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M5Stack USB failure and repair

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M5Stack の USB故障 と 修理                                              2020.03.24

シリアルポートを認識しない。

機種:M5Stack GRAY ver 2017.6
不具合:USBのシリアルポートCP2104 ( SLAB_USBtoUART ) を認識しない。
症状:プログラムの為に USB-C を抜き差ししている内に USBを認識しなくなる。
原因:D2 Diode の Short (random failure)
処置:D2 Diode を Remove。交換部品なき為 D2 Diode を外す。
詳細:D2 Diode GND間の抵抗値が 通常 5MΩだが 1Ω。D2 Diode Short。
確認:D2 Diode Remove後 USB接続し SLAB_USBtoUART を認識。
_  
メモ1:2017.06 に D1,D2 Diode はあるが 2017.11 には無い。
メモ2:USB-PD Recognition
_   2017.06 SBU2=33KΩ,  CC2=22KΩ。
_   2017.11 SBU2=5.5KΩ, CC2=5.5KΩ。
_   * SBU2:本来は CC1(A Side) ですが 実体配線は B side の SBU2 です。
_       :設計ミスと思われます。
メモ3:回路図:M5_Core_SCH(20171206)

以下は M5Stack BASIC Version 2017.6 で上記 GRAY Version 2017.6 と同じ。


故障探求:
_ 不具合場所を見つけるには テスターで各部の電圧か抵抗値を測ります。
_ オシロスコープがあると 信号を見られますので便利です。
_ 抵抗値測定では D2 は 通常 5MΩですが 1Ωでした。
_ これにより D2 Diode の Short により D+ 信号が伝わらず USB認識せず。

部品情報:
_ D1, D2 は TVS(トランジェントボルテージサプレッサー)ダイオードです。
_ スパイク電圧を除去する Diode です。PCのUSB回路にも付いています。
_ 名称:TVS(トランジェントボルテージサプレッサー)ダイオード
_ 仕様:RLSD52A031V TVS:RLSD52A031V

対策:
_ スパイクは USB接続時や空中や人体から来ます。
_ M5Stack の CP2104 の保護やPC側のUSBを保護します。
_ 特にPCは高価ですので重要です。
_ PC側のUSBを保護するには ISOLATOR があると安全です。
_ BLOG:USB ISOLATOR


感想:
故障の場合:通常調べもせずに CP2104 ICの不具合と勘違いしますが、
_ ここは落ち着いてテスターで各部を測定します。
部品取り外し:部品は小さく半田ごてで外す場合は 力少なく取ります。
_ 不要な力を加えると基板のパターンが剥がれます。
原因:高電圧やスパイクの環境は無く、部品のランダムフェイルと判断します。
修理:部品交換も良いですが 部品が無い事と特に必要ない為、外すだけにしました。
USB CC:CC1, CC2 USB-PD Recognition:ケーブル向きの検出に使います。
_ 参考:USB Type-C™の概要
雑感:
_ 今回のダイオードはTVSでスパイク防止の半導体。既存の半導体ですので初期不良ではない。
_ 基板に装着してさほど時間も経過していないので経年劣化ではない。
_ 身の回りは電力は少ないですが冬は静電気や高電圧がある事や100VACが人体に誘導して
_ 60VAC位あります。ですので使用する時は必ず金属とかのGNDにさわり放電させます。
_ 初期の半導体で静電防止の無い半導体は静電気で破壊していた時代がありますが 現在の
_ 部品は対策済みです。
_ 原因は部品のランダムフェイルと判断しています。理由は部品の仕様と使用環境から
_ 仕様を超える負荷ではなかった事。部品がオープンの時はスパイク的な高電圧や静電気、
_ 落雷の誘導時に半導体が破壊して飛び散る時。部品がショートの時はひび割れによる
_ リークや電圧で半導体が溶解し接着する時。ケースに亀裂があり水分や硫化物で
_ 腐食が起きる時もあります。これらは半導体を分解して顕微鏡で見ると解ります。
_ 他、部品単体の品質や歩留まりで起こります。
_ そもそも部品や基板をコーティングしていないレベルの製品。
_ 今回は分解して顕微鏡での分析はしていませんが 部品単体の不具合と判断しました。


M5Stack , CP2104 , SLAB_USBtoUART , D1 , D2 , Diode , TVS ,ISOLATOR

Written by macsbug

3月 24, 2020 @ 7:49 am

カテゴリー: M5STACK

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