Proyecto: implementación hardware ULAPlus

[mcleod_ideafix]

Ya han llegado las primeras placas de la ULA+


Una de ellas...


... comparada con la "ULA real"


Una cosa que me ha gustado: estas placas, contrariamente a lo que he estado viendo en los foros de usuarios de estos servicios, parece que sí que están testadas eléctricamente al 100%. Se pueden ver (en la foto adjunta) las marcas de pinchos y pequeñas abrasiones en los contactos, señal de que han usado alguna técnica tal como la "cama de clavos" (nail bed) para realizar el testeo.
Y una cosa que me ha gustado menos: no hay "silk screen" entre los pines de la FPGA. No sé si eso hará que la soldadura de la FPGA sea más dificultosa o no. Sí que hay entre los pines de la Platform ROM y del AD724, como se puede apreciar en esta ampliación


He usado un scanner convencional para obtener una imagen a 1200ppp de una de las caras de la placa, en principio con la intención de hacer yo mismo un examen visual en el caso de que no hubiera indicios de que en la fábrica hubieran hecho el test eléctrico. Clic para la versión en alta resolución. Ésta que se ve aquí es una versión reducida, a 300ppp.


Hoy también ha llegado por correo un pequeño aparato que creo que me vendrá muy bien para montar las placas: un pequeño succionador para componentes SMD. Es en esencia una bomba de vacío de dos velocidades con mango en forma de lápiz y varias puntas para "atrapar" componentes tan pequeños como los 0603 que usaré, y algunas bocas más grandes para los componentes gorditos, como el AD722 de la foto. Las gafas son dos lupas de 10X con LED's incorporados, pero realmente no me son de mucha utilidad para lo que yo pretendía, que era poder soldar la FPGA pin a pin usándolas para posicionar mejor el soldador en cada uno de los pins (están separados 0,1mm cada uno). La cosa es que con estas gafas-lupa tendría que meter literalmente el ojo en la zona que voy a soldar, para ver la imagen aumentada y enfocada, y si hago eso, literalmente me abraso la cara. Me las he puesto para la foto para dar más miedo Creo que pillaré por eBay-china o por DealExtreme alguna de estos microscopios-lápiz USB, que aunque tenga que ponerlos pegados a la placa, la cabeza y los ojos estarán lejos, mirando cómodamente una pantalla con la imagen aumentada 50X o más veces.

[Scooter]

¡Que guapo estás con esas gafas!

Pues si, se ven bien las placas. ¡¡Duro con ellas!!

Mira lo que he encontrado en mi instituto que nadie sabía para que era:
https://www.sugarsync.com/pf/D818271_8_7030841757
No se si te dará alguna idea. He hecho probaturas y no han ido muy bien; creo que todos los químicos estaban ultrasecos. Y me parece que el horno solo va a baja temperatura, no calienta a la alta

[mcleod_ideafix]

Un horno para hacer reflowing. ¡Cómo mola!. En el departamento vecino al nuestro (Tecnología Electrónica) usan un horno de pizzas para hacer reflowing. En mi caso, como ya comenté en este mismo hilo, en el primer post, usaré seguramente una plancha para asar, haciendo yo manualmente la curva de precalentado, etc. tengo un horno convencional que valdría perfectamente para esto, pero no me hace ninguna gracia poner dentro placas con agentes químicos tóxicos, y que los vapores se queden adheridos al cacharro y luego caigan en la comida que se hornee. La plancha de asar, por el contrario, al estar "al aire", puedo ponerla debajo de la campana extractora de la cocina y así quitarme los "malos humos" de enmedio.

[mcleod_ideafix]

Bueno, pues he cogido una de las plaquitas para soldar el primer prototipo. Mucho tino, paciencia, aguantar la respiración, y algún que otro disgusto por el camino.
Para soldar este primer prototipo he usado la técnica que comenté de la plancha de asar, para la cara superior, y la pistola de aire caliente para la cara inferior. Algunos componentes 0603 se han desplazado un poco durante la soldadura. La FPGA está "clavada" en su sitio, y el AD734 también (bueno, es que éste se puede soldar pin a pin sin problemas). La platform ROM es la que me tiene mosqueado, porque en el último momento se giró un poquito. La tensión superficial ha arreglado el tema, pero no sé si suficiente...

He aquí el chisme recién montado. Faltan en realidad algunas cosas que montar, principalmente la parte de video compuesto, pero como este primero es para probar que lo principal, la FPGA, funciona, pues me olvidaré del video compuesto hasta última hora.


Para implementar las dos filas de pines de este reemplazo, he usado tiras de pines de 3mm de altura (3mm es lo que mide la parte de plástico negro de estas tiras). Seguramente choque con la parte de arriba de la carcasa, pero en este prototipo eso me da igual, ya que lo usaré todo el tiempo con el ordenador abierto. De todas formas, ya le tengo echado el ojo a unas tiras de pines similares, pero con una altura de tan solo 0,8mm. Aquí se puede ver su altura, comparada con la de un chip Z80, que es igual de alto que la ULA original.


La nueva ULAPlus, insertada en el zócalo de la ULA original en un Spectrum


Y una vista de perfil, para mostrar la altura de la plaquita respecto del resto de componentes.


Bueno, ha quedado bonito y curioso. Ahora, si consigo que esto además funcione, va a ser la leche

[Scooter]

En dos palabras im-presionante. Espero que funcione.

Desde mi ignorancia pregunto:
¿No se puede construir una plantilla para colocar los componentes? Algo así como una plancha con los taladros justos para que cada cosa caiga en su sitio. Se me ocurre que uses la fresadora CNC de los prototipos para hacer un trozo de fibra o baquelita si hace menos "pelusa" en los cortes exactamente del mismo tamaño que la ula plus y con unas ranuras por las que se dejan caer los componentes. Lo digo porque ahora cuando te pidamos varios cientos de miles lo vas a tener crudo en la cadena de producción.

[flopping]

Bueno, es normal que las primeras "unidades", den algo de problemillas, pero en cuanto se le coge el "tranquillo", la cosa seguro que va mas rapido.

La verdad es que te ha quedado muy bien, ahora solo falta comprobar que funcione como esta previsto y ya te vamos pidiendo las medidas para hacerte la estatua, ¿la quieres en marmol o en bronce?, jajajajaja...¡MENUDO CURRO TE HAS PEGADO!, con todo, diseño, realizacion, programacion, etc..

Por cierto, siempre puedes cortar las patillas de la tira de pines y asi no te molestaran tanto, es una solucion rapida y barata y no quedaria mal.

Pues nada, ya nos contaras a ver como responde el "bicho", que creo que ya tenemos ganas mas de uno de verlo en accion, hasta el proximo reporte, salu2.

[mcleod_ideafix]

@Scooter: Lo más cercano que conozco a eso que dices se llama "stencil", y es una plantilla que tiene agujeritos en los pads donde se pone la pasta de soldadura. Se usa para poner la pasta de soldar justo donde se necesita. Por otra parte, no creo que fuera a ir más rápido con algo como eso.

¿Cientos de miles? Si hubiera tal demanda (dudo incluso que haya una demanda mil veces menor a esa) lo que haría sería usar un servicio de ensamblaje de placas que hiciera todo el trabajo.

@Flopping: ¿cortando las patillas de la tira de pines? ¿Te refieres a lo que "sobra" por arriba? No, no es eso lo que molesta en realidad. En este no las corto porque vienen estupendamente para enganchar las sondas del osciloscopio. Digo que no es eso lo que molesta porque obviamente en las unidades "de producción" eso se cortaría al ras. Lo que hace que el circuito quede más alto que una ULA convencional es la parte de color negro que puedes ver en alguna de las fotos, y que tiene una altura de unos 3mm. Las versiones "low profile" bajan esta altura hasta 0,8mm

[flopping]

Ok, aclarado esta el tema, pues creo que tal como dices lo mejor sera utilizar tira de pines con un grosor de plastico menor, si tienes dificultades en encontrarlo o sale muy caro, tambien puedes quitar el plastico negro, pues una vez soldado, ya no influye para nada el que no tenga aislante, es mas, se puede quitar incluso antes de soldarlo y con la ayuda de un zocalo, poner los pines y soldar la plaquita lo mas bajo posible, asi incluso ganes mas espacio entre el zocalo y la plaquita, pero bueno es solo una idea, eso ya veras tu como queda mejor.

A ver si haces alguna prueba pronto y vemos resultados, satisfactorios, salu2.

[mcleod_ideafix]

tambien puedes quitar el plastico negro, pues una vez soldado, ya no influye para nada el que no tenga aislante...

El plástico negro da consistencia a la tira de pines, y asegura de que todos los pines sigan paralelos entre ellos si estás quitando y sacando la plaquita del zócalo. Si no estuviera ahí, el único punto de sujección para cada pin sería su propia soldadura, y dado que la placa es de 0,8mm de grosor, la cantidad de estaño que está "agarrando" el pin es menor que en una placa convencional. No, no es buena idea quitarlo.

Aparte de que no se reduciría la altura del invento quitando la parte negra. Si la quitas, lo que se ve es que ese plástico "abraza" a una pieza más gordita del mismo material (latón) que los pines, de la que salen los dos pinchos a un lado y otro. Es la longitud de esa pieza gordita la que determina la altura de la tira de pines. Bueno, una imagen vale más que mil palabras



Las tiras low profile que tengo vistas lo que tienen es que la pieza que forma los dos pines tiene una protuberancia mucho más corta, y por tanto el aislante de plástico negro es también más corto.

[Scooter]

¿Alguna novedad? ¿Una cámara IP para seguir en directo las pruebas? ...

[mcleod_ideafix]

Ahora mismo la novedad es que estoy echao en el sofa, con un gatito echándose la siesta en mi barriga.

[Scooter]

¡Pues muy mal!, Tu obligación es hacer la ULA+ noche y día que para eso "te pagamos"

[mcleod_ideafix]

¡Pues muy mal!, Tu obligación es hacer la ULA+ noche y día que para eso "te pagamos"

Eso ya quisiera verlo yo

En estos momentos, por lo que estoy haciendo (en otra ventana del navegador) sí que obtengo remuneración: corregir exámenes y preparar los contenidos para el curso que comienza el día 24.

Cuando haya novedades sobre la ULA+ (mañana, pasado mañana, o quizás la semana que viene, quién sabe), por aquí aparecerán (para los impacientes, seguir el hastag #ulaplus en Twitter).

[radastan]

para los impacientes, seguir el hastag #ulaplus en Twitter

Añadido y comentado.

Hay ANSIA.

[mcleod_ideafix]

TEST 1

De momento no hay salida de video. Sólo estoy probando lo básico del cacharrito (que la cadena JTAG esté completa y que la FPGA sea capaz de ser configurada por la platform ROM cuando se encienda)

Estoy usando esta placa issue 2. No es la más adecuada quizás, porque no estoy seguro de si le funciona el altavoz, pero tiene una cosa buena, y es que los integrados principales (ROM, Z80, y por supuesto la ULA) están en zócalo, así que para estas primeras pruebas los puedo quitar, y así dejar a la FPGA lo más aislada posible. Aún no quiero estresar sus entradas no tolerantes a 5V.


Para configurar la FPGA y grabar dicha configuración de forma permanente en la platform ROM se usa un adaptador JTAG. La plaquita tiene un conector de 6 pines (que no está soldado, sólo están los agujeros) en la parte superior de la placa. usando una tira de pines es muy fácil fabricar un "enchufe" que me permita conectar las puntas de prueba del adaptador JTAG a la placa.


Lo primero por tanto ha sido verificar que la cadena JTAG (FPGA+ROM de configuración) es visible para el adaptador y por tanto para el software de Xilinx. Aquí se ve dicha cadena, con los ficheros de configuración ya asignados, y el pequeño circuito que he escrito como primerísima prueba.


Para los no versados en Verilog: esta descripción que se lee aquí arriba es un circuito divisor de frecuencia. Es en esencia un contador de 16 bits cuya entrada de reloj es el reloj maestro de 50MHz. La salida del divisor es el bit más significativo de dicho contador. Esta salida hará un ciclo completo cada 65536 cuentas, así que su frecuencia será 50000000/65536 = 763Hz . Suficiente para que se oiga con claridad por la salida de MIC o EAR, o el altavoz.

Por el altavoz no he sido capaz de escuchar nada, pero por EAR y MIC, el "beep" es claro y rotundo (más fuerte en EAR, como es de suponer). Como decía, es posible que el altavoz de esta placa esté estropeado, así que en cuanto pueda, lo probaré en otra placa (y/o en otra issue, a ver si es de los dos diodos que lleva la issue 2 contra el único diodo que llevan las posteriores)

la próxima prueba sí que tendrá salida por RGB, ya que quiero probar que las 10 líneas de la FPGA que uso como salida de video (una para sincronismo y 3 para cada color primario) funcionan y dan una señal correcta y completa.