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Actualités
Le rapport complet sur le problème des level-shifters
2016-12-08:
Ci-dessous le rapport complet et détaillé sur trouble-fête de l’été…

Tout a commencé au retour des cartes, pourtant finalisée, chez Medusa. La plupart ne daignaient même pas démarrer et les quelques qui le voulaient bien, consommaient tellement que l’alimentation, pourtant généreusement dimensionnée, s’écroulait. Nous ne voulons pas vous ennuyer avec des détails sur la localisation du problème et du debug du hardware mais plutôt de passer directement à la description du problème en lui-même. Après de nombreux tests, il est apparu (et confirmé par la suite) que le problème venait des level-shifters du FireBee. La carte en contient 6 (positionnés en U25 et de U31 à U35) et sont de petits composants permettant la conversion de tension et de fournir toutes les alimentations spécifiques réclamées par les divers circuits intégrés de la cartes, comme du 3.3V, 1.45V, 1.8V etc… Ce sont des 74LVC(8T)245, des modèles typiques de convertisseurs 8 canaux directionnels de chez Texas Instruments. Ces derniers sont indispensables car au temps des années Atari, le 5V était la tension standard dans les ordinateurs. Cependant l’électronique plus récente du FireBee utilise le 3.3V voire des tensions encore plus faible comme mentionnées plus haut. Le boitier de ces composants est de type « QFN » (Quad Flat package No leads, 4 cotés sans broches apparentes), avec un « Exposed Pad ». C’est une surface métallique située sous le boitier supposée être utilisé comme « Thermal Pad » et donc d’assurer le refroidissement à travers le circuit imprimé.
Ces fameux « Thermal Pad » doivent être donc soudés sur la carte bien à plat afin de dissiper au mieux la chaleur générée par la conversion de tension. Les schémas fournis par Texas instruments de ce circuit intégré (aussi appelé « convertisseur de tension ») ne montrent aucune connexion entre l’ «Exposed Pad» et une quelconque structure interne du composant. La spécification fait simplement état que le thermal pad doit être soudé. Pour cette raison le FireBee a été conçu pour utiliser le 3.3V pour la dissipation, une idée non conventionnelle mais innovante pour économiser des ressources et de l’espace sur le circuit imprimé. L’approche « conservatrice » aurait été de souder les « thermal pads » des convertisseurs au GND.

Ce qu’il s’est passé sur la seconde série est que la résistance du convertisseur de tension a changé. La résistance entre l’ « Exposed Pad » et le GND était infinie sur des composants neufs. Lorsque les composants ont été dessoudés et que de nouveaux ont été achetés par MCS et utilisés pour vérification, la résistance était de quelques Kilo-Ohm en fonctionnement à 25°C. Lorsque la température est montée à 100°C, la résistance a chutée à quelques KiloOhm. Quelques fois le bus drivers à chauffé à plus de 110°C… Une sorte de cercle vicieux, vraiment. Tout de suite après l’allumage de l’ordinateur, le comportement de la carte commençait à changer. Plus cela chauffait, plus la résistance décroissait, plus le courant s’écroulait et plus la température s’élevait. Du coup sans évènements extérieurs, le comportement de l’ordinateur se modifiait.


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Vous pouvez imaginer sans peine, tout ce qu’ont impliqué les premières semaines de debug du hardware. Un système d’environ 1000 pièces sur une carte de 8 couches, qui a prouvé son bon fonctionnement et sur lequel rien n’a changé et qui soudain a décidé de faire ce qu’il voulait en comportant différemment au bout de quelques secondes. Rétrospectivement, cela a été un bel épisode d’un magasin d’horreur E-tech… Mais en juillet, sans aucune idée sur l’origine du problème, c’était loin d’être la franche rigolade !

Notre dernière hypothèse est que TI a changé le matériau de « die-bonding » (la colle dans le composant) dans leur production de circuit intégré, laquelle est utilisée pour connecter le circuit avec le thermal Pad en interne. Quelques-unes de ces colles peuvent devenir conductrices lorsqu’elles sont chauffées. Malheureusement nous n’avons pu avoir qu’un bref état des lieux de la part de TI au sujet du « Thermal Pad » supposé toujours être « non connecté en interne ».
Le problème revient clairement à TI. La compagnie a changé les propriétés physiques des circuits intégrés à un moment donné mais n’a pas documenté ces changements. Jusqu’à aujourd’hui et en dépit de recherches intensives des PCNs (Product Change Notes), nous n’avons pas été en mesure de trouver une quelconque information à ce sujet. Donc le composant actuel est officiellement exactement le même que les lots précédents. Mais ce n’est objectivement pas le cas. Nous sommes donc incapable de définir quand le changement a eu lieu, que ce soit le lot de composant ou à quelle période.

Un développeur hardware qui s’est joint à la discussion durant l’analyse et qui a proposé son aide, a eu cette réflexion : « MCS a travaillé avec le meilleur de sa connaissance et ne devrait pas, à mon humble avis, être le seul à en supporter le cout ». Tout cela explique aussi pourquoi la société d’assemblage ne peut être blâmée pour toute cette misère. Malgré notre annonce sur la résolution du problème sans surcout, une dépense d’environ 3000 euros a été nécessaire. La société d’assemblage ayant été obligée de retirer les 6 level-shifters, leur adjoindre un film de Kapton, isolant mais dissipant la chaleur, sur les thermal pads et de les ressouder à nouveau. Le tout sur une série à 3 chiffres de cartes. Et cela sans avoir fait quelque chose de mal lors de la production. Quiconque ayant quelques connaissances sur la production de carte mère sait que faire ce genre de processus de résolution sur un si grand nombre de carte, à ce prix est vraiment incroyable ! Notre société d’assemblage a également été extrêmement coopérative et prévenante durant la phase de recherche et lors de communications avec les distributeurs et les manufacturiers. Un grand service et un exemple de collaboration !

Nous espérons que cela explique pourquoi nous faisons appel à votre générosité. En tant que projet, nous ne voulant pas qu’une seule personne, qui a déjà investi énormément de son temps libre pour faire en sorte que le FireBee soit disponible à prix coutant, soit obligée endosser tous les couts. D’un autre côté, nous ne voulons pas augmenter le prix des cartes, alors que vous les avez précommandés à un prix fixé et que la société d’assemblage, comme décrit plus haut, n’est en rien responsable de tout cela.

Enfin, toute tentative d’obtenir de l’argent de la part d’un fabricant de semi-conducteur aussi important pour des problèmes induits par leur mauvaise documentation est clairement illusoire, même si la première série se comportait différemment. Pour toutes ces raisons, nous voudrions, une nouvelle fois, faire appel à votre générosité et à votre solidarité pour qu’ensemble nous puissions nous affranchir de la facture.

Merci encore à tous pour votre confiance envers Medusa, et le soutien que vous nous avez apporté face au retard de livraison et durant l’analyse du problème.

Les dons peuvent être effectués via PayPal à
mcs (at) kingx (dot) com
ou par virement bancaire à:

MCS Aschwanden
Buchhaldenstr.16
8610 Uster
Switzerland
Bank account Nr.: 202-805498.40F
IBAN: CH22 0020 2202 8054 9840 F
BIC: UBSWCHZH80A
"reason for payment": FB series 2 donation


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