da ich fast täglich mit Leiterplatten Schaltungs- und Layout-Entwicklung zu tun habe und dabei auch immer ein wenig den Bestückungs- und Lötprozess begleite, hat mich interessiert, welches Ergebnis JLCPCB bei der Bestückung liefert. Nun habe ich überlegt, mit welcher Schaltung/Bestückung man den SMT Service von JLCPCB einmal testen könnte.
Als ich mir die Projektseite von asksinpp.de noch einmal angeschaut habe, fiel mir auf, dass ungefähr die Hälfte aller Projekte folgende Komponenten enthält:
- Arduino Pro Mini 3,3V/8MHz
- CC1101 Modul
- Config-Taster
- Status LED
Da stellte sich mir die Frage – warum das alles nicht vereinen, wenn es sowieso fast immer benötigt wird?
Damit könnte man schneller Prototypen auf Lochraster aufbauen und es wäre eine anfängerfreundliche Lösung.
Ich vermute, der geringe Preis von Arduino Pro Mini und CC1101 Modul stellt bei Import aus China, die Wirtschaftlichkeit meiner Kombination in Frage. Sobald man aber in Deutschland kauft, ist eine "All-in-One" Leiterplatte durchaus konkurrenzfähig.
Alle bisherigen ASKSINN++ Leiterplatten die den Arduino Pro Mini verwenden, könnten auch mit der RF Version weiter betrieben werden, benötigen aber kein zusätzliches CC1101 Modul. Zukünftige "Baseboards" könnten kleiner ausfallen, da der Platz für das CC1101 Modul entfällt.
Ich habe als Basis die Schaltung des Arduino Pro Mini (von Sparkfun) genommen. Hier habe ich zunächst den Mikrocontroller ATMEGA328P-AU (TQFP-32) in den ATMEGA328P-MU (HVQFN-32) geändert, da dieser funktionsgleich, aber aufgrund seines Gehäuses deutlich kleiner ist.
- Reset Taster
- User LED
- Power LED
- Anschlüsse für A/D-Wandler Eingänge A6 und A7 (aus Platzgründen)
- 3,3V Spannungsregler MIC5205 wurde durch Type MCP1703T-3302E/CB ersetzt. Dieser hat ein sehr geringes IQ (2µA), eine Eingangsspannung bis 16V, kann (max.) 250mA und hat ein kleines SOT-23A Gehäuse. (Wird nur bei Bedarf bestückt)
- Texas Instruments CC1101RGPR mit RF-Frontend
- Status LED (an D4)
- Config Button (an D8)
- Reset Baustein (Open Drain) als Babbling Idiot Protection (derzeit 2,32V – als Bestückungsoption)
- Batterie Last Schaltung (3 Widerstände, 1 FET) für bessere Babbling Idiot Protection. (Bestückungsoption auf BOT Seite)
Die Belegung der beiden Stiftleisten links und rechts ist identisch zum Arduino Pro Mini Standard, ebenso die Position von A4(SDA) und A5(SCL) für den I2C Bus Anschluss.
Die A/D-Wandler Eingänge A6 und A7 mussten leider entfallen, da der Platz nicht ausgereicht hat. A6 dient nun einzig der Spannungsauswertung bei Batterie unter Last.
Die Leiterplatte hat genau wie das Original die Abmessungen 17,78 x 33,02mm (bzw. 0,7“x1,3“).
In der Abbildung unten kann man erkennen, dass die Arduino-Pro-Mini-RF Leiterplatte geringfügig breiter ist, als die des Standard Pro-Mini.
Das liegt daran, dass ich für die ersten Muster kein Panel erstellt habe und deshalb die JLCPCB mindestgröße der Leiterplatte 2cm beträgt.
Bei einer größeren Bestellung wären die Maße der Leiterplatten exakt gleich.
- Es wird kein passender Keramik Resonator mit 8 MHz angeboten – dieser muss derzeit von Hand nachbestückt werden, sofern man nicht mit der Genauigkeit des internen Oszillators auskommt. Dazu wurden die Lötpads geringfügig vergrößert, damit es von Hand etwas leichter fällt.
- Es wird kein kleiner Taster zur Bestückung angeboten – dieser muss derzeit ebenfalls von Hand nachbestückt werden.
- Für die beste Performance des CC1101 Chip werden Kondensatoren und Induktivitäten benötigt, die entweder nicht verfügbar sind, oder als „Extended Part“ eine zusätzlich Einrichtungsgebühr zur Folge haben. (Dies ist für unsere Zwecke aber kein großer Nachteil, denn die CC1101 Module verwenden ähnliche Bauteile und erste Tests mit der Leiterplatte haben gezeigt, dass die Reichweite des Arduino-Pro-Mini-RF hervorragend ist.)
Da in vielen Fällen ein Batteriebetrieb gewünscht ist, habe ich den Spannungsregler und dessen Eingangs-Kondensator nicht bestücken lassen. Wer die Schaltung z.B. an 12V betreiben möchte, muss einen Kondensator (Bauform 0603 – mindestens 16V Type) und den Spannungsregler (SOT-23) nachträglich bestücken. Wenn sich hier herausstellt, dass die Mehrheit die Version mit bestücktem Spannungsregler benötigt, kann dieser (& Kondensator) automatisch mit bestückt werden.
Dieser Screenshot zeigt, was alles automatisch bestückt werden kann:
Es fehlen:
- Reset Baustein
- Keramik Resonator und
- Taster
Den Config Taster zu haben ist schon sehr komfortabel, er lässt sich auch recht leicht von Hand bestücken. Auch der Keramik Resonator könnte für Präzisions-Zwecke von dem ein oder anderen benötigt werden. Dessen Lötpads sind etwas größer ausgeführt, damit er leichter von Hand verlötet werden kann.
Der Reset Baustein (IC4) ist eine Option mit der ggf. ein Babbling Idiot verhindert werden kann.
Wird die Schaltung nicht mit 3V an Batterien betrieben, sondern an einer höheren Spannung (bis ca. 14,5V), dann muss der LDO Spannungsregler (IC2) bestückt werden.
Nachdem ich die ersten Muster bekommen habe und die Antenne angelötet habe, habe ich den MCUDude MiniCore Bootloader per ISP Programmer aufgespielt. Die Einstellungen habe ich folgendermaßen gewählt:
Danach habe ich per FTDI USB-Seriell Adapter den genialen FreqTest Sketch aufgespielt. Das Ergebnis sieht recht vielversprechend aus:
AskSin++ V4.1.6 (Aug 28 2020 13:03:21)
CC init1
CC Version: 14
- ready
Start searching ...
Freq 0x21656A 868.300 MHz: 345682. 1 / -57dBm
Search for upper bound
Freq 0x21657A 868.306 MHz: 00AC01. 1 / -63dBm
Freq 0x21658A 868.313 MHz: B28FEB. 1 / -54dBm
Freq 0x21659A 868.319 MHz: 69677B. 1 / -50dBm
Freq 0x2165AA 868.325 MHz: B28FEB. 1 / -54dBm
Freq 0x2165BA 868.332 MHz: 69677B. 1 / -51dBm
Freq 0x2165CA 868.338 MHz: 69677B. 1 / -52dBm
Freq 0x2165DA 868.344 MHz: 003F00. 1 / -79dBm
Freq 0x2165EA 868.351 MHz: 0
Search for lower bound
Freq 0x21655A 868.294 MHz: 6185C2. 1 / -77dBm
Freq 0x21654A 868.287 MHz: B28FEB. 1 / -52dBm
Freq 0x21653A 868.281 MHz: 69677B. 1 / -54dBm
Freq 0x21652A 868.274 MHz: B28FEB. 1 / -52dBm
Freq 0x21651A 868.268 MHz: 69677B. 1 / -50dBm
Freq 0x21650A 868.262 MHz: 00AC01. 1 / -65dBm
Freq 0x2164FA 868.255 MHz: 35CD83. 1 / -52dBm
Freq 0x2164EA 868.249 MHz: B28FEB. 1 / -52dBm
Freq 0x2164DA 868.243 MHz: 0
Done: 0x2164EA - 0x2165DA
Calculated Freq: 0x216562 868.297 MHz
Store into config area: 6562...stored!
Als "echten" Sketch habe ich dann den HM-RC-P1 vom 1-Tasten Paniksender programmiert. Dem Arduino-Pro-Mini-RF habe ich dann auf einem Mini-Steckbrett noch schnell eine Taste spendiert, anschließend in meiner (immer noch) CCU2 ein Programm Taste->Terrassenbeleuchtung angelegt und mit dem "Aufbau" in den Garten gegangen.
Funktioniert prima.
Dann durchs Törchen ins Feld - so ca. 40m Luftlinie von der CCU2 entfernt - Empfang -> kein Problem.
Damit wäre schon einmal klar - wenn man sich einigermaßen an die App-Notes von TI hält, funktioniert der CC1101 immer.
Zu guter Letzt wollte ich noch wissen, wie viel Strom der APM-RF verbraucht.
Ein LDO ist ja schon mal nicht drauf, die Power LED fehlt ebenfalls, damit müsste der Strom von vorne herein recht niedrig ausfallen.
Mit dem "SleepTest" von Tom Major habe ich den Strom überprüft - als "User-LED" habe ich im Sketch die ASKSIN Status LED angegeben.
Mit ca. 5mA ein guter Wert trotz eines recht niederohmigen LED Vorwiderstand.
Anschließend im DeepSleep getestet:
Auch hier kann man mit 4,4µA zufrieden sein.
Da ich den Faktor "LED" einmal ausklammern wollte, habe ich diese im Sketch auskommentiert
3,1mA entspricht ungefähr dem, was Tom Major bei seinen Untersuchungen ebenfalls gemessen hat.
Leider sind die ATMEGAs ja dafür bekannt, dass die Frequenzabweichung des internen 8MHz Oszillator nicht gerade optimal ist. Hier ein Auszug aus dem Datenblatt:
Ich wollte wissen, wie es sich genau für den ATMEGA328P-MU verhält und habe das CLKOUT Fusebit gesetzt, den APM-RF mit 3V versorgt und mir den Takt am Oszilloskop angeschaut.
Da der Takt schwankt, habe ich bei Zimmertemperatur (20°C) einen Screenshot bei der minimalen und maximalen Frequenz gemacht:
Die Messungen zeigen, dass bei dem einen von mir getesteten ATMEGA328P-MU die Abweichung von 8MHz nach oben bis zu 1,3% und nach unten bis zu -0,75% beträgt (jeweils bei 3V gemessen).
Je nach Anwendung kann man sich mit diesen Angaben überlegen, ob man einen externen Takt (Keramik Resonator) benötigt.
Wer sich für die Schaltung des Ardunio-Pro-Mini-RF interessiert, kann sich diese hier anschauen.
Für die Bestellung von Bestückten APM-RF Leiterplatten habe ich die Leiterplatte anstelle von 17,78mm auf 20mm verbreitert, damit JLCPCB sie als Einzelleiterplatte fertigen kann. Man muss also im Hinterkopf behalten, dass die Leiterplatte auf jeder Seite 1,11mm breiter ist, als ein original Arduino Pro Mini. Die hier hinterlegte ZIP Datei enthält eine weitere ZIP Datei mit den Gerberdaten, eine Excel Datei mit der BOM Liste und eine Excel Datei mit den Pick&Place Daten.
In der BOM & Pick&Place Liste ist auch der 3,3V LDO enthalten. Wer den nicht mit bestücken lassen möchte, muss ihn aus der BOM Liste entfernen oder im entsprechenden Bestellschritt bei JLCPCB abwählen.
Nicht enthalten sind der Reset Baustein, der 8MHz Keramik Resonator und der Taster - sowie alle Bauteile auf der BOT Seite. Die Bauteile hat JLCPCB nicht.
Achtung! Die Daten habe ich nach bestem Wissen erstellt, jedoch mit diesen Daten noch nicht bei JLCPCB bestellt. Jeder sollte im Bestellvorgang peinlichst genau prüfen, ob alle Informationen so stimmen, wie man es sich vorstellt. Insbesondere sollte man die Polarität bzw. Positionierung der Bauteile im Bestellprozess überprüfen. Ich kann und werde hier keinen Support leisten und keine Garantie abgeben! Jeder der mit diesen Daten Leiterplatten bestellt, sollte wissen, was er tut.
Anhand eines Beispiels (8-Fach Nutzen/Panel) habe ich eine Bestellanleitung für Bestückte Leiterplatten bei JLCPCB gemacht, an der man sich orientieren kann.
Ich weise noch einmal ausdrücklich darauf hin, dass man in jedem Fall kontrollieren muss, ob alle benötigten Bauteile bei JLCPCB in ausreichender Stückzahl auf Lager sind. JLCPCB schickt ansonsten die Leiterplatten ohne vorherige Rücksprache mit fehlenden Bauteilen an den Kunden raus.
In der JLCPCB Parts Library findet man zwei mal den ATMEGA328P-MU, einmal unter C783592 und einmal unter C38896. In meiner BOM ist der C38896. Wenn ich diesen gegen den C783592 austausche wird er in der Voransicht merkwürdig angezeigt. Daher habe ich den C38896 in meiner BOM belassen, auch wenn der C783592 aktuell (30.10.2020) verfügbar ist.
Wer Spaß mit den Bestückten Leiterplatten hat, darf mir gerne nen Kaffee spendieren:
Die Bestellanleitung findet ihr hier
Die Bestellanleitung ist für ein 8-fach Panel geschrieben. Bitte an den entsprechenden Stellen beachten!
Als kleine Übersicht habe ich auch noch eine Pinbelegung erstellt.
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Ja, gibt es:
Wer Interesse an dem Projekt hat, kann mich gerne anschreiben (per PN im Homematic Forum).