Zaloguj się
Wszystkie
15 września 2023
1358
W założeniach płytka ma zastąpić Arduino UNO R3. Jak zwykle materiały marketingowe obiecują polepszenie wszystkich parametrów, co więcej R4 – to wręcz wprowadzenie „nowego wymiaru prototypowania”, a producent deklaruje zgodność (przynajmniej teoretyczną) zarówno sprzętową jak i programową z większością aplikacji R3. Dla porównania w tabeli 1 zestawiono podstawowe parametry UNO R4 i UNO R3. Celowo porównuję wersję R4 Minima, a nie wersję R4 WiFi, gdyż po pierwsze UNO R3 także nie ma także żadnych opcji komunikacji bezprzewodowej, a po drugie zakup jej wydawał się rozsądniejszy (była tańsza…).
Mikrokontroler
Wersja UNO R4 WiFi wydaje mi się dosyć nietypowym zestawieniem i przed zakupem wymaga dłuższego zastanowienia. W wersji WiFi do procesora RA4M1 podłączono ESP32, aby zapewnić komunikację bezprzewodową. Takie zestawienie to temat na odrębne opracowanie, ale już można znaleźć w sieci wiele niezbyt pochlebnych opinii o tym rozwiązaniu. Sytuacja jest tym bardziej zaskakująca, że krótko po premierze R4 WiFi, udostępniona została płytka Nano ESP32 (S3).
Arduino UNO R4 Minima zachowuje zgodność mechaniczną z UNO R3. Zastosowany procesor R7FA4M1AB3CFM, co nie dziwi w dzisiejszych czasach jest wlutowany bezpośrednio w płytkę, gdyż oczywiście nie jest oferowany w obudowach DIP, a tylko w obudowach LGA, LQFP i QFN o różnej, w zależności od podtypu, liczbie wyprowadzeń (40 do 100). Nie jest to dobra informacja dla konstruktorów, którym czasem udaje się uszkodzić procesor, tym razem nie obejdzie się bez wylutowania lub zakupu następnej sztuki.
UNO R4 zawiera R7FA4M1AB3CFM w obudowie LQFP64. Z racji przemysłowej i motoryzacyjnej specjalizacji Renesas oferuje procesor zakwalifikowany do przemysłowego lub motoryzacyjnego zakresu temperatur, co zawsze gwarantuje większą stabilność rozwiązania, o ile inne komponenty nie zawiodą przy –40°C lub +85°C.
Po szybkim sprawdzeniu dostępności procesora u największych dystrybutorów dowiadujemy się, że u niektórych procesory są dostępne, ale niepokojący jest termin 80 tygodni na dostawę większych ilości. Aktualnie w sklepie Arduino wersja Minima jest dostępna, a Wi-Fi niestety nie i nie jest znany termin ponownego pojawienia się w dystrybucji.
Złącza
Oprócz mikrokontrolera najbardziej widoczną zmianą jest zastosowanie współczesnego złącza USB-C, służącego zarówno do zasilania jak i komunikacji. Zewnętrzny zasilacz w dalszym ciągu podłączony jest poprzez złącze DCIN poziome, z typowym wtykiem 5,5/2,1 mm. Wysokie złącze zasilania wraz z niestandardowym rozstawem złącz GPIO utrudnia zarówno prototypowanie na płytkach stykowych jak i kanapkowe łączenie nakładek – opierają się o złącze zasilania. Tutaj bez litości można przytoczyć powiedzenie o tym, że „mylić się jest rzeczą ludzką, ale tkwić w błędzie to już…”. Przynajmniej problem złącza DCIN można było rozwiązać inaczej tym bardziej, że UNO R4 i tak będzie wymagało nowej obudowy, że względu na złącze USB-C.
W temacie obudowy, pozostaje też kwestia podstawki z tworzywa, która jest dołączona do zestawu. Być może w niektórych zastosowaniach będzie przydatna ale w większości przypadków wyląduje w koszu, ponieważ płytka Arduino trafi do obudowy docelowego urządzenia.
Zasilanie
W przypadku układu zasilania poprawiono zakres napięć dla których poprawnie pracuje wbudowana przetwornica i w UNO R4 sięga on 24 V, choć sama przetwornica może pracować w jeszcze szerszym zakresie. Problemem może być jednak sposób kluczowania zasilania z USB-C i wbudowanej przetwornicy poprzez dwie diody PMEG6020.
W przypadku poprawnego napięcia z USB-C wynoszącego 5 V, do zasilania płytki doprowadzone jest napięcie obniżone o spadek napięcia na D3. Nawet, gdy UNO R4 zasilane jest z przyzwoitego zasilacza dla Raspberry Pi, z podniesionym napięciem wyjściowym do 5,1 V, napięcie zasilania R4 wynosi ok 4,8 V i jest na granicy tolerancji niektórych układów i to bez obciążenia GPIO.
Nie jest to jedyny problem obwodu zasilania UNO R4. W przypadku obecności zasilania z USB-C i braku zasilania z gniazda DC, przetwornica U2 jest zasilana tylko od strony wyjścia. W zasilaczu zastosowano układ ISL854102, także produkcji Renesas, który zgodnie z kartą katalogową jest w stanie pochłaniać prąd ze strony wyjściowej, ale po co ma to robić i dodatkowo obciążać zasilanie USB-C, tym bardziej, że niepotrzebnie steruje wtedy cewką L3. Można to uznać za klasyczny przypadek back-feedingu, czyli niepożądanego wstecznego przepływu zasilania, który powoduje zakłócenia w działaniu układu, a w skrajnych przypadkach może doprowadzić do jego uszkodzenia. Pobór prądu nie jest duży, ale zupełnie niepotrzebny i generuje dodatkowe zakłócenia na szynach zasilania, które naprawdę są zbędne w przypadku zasilania procesora z rozbudowanym blokiem analogowym, tym bardziej, że napięcie 5 V jest używane także jako napięcie odniesienia dla ADC.
Problem można było rozwiązać kluczami MOSFET zmniejszając spadek napięcia zasilania oraz eliminując niepotrzebne oscylacje w przetwornicy lub zmieniając miejsce kluczowania napięć z „za” na „przed” przetwornicą i stosując przetwornicę podwyższająco-obniżającą, zapewniającą stabilne zasilanie.
Dodatkowo umożliwiło by to zasilanie układu z akumulatora litowego lub zestawu baterii 3...4×LR4 jak to ma miejsce w przypadku innych płytek. W skrajnym wypadku można zastosować rozwiązanie zupełnie budżetowe polegające na wstawieniu diody PMEG6020 w miejsce R11, przy równoczesnym podniesieniu napięcia wyjściowego przetwornicy, w celu kompensacji spadku na diodzie.
Sama płytka UNO R4 bez problemu mogłaby pracować też z zasilaniem 3,3 V, bo procesory R4M1 mają bardzo szeroki zakres zasilania 1,6...5,5 V, szkoda, że nie przewidziano takiej możliwości i za wszelką cenę zapewniono zgodność tylko z logiką 5 V.
Ostatnim elementem obwodu zasilania jest źródło napięcia 3,3 V, które oczywiście zostało potraktowane oszczędnościowo i pochodzi z wbudowanego w procesor LDO, maksymalna obciążalność zgodnie z kartą katalogową to 100 mA. Czy źródło jest odporne na przeciążenia i zwarcia, karta nie wspomina, więc zalecam daleko idącą ostrożność.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
