VBus-Decoder/Adapter für den Raspberry Pi v1.3

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Dies ist ein Unterartikel von VBus-Decoder. Auf der Hauptseite gibt es weitere Informationen zum Thema.

Motivation

Who's perfect?

Beim VBus-Adapter für den Raspberry Pi (und auch dem Nano) gibt es ein paar Unzulänglichkeiten, die jeweils ein Makeover der Leiterkarte erfordern.

Da die Beliebtheit des Raspberry Pis deutlich größer als ein Arghduino für solche Anwendungen ist, gibt es hierfür zuerst (oder überhaupt) eine neue Version.

Konkret handelt es sich um folgende Probleme, die mit der neuen Version behoben werden sollen:

  • Keine gestapelten Bauteile mehr
  • Hinreichend Eingangskapazität für mehr Zuverlässigkeit
  • Größere Bauteile zur einfacheren Bestückung
  • Rückkanal, um den Regler aktiv abfragen und parametrieren zu können

Änderungen

Aus dem MLCC-Kondensator wurde ein Elektrolyt, aktuell 100 µF, lässt sich bei Bedarf aber noch ein bisschen vergrößern.

Dieser wird nun über einen Widerstand am Gleichrichter angebunden um den Ladestrom (und dadurch die Spannungseinbrüche auf dem Bus) zu verkleinern. Ob die Kombination aus 470 Ohm und 100 Mikrofarad gut ist, muss sich noch zeigen.

Beim Spannungsregler ist der 3,3 V-Typ gekommen um zu bleiben. Dieser bietet neben dem etwas niedrigeren Preis den Vorteil, dass er auf der Eingangsseite einen größeren "Headroom" hat.

Die Neudimensionierung der Spannungsteiler basiert auf den Berechnungen von Version 1.2b.

Als Bestückoption gibt es nun auch einen Jumper, mit dem die Versorgung des Komparators ausgewählt werden kann - sollten die Referenzspannungen nach dem 3,3 V-Regler doch zu knapp werden, kann die Eingangsspannung des LDO verwendet werden. Offen ist natürlich, ob der zu erwartende Ripple in die Suppe spuckt.

Die diskreten Bauteile sind nun alle im 0805-Package, dadurch wurden weite Teile des Layouts umgeworfen. Wer möchte, kann natürlich auch welche im 0603-Package (oder mit ein bisschen Wollen sollte auch 1206 gehen) auf die Footprints packen.

Gänzlich neu ist der Rückkanal, die Dimensionierung dessen Bauteile erfolgte mit dem feuchten Finger in den Wind gehalten. Es ist eigentlich nichts besonderes zu erwarten, bei Bedarf kann allerdings einfach mit den Bauteilen gespielt werden.

Die Änderungen kommen allerdings mit ein paar Kompromissen:

  • Die Leiterkarte wurde ein bisschen größer
  • Die Power-LED für den VBus ist rausgefallen (kein Platz, unnötiger Verbraucher)
  • Bei der Nutzung des Rückkanals ist...
    • die Leiterkarte auf dem Pi Zero nur mit "Überhang" verwendbar
    • keine galvanische Trennung möglich

BOM

Menge Referenzen Wert Package Reichelt Bestellcode
2 C2, C8 100n C0805 X7R-G0805 100N
1 C6 100p C0805 NPO-G0805 100P
1 C5 100u/16V PANASONIC_D VF 100/16 K-D
3 R2, R6, R8 15k R0805 RND 0805 1 15K
1 X1 1751248 1751248 AKL 059-02
2 R9, R28 1k R0805 RND 0805 1 1,0K
1 C4 1n C0805 NPO-G0805 1,0N
2 R4, R7 2k2 R0805 RND 0805 1 2,2K
1 R12 330 R0805 RND 0805 1 330
2 R3, R5 4k7 R0805 RND 0805 1 4,7K
1 C3 4u7 C0805 KEM X5R0805 4,7U
1 OK1 6N136 DIL08 6N 136
1 R1 15k R0805 RND 0805 1 15K
3 D1, D2, D5 BAV99 SOT23 BAV 99 NXP
1 Q1 BSS138 SOT23 BSS 138 SMD
1 IC4 LM393D SO08 LM 393 D SMD
1 D3 P6SMB 15A SMBJ P6SMB 15A SMD
1 X2 RPI_UART+_CONDENSED RPI_UNIV+_UART RND 205-00655
1 IC1 TS5205CX533 SOT23-5 TS 5205 CX533
1 LED1 or CHIP-LED0805 LED EL 0603 OR
Menge Referenzen Wert Package Reichelt Bestellcode
3 R10, R11, R15 0 R1206 RND 0805 1 0
2 C2, C8 100n C0805 X7R-G0805 100N
1 C6 100p C0805 NPO-G0805 100P
1 C5 100u/16V PANASONIC_D VF 100/16 K-D
5 R2, R6, R8, R13, R14 15k R0805 RND 0805 1 15K
1 X3 1751248 1751248 AKL 059-02
1 R28 1k R0805 RND 0805 1 1,0K
1 C4 1n C0805 NPO-G0805 1,0N
2 R4, R7 2k2 R0805 RND 0805 1 2,2K
1 R12 330 R0805 RND 0805 1 330
2 R3, R5 4k7 R0805 RND 0805 1 4,7K
1 C3 4u7 C0805 KEM X5R0805 4,7U
3 D1, D2, D5 BAV99 SOT23 BAV 99 NXP
3 Q1, Q2, Q3 BSS138 SOT23 BSS 138 SMD
1 IC4 LM393D SO08 LM 393 D SMD
1 D3 P6SMB 15A SMBJ P6SMB 15A SMD
1 X2 RPI_UART+_CONDENSED RPI_UNIV+_UART RND 205-00655
1 IC1 TS5205CX533 SOT23-5 TS 5205 CX533
1 LED1 or CHIP-LED0805 LED EL 0603 OR

Hinweise

  • Bitte nur die Bauteile bestücken, die in der BOM für die jeweilige Variante angegeben sind. Mehr hilft nicht mehr, sondern kann zu Fehlfunktionen führen.
  • R14 in der Direktvariante sollte nicht bestückt werden oder zumindest in Pull-up-Konfiguration umgebaut werden. Sonst kann (und wird) es passieren, dass der VBus bei nicht angeschlossenem Tx dauerhaft kurzgeschlossen wird. (Danke an Heiko für den Hinweis!)
  • R1 sollte einen Wert ab ca. 12k haben, damit der Low-Pegel auch wirklich 0 erreicht.
  • Aktuell ist nur die optoisolierte Version getestet
  • selbst bei "nur" 1,2 mm dickem FR4 würde ich nicht empfehlen, die Leiterkarte an den perforierten Kanten zu brechen. Besser sägen oder mit einer Trennscheibe arbeiten.

Leiterkarten

Es gibt noch unbestückte Leiterkärtchen. Wer eine will, kann sich gerne bei mir melden.

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