему нигде не упоминается что работает лишь сквозь диод в составе фета?
никаких чудес — и на нем падает законных 0.6-0.8 'кремниевых' вольта.
0
Нет.
0
В том-то и фокус, что с момента открытия транзистора ток течёт минуя диод, через транзистор. Отсюда следует малое падение напряжения.
0
пробовал не получилось с IRLML2402. Теперь понял идею.
0
Поскольку это N-канальный транзистор, то при обычном включении в положительный провод питания с ним бы ничего и не вышло.
0
при чем тут обычное включение?… В начале топика схема приведена на оба типа. включал по такой же.
0
Включение тут при том, что одна схема под P-канальник, а вторая под N-канальник. «Обычное» включение в провод питания расчитано под P-канальный транзистор, а упомянутый вами IRLML2402 — N-канальный.
0
Ну хорошо… 1-я схема из рисунка в начале обсуждения дана для n-канального транзистора…

тперь я понял что такое «обычная» схема лол ))… значит моя, назвается в этой терминологии «необычная» ) суть не меняется, падало 0.8в от 5. Ставил и IRLML6401,
в по «обычной» схеме ) те же 0.8 вольта, транзюк не открывался.
0
N‑канальный транзистор нужно включать в минусовой провод, p‑канальный — в плюсовой. Вы внимательно следили за руками за ногами? Не перепутали ли вы ноги транзистора? А не пробит ли затвор?
0
К пункту 6:

можно использовать подобную микросхемку! согласование уровней, гальваническая развязка, низкое энергопотребление
0
Это явно перебор. Лучше уж что-нибудь типа 74LVC8T245.
+2
может быть… может быть=))
но все же лучше намного оптронов
0
Кстати, а нет ли такого же, только с перламутровыми пуговицами меньшим числом каналов, но при этом с выводом Output Enable?
У меня 3 разных OE — JTAG, TRST и TSRST, соотвественно, мне нужно три микросхемы, у двух из которых используется один канал из восьми. Серия 74AVC, в которой есть подходищие по числу каналов микросхемы, не умеет 5 В, которые нужны обязательно.
В итоге получается дикий оверхед. Может есть какие-то еще варианты?
0
А среди 74LVC1T ничего подходящего нет?
Еще в ST-LINK стоит какой-то двухканальный левелшифтер, можешь посмотреть какой (схема на форуме выложена, в теме про реверсинг ст-линка).
0
Нету. Есть много хороших шифтеров на 1/2/4 канала, но они либо без OE, либо от 1.2 до 3.6 вольт.
Единственный подходящий — вышеупомянутый 74LVC8T245. Можно еще вместо четырех 8T поставить два 16T, но мне место экономить не нужно, а оверхед там одинаковый будет.
0
У TI есть серия TXB, там есть 5В трансляторы c OE.
0
Проблема в том, что у них VCCA <= VCCB, так что они тоже не подходят.
VCCA у меня всегда 3.3 В (VCCIO у FT2232H), а вот VCCB должно лежать в диапазоне от 1.8 до 5 В.
Сделал на 4 74LVC8T245, и так и оставлю.
Стоят они копейки, места много, под требования подходят. Да, мне не нравится использовать одну ногу из восьми, но это уже придирки.
0
Итак, первая ревизия базовой платы.
Неплохо бы еще ее схему. Картинкой.
Или оптическая развязка лучше будет?
Вот уж жрать она точно лучше будет. Я бы посмотрел на трансляторы уровней 74LVC.
0
  • avatar
  • Vga
  • 24 июня 2013, 14:48
Там 3 листа, сейчас сделаю.
0
Прикрепил.
0
Они из аттачей даже не открываются толком… Браузер предлагает качать, вместо того, чтобы отобразить.
0
Добавил в конце.
0
Пообщался сейчас с руководством и получил разрешение на выкидывание из схемы входного напряжения 12 В. Остановлись на 5, которых всем современным МК — за глаза. Это дает возможность упростить систему питания и не использовать какие-то сложные устройства для согласования уровней.
0
из описания непонятен смысл проекта…
0
Прочтите, пожалуйста, предыдущий пост, ссылка на который в первом предложении этого.
0
прочитал — все равно непонятно.
возможность проверить ток потребления есть на большинстве отладочных плат (на STM8LDiscivery и STM32LDiscovery даже джампер для подключения амперметра).
непонятно зачем для этого нужно городить какие-то платы?
0
На большинстве отладочных плат стоит столько всего разного, что проверить потребляемый только микроконтролером ток невозможно.
Это исследовательский проект, и изготовление плат теперь входит в его задачи.
Мы уже меряли на китах — получается не очень, поэтому и взялись разрабатывать свои платы.
Но тогда никто не знал, что фирма-разработчик окажется такой профессиональной, что разработку плат придется перевесить на меня.
Вот и кручусь теперь, как умею, вместо того, чтобы код писать.
0
окажется такой профессиональной
Профессиональной, конечно, в кавычках?
0
Конечно.
Дело даже не них самих, а в их занятости, затягивании сроков и нежелании слушать пожелания и вникать в проблемы.
Не нравится — до свиданья, что и получилось в итоге.
0
Лично я думаю, что если статистика потребления будет измеряться специализированным прибором (как я понял, в вашем случае), то любая дополнительная обвеска внесет дополнительные сложности в измерения.
Я бы подключал напрямую к контроллеру, а всю необходимую периферию питать от отдельного БП. С учетом задачи анализа самого микроконтроллера, ее будет немного, как я понял.
А защиту от переполюсовки предусмотреть чисто механическую: например, разъем. Как-то так…
0
Разъемы там стандартные — banana, и менять их никто не даст.
Питание сейчас так и организовано, на CPU-платах никакой периферии нет вообще, только кварц, МК, обвязка для выбора boot mode и разъем для подключения отладчика.
На дополнительное питание я точно поставлю защиту, а на основное пока не буду, и посмотрю, как сильно наличие защиты влияет на результаты измерений. Если влияет не сильно или предсказуемо — в третьей ревизии можно будет поставить защиту и на него.
0
Скажу еще раз большое спасибо всем за участие и коментарии в предыдущем посте.
Платы пришли, работают отлично, наконец-то можно использовать UART bootloader.
Удивлен энергопотреблению XE167FM — 125 mA в покое, при ресете падает до 105.
Старая архитектура и много переферии сказываются на потреблении не лучшим образом.
0
Нарисовал, отправил на ревью.
Получилось как-то так вот:

Надо будет, конечно, еще немного отверсия подвигать, чтобы они не мешали соседям в паре мест. Сделаю, если дизайн одобрят.
Тогда же обнувлю пост и выложу схему.
Спасибо всем огромное за ценные советы.
+1
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.