13/11/2017

Novo software para o gerador de funções GF1

No post de 17 de Agosto fiz a apresentação do gerador de funções GF1, projecto no qual incluí um pacote contendo comandos de controlo para Linux. Porém, existe um problema no conversor CP2130 da Silicon Labs que faz com que certos comandos por vezes falhem. Eventualmente o CP2130 deixa de responder, sendo impossível controlar o gerador de funções a partir desse momento. Quando tal acontece, é necessário fazer um reset (invocando o comando "gf1-reset" uma ou duas vezes) de modo a restaurar o funcionamento normal.

Posto isto, faculto uma nova versão do pacote que contém os comandos de controlo. Os comandos que anteriormente falhavam foram modificados de modo a prevenir a condição de concorrência causadora do mau funcionamento do CP2130. Adicionalmente, existe um novo comando para definir a amplitude do sinal analógico considerando uma carga de 50Ω à saída.

Interface gráfica para controlar o gerador de funções. Foram invocados alguns comandos no terminal.

Como opção, está disponível um segundo pacote que contém uma interface gráfica para o KDE, baseada em QT. Tal interface é útil para invocar os comandos de controlo de uma maneira fácil, rápida e intuitiva, conforme a imagem ilustra. Embora tenha sido concebida para o KDE, esta aplicação pode ser instalada noutros ambientes gráficos, como o Gnome ou o Xfce.

Links importantes:
Comandos de controlo: http://app.box.com/s/hbmd...4vnw
Interface gráfica: http://app.box.com/s/irqf...tt89

22/10/2017

Brevemente: Gerador de funções GF1 (Rev. A)

No post de 17 de Agosto introduzi uma primeira versão do gerador de funções GF1. Vim depois a verificar que o projecto original tem algumas falhas de concepção. Com efeito, esta primeira versão apresenta uma redução em amplitude de aproximadamente 5% face ao valor pretendido, e um offset que pode chegar aos 160mV, no sinal analógico gerado.

Por conseguinte, decidi criar uma nova revisão do projecto, com vista a colmatar estas falhas. Posso dizer que esta revisão está em fase de conclusão, inclusivamente com protótipo montado e testado. Pude confirmar que a nova versão não mostra os defeitos referidos anteriormente. Posto isto, espero lançar esta nova revisão, a revisão A, em breve.

Placa do gerador de funções GF1, revisão A.

05/09/2017

Acoplamento capacitivo CSMB22u

Baseado no CSMB2u2 (projecto publicado no post de 21 de Julho de 2015), o CSMB22u é um acoplamento capacitivo cuja finalidade é permitir a passagem da componente AC de um sinal enquanto bloqueia a respectiva componente DC. Tal como o CSMB2u2, este acoplamento capacitivo tem dois conectores SMB, um deles macho e o outro fêmea. A principal e única diferença entre o projecto corrente e o anterior é a capacidade: 22µF para o CSMB22u e 2,2µF para o CSMB2u2. Com esta capacidade dez vezes maior, é possível filtrar sinais com frequência a partir de 100KHz sem distorção mensurável.

O circuito é extremamente básico. Os conectores (J1 e J2) estão interligados por um condensador de 22µF, que fica assim em série, na linha de transmissão. Os conectores partilham a mesma massa, possibilitando deste modo o retorno do sinal.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
J1 – Conector SMB Amphenol Connex 142142;
J2 – Conector SMB Amphenol Connex 142146.

O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. A placa em si não requer processos de fabrico especiais, pois está dentro das especificações de qualquer serviço de fabrico. A soldadura dos componentes não requer equipamento especial, bastando para tal fim um ferro de soldar com regulação de temperatura.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/24hq...47go
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/g2tb...tft8
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/dfj8...h4mp
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/hnou...g3jx
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/nfnn...ueyg
Notas do projecto: http://app.box.com/s/i381...d3pu
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/9h0h...jn2t
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/FnEQvKkP

17/08/2017

Gerador de funções GF1

Apresento hoje um projecto ao qual dediquei bastante tempo: trata-se de um gerador de funções alimentado e controlado por USB. O GF1 é capaz de de gerar sinais sinusoidais e triangulares com frequência até 1MHz, sem degradação significativa. A frequência do sinal gerado pode ser ajustada em passos de 2,98Hz até ao valor máximo de 25MHz, sendo a amplitude ajustável de 0 a 5V_pp. Secundariamente, por ter também uma saída digital, o GF1 pode ser utilizado como gerador de relógio.

Parâmetros de funcionamento:
– V_{d. mín.} = 3,66V
– V_{d. nom.} = 5V
– V_{d. máx.} = 5,45V
– Z_{L mín.} = 50Ω

Características eléctricas:
– I_d. (Z_L = 50Ω@0V) = 115,3mA
– I_d. (Z_L > 100KΩ) = 76,35mA
– P (Z_L = 50Ω@0V) = 576,7mW
– P (Z_L > 100KΩ) = 381,8mW

Características da saída analógica:
– Frequência máxima: 1MHz
– Incremento em frequência: 2,98Hz
– Amplitude máxima (Z_L = 50Ω@0V): 2,26V_pp
– Amplitude máxima (Z_L > 100KΩ): 4,78V_pp
– Incremento em amplitude (Z_L = 50Ω@0V): 9,81mV_pp
– Incremento em amplitude (Z_L > 100KΩ): 19,6mV_pp
– Impedância de saída (Z_S): 49,9Ω

Características da saída digital:
– Frequência máxima: 25MHz
– Incremento em frequência: 2,98Hz
– Razão cíclica: 0,5
– Amplitude (Z_L = 50Ω@0V): 2,13V_pp
– Amplitude (Z_L = 50Ω@1,65V): 2,32V_pp
– Amplitude (Z_L > 100KΩ): 3,30V_pp
– Impedância de saída (Z_S): 27,5Ω

Outras características:
– Taxa de amostragem: 50MSa/s
– Resolução do conversor D/A: 10bit
– Resolução do controlo de amplitude: 8bit

Função sinusoidal com frequência a 1KHz e amplitude a 3Vpp.

Função triangular com frequência a 1MHz e amplitude a 4Vpp.

O elemento central do circuito é o AD5932 da Analog Devices, em IC10. Controlado por SPI, é este integrado que gera tanto o sinal analógico como o sinal digital, definindo a frequência de ambos e a forma de onda do primeiro. A amplitude do sinal analógico é controlada por um AD5160BRJZ5 (IC11), um potenciómetro digital de 5KΩ, também controlado por SPI. O amplificador de sinal em IC12, estando configurado como seguidor de tensão, serve para isolar o potenciómetro anterior do estágio final, por seu turno constituído por um outro amplificador operacional (IC13) configurado como subtractor para remover a componente DC e amplificar o sinal gerado. Por outro lado, o sinal digital passa pelo buffer de relógio em IC14, mais especificamente um CDCLVC1102 da Texas Instruments.

O funcionamento do gerador de funções é inteiramente controlado através do CP2130 da Silicon Labs (IC4), um interface USB que permite comunicar com dispositivos SPI, em modo "mestre". Isto simplifica bastante o circuito, não havendo necessidade de empregar um micro-controlador para agir como intermediário para os vários dispositivos SPI "escravos". Para além de controlar os integrados já acima referidos (IC10 e IC11), o CP2130 também controla todas as alimentações, desabilitando os reguladores quando entra em modo de suspensão. Este requisito é necessário para cumprir com as especificações da norma USB no que diz respeito ao consumo de corrente no dito modo.

Foram implementadas algumas medidas de protecção, sobretudo contra descargas electrostáticas, na alimentação e nas saídas. O integrado IC1, um dispositivo PolyZen, oferece protecção contra sobre-tensões, corrente excessiva e surtos na alimentação. Por sua vez, as saídas estão protegidas contra descargas electrostáticas pelos circuitos de protecção TVS em IC15 e IC16.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/21/23/25/27-30/32/34/37 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/9/12/16/36 – Condensador cerâmico multi-camada 1µF 10V (0805);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M006 (NOJA475M006RWJ ou equiv.);
C8 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M010 (NOJA475M010RWJ ou equiv.);
C10/13/19/26 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C11/14/15/17/18/20/35 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C22/24/31/33 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M006 (NOJA106M006RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/YD;
D2 – LED WP1503CB/ID;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/3 – Circuito de protecção TVS SP4021-01FTG;
IC4 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC5 – Regulador de tensão TPS79933 (TPS79933DDC);
IC6 – Regulador de tensão TPS79925 (TPS79925DDC);
IC7 – Conversor charge-pump LM2776 (LM2776DBV);
IC8 – Regulador de tensão TPS72325 (TPS72325DBV);
IC9 – Oscilador de cristal CTS 636L3C050M00000;
IC10 – Gerador de funções AD5932 (AD5932YRUZ);
IC11 – Potenciómetro digital AD5160BRJZ5 (AD5160BRJZ5-RL7 ou equiv.);
IC12 – Amplificador operacional OPA365 (OPA365AID);
IC13 – Amplificador operacional OPA830 (OPA830ID);
IC14 – Buffer de relógio CDCLVC1102 (CDCLVC1102PW);
IC15 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG-C;
IC16 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG;
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2/3 – Conector BNC Amphenol RF 112659;
L1 – Conta de ferrite BLM21PG331SN1;
R1 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R3 – Resistor de filme espesso 47KΩ±5% 1/8W (0805);
R4/5 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 340Ω±1% 1/8W (0805);
R7 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 0Ω 1/8W (0805);
R9/11 – Resistor de filme espesso 1KΩ±1% 1/8W (0805);
R10/12 – Resistor de filme espesso 8,66KΩ±1% 1/8W (0805);
R13 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/4W (1206);
R14/15 – Resistor de filme espesso 10Ω±5% 1/8W (0805).

O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. A placa em si deve ser encomendada através do OSH Park, uma vez que o respectivo layout foi desenhado tendo em consideração os requisitos deste serviço. Todavia, pode utilizar outro serviço de fabrico, desde que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação mínima de 0,5mm. Convém mencionar que, no caso corrente, os materiais e stack-up não têm necessariamente de ser idênticos aos especificados pelo OSH Park.

A soldadura e montagem da placa requer equipamento especializado. A salientar, todos os componentes SMD devem ser soldados por refusão com ar quente, soldando primeiro os componentes da face superior, e só depois os da fase inferior. Por precaução, deve ser aplicada apenas a quantidade necessária de calor, especialmente aquando a soldadura dos componentes na face inferior, por forma a evitar que o calor se propague em demasia para a outra face. Os restantes componentes, dado que são through-hole, podem ser soldados com um ferro vulgar.

A caixa recomendada para o projecto é a Hammond 1457C801. É uma caixa em alumínio anodizado com tampas lacadas, revestidas a pó preto. Em alternativa, pode utilizar uma caixa do modelo 1457C801BK, do mesmo fabricante e com as mesmas dimensões. A furação das tampas deve ser feita seguindo o guia de furação.

Para finalizar, este projecto usufrui de diversos drivers para Windows e software para Linux (Debian). Se dispõe de Windows, deverá configurar antes de mais o interface CP2130 através da aplicação "CP21xx Customization Utility" da Silicon Labs (presente no pacote CP2130_SDK para Windows XP e Vista), utilizando para tal o ficheiro de configuração localizado na pasta "Firmware". Em Linux, deverá utilizar o programa de configuração fornecido no pacote "gf1-r0-conf-lin.tar.gz", o qual está na pasta "Software". Ambas as pastas, assim como outras pastas e ficheiros relevantes, encontram-se dentro da pasta do projecto. Para saber mais detalhes acerca da configuração e utilização do gerador de funções, consulte as notas do projecto.

16/06/2017

Módulo carregador USB "vCharge"

O vCharge é um módulo USB que permite carregar dois dispositivos em simultâneo. Cada um dos seus portos DCP (acrónimo de Dedicated Charging Port) pode entregar até 2,03A, não havendo compromissos mesmo quando os dois portos estão a funcionar em pleno. À semelhança da última revisão do módulo uCharge (post de 28 de Fevereiro), o presente módulo possibilita o carregamento rápido de diversos dispositivos móveis, estando em conformidade com as especificações BC 1.2 e YD/T 1591-2009. Com estas características a seu favor, o vCharge é um módulo bastante capaz, competindo até com algumas soluções comerciais.

Parâmetros de funcionamento:
– V_{d. mín.} = 8,3V
– V_{d. máx.} = 16,6V
– I_{L máx.} = 2,03A

Características eléctricas:
– I_d. (V_d. = 9V, I_L = 0A) = 30,16mA
– I_d. (V_d. = 16V, I_L = 0A) = 16,76mA
– P (V_d. = 9V, I_L = 0A) = 271,4mW
– P (V_d. = 16V, I_L = 0A) = 268,2mW

Módulo vCharge a carregar uma bateria portátil.

O elemento central do circuito é o TPS56528 (IC1), um conversor DC-DC da Texas Instruments que é capaz de fornecer 5A de corrente. É este conversor que alimenta os integrados TPS2544 presentes em cada porto e os dispositivos a jusante. Por sua vez, os referidos integrados (IC2 e IC3) estão configurados para operar exclusivamente no modo DCP, negociando com os respectivos dispositivos a jusante de modo a habilitar a carga rápida, mas também limitando a corrente quando necessário. Convêm salientar que os portos funcionam de forma independente, pois cada um tem o seu integrado TPS2544, pelo que uma condição de sobre-corrente num dos portos não irá afectar o outro.

Como em outros projectos, foram implementadas medidas de protecção contra sobre-tensões, polaridade inversa, corrente excessiva e picos de tensão. A protecção contra sobre-tensões é exercida pelo tirístor em Q1, em conjunção com D3, C1 e R1. De modo a complementar esta protecção, o díodo TVS em D1 absorve surtos muito breves, os quais não causariam o disparo de Q1. Por sua vez, a protecção contra inversões de polaridade é feita pelo díodo Schottky em D2, uma vez que este permite a passagem de corrente num só sentido. Por último, o fusível F1 actua em caso de corrente excessiva e também como complemento das protecções anteriores, salvaguardando a fonte de alimentação a montante do circuito.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2/3 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C4/5 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C6 – Condensador cerâmico multi-camada 470nF 10V (0805);
C7 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 25V (0805);
C8/9 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
C10/12 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C11/13 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – Díodo TVS SMCJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky FSV1045V;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
D5/6 – LED Kingbright APT2012SGC (ou KPT-2012SGC);
F1 – Fusível PPTC 2920L330/24;
IC1 – Conversor DC-DC TPS56528 (TPS56528DDA);
IC2/3 – Controlador CDP/DCP TPS2544 (TPS2544RTE);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2/3 – Conector USB Molex 67643-3911;
L1 – Indutor de potência XAL7030-332ME (XAL7030-332MEB ou XAL7030-332MEC);
Q1 – Tirístor SCR MCR8DSM (MCR8DSMT4G);
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 73,2KΩ±1% 1/8W (0805);
R3 – Resistor de filme espesso 10KΩ±1% 1/8W (0805);
R4/6/8 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R5/7 – Resistor de filme espesso 22,6KΩ±1% 1/8W (0805).

Como é habitual, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Mais uma vez, recomendo que a encomenda da placa seja feita através do OSH Park, uma vez que este layout foi desenhado de acordo com as especificações deste serviço. Contudo, pode utilizar outro serviço de fabrico à sua escolha, desde que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação a partir de 0,5mm. O stackup e materiais não têm de ser idênticos, pois a impedância dos pares diferenciais dos portos USB não é crítica nesta aplicação.

A montagem da placa requer algum equipamento especializado. A soldadura dos componentes SMD deve ser feita por refusão com ar quente, sendo a pasta de solda aplicada com um stencil. Em primeiro lugar soldam-se os componentes da face superior e só depois os da face inferior, tendo o particular cuidado de aplicar calor no tempo mais curto possível aquando a soldadura destes últimos. Soldados todos os componentes SMD, soldam-se então os componentes through-hole. Por fim, deverá colar os pés de borracha na parte inferior da placa. Recomendo os pés SJ5076 fornecidos pela 3M.

Para a maior parte das utilizações, a dissipação térmica que a placa oferece em relação ao conversor DC-DC nela integrado é aceitável e suficiente. Contudo, a dissipação pode ser ligeiramente melhorada colando um dissipador adequado no topo do integrado. Nesse sentido, recomendo a aplicação de dissipadores 3-020203U ou 4-020203U, ambos da Cool Innovations. Para mais detalhes, consulte as notas do projecto.

Dissipador opcional para o TPS56528 (IC1). Trata-se de um dissipador Cool Innovations, modelo 3-020203U.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/euty...qe9a
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/p388...z3q9
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/83w9...7hcg
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/pdh7...7cuu
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/7f3p...m9p6
Notas do projecto: http://app.box.com/s/u2p9...lmzv
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/7maf...otg8
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/o5UXnmOH

14/05/2017

Em desenvolvimento: Gerador de funções GF1

Este é um projecto que me tem ocupado longo dos últimos tempos, razão pela qual ultimamente não tenho tido disponibilidade para actualizar o blogue. Trata-se de um gerador de funções baseado no AD5932 da Analog Devices, controlado por USB e capaz de gerar sinais com diferentes amplitudes e formas de onda. Porém, não pretendo detalhar acerca do seu funcionamento, visto que isso será assunto para o post onde farei a apresentação do projecto.

Posso dizer que o hardware em si está praticamente terminado. Falta desenvolver uma grande parte do software necessário para controlar o gerador de funções, tanto em Linux como em Windows, assim como a documentação associada. Espero pois lançar o projecto ainda este ano, daqui a poucos meses.

24/04/2017

Circuito regulador de tensão CRT3350A

O CRT3350A é um circuito regulador de tensão destinado à alimentação de circuitos em placas de ensaio. Foi concebido com base no CRT3350, apresentado no post de 17 de Março de 2015, porém com a principal diferença de utilizar conversores DC-DC integrados em vez de reguladores modulares. Tal necessidade deu-se porque os reguladores empregues no projecto anterior não garantiam a corrente nominal esperada. Tal como o seu predecessor, o CRT3350A é capaz de entregar 3,3V e 5V em simultâneo, com uma capacidade nominal de 980mA para cada uma dessas tensões. É, contudo, bastante mais fiável e um pouco mais eficiente.

Parâmetros de funcionamento:
– V_{d. mín.} = 5,93V
– V_{d. máx.} = 17V
– I_{L máx. (3,3V)} = 980mA
– I_{L máx. (5,0V)} = 980mA

Características eléctricas:
– I_d. (V_d. = 7V, I_L = 0A) = 25,33mA
– I_d. (V_d. = 16V, I_L = 0A) = 11,03mA
– P (V_d. = 7V, I_L = 0A) = 177,3mW
– P (V_d. = 16V, I_L = 0A) = 176,5mW

O circuito não é muito distinto do que já fora apresentado, apesar dos componentes serem outros. A regulação é feita por dois conversores DC-DC, ambos da Texas Instruments: um TPS62152 para fornecer a tensão de 3,3V, e um TPS62153 para fornecer a tensão de 5V. Tratando-se de conversores da mesma série, os respectivos circuitos envolventes têm a mesma topologia e são compostos por componentes idênticos. De modo a filtrar o ruído à entrada do circuito, causado pela comutação dos conversores DC-DC, empregou-se um condensador de electrólito sólido em C1. Este tipo de condensadores tem uma ESR muito baixa, sendo tipicamente empregues em aplicações como esta, onde os picos de corrente podem ser substanciais.

Muitas das medidas de protecção aplicadas não são novas. O díodo D1 protege todo o circuito contra inversões de polaridade, ao passo que D4 e D5 absorvem possíveis picos de tensão causados por cargas indutivas. O circuito também incorpora protecção contra corrente excessiva, feita pelo PPTC em F1, que é do tipo 2920L185. Embora os conversores DC-DC incluam protecção contra curto-circuitos e corrente excessiva, esta medida suplementar protege a fonte de alimentação a montante em caso de falha.

Lista de componentes:
C1 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C2/5 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C3/6 – Condensador cerâmico multi-camada 3,3nF 25V (0805);
C4/7 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
D1 – Díodo rectificador Schottky FSV540;
D2/3 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
D4/5 – Díodo de comutação rápida MMSD4148;
F1 – Fusível PPTC 2920L185;
IC1 – Conversor DC-DC TPS62152 (TPS62152RTG);
IC1 – Conversor DC-DC TPS62153 (TPS62153RTG);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2-5 – Conector header macho de 2 pinos;
JP1/2 – Conector header macho de 3 pinos (com shunt);
L1/2 – Indutor de potência XFL3012-222ME (XFL3012-222MEB ou XFL3012-222MEC);
R1 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805).

O layout da placa está disponível nos formatos .brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Relativamente à montagem, os componentes SMD devem ser soldados por refusão com ar quente. Os restantes componentes, sendo through-hole, podem ser soldados com um simples ferro de soldar. Por último, deverá fixar os espaçadores na parte de baixo da placa, utilizando chaves de bocas ou de lunetas para tal fim (leia as notas do projecto para obter as especificações dos espaçadores e restante quinquilharia).

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/zgr3...8frc
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/bqw5...br3d
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/xdbc...x9ns
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/bjjo...e5fc
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/xwhw...vgeg
Notas do projecto: http://app.box.com/s/mn04...mnij
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/jh87...btoy
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/4yARbgYv

28/02/2017

Módulo carregador USB "uCharge" (Rev. A)

Sendo uma revisão maior, esta nova versão do módulo uCharge traz modificações muito importantes face às iterações anteriores do projecto (veja os posts de 27 de Novembro e 19 de Dezembro do ano passado). A destacar, e em contraste com as versões anteriores, esta nova versão permite o carregamento rápido de uma variedade de dispositivos móveis. Para tal suporta diversos protocolos, em conformidade com as especificações BC 1.2 e YD/T 1591-2009, e pode emular tanto um porto DCP (acrónimo de Dedicated Charging Port) como um porto CDP (de Charging Downstream Port). Em suma, a nova revisão do uCharge não é somente um carregador USB passivo, dado que negoceia com o dispositivo a jusante por forma a que o mesmo possa carregar rapidamente.

Parâmetros de funcionamento:
– V_{d. mín.} = 6,06V
– V_{d. máx.} = 16,73V
– I_{L máx.} = 2,05A

Características eléctricas:
– I_d. (V_d. = 7V, I_L = 0A) = 15,72mA
– I_d. (V_d. = 16V, I_L = 0A) = 6,74mA
– P (V_d. = 7V, I_L = 0A) = 110,0mW
– P (V_d. = 16V, I_L = 0A) = 107,9mW

Módulo carregador USB "uCharge", revisão A.

Das alterações feitas ao circuito, destaca-se a introdução do integrado TPS2544 (IC2), o qual tem um papel fulcral. Este integrado negoceia com o dispositivo a jusante de modo a possibilitar que este carregue em modo "fast charge". Para esse fim, suporta diversos protocolos em concordância com as especificações referidas anteriormente, se bem que adicionalmente pode emular carregadores Apple de 5W e 10W. Ademais, a mudança entre os modos DCP e CDP faz-se automaticamente, mediante a detecção da tensão V_bus do anfitrião.

Por outro lado, em vez do TPS62143 usado nas revisões anteriores, o conversor DC-DC agora empregue em IC1 é o TPS62133. Este último é capaz de fornecer até 3A, sendo significativamente mais potente que o anterior. Tal necessidade surge para que o circuito possa fornecer até 2,05A ao dispositivo a carregar, e isto sem quaisquer problemas. É de sublinhar que o conversor DC-DC está sempre activo, nunca ficando desabilitado, mesmo quando a tensão proveniente do anfitrião não é detectada. Isto porque o TPS2544 tem de estar sempre alimentado para poder operar nos diversos modos.

Por fim, o PPTC em F1 passa a ser do tipo 2920L200/24. Esta substituição permite fornecer a corrente exigida ao DC-DC, em virtude da corrente entregue por este poder ser maior. De resto, o circuito não introduz alterações, sendo que todas as medidas de protecção implementadas na versão original se mantêm.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C3 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C4 – Condensador cerâmico multi-camada 3,3nF 25V (0805);
C5 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
C6 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (1210);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – Díodo TVS SMBJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky FSV540;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
F1 – Fusível PPTC 2920L200/24;
IC1 – Conversor DC-DC TPS62133 (TPS62133RTG);
IC2 – Controlador CDP/DCP TPS2544 (TPS2544RTE);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2 – Conector USB Molex 67068-8001;
J3 – Conector USB Molex 67643-2911;
L1 – Indutor de potência XFL4020-152MEB;
Q1 – Tirístor SCR MCR703AT4G;
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R3/4 – Resistor de filme espesso 47KΩ±5% 1/8W (0805);
R5 – Resistor de filme espesso 22,6KΩ±1% 1/8W (0805).

Como é usual, o layout da placa está disponível nos formatos .brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Novamente recomendo a encomenda da placa por via do OSHPark, visto que o layout foi concebido tendo em conta as especificações deste serviço. Caso deseje utilizar outro serviço de fabrico, verifique se o dito suporta layouts de quatro camadas, furação a partir de 0,5mm e se o stackup e materiais são idênticos.

Quanto à montagem, novamente esta requer algum equipamento especializado. A soldadura dos componentes SMD deve ser feita por refusão com ar quente, soldando primeiro os componentes da face superior e só depois os da face inferior. Aquando a soldadura dos componentes na face inferior da placa, deverá aplicar o calor estritamente necessário no espaço de tempo mais curto possível, com vista a impedir a difusão excessiva de calor para a outra face. Os restantes componentes, sendo through-hole, podem ser soldados com um ferro de soldar.