sábado, septiembre 19, 2020

LemonCrest: Una historia de emprendedores Makers & Gamers (3 de 4) #RaspberryPi #GameBoy #Gaming #makers

Paralelamente al trabajo con LemonPi que os contamos en la parte anterior de este artículo, se estaba evolucionando la Kelboy 1, ya que para Kelroy el reto seguía siendo mejorarla en todo lo posible. Para ello, Kelroy propuso dar el salto a una controladora industrial de la misma familia llamada Compute Module 3. Este módulo permitía en un formato muy pequeño y delgado llevar la potencia de una Raspberry Pi 3 al entorno industrial. 

Figura 23: LemonCrest: Una historia de emprendedores Makers & Gamers (3 de 4) 

Además, al ser un producto modal con un standard nos permitiría en un futuro muy cercano hacer un upgrade al rendimiento y a la memoria. Y nosotros no íbamos a desaprovechar esa característica, así que comenzamos con el proyecto de hacer la versión 2.0.

El gran reto, la Kelboy 2.0

Esta placa requería un desarrollo con una enorme complejidad que hasta el momento era un reto tecnológico. Básicamente el salto más complejo consistía en que el Compute Module 3+ no traía ningún hardware que no tuviera relación con el procesamiento. 

No disponíamos de ningún tipo de conectividad, de lector de Micro-SD, ni de audio ni controladores, absolutamente nada. Había que construirlo todo. El desarrollo se puede comparar al de una placa base moderna de PC.

Figura 25: Contactar con Kelboy en MyPublicInbox
(Tienes aún activa la campaña de 100 Tempos gratis de Eset)

El aprendizaje de todo este apartado ha sido un camino muy largo, con libros, cursos específicos de la Universidad Autónoma de Madrid así como muchos posavasos. Es cierto, en nuestra oficina utilizamos placas defectuosas para apoyar las cervezas.

Figura 26: Aspecto de Kelboy 2.0 acabada

El proyecto de la Kelboy 2.0 envuelve muchos temas que tienen que ver con trabajo con el kernel Linux, programación de drivers, ajustes de buses de comunicación.... lo que viene siendo un sistema completo, que toca desde el hardware hasta el hello_world.c a nivel usuario.

Figura 27: Diseño final de chips de la Kelboy 2.0

Ya desde un inicio este proyecto por su complejidad pide que se realice en una placa de más de dos capas. Pero en este mundo del hardware, a mayor número de capas y tecnología mayor es el coste. 

La complejidad del proyecto

Al no ser una empresa de dimensiones “gigantes” se estudió el mercado encontrando que el punto de equilibrio para poder realizar el hardware de este proyecto serían las 4 capas. De manera que pudiésemos llevar señales con impedancia controlada y a la vez tener espacio para enrutar con orden y diligencia todas las señales. 

Figura 28: Diseño de la cara superior de la Kelboy 2.0

El problema principal era el reducido espacio y la obligación de utilizar vías completas, es decir, agujeros que pasen la señal de una capa de cobre a otra, ya que ocupan un espacio muy grande. Para poder abordar este diseño de una manera adecuada lo primero es localizar las señales de cierta velocidad, las señales diferenciales y sus longitudes máximas, ya que en una placa electrónica uno no puede enrutar señales con la longitud que desee, hay muchos factores electromagnéticos que las afectan y nos limitan, además de la propia tecnología de fabricación que se utilice.

Figura 29: Diseño de la cara intermedia GND L2 

En este proyecto estas señales, por orden de importancia, eran  HDMI, SDIO, MMC, RGB TTL, I2S, I2C, SPI y señales TTL sin gran frecuencia. Además, teníamos una ventaja, al utilizar una pantalla de baja resolución (320x240 píxeles) la frecuencia a la que se nos mueve la señal es de 9,6Mhz por lo tanto las pistas que más espacio ocupan de la placa no deberían suponer un gran problema.

Figura 30: Diseño de la cara intermedia. Planos de tensión L3 

Una vez planteados estos componentes y por donde llevaremos las pistas nos quedaba por resolver el tema de los voltajes, recordemos que el Compute Module 3+ está pensado para que el diseñe la alimente correctamente. Por lo tanto nos situaba en la dificultad de sacar de un voltaje variable de una batería Li-Po un total de 4 voltajes distintos: 5V, 3V3, 2V2 y 1V8. Y por supuesto, todos deben ir en un orden, este lo indican los dispositivos que se alimentan de la misma, aunque un buen punto de partida inicial es siempre ir en orden decreciente.

Figura 31: Diseño de la cara inferior de la Kelboy 2.0

El resultado de todo esto es una placa de 4 capas que puedes ver en las imágenes anteriores. Sabemos que todo es mejorable, y el diseño de hardware es un arte, cada persona tiene sus “manías” y formas de diseñar, no hay una solución única para un mismo problema y este es el verdadero encanto de este mundillo.


Figura 32: Ensamblado del prototipo de la Kelboy 2.0

En el vídeo podéis ver el proceso de montar la Kelboy 2.0, que como podréis observar es puro arte verlo en funcionamiento. Si eres maker, seguro que disfrutas ese medio minuto.
 

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