Судя по всему, большинство помех, которые видно на выходе распространяются через главную шину питания +5В и в основном генерируются преобразователем 5U3, развязка и фильтрация по входу (и выходу) которого выполнена не в меру минималистично. По питанию 5U3 была добавлена развязка виде керамики 22мк 25В + FPCAP 560мк 6,3В и LR фильтр. Конденсатор 5С15 был заменен на керамику аналогичного номинала. Выходные конденсаторы преобразователя установлены большей ёмкости низкоимпедансных типов (OSCON/FPCAP). После этих мер, как не странно пусковой бросок тока уменьшился, как и помехи на выходе.
Аналогично повторил и с преобразователем 1,2В 5U5, а так же с преобразователем питания подсветки ЖК U1 на плате MCU. Последний изначально был запитан от локальной для платы MCU шины +3,3В которую обеспечивает LDO U6. Возможно, так сделали в попытках уменьшить помехи от этого преобразователя, поступающие в шину +5В от которой в т.ч. питаются сигнальные потребители. На плате MCU предусмотрены перемычки 0402 для выбора питания этого преобразователя. Для обоих преобразователей усилена фильтрация и развязка по питанию.
Со стороны потребителей ёмкости питания так же на минималках. Особенно для 3U1, 3U2 (зачем так сделали вообще?!).
В питании сигнальных цепей штатно в основном применяются дроссели 3мкГн 0805, во многих местах их и оставил, в некоторых перенес на другие места (см. схему). В остальных местах в приборе изначально используются ферритовые бусины 0603, которые в большей части интересующего диапазона частот неэффективны. Местами они заменены на дроссели 3мкГн (например, фильтрация питания ЦАП), в других местах на что-то ещё, а где-то оставлены. Ёмкостные развязки были усилены практически везде.
В этой доработке использовал SMD полимерные конденсаторы POSCAP со старых ноутбучных материнок с входным контролем, что оказалось не лишним. Особенно для POSCAP 15мк 25В которые я применил для развязки +/-13В возле ОУ (хотелось бы больше ёмкости, но использовал что было и влезало). Ради них, к слову, пришлось «ограбить» около 20-и старых плат, купленных за символические деньги в ближайшей мастерской. Примерно 20% оказались неисправны, 55% – занижена ёмкость и ESR, зато остальные измеряются как новые. Низковольтные POSCAP оказались более живучими, замечены были лишь небольшие и не частые отклонения ёмкости. Так же местами использовал миниатюрные SMD танталовые конденсаторы (жёлтенькие) с тех же материнок. Среди них тоже нашлось некоторое количество уставших.
Штатные керамические конденсаторы развязки питания 0402 0,1мк и 0805 1мк по большей части были заменены. При измерении их емкости в зависимости от температуры и сравнении с заведомо нормальными X7R пришел к выводу, что скорее всего в приборе применены X5R или что-то подобное. На штатные 0402 площадки помещаются 0603 1мк 50В. Более подробно см. в схеме.
На плате MCU развязка питания МК и DRAM выполнена самым смешным образом – конденсаторы 0,1мк сгруппированы в «ряды» и размещены далеко от микросхем через слишком длинные, на мой взгляд, дорожки. Других конденсаторов с обратной стороны платы нет. Более того, плата двухслойная и полигон земли под/между МК и DRAM изрезан слишком сильно. Для MCU я припаял штатные 0402 конденсаторы прямо на ножки микросхемы. Для DRAM на плату рядом с выводами питания были запаяны 0603 1мк 50В. Добавлены POSCAP-ы и фильтрующие индуктивности вместо малополезных ферритовых бусин. Однако одна бусина добавлена для фильтрации AVDD с обратной стороны платы (больше нигде не было возможности поставить что-то более подходящее, так что это лучше чем ничего).
Полигон земли на плате MCU усилен отрезком луженой медной фольги. Для этого я зачистил маску и образовал контактные площадки островках земли которые желательно было соединить в месте планируемой установки фольги, затем заклеил эту область полиимидным скотчем и аккуратно под микроскопом прорезал в скотче окна (медь на плате тонкая, можно легко порезать острым ножом). Так же с нижней стороны платы были добавлены мягкие контакты на имеющиеся контактные площадки для заземления корпуса ЖК. Мягкие контакты взяты с плат разбитых матриц ТВ (часто там встречаются, но бывают разные по высоте). После доработки прибор ещё не зависал, а интерфейс и реакция на кнопки по субъективным ощущениям стали отзывчивей.
Разъемы BNC в пластиковом корпусе имеют широко известную проблему расшатывающегося в месте завальцовки вывода земли. Иногда можно выйти из ситуации, пропаяв вывод на металлическую часть разъема, но это срабатывает не всегда. Как раз те разъемы, которые стояли штатно в моем экземпляре паяться не хотели никак, активные флюсы тут использовать на мой взгляд нельзя.
При детальном рассмотрении штатные BNC выглядели не качественными, а скорее максимально дешевыми. В итоге два цельнометаллических хороших разъема были сняты со старой неисправной измериловки (пришлось шлифовать их на плоском точильном камне чтобы вошли по высоте), а ещё один пластиковый я взял с древней сетевой карты ISA, у него вывод земли тоже шатался, но в отличии от штатных разъемов его удалось пропаять. К тому же в целом по конструкции контактов и их покрытию он выглядит на много лучше штатных.
Закрепил разъемы к плате на винты M2.5. В металлических разъемах пришлось рассверлить отверстия и нарезать резьбу. В пластиковый - просто закрутил винты вместо штатных стоек под пайку, которые можно вытянуть пассатижами без нагрева. В плате рассверлил крепежные отверстия сверлом 2,4мм, чтобы винт вставлялся туго, для лучшей фиксации. Металлические разъемы по плате скользят, при подключении BNC коннектора получается приличный рычаг, по этому их дополнительно приклеил к плате на красную термоэпоксидку чтобы точно не разболтались (можно снять с нагревом).
Была использована самая
недорогая плата Power bank на 2А (кстати, до модификации обвязки преобразователя 5U3 этот модуль влетал в защиту при включении прибора). На всякий случай заменил штатную керамику ужасного качества на нормальную 10мк 25В из ноутбуков. Её преобразователь работает на частоте 500кГц и дает «иголки» в несколько десятков мВ, по этому перемычку в позиции 5D1 я заменил на дроссель 10мкГн. Не нашлось под рукой дросселя подходящего типоразмера, был взят индуктор заряда от ноутбука, припаян к контактной площадке на бок и закреплён к плате на термоэпоксидку. Плата power bank была припаяна через «бутерброд» из ещё двух платок-проставок на место штатного разъема питания. При этом обеспечена изоляция земли платки питания от земли платы main, т.к. полигон земли в месте штатного разъема питания является не оптимальной точкой подключения земли источника питания (для этого пришлось очистить соотв. области плат от маски, а в одной из проставок высверлить все имеющиеся переходные отверстия). Сама плата power bank немного запилена по габаритам, от второй такой же платы отрезана область со светодиодами индикации заряда и припаяна к type-c разъему зарядки, чтобы можно было увидеть снаружи.
Т.к. планировалось работа только от аккумуляторного питания, было принято решение исключить схему UVLO на транзисторе 5Q2 за ненадобностью. Входные ёмкости +5в 5C6, 5C7 заменены на FPCAP 330мк 6,3В со старых материнок.
Применён аккумулятор размером 140х70х7,5мм 3,7В с номинальной ёмкостью 8000мА/ч, со встроенной защитой от КЗ и переразряда. По толщине можно поставить чуть больше, по длине в принципе тоже есть небольшой зазор. АКБ приклеен к межплатному экрану на небольшие отрезки двухстороннего красного скотча 3M из автомагазина (с него можно много раз снимать и клеить обратно). Для безопасности АКБ из платы MCU были выпаяны торчащие иголки программирования, на плате MCU размещена мягкая опора для прижима АКБ (чтобы не отклеился от скотча). Плата power bank поддерживает «сквозное» питание от ЗУ, при желании можно запитать от type-c зарядного даже если АКБ разряжен.
Выключатель питания закреплен на плате не очень надёжно – просто запаян в плату на длинных Г-образных контактах и по большому счёту только на них и держится. Если оставлять так, то со временем он разболтается и придет в негодность. С учетом того, что через него запитана основная шина питания прибора, а так же переключатель имеет специфическую форму выводов и вряд-ли встречается в продаже, было решено его беречь. Приклеил его на двухкомпонентный клей к плате (при необходимости можно снять путём нагрева).
Пара странностей есть и в схемотехнике сигнальной части.
Усилитель постоянного смещения на 1U2/2U2 TL071 сравнивает VREF с напряжением, поступающим из ЦАП в MCU, смещая по ПТ выходной усилитель 1U1/2U1, при этом выход TL071 нагружен на суммарное сопротивление около 100 Ом, а так же зашунтирован на землю через RC 7.2Ом и 10мкФ. Установил вместо них AD825 (были в тумбочке) с некоторым изменением обвязки. Напряжение постоянного смещения на выходах точно соответствует установленному значению.
Выходной усилитель на ОУ с TOC THS3092 с программируемым (через реле) коэффициентом усиления построен странно. Общеизвестно, что паразитную ёмкость на отрицательном входе ОУ с ТОС желательно всячески снижать (иногда даже полигон земли вырезают под цепями, связанными с этим входом). Но тут инвертирующие входы просто заведены в реле, в котором паразитной ёмкости явно больше, чем хотелось бы видеть в этом месте. Была изменена конфигурация включения резисторов, теперь между инвертирующим входом и контактами реле всегда есть резистор. Спектр гармоник на звуковых частотах существенно отличается по количеству и амплитуде в зависимости от состояния реле K3 (и результирующего КУ усилителя).
Для замера пускового тока модифицированного прибора подключил вместо модуля powerbank ЛБП и шунт 0,1Ом. При включении выключателем питания видно зарядку конденсаторов в течении 130мС, ток достигает 2,8А, после чего снижается до примерно 1,1А на период загрузки. После звукового сигнала сообщающего готовности генератора ток падает до 860мА. К сожалению, я не замерял что было раньше, но до модификаций модуль powerbank-а не всегда мог запустить прибор с первого раза не смотря на то, что изначально в приборе было на много меньше ёмкостей по питанию. Наибольшей ток потребления, который удалось увидеть – 1,65А (оба канала генерируют синус 60МГц 10Вп-п без нагрузки). Ток потребления преобразователя подсветки (при питании от шины +5В) на 100% яркости составляет 116мА и уменьшается на примерно 100мА при установке на 10%.
P.S.: Для такой доработки требуется наличие специфических компонентов и опыт резки/правки многослойных плат с мелкими компонентами и плотным монтажом а так же оборудование и хороший навык пайки SMD – плата безсвинцовая, в местах своей пайки я сначала разбавлял припой низкотемпературным, после удалял всё и наносил низкотемпературный. Для минимизации риска перегревов пайка с обычным припоем производилась на температуре, на которой штатный припой не доходит до плавления. На плате достаточно чувствительных компонентов, которые нельзя расстраивать (резисторы IU и дифф. усилителя, резисторы ООС выходного усилителя и аттенюаторов – на них видны следы лазерной подстройки и их точность важна, достаточно неудачно задеть и сопротивление может уплыть достаточно для ощутимых последствий). Подумайте хорошо, если решите повторять подобное.
При выборе компонентов и решений я руководствовался соображениями «впихуемости» в уже имеющуюся конструкцию и наличия тех или иных компонентов под рукой. Во многих местах пришлось действовать по принципу «лучше так, чем никак».
Есть так же фотографии с микроскопа, если кому-то будет нужно могу скинуть, сюда такое количество загружать не очень удобно.
[свернуть]
Uni-T UTG962E – Доработка и обсуждение.
Ответить с цитированием
Социальные закладки