ust-modules / ustsipin02 Goto Github PK

Vzhledem ke způsobu použití a potřebám záznamových médií je zřejmě vhodné další verzi vybavit zálohovacím kondezátorem podobně, jako je v plánu v případě nového dataloggeru.

Taková úprava by umožnila:

• Korektní ukončení zápisu do záznamového média #15 v případě přerušení napájení
• Možnost nepřerušeného měření i při výměně hlavních napájecích akumulátorů nebo baterií za nové.
• Odolnost proti výpadku při náhodném odpojení USB-C kabelu (Například při měření s telefonem v letadle)

Při výrobě zřejmě dochází k nějakému poškození pouzdra SDkarty. Projevuje se to tak, že SDkarta do pouzdra buď nejde vůbec zastrčit. Nebo případně mechanismus na její vysouvání nefunguje dobře případně vůbec.

Možnosti poškození, které mne napadají jsou tyhle:

• Tepelné poškození pouzdra při pájení
• Chemické poškození čističem při omývání zbytků tavidla
• Zalepení rozpuštěným tavidlem při omývání desky

Pájecí plošky pro PIN diodu mají okolo sebe malou izolační mezeru. To při letování způsobuje intenzivní odvod tepla do okolního materiálu, takže je obtížné letovaný spoj provést kvalitně.

Použitý MCU obsahuje dvě hardwarové UART rozhraní. Jedno rozhraní by se mohlo vyhradit pro USB, které by se používalo pro "přenosné" a "krátkodobé" aplikace, kdy by se zařízení připojovalo k uživatelskému počitači. USB by zároveň sloužilo pro nahrávání firmware pomocí Obslužné aplikace.

Druhá sériovka by byla užívána pro aplikace, kde by zařízení bylo umístěné někam, kde by byl cizí UART datalogger. Nebo pro aplikace, kde je potřeba data přenášet na větší vzdálenost. Zároveň by to umožňovalo moct změnit firmware/konfiguraci zařízení po USB bez rozpojování zařizení či demontáže.

Díky integraci USB by SPACEDOS03A se stal velmi kompaktním a odolným zařízením. Následně by se pro zařízení mohla vyvinout nějaká tištěná/frézovaná hliníková krabička.

Nepříjemností pro vyřešení tohoto kroku je, že nemáme vyrobený a otestovaný RS232R02 převodní, který by se do USTSIPINu mohl zaintegrovat. Zároveň by měl (z pohledu životnosti/odolnosti) nejhorší pouzdro z celého modulu. Převodník však existuje ve variantě SSOP.
Potřebné kroky:

• Ověřit, že vybraný převodník je vhodný
• Upravit návrh PCB
• Navrhnout vnější design produktu (krabička, potisk, ..)

This issue probably causes a malfunction in case of longer (more than 0.5 m) USB-C cable is used.
Correct USB KiCAD routing procedure
Some more traces need to be revised in the next PCB batch.

LABDOS je jeden z přístrojů který je postižen nekompatibilitou zvoleného napájecího napětí (3.3V) a pracovní frekvence MCU (16MHz).

Je zde možnost buď zvednout napájecí napětí na 5V #5 ale to z více důvodů není praktické. Druhá akceptovatelná možnost je snížit pracovní frekvenci MCU na 8MHz, což ale také přináší komplikace:

1. Existují již vyrobené kusy, které používají 16MHz
2. Aktuálně neexistuje firmware pro LABDOS, který by dovedl fungovat na 8 MHz. Takový firmware by asi musel připravit @kakl

Přemýšlel jsem, jak na detektoru implementovat self-test. Není to jednoduché z toho důvodu, že radiační prostředí se mění podle umístění detektoru. Společně s tím se mění i měřené hodnoty, což je ostatně principem detektoru.

Přemýšlel jsem o možnosti PIN diodu osvětlovat světelným impulzem, který by imitoval pulz vznikající zářením známého typu.
Přišel jsem při tom na tento expirovaný patent, který provádí něco podobného, ale za účelem vyrovnání siločar elektrického pole v diodě.

Je potřeba zkontrolovat jestli footprint pro L3 je kompatibilní s použitou cívkou. Na osazeném PCB to vypadá, že cívka přesahuje mimo letovací plošky.

400 uA

Protože se pod diodou nachází prokovy, které by mohly vést k průniku světla na diodu. Tak by bylo vhodné zjistit, zda existuje nějaká možnost výroby PCB se zaplněnými prokovy. Většina prokovů je z výroby zaplněna nepájivou maskou, ale nemusí to platit pro všechny. Hrozí tak, že by se mohly vyskytovat kusy, kde se skrz prokovy dostane světlo k diodě.

5V měnič pro analogovou část má problém s rozběhem. Při napájení z nožičky MCU se nerozběhne do plného výstupního napětí, protože začne měnit už od 0.3V, ale s nízkou účinností. Tím způsobí velký proud z nožičky MCU a tím pádem pokles vstupního napětí. Vstupní napětí se z tohoto stavu nedostane, protože je pořád zatíženo nesmyslně vysokým proudem.

Měnič bez zátěže se ale rozběhne v pořádku. (V reálném zapojení je ale zatížen ~2 mA, které stačí na to, aby nefungoval správně).

Možnosti řešení:

• Na výstup měniče dát cívku, která jej izoluje od blokovacích kapacit v analogové části. Tím se měnič nebude rozbíhat do kapacitní zátěže
• Dát na vstup měniče větší kapacitu, aby rozběhový proud byl kryt čistě z kapacity i při nízkém vstupním napětí. Tím by mohlo dojít k odstranění záporné zpětné vazby, protože RMS proud do měniče ve skutečnosti bude nízký.

Pokud by byla v novém návrhu použita FPGA architektura, jako je už navrhováno v dataloggeru.
Tak by to mělo následující výhody:

• Usnadnilo by se tím připojení nových rozhraní SDkaret (jiných než SPI) viz #15
• Umožnilo by to získat více vzorků z průletu částice PIN diodou
• Oddělilo by to proces snímání a zápisu. Čímž by se redukovala mrtvá doba prakticky na nulu.
• Mezi snímáním a zápisem je pak prostor na nějakou chytřejší numerickou filtraci
• FPGA umožňuje skládat vzorky do velké paměti a pak je všechny najednou zapsat do záznamového média (to je velmi výhodné zejména pro FLASH paměť a u jiných typů pamětí tímto postupem lze ušetřit energii)

R41 je ve schéma zřejmě navíc, protože v případě neosazení tranzistoru, který snižuje šum a zvyšuje spotřebu tam není ani ten RC článek R14, C37.

Přišel jsem na to, že ten mikrofonní efekt může být klidně způsoben více jevy. Aktuálně připadá v úvahu:

• Změny kapacity způsobené deformací vrstev v PCB.
• Pohyb fólie/diody
• Piezoelektrický jev - PCB, keramické kondenzátory.

Při řešení #18 se ukázalo, že snížením napěťové reference z 1.25V na 0.9V přestane fungovat komparátor v analogové paměti. Problém se projevuje tak, že mu trvá dlouho, než se přepne. Při malých, nebo krátce trvajících rozdílech napětí se ani nepřepne.

Tohle je správné chování při referenci 1.25V.

Takhle se komparátor začne chovat při snížení reference na 0.9V

Zde je detail pro referenci 1,25V

A zde detail pro referenci 0.9V

Modrá křivka je měřena na nožicce č. 3 u komparátoru. V datasheetu od TS7211, ale není napsáno nic, co by tohle chování vysvětlovalo. Zároveň ani v napájení není nějaký náznak změny, která by chování, které je v rozporu s datasheetem mohla vysvětlit.

Problém je tenhle graf:

Je zde vidět, že komparátoru se okolo hodnoty 1,25 V mění fáze otočením offsetu na vstupní straně. V důsledku toho se i zásadně mění citlivost. Je navíc nepříjemné, že tato hodnota se shoduje s hodnotou referenčního napětí, které je ve schéma použito jako virtuální nula.

Same as UniversalScientificTechnologies/SPACEDOS02#8 (comment)

Upravit zapojení FTDI pro napájení 5V, je tam třeba pro variantu 5 V přidat jumper rozpojujíci VCC a VCCIO a volitelný odpor (pájecí jumper), který přemostí linearní stabilizátor na 3V3 v případě, kdy se neosadí stabilizátor.

Podobně jako u předchozí verze SPACEDOS02 by to i zde chtělo doplnit tranzistor pro snížení šumu.

UniversalScientificTechnologies/SPACEDOS02#7 (comment)

Ukazuje se, že by zřejmě bylo vhodné záznamové médium integrovat přímo do návrhu.
Podobná záležitost je diskutována v tomto issue.
Pro účely LABDOSu zřejmě není nutné, aby záznamové medium byla hned FRAM nebo RAM paměť, ale zřejmě by stačila i kvalitnější FLASH, než která se používá v případě SDkaret.

Alternativou k výměně SDkarty za jinou paměť by možná bylo přestat používat SPI rozhraní a místo toho použít některé z moderněších a rychlejších rozhraní, které nové SDkarty podporují.

Aktuálně se detekční dioda při výrobě překrývá měděnou fólií:

Měděná fólie je výhodná kvůli tomu, že jde snadno letovat. Jinak je ale nevýhodná, protože měď má věťší hustotu, tudiž více stíní nízké energie než například hliník.

Vylepšením by tak asi bylo místo měděné pásky využít hliníkovou. Ta ale nejde letovat, proto by bylo vhodné její zajištění, proti tomu, aby při povolení lepidla odpadla vyřešit lemem na krabičce, který by okraje pásky okolo detekční diody tlačil proti plošnému spoji. Realizaci tohoto vylepšení ale vadí nevhodná pozice detekční diody #10, která neumožňuje na jedné straně využít plochu mezi šroubem a hranou detekční diody.

@kakl zjistil, že R3 a R45 je treba osazovat 10 ohm misto 470 a 100 ohm

Myslím že by bylo vhodné, aby firmware uměl nějak sám poznat verzi hardware. Existuje několik možností, jak to udělat.

Nastavení hodnoty ADC rezistory

Volné ADC kanály mohou být připojeny na dělič napětí, jehož hodnota říká verzi hardware.

Použití volných IO pinů

Na volné IO piny mohou být připojeny pul-upy/pull-downy, které binárně kódují verzi hardware.

Kombinace

Od obou změných variant existují ještě kombinace, že například odporový dělič bude spínán IO nožičkou. Jedna IO nožička bude připojena k jiné a podobně.

Poslední možnost je, že verzi hardware budeme ukládat do externí EEPROM, to ovšem myslím je nejhorší možnost. Protože to předpokládá, že žádný firmware EEPROM určitě nesmaže. Myslím si, že ta by spíš měla být určena pro jiné typy dat.

Rozhodnout o způsobu identifikace by měl někdo, kdo bude psát firmware. tj. asi nejspíš @kakl

Citlivost detektoru je daná vlastnosmi polovodiče, které se poměrně výrazně, ale deterministicky mění s teplotou. Pro kompenzaci tohoto vlivu by proto bylo užitečné měřit teplotu snímače (PIN diody).
K tomu by mělo být možné vyoužít měření úbytku napětí na polovodičovém přechodu. Které je lineární vzhledem k teplotě.

K měření teploty by tak bylo nutné detkční diodu na chvíli přepólovat. Hodnota úbytku napětí by pak mohla být odečtena pomocí ADC s differenciálním vstupem, který umožňuje digitalizovat záporné hodnoty.

Aktuálně je vstup ADC řešen jakoby byl differenciální. Reference je tak připojena na polovinu napájení s cílem do ADC vést "differenční signál".

Reálně ale na PCB nejsou tyto signály routovány jako diferenční čímž vzniká smyčka, která pravděpodobně naopak celou situaci zhoršuje:

Na obrázku jsou zvýrazněny cesty PA1 (Reference) a PA0 (Analogový signál).

Dále také celou situaci jistě nezlepšuje, že reference sice má blokovací kondenzátor a celé zapojení je zřejmě zamýšleno jako dolní propust. Ovšem C17 je umístěn tak nešikovně, že na důležitá místa je připojen přes velké smyčky.

Praktičtější by zde zřejmě bylo kapacitu C17 rozdělit a použít ji jako blokovací kondenzátor na více místech.

The old version

Has different signal quality from the new version:

1. "šum" u nového labdosu je jen nepatrně větší, ale má vyšší "frekvenci".
2. Analogová paměť ve starým labdosu ten šum prakticky nevidí. Když to u novýho zcela bezpečně a je to vidět na těch špičkách, který dělá přepínání komparátoru. (ty sem si v návrhu netroufnul řešit i přes to, že jejich omezení je vyzkoušený na PIND02A).

PIN dioda není umístěna tak, aby její pouzdro bylo vycentrované mezi montážní šrouby.

Důsledkem je, že krycí CU folie se u šroubu, který je blíže pouzdru diody trhá o její hranu.

Napájecí filtr operačních zesilovačů má kromě #14 ještě potíž s tím že pravděpodobně omezuje dynamický rozsah. Limit dynamického rozsahu je snadno viditelný zde na spektru produktů radonu.

Ze spektra vyplývá, že dynamický rozsah je cca 6.5 MeV. Filtr v napájení operačních zesilovačů je proto potřeba přepočítat tak, aby dynamický rozsah neomezoval.

Na výstupu reference je tenhle rezistor.

jeho umístění mi vůbec nedává smysl. Čekal bych ho jako dolní propust někde v místě, kde se reference používá. FYI @kakl