f32

Le f32 est une carte de développement ESP32 ultra-compacte conçue pour se monter directement derrière un réceptacle USB-C. Le PCB mesure seulement 9,85 mm x 8,45 mm. Il est alimenté par le microcontrôleur ESP32-C3FH4 et a été créé principalement pour la recherche et comme une sorte de test de résistance pour l'ESP32, car il ignore intentionnellement de nombreuses directives de conception standard. Il n'y a qu'un seul GPIO exposé, connecté à une LED embarquée, donc la plupart des développements ici seraient davantage orientés vers le wifi/web.

Pour tester le f32, une application exemple a été créée avec laquelle les utilisateurs peuvent interagir. L'application transforme le f32 en un portail captif, de sorte que lorsqu'il est allumé, il apparaît comme un point d'accès ouvert que l'utilisateur peut sélectionner parmi les réseaux WiFi disponibles. L'utilisateur est ensuite automatiquement redirigé vers la page de contrôle du f32, où il peut interagir avec certaines fonctionnalités de base telles que l'allumage d'une LED ou l'analyse des réseaux WiFi environnants. Il y a aussi une page « À propos » qui donne un petit aperçu de l'appareil. Voici quelques captures d'écran et un gif de l'interaction avec l'appareil.

Page principale du portail captif.

Recherche WiFi et LED allumée.

Page À propos.

GIF du f32 en action.

Au début, le f32 ne semblait pas vouloir fonctionner. Je n'arrivais pas à le connecter à des réseaux ni à diffuser son propre réseau. Je suis sûr à 100 % que cela est dû à un circuit d'antenne médiocre, voire absent, mais j'ai réussi à le rendre fonctionnel après avoir ajouté une petite antenne supplémentaire sur l'antenne à puce, comme on le voit sur l'image ci-dessous. Il s'agissait simplement d'un morceau de fil plié soudé à la broche d'extrémité et flottant au-dessus de la première broche.

Comme je ne dispose pas d'équipement sophistiqué de test de signal, je me suis appuyé sur des tests manuels, comme vérifier si je pouvais encore me connecter à l'appareil et contrôler la LED. Lors d'un test en visibilité directe avec le f32 placé à environ 1 mètre du sol, j'ai pu me connecter et effectuer des analyses/contrôler la LED jusqu'à environ 36 mètres ! Cela est illustré dans ma représentation très nécessaire ci-dessous.

Construction du f32

Le PCB a été conçu avec DipTrace et fabriqué par PCBWay avec une épaisseur de carte de 0,6 mm, un diamètre de trou minimum de 0,2 mm et une piste/espacement minimum de 4/4 mil. Au moment de la fabrication, cela ne coûtait que 10,75 $ pour 5 cartes livrées ! Cela me laisse encore sans voix. PCBWay propose également des services d'assemblage, mais j'ai choisi de l'assembler moi-même à la maison pour souffrir un peu. Cela a demandé quelques essais et erreurs avec des pièces aussi petites, mais j'ai décidé que la meilleure méthode pour moi était de laisser le stencil de côté et de faire de la flux mon meilleur ami.

Outils et pièces utilisées :

• Flux de soudure à la colophane SRA Solder 135
• Soudure fine Kester 63/37
• Fer à souder Pinecil
• Pointe de fer à souder fine
• Station de rework
• Plaque chauffante de soudure
• Microscope numérique ou loupe de bijoutier
• Pince à épiler à pointe fine (NE lésinez pas sur les pinces à épiler ! Une bonne pince change la donne)
  

Étapes de construction :

• Envoyez le fichier gerber f32_gerber.zip se trouvant dans le dossier hardware à PCBWay avec les spécifications mentionnées ci-dessus.
• Commandez les composants indiqués dans f32_bom.pdf. Ces pièces se trouvent sur DigiKey et Mouser, à l'exception de l'antenne. Je ne me souviens plus où je les ai commandées à l'origine, mais je pense qu'il s'agit de CrossAir CA-C03.
  • ** Conseil : Commandez toujours plus que nécessaire, surtout pour des composants aussi petits.

Résistance 01005

• Nettoyez soigneusement le PCB avec de l'alcool à 99 %.
• En commençant par le côté supérieur (côté antenne), appliquez une fine couche de flux de soudure sur toute la carte à l'aide d'un cure-dent.
• À l'aide d'un fer à souder avec une pointe fine, déposez un peu de soudure sur la pointe, puis passez sur toutes les plages exposées.
• Nettoyez à nouveau la carte avec de l'alcool à 99 % et vérifiez que toutes les plages de ce côté ont un peu de soudure.
• Appliquez une autre fine couche de flux du même côté.
• À l'aide de pinces à épiler et d'un microscope/loupe, commencez à placer les composants supérieurs en suivant le guide de référence f32_reference.pdf.
  • ** Conseil : J'ai constaté que placer les composants les plus gros en dernier facilite les choses.
• Déplacez doucement la carte sur la plaque chauffante de soudure ou utilisez la station de rework pour réchauffer la soudure et regardez les composants se mettre en place.
• R épétez l'opération pour le côté inférieur.
  • Le côté inférieur doit être réalisé à l'aide d'un pistolet à air chaud de rework, pas possible avec une plaque chauffante.
  • Placez le réceptacle USB-C en dernier. Cette pièce peut être soudée avec un fer à souder car elle est beaucoup plus grande.
    • Note : Une petite modification simple doit être apportée au connecteur USB-C. Le connecteur comporte deux petites broches en plastique à l'arrière qui doivent être cassées ; cela peut être fait à l'aide d'une lame x-acto ou d'un tournevis plat. Voir l'image ci-dessous des pattes.

Broches USB-C à casser.

• Nettoyez toute la carte avec de l'alcool et une brosse à dents fine.

Flasher le f32

Après l'assemblage, vous pouvez utiliser l'extension ESP-IDF VSCode ou Arduino et télécharger ce que vous voulez sur la carte, ou bien télécharger mon exemple d'application en suivant les étapes ci-dessous.

• Assurez-vous d'être dans le répertoire de base de ce dépôt et d'avoir accès à esptool.py.
• Assurez-vous que votre version d'esptool est v4 ou supérieure.
• Exécutez la commande suivante en remplaçant <PORT> par le port auquel l'appareil est connecté, par exemple sous Windows COM5 ou sous Linux /dev/ttyACM0

esptool.py -p <PORT> -b 460800 --before default_reset --after hard_reset --chip esp32c3 write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 2MB 0x0 firmware/bootloader.bin 0x10000 firmware/f32_internal.bin 0x8000 firmware/partition-table.bin 

À quoi ça sert ?

Eh bien, c'est à vous de décider. J'ai commencé ce projet pour une recherche personnelle et aussi pour une expérience d'apprentissage amusante. J'avais toujours voulu un projet utilisant des composants 01005 depuis que j'en avais commandé par erreur il y a quelques années. Quelle que soit l'utilisation que vous choisissez, veuillez noter que cette conception omet intentionnellement plusieurs composants fondamentaux, tels que des condensateurs de découplage appropriés, un circuit d'adaptation d'antenne, des résistances de terminaison USB et probablement d'autres. Cela fonctionne, mais c'est intentionnellement nu.

Idées futures

• Exposer plus de GPIO sur les côtés du PCB pour en faire un PCB montable.
• Améliorer le circuit d'antenne.

Enfin, coïncidence amusante : la puce ESP32, l'antenne et le LDO sont tous des modèles « C3 » !