簡易晶體測試器的修改[有殼/第3版]

jojoling

大家好~
此台是 gkjnn大的有穿衣服版，因為底下這張照片的原因，來到了我這。


因底下網友而結緣~
http://bbs.pigoo.com/thread-56167-1-1.html

當我收到這台時，發現此台處於電池快沒電的狀況，所以有幾種狀況：
1.突然斷電。
2.跑一跑後，突然斷電跑出上面的畫面。
3.畫面花掉，是來自斷電後面板殘留的電荷所造成，經過5-10秒後會全完消失放完。
確認問題是來自電壓不足所造成。


首先，10pin接頭先上，可以接 USBISP 更新 BIOS。


來個正面圖，修改在待機下，電池會耗光的問題。


來個背後圖，在後續追查電路比較好用。


第一個問題，先來解決畫面有點水波紋的感覺：
底下2張圖片，可看的出來畫面有波動。




一開始我懷疑為 COG 的狀況，此片面板為 3.3V ，是5V經過把 XC6206-3.3V 供電。
且發現一個很奇怪的現像， LDO 輸出為 3.938V，此電壓經過2台電表測試接為此值。


後面經過實驗，此電壓問題是來自 LDO 輸出電流過小( COG 太省電的樣子)。
實驗內容為：
1.在此 XC6206 的 Vin / Vout 都加上濾波電容 1uF，會小小小的改善水波紋。
2.加大COG倍壓用的電容。拆下3顆 SMD 電容 C3,C4,C5 ，量測值為  1uF，並改上 4.7uF電解電容，結果無效。
3.更換  XC6206 ，輸出電壓由電表量測，一樣為 3.9-4.0v。
4.在 Vout 上加上一顆放電的電阻，也沒改善畫面波動，也沒改善 COG 殘留電荷的放電時間，不過確讓電表量測電壓恢復到 3.3V (10k)，3.5V(100K)。

此 COG 12pin的定義為：
1: CS (Chip select, Low active)
2: RST (Reset chip, Low active)
3: D/C (Data High, Command Low)
4: SLCK (SPI clock, high raising lock data)
5: SDI (SPI Data)
6: Vcc (+3.3V)
7: GND (Ground)
8: C1+ (1uF capacitor to C1-)
9: C1-
10: C2+ (1uF capacitor to C2-)
11: C2-
12: Cpass (1uF to 4.7uF to GND)

後來發現，此水波紋為程式設定 COG 的對比值(contrast)太大，由修改程式可排除。

關於COG殘留電荷時間過久的問題，現在可透過反覆的按 On/Off 直接令 MCU斷電後，隨機的產生。
我的假設是如果在 MCU 斷電(透過 MCU reset pin low)，所有的 I/O 腳進入高阻抗時，令 COG的 RST 腳拉到 low 準位，
使其在那瞬間 COG 進入 reset cycle / 產生內部的 gate導通而耗掉這些電荷。依上面腳位的定義，我連了一顆電阻(100K) 到 GND去。
此問題就因此解決了。


最後，因為我懶很久了，拖到這幾天才拿起來實驗與改程式測試，所以準備把鋰鐵改進去再還回去~
此圖裏有：
MP2307 board，將外部電源降壓至 8V。
鋰鐵 2串充電/放電 2A 保護板
2粒去年買的14400鋰鐵 (750maH)
電池座



圖上標示為修改處：
1. 改接電壓檢測。
2.加上 Vcc 濾波電容(10uF)
3. 3.3V output 並上電阻(10k)與電容(1uF)
4. COG reset pin 串電阻(100k)到 GND
5. 78L05 不適合在電池供電系統，因為 7V < Vin < V-max。需改用低壓差(low dropout voltage ,不知有沒有用錯術語)。
   目前準備用手上現有的 MIC5207-5.0的來跳接，此 LDO Vin 要求為  Vout+1V即可。
   當鋰鐵電壓低到 6V(3V X 2)時，電量應已所剩不多了。

報告完畢。
{:14_1487:}



補充內容 (2015-5-20 12:16 PM):
後續更新於 7F

補充內容 (2015-5-22 02:15 AM):
電池保護版的資料更新於 8F

補充內容 (2015-5-25 12:50 PM):
圖上 電池規格 14400為錯誤，正確為 14500

popcorn

這個交給我修，肯定不會
原來舅舅的手氣比我還好說
嘉芬欠你說~

jojoling

popcorn 發表於 2015-5-19 09:48 PM
這個交給我修，肯定不會
原來舅舅的手氣比我還好說
嘉芬欠你說~

其實是運氣好~~~
不然我都嘛不會修~

專炸元件

還好面板還活著  n_001|

gkjnn

這根本不是人.簡直是神人.

moripi

gkjnn 發表於 2015-5-20 09:38 AM
這根本不是人.簡直是神人.

:sam50
jojo不是人~~~(自動忽略後面句子)~~~:sam50:sam50

開玩笑的~:sam24

jojoling

進度更新：

主板上電源改裝了一個連接座，還有換上 MIC5207-5.0V(因為我只有這一顆....)


把 DC to DC baord (MP2307 ，最高輸入23V)，電源插頭和電池保護版固定在背板。
因為在盒子中間部份，都有待測信號，所以把所有的元件都避開放在外圍，這些位置比較不會造成太多問題。


調整DC轉換電壓，可設定為小於8V，電池保護板工作電壓可到 10V，不過我目前只調整到 7.4V，略大於2顆鋰鐵的充滿電壓( 3.6V X 2 )。


放在一起的合照


昨天去源達找電池彈片，左邊沒找到完全合用的，先用這個有點偏小擋著先。右邊是拆了一個電池盒的，感覺不錯。


目前先用 14500 規格的鋰鐵吧，18650太大隻了。


主板照像留檔，現在只差沒改高壓保護了。原因就是.....沒零件....
只好放過它.....
http://bbs.pigoo.com/thread-56366-1-1.html


現在這板有比較多功能，校正不再是長按後進去，而是長按後，進入一個選單，再從裏面選 selftest來校正。
在選單系統下，共有3個 key ，分別為 up /down / enter，對應的是按住的秒數。分別是輕輕一下，按稍久一點一下，再按久一點一下。


最後，打包送回...
順便去跟大胖拿了一個便宜板的USBISP一起送回，這樣就能自己燒 BIOS。
附一條自製電源延長線，這樣就能如果拆開來，可以轉面來看。


謝謝觀賞~
{:14_1475:}

jojoling

補充一下鋰鐵電池保護版的資訊：


底下是我買的連結。
http://tw.taobao.com/item/149318 ... &_u=l7pftef89b2

此塊用的保護IC電路為 Ricoh R5460X
datasheet r5460-e.pdf (637.71 KB, 下載次數: 20)

2015-5-21 03:04 PM 上傳

點擊文件名下載附件

電路為


此保護版我拍了一下上面的近照。








此保護版，在裝上電池時，是不會有電輸出的。
可用：
1.插上外部電源後，保護板就會啟動讓電流流出。
2.設計一個小按鈕於 B- 與 P- 之間，裝上電池後，短路此2端點，讓保護 IC power 端有電流進去及可。

duke83

我也準備來改電池電源了，我的方案是單一3.7V 鋰電與充電升壓板直接取代 5V LDO。


用 USB 端子對電池充電，再升壓 5V 供應給主板電路使用，小小一片板子好買又便宜（掏寶買只要台幣十元銅板），原來是給小行動電源用的。
預計要拆掉 5V 穩壓與改電池電壓檢測電阻，可以減少原 5V LDO 的功率消耗，還有原本設計不良的待機時電壓檢測電阻之漏電電流。

板子剛訂還沒拿到，改好後再來 PO 圖。

jojoling

duke83 發表於 2015-5-25 01:00 AM
我也準備來改電池電源了，我的方案是單一3.7V 鋰電與充電升壓板直接取代 5V LDO。

to duke83大~

在Atmeag328p 上的 AVCC 與 AREF 是連接進 VCC裏。
我是不太清楚，用 PWM 升壓 ic 是不是可以達到穩定的電壓誤差與 ppm的問題。

duke83

jojoling 發表於 2015-5-25 01:11 AM
to duke83大~

在Atmeag328p 上的 AVCC 與 AREF 是連接進 VCC裏。

看我要用這塊板上的 IC （TP4223）規格，在 1A 負載下 5V 輸出會有正負 0.2V 的誤差，這個誤差是可以經過校正補償回來，但規格沒有提到穩定變動率，這也只有自己測試看看是否合用。

如果電路要改用外部電壓參考元件是不是韌體也要配合修改？

jojoling

duke83 發表於 2015-5-25 01:32 AM
看我要用這塊板上的 IC （TP4223）規格，在 1A 負載下 5V 輸出會有正負 0.2V 的誤差，這個誤差是可以經過 ...

這個應該是一個申論題吧~
程式內部很大，不是說能改就能改整個切開來 VCC 與 AVCC 的假設條件。
程式目前是假設 VCC 與 AVCC 是同一個電源，並沒有特別的分開~
就算你單改加上精密參考電源給內部的 ADC(AVCC)，但是你也沒辨法保證 VCC 電壓等同 AVCC。原因是這個分壓檢測假設，都是由固定 VCC與固定精密電阻來求解。

jojoling

duke83 發表於 2015-5-25 01:32 AM
看我要用這塊板上的 IC （TP4223）規格，在 1A 負載下 5V 輸出會有正負 0.2V 的誤差，這個誤差是可以經過 ...

另外，你看那個參考文件，他其實是有設計一個 2.5V 的精密參考電源，用來校正 VCC 5V 的實際值。
我曾還想把上次那個 AD584換下的IC，使用它輸出的 2.5V 來當這台的精密參考電源而不小心接錯，灌到10v而打穿 MCU~
以他的設計理論，VCC只要夠穩，ppm 夠低，利用精密參考電源 2.5V來校正 VCC 的偏差值應該是可以的。
這裏我唯一不清楚的，是用 PWM 升壓，到底夠不夠穩定（這塊我不太懂，之前只稍稍研究了一下那些精密電壓源的特性好與壞）。

duke83

jojoling 發表於 2015-5-25 02:48 AM
另外，你看那個參考文件，他其實是有設計一個 2.5V 的精密參考電源，用來校正 VCC 5V 的實際值。
我曾還 ...

線路板上是有一個 2.5V 精密參考的位置目前是沒有裝，照那份文件的說法程式會自動判斷是否存在，我還沒試過如有必要會來試試。
原文如下：
The additional 2.5V precision voltage reference connected at pin PC4 (ADC4) can be used to check and calibrate the VCC voltage, but is not required. You can use a LM4040-AIZ2.5 (0.1%), a LT1004CZ-2.5 (0.8%) or a LM336-Z2.5 (0.8%) as voltage reference. If you don’t install the precision voltage reference and you don’t add the relay extension, you should install a pull up resistor R16 to PC4 with a higher resistance value (47kΩ). This helps the software to detect the missing voltage reference.

5V 的電池升壓 PWM 線路是自己的想法，這顆控制 IC 號稱對 4.2V 的電池充飽檢測電壓有 1% 的精度，所以希望他的 5V 輸出也會很準與穩。還有低靜態消耗電流也是很重要。這類的專用新元件功能與特性都很好，有希望取代傳統供電線路。
DC PWM 穩壓迴路內部都有一個電壓參考器，以往的經驗精度都要比類比 LDO (78L05) 要高，除了電壓 PPM 外我還擔心多出來的電源雜訊要處理。

原文件有提到另外一個機型 WEL_M8，原件貼上。


單一電池或 USB 供電，升壓與 LDO 線路，但原 LDO 靜態耗電高被原作給換掉，不懂燒錄的 Fuse 設定為何要改？

5V 的 LDO 是最簡單且穩定的供電方式，電池的升壓供電板原是供應大電流的，我有量過這類的電路在小電流輸出時電壓其實都還很穩，最大的電壓變動還是負載效應，此測試器的耗電電流穩定所以應該不會有問題。
只要小心點不要燒掉晶片，各種改裝都是可能的。

jojoling

duke83 發表於 2015-5-25 09:07 AM
線路板上是有一個 2.5V 精密參考的位置目前是沒有裝，照那份文件的說法程式會自動判斷是否存在，我還沒試 ...

有關那個 brown out 的問題，就是那台機器的電源設計 drop 偏大所造成。

Atmega328p的文件資訊：




解決方法有很多種：
1.關掉這個硬體檢測 (更改 fuse值)
2.降低電源電路的 dropout (換 LDO,加電容.....)


另外，其實有些假設必須要先確立一下：

底下論點是以一個"非玩具"的考量來討論：
1.在精密測量儀器裏，精密參考電源是必須存在的。
2.在精密測量儀器的設計，應該沒有人會用 78L05 來當主電源的供應。
3.在這應該還會加入 voltage dropout / ppm 一些考慮吧。

當然，如果是當一個"玩具"等級來說：
(1)當然 78L05 很夠用。
(2)5V 也不用校正正確值，反正本身 MCU 也有精度的極限。

當然，結果是怎麼選擇都是對的，都會 work~
文件的說明，只是依據作者的意見及使用者打算怎麼看這台的定論而以。

duke83

jojoling 發表於 2015-5-25 01:34 PM
有關那個 brown out 的問題，就是那台機器的電源設計 drop 偏大所造成。

Atmega328p的文件資訊：

讓我這兩天先把零件買齊包含 LM4040AIM3-2.5 0.1% 100ppm 精密電壓參考源，這與主板相同接腳應該直接焊上就能用。
反正這零件不貴（也是十元銅板）就看是否能讓他的精確度提高，Vcc 電源的品質就不是那麼重要了。

只要能確定韌體或 Fuse 不需特別修改，這些硬體的改裝應該都不難。
目標是用最少的錢提高此機的可靠度與精確度。