Преобразователь интерфейсов USB–SPI на новом x51-микроконтроллере EFM8UB1. Часть 2

Варианты разводки плат устройств

Разводка плат всех четырёх рассматриваемых в этой статье устройств сделана автором с помощью программы Sprint LayOut 6.0. Об изготовлении фотошаблонов и самих плат рассказано в статье [1].

Самое миниатюрное (и как показало его тестирование – самое высокоскоростное) устройство (см. рис. 13) размером 8 × 17 мм – это неизолированный преобразователь USB–SPI на базе МК EFM8UB1. Отличительная особенность разводки – все компоненты расположены на одной стороне, предназначены для поверхностного монтажа и поэтому на плате нет ни одного переходного отверстия. Два отверстия диаметром 0,8 мм, расположенные справа на разводке, предназначены для двух направляющих (пластмассовые выступы) на разъёме mini USB-8S. Эти отверстия можно и не сверлить, а пластмассовые выступы просто удалить. В этом случае плата вообще не нуждается в сверловке, что упрощает её изготовление.

Несколько бóльшими размерами (8,5 × 26 мм) обладает устройство изолированного преобразователя USB–SPI, работающего в трёхпроводном режиме SPI (см. рис. 14). Здесь оба разъёма – для программирования (трёхштырьковый разъём с шагом 1,27 мм) и для интерфейса SPI (три двухрядных гнезда с шагом 2,54 мм) – расположены с обратной стороны платы. Для укреп­ления этих разъёмов на плате необходимо просверлить соответствующие отверстия.

Вариант разводки изолированного преобразователя USB–SPI, работающего в четырёхпроводном режиме (см. рис. 15), получился несколько шире, чем на рисунке 14, что определяется более габаритным корпусом цифрового изолятора SI8662 (к сожалению, в корпусе SOP16 он не выпускается).

Несколько бо¢льшим размером (11 × 31 мм) отличается устройство с изолированным интерфейсом USB (см. рис. 16) по причине более габаритного корпуса цифрового изолятора ADUM3160/4160.

Обе платы-переходника на рисунке 17 (для МК C8051F061) и рисунке 18 (для EFM8LB12) имеют одностороннюю разводку и могут быть изготовлены своими силами.

Если в разводке на рисунке 17 каждый вывод микроконтроллера соединён с соответствующим контактом платы-переходника, то на разводке на рисунке 18 первый и семнадцатый выводы МК EFM8LB12 не подключены и оставлены свободными.

Дело в том, что у этого МК нет ни одного штатного вывода заземления по краям (GND). Единственный «общий» вывод расположен на дне корпуса МК в виде квадратной металлизированной пластины. К этому выводу никак не подобраться со стороны расположения остальных выводов, т.к. они расположены достаточно плотно. Однако у МК есть технологические контакты, расположенные по углам корпуса на его торцах (по два контакта в каждом углу). Эти контакты расположены несколько выше штатных и не имеют контактных площадок на дне микросхемы. Такие технологические контакты присутствуют у многих микросхем. У некоторых из них такие технологические контакты соединены с «землёй» или с напряжением питания. Некоторые производители соединяют такие контакты с внутренними устройствами микросхем для целей тестирования. В некоторых случаях такие контакты вообще ни с чем не соединены. Автором было выяснено, что все эти восемь технологических контактов соединены с «землёй» МК. В связи с этим, «пожертвовав» двумя портами МК (P0.0 – первый вывод и P2.0 – семнадцатый вывод), автор соединил два штыревых контакта (первый и семнадцатый) с технологическими «земляными» контактами. На разводке (см. рис. 18) дорожки, идущие от первого и семнадцатого штыревых контактов, заканчиваются рядом с микроконтроллером двумя прямоугольными контактными площадками несколько большего размера, чем остальные контактные площадки, а первый и семнадцатый выводы оставлены свободными. Здесь необходимо заметить, что на подобные «жертвы» идёт и сам производитель этих ИС. Например, в версии этого МК в корпусе QFP32 производитель «пожертвовал» портом P3.4, а второй вывод сделал «земляным».

Фотографии устройств

Чтобы читатель смог убедиться в реальности описываемых в этой статье устройств, приводим их фотографии с подрисуночными подписями, из содержания которых можно почерпнуть необходимую информацию (см. рис. 19–25). Поэтому, на взгляд автора, в отдельных комментариях фотографии не нуждаются.

Единственное пояснение касается распайки кварцевого генератора в корпусе для поверхностного монтажа. В связи с его малыми размерами, а также для того, чтобы не изготавливать для него отдельную плату-переходник, автор использовал следующую про­цедуру. Вначале от линейки из двухрядных цанговых штырей с шагом 2,54 мм отрезается квадрат, состоящий из четырёх контактов. Контакты, расположенные на более широком основании, отрезаются, заусенцы на торцах зачищаются надфилем и облуживаются. Затем к этим торцам припаивается сам кварцевый генератор. Чтобы не перепутать номера выводов генератора, первый вывод можно, например, отметить каким-либо цветом, как это сделано автором (см. рис. 24).

Чтобы не повторять фотографии подключения всех четырёх устройств к двум макетным платам, автором приведены фотографии подключения двух устройств с изолированным интерфейсом SPI к макетной плате с МК C8051F061 и фотографии подключения неизолированного преобразователя и изолированного (с изолированным интерфейсом USB) – к макетной плате с МК EFM8LB12.

Литература

1. Кузьминов А. Преобразователь интерфейсов USB–SPI с гальванической развязкой. Современная электроника. 2012. № 1, 2.