Memilih konektor debug/program untuk mikrokontroler

Ringkasan TL;DR: untuk ARM SWD, TI Spy-Bi-Wire, atau Microchip ICD, gunakan footprint Tag-Connect Tanpa-Kaki dengan penugasan pin/pad standar, dan dapatkan kabel Tag-Connect.

Ketika merancang perangkat yang menggunakan mikrokontroler, seseorang perlu menyediakan konektor debug dan pemrograman. Ini mungkin hanya digunakan untuk pengembangan, saat menulis dan men-debug perangkat lunak, atau juga dapat ditinggalkan dalam unit produksi, untuk pemrograman di pabrik.

Para produsen dan pembuat alat memastikan bahwa kita hidup di dunia di mana ada banyak konektor debug dengan banyak kebingungan di sekitarnya. Inilah mengapa kita berakhir dengan ini:

Jadi, konektor mana yang harus dipilih untuk desain baru?

Artikel ini terutama berfokus pada perangkat ARM yang memiliki antarmuka SWD (Single-Wire Debug), tetapi juga berlaku untuk komponen lain, seperti Texas Instruments MSP430 yang menggunakan protokol Spy Bi-Wire (2-wire JTAG), Microchip ICD, atau bahkan komponen yang memerlukan set lengkap pin JTAG.

Konektor debugging populer

Beberapa pilihan umum yang sering dipertimbangkan:

• Konektor JTAG 10-pin pada header IDC 0,1". Biasanya header pria yang digunakan. Kerugian: itu besar, dan headernya berharga uang.
• Konektor Debug Cortex menggunakan header mikro 0,05" (10-pin atau 20-pin, Samtec FTSH-110 dan FTSH-105). Konektor 10-pin cukup kecil dan tersedia sebagai komponen SMD, tetapi lebih mahal daripada konektor IDC.
• Konektor IDC 20-pin 0,1". Anda tidak serius mempertimbangkan dinosaurus itu, bukan? Itu lebih besar dari beberapa papan yang saya rancang.
• Set kustom 4 atau 6 pin (atau via, atau bantalan tembaga). Masalah di sini adalah bagian "kustom". Itu pasti akan kembali menggigit Anda di masa depan, hari konektor kustom Anda rusak di lantai pabrik dan Anda harus mengirim yang baru dari luar negeri, sementara produksi dihentikan.
• Jejak Tag-Connect 6-pin dalam salah satu varian (dengan kaki atau tanpa kaki). Perhatikan bahwa tidak ada konektor di sini: hanya jejak standar di PCB.
• Tag-Connect 6-pin + Tag-Connect 10 pin (untuk sinyal ETM): untuk kombinasi ini, bahkan ada kabel yang sudah dibuat, dengan konektor IDC 20-pin dan penugasan pin ARM Cortex 20-pin standar.

Satu pengamatan langsung adalah bahwa sebagian besar konektor ini memerlukan, ya, konektor. Itu adalah komponen tambahan yang perlu Anda tempatkan di papan, yang membutuhkan biaya. Untuk unit produksi atau lari prototipe yang lebih besar, konektor itu hanya akan digunakan sekali dalam seluruh masa hidup produk, yang merupakan pemborosan.

Solusi Tag-Connect atau jejak kaki khusus dengan konektor berbasis pogo-pin memiliki keuntungan yang jelas di sini karena mereka tidak memerlukan komponen apa pun yang ditempatkan di PCB, sehingga biaya konektor debug per-papan turun menjadi 0, yang sangat bagus!

Inilah tampilan jejak Tag-Connect pada papan nyata:

Dan inilah tampilan kabel dengan pogo-pin: Konsiderasi utama kedua adalah ukuran, dan kebutuhan ruang papan yang dihasilkan. Satu-satunya pesaing adalah micro-header 10-pin 0.05" dan footprint Tag-Connect 6-pin. Micro-header 10-pin sebenarnya sedikit lebih kecil dalam satu arah, tetapi perbedaannya tidak signifikan. Berikut ini adalah tampilan micro-header 10-pin 0.05" (yang ini dari papan pengembangan Nordic Semiconductor nRF52832, PCA10040):

Kaki atau Tanpa Kaki?

Ada dua varian kabel konektor Tag-Connect: satu dengan "kaki" dan satu tanpa "kaki". Apa bedanya?

Tag-Connect menggunakan pin pogo, yang memiliki pegas di dalamnya dan mendorong terhadap PCB. Jika Anda ingin konektor tetap di tempat, Anda harus terus menerapkan gaya kepadanya. Ini baik untuk pemrograman cepat, di mana Anda dapat menggunakan satu tangan untuk menahan konektor di tempat dan tangan lainnya untuk memulai pekerjaan pemrograman, tetapi tidak berfungsi dengan baik untuk sesi debugging yang lama. Untuk itu, footprint "kaki" (dan konektor) bekerja jauh lebih baik. Kaki berfungsi sebagai klip kecil, jadi begitu Anda memasukkan konektor, mereka akan mengunci dan menahan pin pogo dengan erat terhadap papan, untuk waktu yang tidak terbatas.

Masalah dengan jejak "kaki" adalah ukurannya: secara signifikan lebih besar dari varian "tanpa kaki". Yang lebih buruk, itu memerlukan empat lubang besar di papan. Lubang besar selalu menjadi masalah: mereka (jelas) perlu melewati semua lapisan, dan Anda memerlukan area penghindaran di sekitar mereka juga. Ini berarti bahwa dampak jejak "kaki" pada desain Anda jauh lebih besar daripada varian "tanpa kaki".

Untuk unit produksi, di mana koneksi kemungkinan hanya akan dibuat sekali dalam masa hidup produk, dan dapat dengan mudah dipegang sepanjang waktu, tidak ada pertanyaan: Anda pasti lebih memilih jejak kaki "tanpa-kaki", yang menghemat ruang papan. Tapi bagaimana dengan prototipe? Di satu sisi, Anda dapat menyediakan ruang papan, tetapi di sisi lain, Anda tidak ingin merancang ulang PCB hanya karena Anda perlu menghilangkan lubang dalam revisi akhir.

Untungnya, ada solusi lain. Tag-Connect menjual klip penahan kecil. Ini adalah sepotong PCB dengan tiga soket yang cocok dengan pin kabel Tag-Connect. Ini bukan solusi mekanis yang sempurna dan klipnya cenderung aus seiring waktu (mereka juga sangat mudah hilang!), tetapi dalam prakteknya ini bekerja cukup baik.

Rekomendasi saya adalah selalu menggunakan jejak kaki "tanpa-kaki" dan kabel, beli sejumlah klip penahan, dan hemat ruang papan serta mendesain ulang papan.

Gunakan penugasan sinyal standar

Saya telah melihat perangkat keras di lapangan, di mana para desainer menggunakan jejak Tag-Connect untuk ARM SWD (pada Cortex-M0), tetapi memberikan sinyal yang berbeda. Kemungkinan motivasinya adalah untuk menyamarkan antarmuka.

Ini bukan sesuatu yang saya rekomendasikan: pengaburan mudah ditemukan, dan seseorang akhirnya dengan jejak kaki yang tidak kompatibel, yang pasti akan menyebabkan masalah di masa depan.

Praktikalitas

Tag-Connect merekomendasikan agar tidak ada komponen yang ditempatkan (atau jalur yang dirutekan) di sisi lain jejak kaki. Meskipun itu adalah rekomendasi yang baik, seseorang tidak selalu memiliki kemewahan itu, terutama pada papan kecil dengan batasan tata letak yang ketat.

Seperti yang saya temukan, Anda bisa lolos dengan menempatkan komponen di sisi lain, bahkan saat Anda menggunakan klip penahan untuk menahan kabel di tempatnya. Saya akan menyarankan menggunakan sepotong isolator antara komponen dan klip penahan, meskipun, untuk mencegah hubungan pendek yang mungkin (kertas berfungsi dengan baik). Meskipun bukan praktik yang disarankan, ini berhasil, meskipun memperbaiki konektor debug di tempat menjadi sedikit lebih rumit.

Berikut adalah contoh papan prototipe (tolong maafkan kualitas solder prototipe) di mana komponen ditempatkan dalam area footprint debug:

Kritik

Tidak semuanya indah dengan Tag-Connect. Situs web tidak terorganisir dengan baik, sehingga sulit untuk menemukan informasi yang Anda cari. Ada banyak varian yang ditawarkan, dan meskipun kebanyakan orang hanya memerlukan satu jenis kabel, ini tidak ditampilkan secara menonjol. Sayangnya, ini tampaknya menjadi tradisi dengan perusahaan yang membuat peralatan debug dan pemrograman di dunia embedded.

Keluhan kedua yang saya miliki adalah bahwa perusahaan menawarkan perpustakaan CAD yang dapat diunduh dengan jejak Tag-Connect, tetapi menyatakan bahwa:

File-file ini disediakan 'SEBAGAIMANA ADANYA' dan tanpa jaminan bahwa mereka lengkap, bebas dari kesalahan atau cocok untuk digunakan. Periksa dengan hati-hati decal yang diimpor terhadap datasheet terbaru yang disediakan di situs web Tag-Connect (lihat di bawah). Khususnya periksa ukuran lubang, penomoran pin, dan perhatikan dengan seksama lapisan pasta solder untuk memastikan tidak ada pasta solder yang didepositkan pada pad footprint.

Jika Anda melihat di file ZIP yang disediakan, biasanya akan ada beberapa varian jejak kaki untuk CAD tertentu. Mana yang saya gunakan? Dan mengapa menjadi tanggung jawab saya untuk memverifikasinya?

Saya pikir Tag-Connect harus membersihkan perpustakaan ini dan menyediakan satu set jejak yang didukung, setidaknya untuk paket CAD yang lebih populer, tanpa penafian. Ini harus menjadi bagian dari nilai solusi ini.

Kesimpulan

Dengan mempertimbangkan segalanya, Tag-Connect masih merupakan solusi debugging dan pemrograman off-the-shelf terbaik. Saya akan merekomendasikan untuk menstandarisasinya dan menggunakannya di semua desain Anda.