ESP로 오실로스코프를 만들자 - #5 ( 성능편)

1. 오실로스코프는 만들만큼 만들어 보았다.

 비교적 저렴한 부품을 이용하여 오실로스코프를 참 여러 종류 만들어 보았다.  내 기준의 필요성으로만 따져보면 ESP8266버전으로도 충분하지만 지인을 위하여 제작하다 보니 여러 버전을 만들게 되었다.  이번 버전을 마지막으로 필요성이 대두되지 않는한 더이상의 업그레이드 버전은 제작하지 않을 예정이다.

2. 마지막 버전은 무엇이 다른가?

 이전버전과 비교하여 논리적으로는 크게 차이가 없지만, 물리적으로 차이가 있다. 그것중 하나가 분압 저항이 소켓 방식이다.  필요에 따라 분압의 정도를 조절할 수 있다는 것이다. 사용자의 선택에 따라서 1/10, 1/20, 1/50 등의 분압 저항을 쓸수 있도록 제작하였다.

먼저 분압저항세트의 크기를 줄이기 위하여 이번에는 칩저항을 사용하였다. 물론 크기적인 문제도 있엇지만 칩저항이 가격적인 장점이 있어서 앞으로 지속적으로 사용할 예정이다. (칩저항이 3/4W 기준으로 일반 저항의 1/4W 보다 저렴하다)

칩저항에 대한 내용은 아래의 링크 참조
[칩 저항애 대하여 알아보자 ]

먼저 앞면은 아래의 사진 처럼 배치하고,

[ 분압 저항의 앞면 ]

뒷면은 아래와 같이 배치하고,

[ 분압 저항의 뒷면 ]

전선을 연결하고, 다리를 납땜하였다.

그리고 오실로스코프쪽에는 소켓을 배치하여 필요에 따라 꼽았다가 뺏다가 할 수 있도록 제작하였다. 분압저항세트는 3종류를 준비하였으며, 필요에 따라 얼마든지 분압 비율을 조절하여 제작하고 설치가 가능하도록 하였다. 이미 만든 세트는 오류를 방지하기 위하여 최대 내압을 프린트하여 붙였다.

[ 소켓 방식으로 제작 하여 탈착 가능 ]

예전에 ADC Chip(ADS7888)을 힘들게 납땜 하였는데, 그나마 이번에는 어뎁터를 구매하여 납땜하였다. 어뎁터 구매 이전에는 납땜 성공 확률이 30% 였는데, 어뎁터 사용으로 100% 성공하였다.

[ 어뎁터를 이용하여 1차 남땝 (초록색) ]

또하나의 특징이 바로 프로브 커넥터 부분이다. 이전까지의 모델은 실용적이긴 하나 커넥터 부분이 워낙 작고, 불안하여 지인은 늘 개조하여 사용하고 있는 점을 감안하여, 이번에는 바나나잭을 이용하여 탈착이 가능하게 하였다.

[ 색상도 맞춘 바나나잭 ]

3. 만드는 과정

 일단 모듈화 한 부품들이 배치될 자리를 살짝 올려 본다.

[ 이렇게 자리 잡으면 될 듯 ]

자리를 일단 잡고 나서 납땜을 했다. 손이 크다 보니 생각보다 어렵긴 했다.

[ 납땜을 이리 저리 하고 ... ]

전원 모듈은 핸드폰에서 뜯은 배터리를 사용하기로 했다.

(사실 새 배터리가 아니여서 생각보다 사용 시간이 짧다는 후기를 들었다. ㅠㅠ)

[ 배터리는 애플 정품? ㅋㅋ ]

기존에 사용하던 스위치도 오작동이 너무 많아서, 이번에는 스위치도 바꾸었다.

[ 스위치의 변신.. 단가가 높을 뿐이다 흐흐 ]

[ 분압 저항이 교체가 쉽도록 배치했건만.. 현실은..ㅠㅠ ]

4. 다 만든 모습

 이전 버전과 비교할때 전면부의 외형은 크게 다를 바가 없다.  두께가 좀 낮아졌을 뿐이다. 그외에 소프트웨어적으로 변경된 부분이라면 분압 저항에 따른 비율 변경 기능이 추가 되었을 뿐이다.

[ 선물용 버전 ]

동작하는 화면을 동영상으로 찍어보았다.

5. 끝으로

 늘 끝없는 도전으로 인생을 살고 있는 나에게 오실로스코프는 새로운 도전이었다. 기성화된 제품에 비교하여 턱없이 부족한 성능일지는 몰라도, 기능을 필요에 따라 특화가 가능하다는 점이 매력이 있다. (필요하면 해당 부분을 코딩하면 되니까..)
 글로는 소개하지 않았지만, 이 오실로스코프의 경우 UDP 통신을 이용한 리모콘이 있다. 오실로스코프의  기능을 리모콘 하나로 사용 가능하다.   로터리인코더를 사용한 버전인데 기회가 되면 따로 소개해야 겠다.

ADS7888 - 8bit ADC

1.  ADS7888는 왜?

간이형 오실로스코프를 만들고 있는데,  100KHz정도의 3상 위상을 측정하고 싶다는 지인의 소망을 무시할 수 없어서 ESP32까지의 버전을 만들었으나, 살짝 성능이 모자란다. (대략 2배 정도 성능이 더 좋아져야 할듯 하다). 이에 따라 가능한 ADC 칩을을 찾기 시작 했고,  스펙에 맞는 최저가형 (이미  MCU 보다 훨 비싸다..ㅠㅠ) ADC 칩을 찾은 것이 ADS7888 이다. 

2.  ADS7888의 특성 

데이터시트의 내용을 참조로 아래의 내용을 정리해 보았다.
• 25-MHz Serial Interface
• 동작전압: 2.35 V ~ 5.25 V
• 최대 1.25MSPS
• ±0.15 LSB INL, ±0.1 LSB DNL
  (LSB, INL, DNL에 대한 용어 설명은 아래의 그림 참조)

그외에 특성으로 최대 소비전력이 2mA라던가 등등은 데이터 시트를 참조하면 알수 있다.

* 상위 버전인 ADS7887도 거의 비슷한 특징을 가지지만 10bit Resolution 이다.

3. 외형 및 연결

6개의 핀을 가지며 아래와 같은 기능을 한다.

칩 중간에 BNH라 쓴 것은 모델마다 다르겠지만 내가 주로 사용하는 모델은 저런 문자열이 적혀 있다. 뒷면에는 88PS라 적혀 있다. (BNH라는 글자가 보일때 상하로 뒤집으면 88PS라고 똑바로 보인다.)

ESP와 연결하기 위해서는 기본적으로 CS, MISO, CLK 를 각각의 핀에 연결하고 Vdd쪽에 5V를 연결하고, 측정하고자 하는 곳의 GND와  Vin를 연결하면 측정이 된다.

다만 실제 사용에 있어서는 1µF storage capacitor 와 10nF decoupling capacitor를 아래의 그림과 같이 연결해서 사용한다. 물론 ADC칩 아주 아주 가까이 붙여야 한다.

또한 Vdd 쪽에 로우임피던스를 요구하고 있기 때문에 대략 200Ω 이내로 걸리도록(읔.. 이미 만들어 놓은 것은 이것을 무시했군. 허..) 설계 하라고.. 스펙에 적혀있다.

4. 그외에... 납땜의 달인을 위하여..

내가 구매한 ADS7888은 크기가 제일 긴 방향이 3mm 쯤 된다. (기회가 되면 버어니어캘리퍼스로 측정해봐야 겠다.) 짧은 방향이 1.5mm 정도 된다.  긴방향 기준으로 대략 2mm 정도에 3개의 다리가 나와 있으며, 납땜의 달인들에게 도전 과제로 남겨져 있다. 솔찌기 구매해서 배송이 완료되기까지 이러한 크기라고는 상상도 못했다. 판매자가 크기에 대하여 서술하지 않았기 때문이다. 이전에 DIP 형태의 MCP3202 칩의 크기만 생각했지, 이러한 사건이 벌어질 것이라는 예상은 꿈에도 못했다.

아래의 그림은 납땜을 좀더 잘 해볼려고 각 다리를 벌리다가 부러진 칩이다.

[읔.. 사람이 납땜 가능한 크기?]

이만한 크기를 위와 같이 겨우 겨우 납땜을 하고....
(저 기판은 각 구멍간의 간격이 2.5mm 이다.)

위와 같이 총 3개가 되도록 만들었다. 성공확률은 30% 정도였다. 아무래도 지천명에 가까운 노안으로는 너무 힘든 작업이었다.  글루건으로 작업한 이유는 쇼트방지도 있지만, ADS7888 칩의 각 다리에 납땜한 것이 썩 잘 붙지 않았기 때문이다. 즉. 흔들리면 떨어지는 경우가 있어서 약간의 보강을 위하여 ....



어떻게 하면 좀더 성공 확률을 높일 수 있을까 고민하며 살짝 그려 놓은 노트를 사진으로 올리다.  아래의 팁은 1차 작업을 끝내고 적어 놓은 것인데, 검증하기 전이다.  언젠가는 검증하겠지만....


추가 )  DIP Adapter 라는 기성화된 PCB 가 있었다.  아래의 그림과 같이 생겼으며(6핀 짜리는 없어서 8핀 짜리로 구매), 가격은 개당 50원 정도이다.