12/03/2021

Interruptor de teste ITUSB1 (Rev. A)

Trata-se de uma revisão significativa ao projecto apresentado no post de 13 de Abril do ano passado. Em comparação com a versão original, esta nova iteração do interruptor de teste apresenta uma resistência substancialmente menor na linha de potência entre o anfitrião e o dispositivo USB sob teste. Por conseguinte, a queda de tensão imposta pelo instrumento também é menor, o que potencialmente torna mais exactas as leituras da corrente de consumo do dispositivo a testar.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 4,5V
– V d. nom. = 5V
– V d. máx. = 5,25V
– V USBT d. mín. = 2,76V
– V USBT d. nom. = 5V
– V USBT d. máx. = 5,5V
– I USBT d. máx. = 500mA


Características eléctricas:
– I d. = 66,31mA
– P = 331,6mW


Características do barramento USB de teste:
– Resistência da linha de potência (R USBT): 193mΩ
– Queda de tensão à carga nominal (ΔV USBT d., I USBT d. = 500mA): 96,5mV
– Corrente em curto-circuito (I USBT d. SC): 900mA
– Impedância diferencial das linhas de dados: 89,9Ω


Características do medidor de corrente:
– Alcance: 1,02A
– Granularidade: 250µA
– Exactidão: ±(2,41% + 1,75mA)
– Resolução: 12bit


O circuito é bastante semelhante ao do projecto original, pelo que não vale a pena explorá-lo em detalhe. Todas as modificações foram feitas no sentido de diminuir a resistência da linha de potência entre anfitrião e dispositivo USB, e são essas que irei abordar. Para começar, o dispositivo PolyZen em IC8 é agora do tipo ZEN056V130A24LS que, relativamente ao ZEN056V075A48LS aplicado na versão original, apresenta uma resistência menor. Na mesma linha, o comutador de potência em IC10 passa a ser um TPS2031. Por último, também foram feitas modificações na secção de medição de corrente, sendo que o resistor em R8 passa a ser de 40mΩ, e IC11 passa a ser um amplificador do tipo INA180A2, mais sensível de modo a acompanhar a redução no valor do resistor anterior.

Circuitos referentes ao conector USB a montante e à interrupão de potência.

Circuito para medição de corrente.

Aparte as modificações acima referidas, o circuito manteve-se inalterado. Porém, é de notar que as poucas modificações sofridas alteram algumas características relevantes do instrumento, e ainda que esta seja uma revisão de cariz mais correctiva, faz todo o sentido que a mesma receba a designação que se daria a uma revisão maior.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/16-24/29 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/13 – 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.);
C9 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M010 (NOJA106M010RWJ ou equiv.);
C10/11 – Condensador cerâmico multi-camada 330pF 1KV (1206);
C12/15/25-28 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C14 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C30 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/ID;
D2 – LED WP1503CB/YD;
D3 – Díodo TVS SMCJ5.0A;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/9/14 – Circuito de protecção TVS TPD2E2U06 (TPD2E2U06DRL);
IC3 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC4 – Conversor DC-DC isolado RFM-0505S;
IC5 – Regulador de tensão LP2985-33 (LP2985-33DBV);
IC6 – Isolador digital ADuM1200 (ADuM1200ARZ);
IC7 – Isolador digital ADuM1310 (ADuM1310ARWZ);
IC8 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V130A24LS;
IC10 – Comutador de potência TPS2031 (TPS2031D);
IC11 – Amplificador de medição de corrente INA180A2 (INA180A2IDBV);
IC12 – Conversor analógico-digital LTC2312CTS8-12;
IC13 – Comutador de sinal USB TS3USB221 (TS3USB221ARSE);
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2 – Conector USB Molex 67068-8001;
J3 – Conector USB Molex 67643-2911;
L1 – Indutor de potência XFL3012-223ME (XFL3012-223MEB ou XFL3012-223MEC);
Q1 – Transístor MOSFET de potência FDN327N;
Q2 – Transístor MOSFET BSS138;
R1/5 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/6/7 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R3/4 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 40mΩ±1% 1/4W (1206);
R9 – Resistor de filme espesso 100Ω±5% 1/8W (0805);
R10/11 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/8W (0805).


Novamente, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Friso que a encomenda da placa deve ser feita através do OSH Park, dado que o respectivo layout foi concebido de acordo com as especificações deste serviço. No entanto, pode sempre utilizar outro serviço de fabrico, assegurando que o mesmo suporta layouts de quatro camadas com furação mínima de 0.5mm, e que o stackup e materiais são idênticos. Este último critério é essencial, mais uma vez, para manter a impedância das linhas de dados USB em conformidade com a especificação relevante da norma USB. No que respeita à montagem do instrumento, aplicam-se as recomendações dadas aquando a apresentação do projecto original.

Por fim, é sempre necessário configurar o interface CP2130 do instrumento. Em Windows, isso pode ser feito através da aplicação "CP21xx Customization Utility" da Silicon Labs (incluída no pacote CP2130_SDK para Windows XP e Vista). Caso disponha de um sistema Linux, deverá utilizar o programa de configuração disponível no pacote "itusb1-ra-conf-1.0.tar.gz", que por sua vez pode ser encontrado dentro da pasta "Software". Note que todos os ficheiros e pastas pertinentes estão contidos na pasta do projecto. Para mais informações, veja as notas do projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/0dat...pz3c
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/ej1q...lww5
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/rel0...8t1r
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/ipqb...1mdu
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/9mqx...s9lf
Guia de furação: https://app.box.com/s/01zx...1nk8x
Firmware (com instruções): https://app.box.com/s/rrsa...davm
Drivers (Windows): https://app.box.com/s/fjwr...iaqz
Software (Linux): https://app.box.com/s/wsf8...85i3
Notas do projecto: https://app.box.com/s/ny6l...5aba
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/kzz9...577h
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/yUEluAVD
CP2130_SDK: http://www.silabs.com/.../CP2130_SDK_Windows_XP_Vista.exe

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