號呆鵝的操盤室

在我工作的地方，我們說Sample Back代表IC從晶圓廠製作完畢，封裝好，回到公司進行驗證（我們也即將進行超高強度的工作）。不管多少次，我都會仔細的看看IC，看看上面的絲印，看看他是大顆還是小顆。IC承載著團隊的智慧，眾人的努力 IC要上電才會發燙；但是設計的人，心是火熱的 ---- 我設計的PCB透過 JLCPCB製作 ，我的瑞典同事對這間讚不絕口！生產的步驟還可以及時觀看進度。這片板子到我手上，就是Sample Back 我很快把IC準備好找硬體專家解釋圖面，幫我焊接（順便問一下焊接的技巧） 接著轉念一想，就算我畫錯layout，我也想第一個知道；連板子都做了，為什麼不自己焊？我這輩子不能當外科醫生動手術，但是焊接手藝還是能鍛鍊的 拿了IC和PCB到實驗室施工，很快焊錫就糊成一團。別怕，熱風槍吹下IC，清理後再來，這片板子我練了很多次。隔天再拿一片到實驗室報到，果然又短路了。照著網路文章，沾上松香用烙鐵抖抖抖，還真的是刷過去整排針腳就搞定，一瞬間我的焊接技能晉級了 繼續加工，焊上降壓IC，CAN收發器，電阻電容。檢查電壓和clock，正常；然後接上電腦正確下載程式，MCU運作正常；接上汽車模擬器也能正確運作；最後上車測試，我沒焊上LED不能閃動，但是車門就如同預期關上了 我搞定了！ IC不發燙，因為省電做得好 我是工程師，用專業做產品，以創造為榮

第二篇 做了樣品上車測試，結果第一晚過去了，電瓶電壓掉得比平常更低，發動後自動啟停也不反應。看起來我量到很低的電流跟成功搞定省電（low power）是兩件事（淚） 當晚我在汽車鎖定的狀態下，端詳著板子上的LED燈。他設計成有封包就會閃，而且是每0.1秒亮暗切換。我真的看到LED一閃一閃亮晶晶，想破頭不小心觸發汽車警報！我一直都沒辦法順利解除警報，最後把OBD-II電源 & 警報系統的保險絲燒壞，車子也跑出錯誤碼收場 有三個讓LED閃爍的可能 LED閃爍讓汽車警報系統送出CAN封包 汽車休眠，還是定期會有CAN封包 我的關門器插上去，把汽車喚醒，於是出現CAN封包 看來問題不單純，要找兇手了 我還是得先修車，不然OBD-II頭沒電不能做實驗。雖然還在保固期，但跑原廠和他說我開發車用電子要出保固，似乎不大妥。趕緊約新竹知名的外場（昇佑汽車）處理，老闆很專業，很快就定位到保險絲的問題，幫忙消除錯誤碼，整台車又回復正常 下圖是換下來的5A保險絲，可以看到裡面的線已經斷掉 我和老闆討論起實驗，老闆很有把握：LED閃爍不會觸發警報。所以眼下只剩兩個可能（柯南背景音樂響起） 汽車休眠，還是定期會有CAN封包 我的關門器插上去，把汽車喚醒，於是出現CAN封包 ELM327還是很好用的 從駕駛座拉出一分二延長線，一邊接ELM327，一邊接遙控關門器，有趣的地方來了 接ELM327，汽車鎖定幾分鐘後，CAN bus確實平靜無波 接ELM327和遙控關門器，ELM327和遙控關門器都會看到CAN bus有封包 每隔幾秒就有一些封包送出 所以接上遙控關門器，就會讓汽車定期被喚醒一下（然後又立刻睡下去）。所以第一晚測試，汽車不斷被喚醒，吃了不少電 驗屍報告 CAN Transceiver有根腳叫CAN-TX，這根腳收到0，就會送出CAN bus的"dominant"信號叫醒大家。所以汽車睡覺時， CAN-TX必須永遠保持是1，才不會驚擾大家 經過一長串debug，我找到錯誤的原因了 開機瞬間，CAN Transceiver還沒啟動，CAN-TX是0或1都沒關係 事件A: 打開CAN Transceiver CAN-TX pin開機預設是0

在我之前，戰鬥民族俄羅斯已經有類似的產品，一共有兩個版本。第一個要拆開電動尾門後飾板，在裡面接5根線。這個版本其實非常省電，可靠，而且他有蜂鳴器可以提醒人注意。程式簡單無比，不用折騰CAN bus。缺點是安裝比較麻煩，像我就沒把握拆開自己的車，還有辦法無損再裝回去 俄羅斯人的CAN Bus產品長得像下面這樣：一個OBD-II的頭，搭配一串尾巴連接到盒子裡   安裝好以後，再把盒子藏到飾板裡面 這個外觀我就覺得不OK了：太大了！還要想辦法藏盒子，我覺得不好 我的原型只有三顆IC，最理想的尺寸是下圖ELM327的大小。我打開外殼，把裡面印刷電路板的大小用A4紙裁下來，再剪三張真實IC大小的紙片排排看 扮家家酒的結果顯示：似乎塞得下 只是藍色透明的外殼感覺有點low，我另外訂購了黑白兩色的外殼，感覺和車子比較搭 我找了身邊的硬體專家評估可能性。他們聽到信號速度只有125kHz，沒有高速信號，評語很簡單：塞得進去就結案了。問要不要幫我畫？ 我寫了十幾年的韌體，一直想畫一次Layout，這個產品只有三顆IC，成功率滿高的，為什麼不試試看？KiCAD是一款免費的PCB軟體，裝了就開始動工了！ 畫PCB有點像畫室內設計，需要先畫原理圖，描述IC怎麼連接，再來才是實際擺放。擺放的時候，軟體會提醒你哪根PIN要彼此相連，把所有線都接完基本上就搞定了 以前我看IC的手冊很少看封裝，現在我就得仔細核對IC的型號和封裝尺寸，畢竟畫錯了板子就是垃圾 電源的部分我有點特別留意要用高耐壓的元件，避免被突波打壞。不過這裡的耗電量只有13mA，只要降壓IC就結案了。最後挑選的元件都能承受到36v 擺放元件有點像老婆神奇的收納術，要在有限的面積塞下元件和走線。走線很難一次就滿意，多試幾次反覆修改，還真的給我畫出來了！同一顆IC我甚至留了兩個封裝的腳座，還可以選擇不同尺寸放上去（我買了兩種尺寸的CAN Transceiver，也才用得上） 我把圖印下來，放上連接器再確認尺寸。但是訂購的外殼還沒回來，不過尺寸看起來合用 幾個容易出錯的點要注意 IC接腳的定義要再看仔細，看錯了回來就是垃圾 還真的有幾顆電源元件錯了 OBD-II接頭定義再仔細核對，

要做出遙控關門器，第一步就是拿現成的零件兜出我要的功能。自己做不比外面上班，有專門的HW team搞定板子的事；遇到問題也可以找IC廠的FAE幫忙。自己做才知道團隊的偉大，校長兼撞鐘，每樣東西都得錯個幾次才挑出合用的 第一樣是MCU主板， Blue Pill ，藍色小藥丸，電子材料行都買得到STM32最小核心版。這板子多年前我就備了很多片在家裡，處理器可以跑72Mhz，64K Flash，20K SRAM記憶體，其實拿來製作關門器有點大材小用！ 每次我都要挑掉上頭的power LED（因為它會吃電），把燒錄的pin腳解下重焊；拔掉板子背後5v to 3.3v轉換器避免影響電流數據。它的製作品質也是參差不齊，我手邊有一批上面的銅箔特別薄，刮到就會斷線！ 再來是CAN收發晶片，這東西讓我吃足苦頭：TI的晶片我買過一批爛貨，最後總算是取得可以用的貨。後來火大又額外備了好幾種。下面那顆IC上面印著淡淡的230，正是折磨我的那顆 NXP TJA1050, 5v Microchip MCP2551, 5v TI SN65HVD230, 3.3v TI SN65HVD231, 3.3v Maxim MAX3051, 3.3v 最後是電源轉換IC，將12v降壓到3.3v。以我的耗電量（<20mA），用LDO降壓就好。最早我用AMS1117/3.3製作原型，不過他的靜態耗電是5mA！ 前一篇 文章我把耗電壓到0.385mA都還想繼續省電，這顆IC顯然不合我用 另外朋友幫我申請了台灣IC設計公司的樣片，他的待機耗電只有15uA，不愧是台灣精品！如果你仔細看照片，會發現我故意把商標和型號遮住（他們沒公開放在網路上）另外我還用過DC-to-DC的模組，這東西的基礎耗電量更大，40mA，可調電壓很好用，但是小電流不好用 已經把IC解焊準備換TI LM2936 這顆是DC to DC module 零件東拼西湊，有些零件不適合，也有零件是壞的，還有不小心燒掛，所以我陸續做了4片原型。第一片我用洞洞板做，想說體積小，可以上車直接用。 事實是這片很快就燒了。 第二片我決定用麵包板做，上面備了5v和3.3v的電源，也有3.3v/ 5v兩種CAN收發器的插座。用麵包版最省事是不用焊接，測試那堆C

前一篇 的電路板被我燒壞以後，我又陸續做了幾片，燒的燒壞的壞，功能穩定後，終於打到魔王：省電機制。Volvo XC60使用AGM或EFB電瓶，一顆大概$7000，很多車友大概兩年一換，相當於一年燒$3500，實在不便宜。鉛電池盡量充飽比較不會壞。 玩具會搞壞電瓶，我是絕對不敢用的！ 關門器只有電子元件，運作電量只有13mA，對汽車的發電機九牛一毛，只要控制處理器運作速度，讓他夠用就好（不消耗沒必要的功率）。汽車熄火後，CAN bus還會再運作幾分鐘才停下。 關門器會隨著汽車一起進入待機模式， 開始對電瓶吸血 ，所以待機電流做得越小越好！ 我評量省電的標準是 1%電瓶電量能支持多久 ，這個單位比起安培更有物理意義：時間越長，代表越省電，搞壞電池的機率就越低！下圖是我的原車電瓶，EFB 70Ah。這篇文章1%電瓶電量是70Ah*1% = 0.7Ah 靜態耗電（2019/05） 經過一系列努力（工程師時間，這裡就跳過了），當前已經把待機電流做到0.385mA，這表示1％電瓶能支持75天，兩個半月。鉛電池的自放電率大概一個月3%，做到比自放電還低兩倍就很堪用了 0.7Ah = （0.385＊0.001）A ＊24h＊ 75.75days Low Power機制 Low Power需要參考實際汽車的CAN bus行為，設計喚醒和睡覺的機制。下圖是真實的CAN封包，左邊括號的單位是秒，汽車醒著時，幾乎每0.001秒（1ms）都有封包進來 我設計的喚醒機制是：只要MCU睡醒，就監聽CAN bus 10ms，這段時間起碼能框到5個封包。只要收到任何有效的封包，就保持喚醒20秒 如果沒收到任何封包，代表車子還在睡。人去解鎖車門，打開尾門，放東西，一系列操作大概也要10秒。MCU每次睡3秒，只要人有操作汽車都來得及喚醒 根據上面兩個參數（待機3000ms，喚醒10ms），計算加權耗電量為0.385mA 3000ms待機，電流0.345mA 10ms一般接收，電流12.430mA 加權平均 (3000*0.345 + 10*12.430) / (3010) = 0.385mA = 385uA 進一步分析待機電流的組成如下，可以看到TI的CAN收發器占了95% TI CAN TRANSCEIVER，

故事要從2017我買Volvo XC60說起，這個車電動尾門可以遙控開，但不能遙控關門。車子開了兩年，2019農曆年我突然很想搞他。著手製作了工具，想辦法弄清楚汽車的CAN protocol，中間要特別感謝車友出借XC70，讓底下這盒土炮般的工具上車做實驗，不怕我搞爛您的車，再次感謝。結果是好的，我們成功找到關門的指令！ 今年的勞動節我製作了第一個產品的原型。電路板有點滿目瘡痍，跳線飛了又飛，熱熔膠裝了又拆，好在他會動。上面的元件不多，但也讓我吃足苦頭... 我用的開發版暱稱 Blue Pill ，藍色小藥丸，短小精悍又容易取得：72Mhz，64K Flash，20K SRAM，意思是我程式亂寫都可以放得下。這個板子我家很多片，但是開發過程也是一片一片的燒（苦笑） CAN Transceiver就讓我吃足苦頭了。我很早就選定3.3v的TI SN65HVD230，和處理器同電壓。沒想到我買了10片全部是壞的，最後只好先拆一個NXP TJA1040 (5v)擋著 開發版本來用了AMS1117/3.3供電，趕緊跑電子材料行買一顆，總算可以從汽車的12轉5v，不過這顆轉換器也是我的噩夢。這個可調的轉換器，可變電阻方向我調錯了，輕輕一轉電壓就劇烈變化。於是我拍完底下影片後，不小心轉出9v，就把整片板子的元件燒光光了 Anyway，讓我們看看Demo影片，看看這片板子最後的風華 :-)