본 글은 arduino 를 직접 만들어 보기 DIY 시리즈 중,
Arduino Mega 2560 를 DIY 하기 위한 부품 조사와 조달에 관한 이야기 입니다.
1. Mega 2560 revision history
Arduino Mega 2560 은 개선점을 적용한 PCB 가 revision 되면서, 그 버전이 R1 > R2 > R3 로 바뀌게 됩니다.
아래 내용은 눈으로 확인 할 수 있는 PCB 변경점을 간단히 정리해 봤습니다.
부품을 구매하려면 어떤 부품들을 구매해야 하는지 정확히 알아야 하기 때문이죠.
* R1 > R2
- USB 통신을 담당하는 ATmega8U2 실장 모양이 마름모꼴로 바뀜
- ATmega8U2 용 Oscillator 주변의 저항과 캐페시터 위치가 바뀜
- Op Amp 크기가 작은 버전으로 바뀜
- Voltage Regulator 크기가 바뀜
- ATMEGA2560 chip 용 Oscillator 에 27 Ohm 저항이 하나 추가 됨
* R2 > R3
- USB 통신을 담당하는 ATmega8U2 가 ATmega16U2 으로 변경 됨 (메모리가 더 많음)
- RESET 스위치가 CPU 옆에서 USB 쪽으로 위치가 바뀜
- Resetable fuse 자세가 세로로 바뀜
- Op Amp 위치가 Oscillator 와 나란히 놓임
- Rectifier Diode 위치가 pinheader 쪽으로 이동됨
- ATMEGA2560 chip 윗쪽에 Multi-Layer Chip Inductor 와 100nF 캐패시터가 추가됨
- ATMEGA2560 chip 용 Oscillator 주변에 22pF 캐패시터와 Switching Chip Diode 가 새로 생김
2. 부품 리스트 업
보드프리 ( http://www.boardfree.kr/ ) 에서 PCB 를 신청합니다.
사실은 저번에 arduino nano 보드에 SMD 부품 올리다가 실패해버려, 이왕 새로 주문 하는 김에 Mega 2560 도 같이 주문한게 시작.
(한번 주문에 2가지 PCB를 각각 1개씩만! 요청할 수 있슴)
이 분들은 땅파서 장사하시나요? 공짜 PCB 도 모자라 미니 사과맛 쿠키까지 보내셨어요.
언젠가 한번 사무실 찾아가 아스크림을 쏴야 할까 봐요.
다만, 위에서 설명한 것과 같이 revision 이 바뀌면서, 부품들도 변경된 것도 모르고, 처음에 R3 에 대한 부품을 조사했더랬습니다.
아래는 PCB 에 관련된 파일들.
* R3 Eagle file / PDF
MEGA2560_Rev3e.brd* BoardFree 에서 제공된 파일
* Reference (R1)
위의 파일들을 보면, "BoardFree 의 Mega 2560 = Reference Mega 2560" 임을 알 수 있습니다.
(사이트에도 "레퍼런스 그대로... " 라고 써있슴)
그것도 모르고 줄장 R3 버전으로 조사했네요 (1주일)
나중을 위해, 일단 R3 로 정리한 부품 리스트를 올려 봅니다.
------------------------------------------------------------------------------------------------------- | name | value | type | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C11 | 100nF | 0603 SMD | | C12, C16 | 100nF | 0603 SMD | | C10, C13 | 1uF | 0603 SMD | | C1, C14, C15 | 22pF | 0603 SMD | | PC1, PC2 | 47uF 25V | Aluminum Electrolytic Capacitor | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | R1, R2 | 1M Ohm | 0603 SMD | | RN2 | 22 Ohm | 0603 * 4 (CAY16) Resistor Network | | RN1, RN5 | 10k Ohm | 0603 * 4 (CAY16) Resistor Network | | RN3, RN4 | 1k Ohm | 0603 * 4 (CAY16) Resistor Network | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | L, ON, RX, TX | LED | 0805 SMD | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | D1 | M7 (1N4007) | Rectifier Diode | | D2, D3 | CD1206-S01575 | Switching Chip Diode | | F1 | 500mA 15V | L1812 Resetable Fuse | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | L1 | MH2029-300Y | 0805 Chip Ferrite Beads | | L2 | CV201210-100K | 0805 Ferrite Multi-Layer Chip Inductor | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | IC1 | LD1117S50CTR | SOT-223 Voltage Regulator | | IC3 |ATMEGA2560-16AU| TQFP-100 8-bit Microcontroller | | IC4 | ATMEGA16U2-MU | QFN-32 8-bit Microcontroller | | IC6 | LP2985-33DBVR | DBV SOT-23 (5) LDO Voltage Regulator | | IC7 | LMV358IDGKR | MSOP-8 (VSSOP) LMV358 Op Amp | | T1 | PMV48XP | SOT-23 MOSFET | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | Y1 |CSTCE16M0V53-R0| 16MHz Ceramic Resonator Built in Capacitor | | Y2 | 16MHz | HC-49S Crystal Oscillator | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | Z1, Z2 | CG0603MLC-05E | 0603 ESD Protector | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ADCH, ADCL, COMMUNICATION, POWER, PWML | 8 | single row female 2.54mm pitch pinhead | | JP6 | 10 | single row female 2.54mm pitch pinhead | | XIO | 2X18 | double row male 2.54mm pitch pinhead | | ICSP, ICSP1 | 2X3 | double row male 2.54mm pitch pinhead | | X1 | DC-21MM | 5.5/2.1mm female DC power jack plug socket | | X2 | USB B type | USB B type female socket | | RESET | TS42 | 6X6X3.1mm 5 foot Switche | -------------------------------------------------------------------------------------------------------
조사하면서 부품들에 대한 새로운 지식들도 습득하게 되었지만, 주문해야 할 부품들과는 차이가 있으니,
Reference (R1) 버전에 부품 리스트를 다시 정리했습니다. (주말 이틀)
다시 동일한 삽질...
------------------------------------------------------------------------------------------------------- | name | value | type | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C11 | 100nF | 0603 SMD | | C12, C13 | 100nF | 0603 SMD | | C10 | 1uF | 0603 SMD | | C1, (C14, C15)*, C16, C17 | 22pF | 0603 SMD | | PC1, PC2 | 47uF 25V | Aluminum Electrolytic Capacitor | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | R1, R2 | 1M Ohm | 0603 SMD | | R3, R4 | 27 Ohm | 0603 SMD | | RN2 | 22 Ohm | 0603 * 4 (CAY16) Resistor Network | | RN1, RN5 | 10k Ohm | 0603 * 4 (CAY16) Resistor Network | | RN3, RN4 | 1k Ohm | 0603 * 4 (CAY16) Resistor Network | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | L, ON, RX, TX | LED | 0805 SMD | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | D1 | M7 (1N4007) | Rectifier Diode | | F1 | 500mA 15V | L1812 Resetable Fuse | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | L1 | BLM21 (WE-CBF)| 0805 Wurth Elektronik Series Ferrite Beads | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | Q1 | 16MHz | HC-49S Crystal Oscillator | | Y1 |CSTCE16M0V53-R0| 16MHz Ceramic Resonator Built in Capacitor | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | IC2 (IC1)* | MC33269D-5.0 | DPACK 5V 800mA LDO voltage regulator | | IC3 |ATMEGA2560-16AU| TQFP-100 8-bit Microcontroller | | IC4 | ATMEGA16U2-MU | QFN-32 8-bit Microcontroller | | IC5 | LM358D | SOP-8 Op Amp | | IC6 | LP2985-33DBVR | DBV SOT-23 (5) LDO Voltage Regulator | | T2 | FDN340P | SOT-23 MOSFET | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | Z1, Z2 | CG0603MLC-05E | 0603 ESD Protector | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ADCH, ADCL, COMMUNICATION, PWMH, PWML | 1X8 | single row female 2.54mm pitch pinhead | | POWER | 1X6 | single row female 2.54mm pitch pinhead | | JP1+JP2+JP3+JP4+XIOH+XIOL | 2X18 | double row female 2.54mm pitch pinhead | | ICSP, ICSP1 | 2X3 | double row male 2.54mm pitch pinhead | | X1 | DC-21MM | 5.5/2.1mm female DC power jack plug socket | | X2 | USB B type | USB B type female socket | | RESET | TS42 | 6X6X3.1mm 5 foot Switche | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- * C14, C15 are used only when Crystal Oscillator is used for Mega 2560 chip * IC1 (SOT-223) can replace IC2
최종적으로 바로 위의 part list 가 구매 대상이 되겠습니다.
예전에 arduino nano / duemilanove DIY 를 준비하면서 구매했던 부품들과 동일한 부품들이 있습니다.
이번에 새로 구매해야 할 부품들만 추려서 하나씩 정리해 봤습니다.
3. Capacitors
캐페시터는 0603 SMD Capacitor 와, 47uF/25V Aluminum Electrolytic Capacitor 가 필요합니다.
우선 0603 SMD 타입은 100nF, 1uF, 22pF 이렇게 세 종류를 구입합니다.
* 100pcs 0603 SMD Chip Multilayer Ceramic Capacitor 0.5pF - 22uF 10pF 22pF 100pF 1nF 10nF 15nF 100nF 0.1uF 1uF 2.2uF 4.7uF 10uF
- https://www.aliexpress.com/item/32966526545.html
마침 아래에서 소개될 Array Resistor 판매하는 업자가 이 부품도 팔고 있어, 같이 주문합니다.
Aluminum Electrolytic Capacitor 는 이미 100uF/35V 를 가지고 있지만, 이참에 스펙대로 47uF/25V 를 구매해 보려고 했으나,
쓸때없을 것 같아서 그냥 기존꺼 쓰기로 했습니다.
* Free Shipping 20pcs SMD 50V 35V 25V 16V 10V 100UF 220UF 47UF 33UF 22UF 10UF 4.7UF 2.2UF 1UF Aluminum Electrolytic Capacitor
- https://www.aliexpress.com/item/32377971645.html
이전 Duemilanove 에서 사용했던 그놈입니다.
4. 0603 SMD Resistor
저항은 0603 SMD 타입 저항과 Array Resistor 형태의 저항이 필요합니다.
우선 0603 SMD 타입은 아래 링크에서 구입했습니다.
* 0603 SMD Resistor Kit Assorted Kit 1ohm-10M ohm 5% 36valuesX20pcs=720pcs 1608 Sample Kit Sample bag
- https://www.aliexpress.com/item/32691064617.html
잘 도착했구요.
저항 값은 모두 간략화해서 표기되어 있습니다.
하지만, 아쉽게도 27 ohm 딱 하나가 포함되어 있지 않네요.
할 수 없이, 0603 SMD 27 ohm 만 따로 구입합니다.
* 100pcs 0603 SMD 1/8W chip resistor resistors 0 ohm ~ 10M 0R 1K 4.7K 4K7 10K 100K 1 10 100 220 330 ohm 0R 1R 10R 100R 220R 330R
- https://www.aliexpress.com/item/32847135098.html
도착 예의 샷.
요놈 하나때문에 따로 구매.
5. Array Resistor
Resistor Network 라고도 불리는 것 같습니다.
* Array Resistor
- http://www.samsungsem.com/global/product/passive-component/chip-resistor/array/index.jsp
0603 SMD 4개를 붙여, 더 소형화 시킨 resistor network 이네요.
부품 어디에 납땜하느냐에 따라 아래와 같이 몇 가지로 구분됩니다.
주의해야 할 부분은, Mega 2560 사양서에 보면 RN 으로 시작되는 이름이지만, 사실 아래 그림에선 RP 모양입니다.
Array Resistor 또는 Resistor Network 은 처음보는 것이라, 정확한 칫수를 알아야 합니다.
AliExpress 에서는 "0603 x 4" 라고 표시되는데, 이게 사양서에 보이는 CAY16 와 같은 것인지를 확인해야 했습니다.
아래는 CAY16 에 대한 사양서 칫수 입니다. "3.20 x 1.60" 사이즈인 듯 합니다.
AliExpress 에서 판매되는 "0603 x 4" 제품의 사양이 그려진 사진을 캡춰해 봅니다.
빙고! CAY16 과 "0603 x 4" 는 동일한 사양이네요. 최종적으로 아래 제품을 구매하면 될 것 같습니다.
* 100pcs 0603*4 8P4R 2*4P Network Resistor SMD array 0 ~ 910 ohm 1K ~ 910K 2K 2.2K 4.7K 10K 22K 47K 100K 1M 1 10 100 220 470 ohms
- https://www.aliexpress.com/item/32918831775.html
22, 10k, 1k 세가지를 구입합니다.
4개의 저항이 하나로 묶여 있는 모습은 예쁩니다.
6. Ferrite Beads
페라이트는 고주파 간섭을 없애주는 역할을 합니다.
Ferrite beads, or ferrite chokes, are used as low pass filters to eliminate high frequency noise while allowing low frequency signals or DC current to pass through a circuit. The noise may come from any number of sources including high-frequency switching noise from a power-supply circuit or RF noise in an RF signal-isolation circuit that must be minimized to ensure both signal integrity and antenna efficiency.
어떤 사람은 PCB 에서 Ferrite bead 가 망가졌다고 아래 사진처럼 Ferrite 코어를 이용해 직접 만든 사람도 있습니다.
* component replacement arduino mega
- https://forum.arduino.cc/index.php?topic=355192.0
Arduino Mega 2560 에 사용되는 Ferrite Bead 는 다음 부품 정도면 적당할 것 같습니다.
(사양서에는 정확한 값이 표시되어 있지 않음)
* BLM21PG221SN1D (2A tolerant component in an 0805 package)
... 라고 생각했지만, 곰곰히 따져보니, R3 에 사용된 MH2029-300Y 가 보다 좋은게 아닐까 합니다.
급선회 해서 MH2029-300Y 를 구매키로 합니다.
* MH2029-300Y (30 Ohms @100MHz 1 Power, Signal Line Ferrite Bead 0805 (2012 Metric) 3A 25mOhm)
- 
mh.pdf
* (10PCS/lot)0805 MH2029-300Y
- https://www.aliexpress.com/item/33009918057.html
소자 표면에 표기가 없어서 나중에 헷갈릴 수 있을것 같아요.
7. Oscillator / Resonator
Resonator 라고도 합니다.
기본 클럭을 만들어서 microprocessor 가 명령어를 실행하게끔 해주는 진동 소자 입니다.
종류로는 Crystal 을 사용하는 것과 Ceramic 을 사용한 것이 있습니다.
정확성으로는 Ceramic 보다 Crystal 이 더 좋다고 합니다.
그래서 그런지, 판매되는 모든 arduino Mega 2560 보드들은, USB를 담당하는 ATmega8U2 chip 에 Crystal Oscillator 를 붙여 놨습니다.
PCB 리비전이 바뀌더라도요. 그 이유로는 USB 통신이 클럭에 매우 민감하다고 합니다.
다만, 실제 PCB 에는 USB controller chip 에도 Ceramic 을 실장할 수 있도록 배선이 되어 있습니다.
참고로, schematic 에서 확인해 보면, oscillator 양쪽 단자에 capacitor 가 물려 있는 것을 확인할 수 있습니다.
Oscillator 를 controller chip 에 연결할 때에는 capacitor 가 필수 인거죠.
단, ceramic oscillator 는 capacitor 가 built-in 되어 있고, crystal oscillator 는 따로 capacitor 를 달아 줘야 합니다.
아래 schematic 은, 어떤 부품을 쓰던 capacitor 는 꼭 필요하다라는 것을 보여주고 있습니다.
여기도요.
Ceramic Resonator 사양에도 "built-in" 이라고 표시되어 있습니다.
Ceramic Resonator 사양서의 "Application Circuits Utilization" 을 보면,
controller chip 과 붙일 시, capacitor 의 필요성을 표시하고 있습니다. Ceramic Resonator 는 capacitor 가 built-in 인데도 말이죠.
* Application Circuits Utilization
즉, crystal oscillator 를 붙이는 경우는 capacitor 가 같이 붙여야 하고, ceramic resonator 를 붙이는 경우는 capacitor 가 필요 없습니다.
부품 주문과 실장시에 이 부분을 유념해야 겠죠?
Crystal oscillator 는 이미 가지고 있으므로, ceramic resonator 만 구입합니다.
* 10PCS 16MHZ CSTCE16M0V53-R0 3.2*1.3 SMD Crystal
- https://www.aliexpress.com/item/32451311354.html
휴... 이 oscillator / resonator 를 정하는 것이 가장 힘들었습니다.
소형화에는 필수인 ceramic oscillator 입니다.
급박이 되어 있는 3개 다리.
8. ATMega2560
Arduino Mega 2560 의 심장인 중앙 컨트롤러 입니다.
* ATmega2560
- Atmel-2549-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega640-1280-1281-2560-2561_datasheet.pdf
다만, 위의 업자는 두 번에 걸쳐서 완전 다른 CPU 를 보내 왔습니다. Dispute 해서 환불...
한달여 이상 걸려서 보내준 부품은 ALTERA...
그 다음 보내준 것은, XILINX...
담당하는 사람이 부품을 모르는 것인가? 언제 필요하게 될지 모르겠지만, CPU가 두 개 더 생겼습니다.
그나저나 위의 필요없는 CPU 는 어쩔.
* 1PCS ATMEGA2560-16AU ATMEGA2560 16AU QFP IC
- https://www.aliexpress.com/item/32929443685.html
결국 위에서 주문한 것이 도착.
구글링 해서 찾은 동일 CPU 들과 비교시, 마킹이 조금 얇습니다.
다만 깔끔한 프린팅.
아랫면까지 선명한 마킹인 것을 보면 정품인 듯, 하면서도 아닌듯 하고.
* 1 Piece IC Chip ATMEGA2560-16AU ATMEGA2560 MEGA2560 SOP Original Integrate Circuit Chip
- https://www.aliexpress.com/item/33043783002.html
이미 주문 넣었는데, 장바구니에 남아있던 다른 판매자 제품을, 출근 중 비몽사몽 간에 하나 더 주문해 버립니다.
아핫! ATmega2560 이 하나 더 생겼어! (싸지도 않은거...)
음? 근데 이게 더 정품같은데?
실 사용은 이걸로 하기로 합니다.
9. ATMega16U2
USB controller chip 인 ATmega16U2 입니다.
원래는 한단계 아래 사양인 ATmega8U2 를 사용하도록 디자인 되어 있으나, 메모리 용량이 더 크고 최신 버전인 16U2 를 사용하지 못할 이유가 없습니다.
* Original 1 Pcs ATMEGA16U2-MU MEGA16U2-MU ATMEGA16U2 MEGA16U2 ATMEL QFN32 100% 8 Bit AVR Micro Controller QFN32 Singlechip IC
- https://www.aliexpress.com/item/32623759475.html
ATmega2560 chip 과 가격 비교를 해보니, 그리 차이나지 않는군요.
귀여운 녀석입니다.
앙증맞은 뒷면이구요.
납땜하기가 괜찮을까... 걱정이 좀 됩니다.
10. LDO Voltage Regulator
이 소자는, 입력과 출력 전압이 크지 않을 때 사용되고, 노이즈 발생이 적으며, 크기도 작은게 장점이라고 합니다.
A low-dropout or LDO regulator is a DC linear voltage regulator that can regulate the output voltage even when the supply voltage is very close to the output voltage.
The advantages of a low dropout voltage regulator over other DC to DC regulators include the absence of switching noise (as no switching takes place), smaller device size (as neither large inductors nor transformers are needed), and greater design simplicity (usually consists of a reference, an amplifier, and a pass element). The disadvantage is that, unlike switching regulators, linear DC regulators must dissipate power, and thus heat, across the regulation device in order to regulate the output voltage.
도착은 평범.
최소형 voltage regulator 처럼 생겼습니다.
11. P-Channel MOSFET
정식 명칭은 Single P-Channel, Logic Level MOSFET 이고, 간단히 말하면 P-Channel MOSFET 입니다.
Arduino Mega2560 은 USB 와 Power Jack 에서 5V 전원을 받는데,
이 두 개가 동시에 연결될 경우, USB 전원을 차단하고 Power Jack 전원을 활성화 하기 위한 스위치 기능을 구현합니다.
참고로, 중간에서 판단자 역할을 해주는 소자는 LM358D Op Amp 이며, comparator (비교기) 기능을 제공합니다.
LM358D 는 이미 구매해 놓은게 있으므로 이번에는 FDN340P 만 구매합니다.
... 라고 하려 했지만, R3 버전에서 새롭게 사용된 PMV48XP 로 바꿔 달아 보기로 합니다. (용량이 더 큼)
* PMV48XP SOT23 silk-screen KNW P channel 20 v 3.5 A MOS tube
- https://www.aliexpress.com/item/32956007971.html
점점 집안이 부품들로 넘쳐나기 시작했어요.
소형화는 숙명입니다.
12. ESD Protector
정전기나 그와 비슷한 큰 전압이 갑짜기 걸렸을 경우 보호해 주는 소자라고 보면 되겠습니다.
Arduino Mega 2560 에서는 USB의 두 개 data line (D2, D3) 에 연결됩니다.
사용 될 CG0603MLC-05E 제품 메뉴얼을 보면, ESD 에 대한 설명이 다음과 같이 되어 있습니다.
cg0603mlc-05e_cg0603mlc-12e.pdf
----------------------------
An ESD protection device protects a circuit from an Electrostatic discharge (ESD), in order to prevent a malfunction or breakdown of an electronic device.
----------------------------
* Free shipping 100pcs/lot CG0603MLC-05E package 0603 ESD Suppressors original Product
- https://www.aliexpress.com/item/32871145695.html
국내에서 10개만 구매해도 배송료 합하면 위의 가격보다 더 비쌉니다.
그냥 100개라도 위의 AliExpress 링크에서 구매합니다.
100개 언제 다 써...
13. RESET
4발짜리 SMD switch 는 가지고 있지만, 5발짜리는 없습니다. 그럼 주문해야죠.
* 20PCS 6*6*2.5/2.7/3.1/3.4/4.3/5/5.5mm 6x6x2.5-5.5mm 4/5 Foot Microswitch SMD Push Button Switches Tact Switch 4/5 Foot Patch
- https://www.aliexpress.com/item/32864517011.html
이것도 언제 다 써...
보통 빨간색을 많이 사용하므로, 저는 검은색으로 주문했어요.
14. Pinheader
Pinheader 는 몇 종류는 가지고 있지만, female dual row 는 없기에 구입합니다.
* 2.54mm Double Row Female 2~40P Breakaway PCB Board Pin Header socket Connector Pinheader 2*2/3/4/6/10/12/16/20/40Pin For Arduino
- https://www.aliexpress.com/item/32889916876.html
뭉텅이로 왔습니다.
Pin header 는 쓸 곳이 많아, 다다익선.
To Be Continued...
짬짬이 시간을 내서 조사하고 정리했더니만 10일정도 걸려버렸습니다.
모두 도착 했으니, 이제 조립하고 bootloader 를 올려 보기로 합니다.
다만, 이 포스트가 너무 길어졌으니, 다음 포스트에서 마무리 하겠습니다.
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