2019年05月21日

ID-292の試作機2機を破壊してしまう

在りし日の映像記録。



ID-292の試作機2機をぶっ壊した挙句、MCUを一個昇天させてしまった、、、。

ID-292系の弱点は電源で、何かのキッカケで電源が昇天し、入力と出力が直結した結果、周りのチップに抱きつき心中するという最悪な状況が発生する。 今日はこれを2回もなぞることになった。

原因はアンプから印加される15Vがアウトっぽいのだが、シングル・ボードの場合消費電力に見合った放熱が難しいのかもしれない。

1機は完全にスクラップ、FPGAを引剥して交換した残る1機も何故かアルペジエーターと連携してピッチが揺らぐ案件が再発している。 最初の試作機では全てが上手くコントロールできていたのだが、何故このような症状が発生したのか?原因は謎だが、LEDの消費電流が絡んでいる可能性がある。

例の如く、ジャンクパーツをサルベージして次の試作に備えたいところだが、MCUがぶっ飛んだ場合はリカヴァーのしようがない。 

電圧降下の問題に対処するため、次回製作する基板ではオシレーターとロジック系の電源ラインをレギュレーターICを含めて完全に独立させるべきか。

前述したように、電源が故障する原因は電源投入時に発生するサージ電流と過電圧が原因っぽい。

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通算5回以上もMCUを道連れにシステムを破壊していて、その都度対策を講じていたのだが、どれもが微妙にピントを外していたということになる。

ドロップ電圧の問題は認識していたが、15Vが絶対最大定格なので、コラ用に制作された4chアンプへの直結には少々無理があるのは承知していた。 特に放熱が辛いシングルボードには前段に電圧をステップダウンする機能を追加する必要があった。

マニュアルによると、出力に大きなCを配置した状態のレギュレーター回路には保護ダイオードを挿入したほうが良いとのことだが、これはジャンパー配線ですぐに実践できる。

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実のところ、製品版で回路を別基盤に分けた理由は、シングルボードで集中していた電源のレギュレーションを分散したいという思惑があった。

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華奢なシングルボード系はやはり限定生産になるが、ペアで販売する電源に工夫をすれば無用な過電圧を印加する危険性はなくなり、問題は押さえ込めるだろう。

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ちなみに、TNCコネクターの導入は失敗。 どうやってもクリアランスが取れない。 コネクタに加工を施しつつ、多少でも余裕の取れそうな筐体を選び直してトップパネルをフローティングしてやり過ごしているが、これは放熱が楽になるという利点もあるので、今件に関してはなんとも評価が難しい。 VRTのタッパを抑えるとある程度はクリアランスに貢献できることは判った。

ピッチ側には問題が生じていないので、こちらの採用はアリ。問題はVolume側なのだが、MCUに下駄を履かせてオフセットを取る方法は可能。この場合、端子にはラッピングポストを使用することになる。

ADATチップを使用しない場合、レベル変換ICが不要なことに今更ながら気づいた。 導入した元々の理由は、5V仕様のシールドとTeensyの通信が目的だった。 このチップは結構怖い潰れ方をするので、出来れば導入しないのが吉。

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別の失敗基板からサルベージしたFPGAの健在を確認した。

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これから、オーディオクロックユニットの健全性を確認する。

いまのところ、アプリやツールをバラバラに使って動作確認を行っている状態だが、そろそろオシレーター/オーディオ/デジタル信号の測定を統合したプラットフォームを製作すべきだろう。

例えば、オシレーターの調整に必要なツールとして、オシレーター間の差分信号を測定する専用のアンテナクリップを準備する一方で、別端子にはD-FFから生成される差分信号のデューティーサイクルを計測できるように専用の端子を製作する。

現状では測定器として使用しているAnalogDiscovery2は剥き身の状態なので、これを使い易いケースに収納した方が作業効率が上がる筈だ。

オーディオボードの試験には、専用のプログラムを書き込んだTeensy装着のボードを準備する。 これにには単純に基準信号をアウトプットするソフトウエアを4ch用意すれば良い。

あとは、LEDの輝度テストを行う装置が欲しい。LEDは個体差が凄まじく、抵抗値の調整が必要になる。

消費電力を抑えるために、LEDの電流制限抵抗の値を精査すべきだが、これは視認性の問題でもあるので、一度細かな検証を行いたい。

基板を再設計する過程で、放熱の問題に気付いた。 表面実装型レギュレーターの放熱は、部品の実装が過密状態でベタな放熱面を展開しにくい2層基板ではどうしても限界が発生してしまう。 ただし、4層化にはそれなりのコストアップが伴うので、これは微妙なところ。 現実的には電源電圧の設定でなんとか対応するのが筋だろう。

安全対策として、アンプと併用するタイプの試作機には9V程度まで電圧を下げるシリーズレギュレーターを外部に設置することにした。 シングルボードの意味合いが薄れてしまうが、スペース的には可能なので、これが即実行が可能な対策としては正解だろうか。

製品版の場合は専用電源の使用で電圧が管理できるために、過度な保護回路を設置する必要はなくなる。 アンプの電源電圧を統一していない現在の開発環境では、よりトラブルが発生しやすくなる。

ジャンク化したボードから取り外したRGBロータリーエンコーダーのウチ、幾つか赤色LEDが焼損寸前になったケースを確認した。 赤色に390Ωは3.3V環境であっても電流値が過剰なので、電源が破壊された時に印加された7V弱の電圧により引導を渡されたものと推測する。 1k程度の抵抗値を設定すべきところを3倍電流を流しているのだから、赤味が勝つのは当たり前だった。

電源回路の再設計を行う過程で、放熱を強化するために大口径のスルーホールを放熱端子裏に追加した。 

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制約のある環境で、ひたすらに表面積を上げる事に腐心しているが、多少の効果はあるものと思いたい。
posted by Yasuski at 12:54| LaVoixski