Leafony az01c panelized

Leafony AZ01C USB-C シリアル変換リーフ

概要

Leafony AZ01C は、Leafony Bus 向けの USB-C to UART リーフである。USB 接続時は FT234XD による USB-UART 変換と、USB VBUS から生成した 3.3V 電源を Leafony Bus へ供給する。

USB 未接続時に他リーフ側のバッテリーから 3.3V が供給される構成でも、UART 信号線と 3.3V 電源ラインのバックフィードを抑え、USB-C リーフ側が無駄な電力を消費しないことを設計方針とする。信号線は TS3A4741 で物理的に切断し、電源ラインは TPS6282533 出力と Leafony Bus 3.3V の間に MAX40200AUK+T 理想ダイオードを入れて逆流を遮断する。

主な用途

• Leafony リーフへの MCU 書き込み
• Leafony リーフの UART デバッグ
• USB から Leafony Bus への 3.3V 電源供給

仕様

電気的仕様

機械的仕様

USB 仕様

回路設計

電源アーキテクチャ

USB VBUS 5V
  |
  +-- FB1 ---------------------> FT234XD.VCC
  |                                |
  |                                +--> FT234XD.3V3OUT
  |                                      |
  |                                      +--> TS3A4741.IN1/IN2
  |
  +----------------------------> TPS6282533.VIN
                                   |
                                   +-- EN = VIN
                                   |
                                   +-- SW -- L1 --> P3V3_BUCK
                                                   |
                                                   +--> MAX40200AUK+T
                                                        VDD = P3V3_BUCK
                                                        EN  = VDD
                                                        OUT = +3.3V rail
                                                              |
                                                              +--> FT234XD.VCCIO
                                                              +--> TS3A4741.V+
                                                              +--> LED1 pull-up
                                                              +--> Leafony Bus 3.3V (CN1 F1/B1)

P3V3_BUCK は TPS6282533 と MAX40200 の間のローカル電源レール、+3.3V rail は MAX40200 後段の Leafony Bus 側電源レールとする。

MAX40200 を入れることで、USB 未接続時に他リーフから Leafony Bus 3.3V が供給されても、+3.3V rail -> P3V3_BUCK -> TPS6282533.SW/VIN -> VBUS 方向の逆流を遮断する。MAX40200 の電圧降下により、Leafony Bus 側の実効電圧は TPS6282533 出力より低くなる。

動作状態

USB 未接続で他リーフから 3.3V が供給される場合、MAX40200 後段の +3.3V rail 配下である FT234XD.VCCIO、TS3A4741.V+、LED1 pull-up には電圧がかかる。一方で FT234XD.VCC は VBUS 由来のため 0V であり、FT234XD.3V3OUT も 0V となる。UART の TX/RX は TS3A4741 により切断される。

この状態でバッテリー側から USB-C リーフへ流れる消費電流は、データシート規定値からの見積もりで Typ 約 0.15µA、Max 約 2.3µA とする。内訳は MAX40200 の逆方向リーク Typ 0.07µA / Max 1.5µA と、TS3A4741 の VCC 待機電流 Typ 0.075µA / Max 0.75µA である。FT234XD は VCC=0V、VCCIO=3.3V の条件がデータシート上の通常動作条件ではないため、この見積もりには含めず、実機で USB 未接続時の Leafony Bus 3.3V 電流を確認する。

バックフィード対策

バックフィード経路は大きく 2 つに分ける。

TS3A4741 の IN1/IN2 は FT234XD.3V3OUT に接続する。USB 接続時は FT234XD が動作して 3V3OUT が High になり、TX/RX が接続される。USB 未接続時は 3V3OUT が 0V になり、TX/RX が物理的に切断される。

MAX40200 は VDD を P3V3_BUCK、OUT を Leafony Bus 3.3V、EN を VDD に接続する。USB 接続時は TPS6282533 から Leafony Bus へ給電し、USB 未接続時は Leafony Bus 3.3V から Buck/VBUS 側への逆流を遮断する。

USB Type-C UFP 構成

USB PD には対応しない。CC 抵抗のみで USB Type-C の Sink/UFP として認識させる。

ESD 保護

D+/D- ラインには USBLC6-2P6 を配置する。USB-C コネクタ近傍に置き、D+/D- へのスタブを短くする。VBUS は FB1 を通して基板内へ引き込む。必要に応じて、VBUS 用 TVS ダイオードの追加余地を検討する。

通信インジケータ LED

FT234XD の CBUS0 を FT_PROG で TX&RXLED# に設定し、LED1 を TX/RX 共用インジケータとして使用する。

Leafony Bus ピンアサイン

主要部品

ソフトウェア

ドライバ

FTDI 公式の VCP または D2XX ドライバを使用する。

初期設定 (FT_PROG)

量産前に FT234XD 内蔵 MTP へ以下を設定する。

設計反映メモ

この README は、MAX40200AUK+T を追加した電源構成を前提とする。KiCad 回路図、PCB、BOM を更新する場合は、少なくとも以下を反映する。

• U5: MAX40200AUK+T を追加する
• TPS6282533 の出力側を P3V3_BUCK とし、Leafony Bus 側 +3.3V rail と分離する
• MAX40200 の VDD を P3V3_BUCK、OUT を +3.3V rail、EN を VDD に接続する
• Leafony Bus 3.3V、FT234XD.VCCIO、TS3A4741.V+、LED1 pull-up は MAX40200 後段の +3.3V rail に接続する
• BOM に MAX40200AUK+T と対応フットプリントを追加する

あわせて以下を実機またはデータシートで確認する。

• USB 未接続かつ他リーフから 3.3V が供給される状態で、FT234XD.VCC=0V、FT234XD.VCCIO=3.3V となることを許容できるか
• USB 接続中に他リーフ側の 3.3V 電源も同時に有効になるシステム構成を許容するか
• MAX40200 の電圧降下込みで、Leafony Bus 側 3.3V rail の最小電圧が接続先リーフの要求を満たすか