Nokia 3210 Retro Fit Board Teil 9

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Ich habe leider immer noch Probleme mit der Power Versorgung. Der LiPo Chip, der die Ladespannung für den Akku aus die 5V USB zur Verfügung stellt, funktioniert einwandfrei. Der dahintergelegene Teil, der zwei mal 3,3V aus den 4,2 V der Batterie machen soll, hat teilweise Probleme die Spannung stabil zu halten, was dazu führt dass der Microconroller abstürzt.

Die Lösung wird sein, den kompletten Spannungsregler zu ersetzen. Dazu werde ich eine kleine Schaltung aufbauen, die das mit möglichst wenig Komponenten schafft. Dann hoffe ich, dass ich eine stabile Verbindung zum Controller bekomme um die anderen Komponenten in Betrieb zu nehmen.

Für den 3,3V Regler werde ich auf ein integriertes Schaltregler Modul zurück greifen. Das kann dann hoffentlich die Spannung zuverlässig zur Verfügung stellen.

Ein Redesign des PCB werde ich wahrscheinlich nicht durchführen, dafür ist das 6-Lagen Board zu teuer.

Nokia 3210 Retro Fit Board Teil 8

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Ich bin mitten in der Inbetriebnahme des Retro Fit Boards für das Nokia 3210. Dabei sind mir einige Probleme aufgefallen.

Das Board hat einen Fehler im Kupfer der Rückseite. Glücklicherweise ist das Kupfer eine große Struktur und kann relativ einfach aufgekratzt werden um den Fehler zu entfernen.

Die Kupferfläche zum Anbinden der Speicherdrossel der 3V3 Versorgung ist mit der GND Plane kollidiert. Beide Planes besitzen die Priorität 0 und werden daher übereinander liegend generiert. Das ganze ist sehr ärgerlich, wird aber im DRC gezeigt… Den hätte ich besser mal komplett durchgeschaut.

Jetzt bleibt nur die manuelle Nachbearbeitung der Leiterplatte. Wenn die beiden Kupferflächen aufgetrennt sind, funktioniert auch der Buck Regler für das 3V3 Netz. Allerdings nur auf instabilen 2,6V.  Die Instabilität der Versorgungsspannung führt dazu, dass die CPU nicht zuverlässig läuft. Die Kommunikation mit JTAG funktioniert nur sporadisch und es kommt oft zu Abbrüchen der Verbindung. Hier helfen 10µF am Ausgang der Spule L202, aber in manchen Situationen bricht auch so die Spannung zusammen.

Der Boostconverter, der Die Batteriespannung auf 4V hochsetzen soll, passt nicht auf das Footprint, das vorgesehen ist. Hier habe ich vorerst eine Brücke zwischen Dem Eingangs Kondensator und der Spule L202 gelötet. Ich habe ein „Texas_S-PVSON-N8_NoThermalVias“ aus der KiCad Bibliothek verwendet. Der Chip der da drauf soll ist allerdings ein WSON Chip mit 2x2mm Kantenlänge der PVSON ist 3x3mm. Da hilft nur manuelles Nacharbeiten.

Für den 3V3 Buck-Konverter habe ich einige Experimente mit dem Layout gemacht. Die stabilste Spannung habe ich bei zwei Spulen je 4,7µH und verteilter Ausgangkapazität > 22µF erhalten.

Zwei Spulen und verteilte Ausgangskapazität

Diese Schaltung werde ich nun auf dem komplett bestückten Board ausprobieren und dann sehen wir weiter.

Nokia 3210 Retro Fit Board Teil 7

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Die Prototypen Boards sind da. 10 Leiterplatten des 6-lagigen Designs sind letze Woche angekommen und ich habe mit der Bestückung einer Leiterplatte begonnen. Wie in den Videos 1 und 2 gezeigt, ist das manuelle Löten ein zeitaufwändiges Unterfangen.

Die über 150 Komponenten müssen zuerst einmal sortiert und bereitgelegt werden. Dann kann die eigentliche Bestückarbeit beginnen. Für dieses Projekt habe ich mich entschieden alles per Hand zu löten, also keine Schablone mit Lötpaste zu verwenden. Das hätte den Bestückungsprozess zwar beschleunigt, aber macht es für die Inbetriebnahme schwerer. Die kann nämlich jetzt Stück für Stück erfolgen, da nicht alle Komponenten bestückt sind. Für einen zweiten Produktionslauf, würde ich die Lötpasten-Schablone bevorzugen.

Mit etwas Übung und einem professionellen Lötkolben* kann man 0402 Bauteile problemlos löten. Für die ICs habe ich Lötpaste, Flussmittel* und ein Heißluftfön*.

Beim Zusammensetzen sind mir ein paar kleine Fehler aufgefallen. Einige Löcher, die für Befestigungsschrauben oder Kuststoffbolzen im Gehäuse vorgesehen sind, passen nicht genau. Hier muss das Gehäuse angepasst, oder das Loch aufgefeilt werden. Es ist aber nichts dramatisches.

Ebenso passt die Metall-Rückseite nicht mehr drauf, wenn der JTAG Stecker und die Kopfhörerbuchse bestückt sind. Auch hier muss das Gehäuse angepasst werden.

Die Nächten Tage wird es mit der Software weiter gehen.

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Nokia 3210 Retro Fit Board Teil 6

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Es geht voran mit dem Projekt. Nachdem ich den Audio Teil der Schaltung durch ein paar einfacher lötbare Teile getauscht und das Layout angepasst hatte, konnte ich mit den Feinheiten beginnen. Dazu gehören alle DRC Fehler zu betrachten. Jeder dieser Fehler könnte im späteren Produkt also der Leiterplatte zu Kurzschlüssen oder anderen Problemen führen. Nachdem in einem weiteren Review das Design vollständig überprüft ist, kann ich die Leiterplatte bestellen. Es gibt eine vielfältige Auswahl an PCB Herstellern. Viele dieser Hersteller sind aus dem Asiatischen Gebiet und können Leiterplatten zu unglaublich günstigen Preisen zu erstaunlicher Qualität herstellen. Bei einer 6-lagigen Platte ist das allerdings ein wenig anders. Hier muss ein wenig mehr Aufwand getrieben werden um die Leiterplatte zu erzeugen. Dadurch treten auch bei den Asiatischen Herstellern Kosten auf, die an den Kunden weitergegeben werden. Es ist also nicht ungewöhnlich Angebote zu bekommen, die im Bereich der europäischen Konkurrenten liegen.

Hersteller Eurocircuits multicb EasyEDA Smart Prototyping PCBJOINT
Anzahl 5 5 5 5 5
Stückpreis 54,88 38,78 25,81 48,30 50,92
Gesamtpreis 274,41 193,90 129,07 241,52 254,61
Lieferzeit 7 6 14 16 14
Porto 0 20 19,82 19,34 20,69
Summe 274,41 213,90 148,89 260,86 275,30
Anzahl 10 10 10 10 10
Stückpreis 35,38 26,26 13,44 24,76 26,93
Gesamtpreis 353,79 262,60 134,44 247,60 269,30
Lieferzeit 7 6 14 16 14
Porto 0 20 19,82 19,34 20,69
Summe 353,79 282,60 154,26 266,94 289,99

Wie es im Moment aussieht wir des wohl entweder multicb als europäischer Hersteller, oder eben EasyEDA also asiatischer Anbieter.

Das Design sieht im Moment so aus wie oben gezeigt. Für die Fertigung der Leiterplatte muss an den von KiCad erzeugten Gerber Daten allerdings eine Kleinigkeit geändert werden. KiCad bietet nicht die Möglichkeit die Restringe der Vias auf den einzelnen Lagen gesondert zu bearbeiten. In diesem Design musste das Pad des Controllers an Masse angebunden werden, einerseits um einen guten elektrischen Anschluss an die Masseplane zu bekommen, andererseits um Temperatur an das Kupfer der Leiterplatte abgeben zu können. Das Problem dabei ist leider, dass das Pad direkt hinter einer Kontaktfläche für die Knackfrösche der Tastatur liegt. Also müssen wir in dem Isolationsbereich der Kontaktfläche Vias bohren. Dabei bleiben aber auf der Oberseite nur ein sehr kleiner Bereich zwischen Kontaktring und Via übrig.

Wie man sieht ist im linken Bild die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses zwischen den Kontaktflächen und der Via sehr hoch. Der Kupferring der Via ist aber für diese Schaltung auf der Top Seite nicht wichtig. Also können wir das überflüssige Kupfer entfernen. Zur Sicherheit machen wir dann noch einen Tropfen Beschriftungslack drauf und gut ist. Das geht mit GerbV ganz einfach.

Nokia 3210 Retro Fit Board Teil 4

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Ich versuche gerade ein Android Image für den i.MX7 auf meinem Nokia Retro Fit Board zu bauen. Das Buildsystem für Android ist gigantisch. Es besteht aus über 100 Git repositories, die mit Hilfe eine Tools heruntergeladen werden. Dazu benötigt man über 90GB Festplattenspeicher! Zusätzlich zu Android benötigt man auch noch den Linux Kernel und die passenden Patches um das originale Android und Kernel auf die CPU anzupassen auf der das System später laufen soll. Das alles dauert eine ganze Zeit, bis es einmal steht. Anschließend muss das System aus dem Quellcode kompiliert werden. Damit man nicht jede einzelne Datei selbst kompilieren muss, gibt es auch hierfür ein Tool, dass den Prozess automatisiert. Dieses Tool, mit dem Namen ‚lunch‘ geht durch die Verzeichnisstruktur und sammelt alle Informationen, welche Dateien für welches System wann kompiliert werden sollen. Danach wird noch ermittelt, welche Dateien zum System Image hinzugefügt werden sollen und zum Schluss in welchem Format das System Image erzeugt werden soll. Wenn das alles fertig ist, dann kann der Prozess starten, der aus dem Android Open Source Project ein Firmware Image erstellt, dass auf einem Embedded System lauffähig ist.

Ich habe den Prozess, wie man zu der passenden Buildsystem kommt hier dokumentiert:
https://github.com/DasBasti/NokiaRetrofitAplications

Jetzt bin ich dabei herauszufinden, wie man das Android anpasst, sodass es nicht für das Sabre Board baut, sondern für meine Hardware mit meinen Treibern und meiner Boot Konfiguration. Danach werde ich versuchen, das System auf Android Wear umzustellen, da das für so kleine Bildschirme wie ich ihn verwenden möchte optimiert ist. Wie das geht weiß ich noch nicht. Aber ich werde es versuchen.

Hardware

Ich bin im Schaltplan ein wenig weiter gekommen, auch wenn ich noch kein Update in das Repository übertragen habe. Ich bin im Moment dabei die Ladeschaltung für den originalen NiMH Akku zu zeichnen. Zusätzlich wird ein LiPo Akku anschließbar sein. Ich weiß noch nicht, wie viel Strom der i.MX7 benötigt und wie lange dann der original Akku hält. Er ist mit 1200mAh angegeben. Das ist einiges, wenn man bedenkt, dass das kleine Display nur 30mA benötigt, wenn es an ist. Eine detaillierte Stromverbrauchsrechnung ist auch in Arbeit, die wird zeigen, ob die Verwendung der originalen Batterie überhaupt ein gangbarer Weg ist.

Nokia 3210 Retro Fit Board Teil 3

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Android im Simulator

Ok, zugegeben. Das ganze Projekt ist ziemlich lächerlich, aber trotzdem ein interessanter Ansatz. Nicht umsonst gibt es für Android eine Hardware Mindestvoraussetzung, die unter Anderem auch die Displaygröße vorgibt. Das sind für gewöhnliche Android Hardwaren mindestens 426 x 320 pixel. Anders sieht es aber bei Android Wear aus, der Version für smart watches. Ich werde also weiter in Richtung Android Wear schauen, dort ist der Android App Starter besser aufgebaut und mit den Eingabe-Buttons des Nokias kann man sicherlich alle wichtigen Funktionen abbilden. Es sind immerhin mehr als an einer Armbanduhr.

Zum Schluss noch ein kleines Video, dass euch die Hardware ein wenig näher bringen soll.

[youtube=https://www.youtube.com/watch?v=xc3veGdFC-g&w=320&h=266]