S3.1-before repack

s3.1 — 双用途控制板 (rev s3.1)

一块 ESP32-S3 + NAU7802 主控板，同时服务两个产品形态：

1. 独立咖啡秤——沿用 scale-adc-s3 的全部功能：称重前端、SPI LCD、 双按键、蜂鸣器、USB-C 供电 / 单节锂电充放电、温度与倾斜传感。
2. 自动手冲机控制器——同一块板通过 J10 扩展口驱动独立的 电源/电机板（水泵、加热、流量/温度传感、喷嘴运动）。高压与功率 驱动电路留在功率板上，本板只做控制。

本目录是 pcb/scale-adc-s3/ 的改版。与 rev C 的差异： 90×55 规矩板框、MCU 居中、四角 M2 安装孔；新增 J10 2×10 南缘扩展口 与 J11 1×4 称重通道 2（VIN2）接口；NAU7802 VIN2 不再接地； 原 J9 扩展尝试在本版落地为 J10；测试点列移至板南侧。

目标

• 130×30×22 mm 单点称重传感器（ZEMIC L6D-C3-3kg 或兼容），量程 2–3 kg
• 稳定显示 0.1 g；探索 0.01 g 显示/低量程模式
• TMP102 测传感器附近温度做漂移分析；LIS2DW12 做水平/振动/敲击检测
• 第二称重通道：NAU7802 ch2 (VIN2) 经 J11 外接第二传感器/PT1000， 咖啡秤形态可不贴，机器形态接流量或第二称重
• J10 扩展口：8× GPIO（100R 串阻）+ 2× 直连 GPIO + 电源/总线排， 对接机器电源/驱动板；R32 10k 下拉保证 XIO15（HEATER_EN 语义） 默认安全态——裸板/未插扩展时加热线永不会被置位

系统结构

USB-C J5 ──► U8 ESD ──► R19/R20 22R ──► U4 IO19/IO20 (native USB-Serial/JTAG)
   │VBUS
   ├─► U5 TP4057 充电 ──► J6 1S Li-ion
   └─► D1/Q1 负载切换 ──► VSYS ──► U6 XC6220 3V3 1A ──► VCC_3V3 ──► U4/外设
                                  └──► U7 HT7533 ──► VDD_ADC ──► U1/U3 (安静电源轨)

L6D 3kg ──J2──► R1/R2 1k + C5/C10/C11 EMI 滤波 ──► U1 NAU7802 ch1 (I2C 0x2A)
J11 ch2 ──► C27 100n 差模电容 ──► U1 VIN2 (不再接地)
U2 LIS2DW12 (0x18)   U3 TMP102 (0x48)   共享 I2C: SDA=IO10, SCL=IO11
J7 SPI LCD          J8 按键 (TARE/MODE)          BZ1 蜂鸣器 (Q2 2N7002 驱动)
J10 2×10 ──► 机器电源/驱动板（泵/加热/流量/喷嘴）

接口

• J2 → 称重传感器 ch1：1=E+ (AVDD 激励), 2=E- (GND), 3=S-, 4=S+, 5=SHLD(GND)

• J5 → USB-C：USB 2.0，VBUS 充电/供电

• J6 → 电池：1=BAT+, 2=GND（JST PH 2.0）

• J7 → LCD：1=GND, 2=3V3, 3=SCK, 4=MOSI, 5=CS, 6=DC, 7=RST(局部 RC 上电复位), 8=BL

• J8 → 按键/触摸：1=GND, 2=TARE, 3=MODE, 4=3V3（4P JST PH；供 TTP223 触摸模块，老 3P 按键线仍兼容）

• J11 → 称重通道 2 / VIN2：1=E+, 2=E-, 3=S2-, 4=S2+； rev C 把 VIN2 接地作废，本版经 C27 100n 差模电容后直连 NAU7802 ch2， 可接第二称重传感器或 PT1000（比率测量）

• J10 → 机器电源/驱动板（2×10 PTH，南缘居中）：

  pin	信号	pin	信号
  1	XIO38 (经 R24 100R)	11	EXP_5V
  2	XIO39 (R25)	12	3V3
  3	XIO40 (R26)	13–15	GND
  4	XIO41 (R27)	16	SDA
  5	XIO42 (R28)	17	SCL
  6	XIO14 (R29)	18	TXD (UART0)
  7	XIO15 (R30, R32 10k 下拉)	19	RXD (UART0)
  8	XIO17 (R31)	20	EN
  9	XIO1 (直连)
  10	XIO47 (直连)

  A 排（1–10）= GPIO，其中 pin1–8 各经 100R 串阻限流/保护； B 排（11–20）= 电源 + 总线。pin20 EN 可让功率板复位主控； pin18/19 是 UART0，兼作烧录/调试兜底。

• D3 (DNP) → EXP_5V→VBUS 注入：功率板 5V 反灌选项。贴 B5819W = 二极管 OR（防 USB 反灌，~0.3 V 压降仍可经 TP4057 充电）； 或 0R/飞线直通。纯秤 BOM 永不贴。

U4 (ESP32-S3-WROOM-1-N16R8) 引脚映射

关键设计决策

• NAU7802 外部 AVDD = VDD_ADC 3.3 V：AVDD_LDO/REFP/DVDD 与 ch1/ch2 传感器激励 E+ 全部挂 U7 HT7533 安静轨，比率测量中激励波动抵消。 固件必须保持 AVDDS=0（AVDD 引脚作电源输入，内部 LDO 关闭、 VLDO 无效）。AVDD 上电即有 ~3.3 V，空板可直接量到（TP8）。
• VIN2 解地 + J11：rev C 把 NAU7802 ch2 输入接地作废；本版经 C27 差模电容引出到 J11 1×4（E+/E-/S2-/S2+）。机器形态接第二称重 或 PT1000；纯秤 BOM 可不贴 J11/C27，固件忽略 ch2。
• J10 扩展口 = 唯一新增对外接口：机器形态下功率板只做 电源分配与功率驱动（泵/加热/电机驱动），所有控制、传感 I2C、 UART、GPIO 都经 J10 进出。100R 串阻在排针侧限流保护 IO； R32 下拉确保 HEATER_EN 语义的 XIO15 默认低。
• EXP_5V 供电选项（DNP）：机器形态下功率板可经 D3 向 VBUS 侧 反灌 5V，省掉 USB 供电线；纯秤不贴。
• 规矩板框 + 居中 MCU：90×55 mm，MH1–MH4 M2 NPTH 四角安装孔 (4,4)/(86,4)/(4,51)/(86,51)；U4 模组顶部居中（天线伸北缘外）， 模拟簇留西北，电源簇东南，J10 南缘居中——后续加东西走线都规整。
• 模拟岛：西北角模拟 GND 经缝合过孔单点接主地，两层铺铜 island_removal 开启；模拟 keepout 只挡 tracks 不挡 vias， 北界 y24（只护 U1/U3/信号列簇）。
• LCD_RST 局部 RC 上电复位：沿用 rev C 方案（R21+C26 在 J7 旁）。
• 主 LDO 热预算：U6 XC6220 1 A 指标仅指电流能力；Wi-Fi+背光+ 蜂鸣器全开须实测温升。机器形态下若贴 D3 走 EXP_5V，热预算重算。
• 电池：J6 直挂 VSYS，无独立过放/过流切断——必须使用带保护板 的 1S 电池包；机器形态可不贴电池，由 EXP_5V/USB 供电。

BOM 变体

文件

• s3.1.kicad_sch / s3.1.kicad_pcb — KiCad 10 工程
• s3.1.pretty/ — 项目内自包含封装库（含 PinHeader_2x10_P2.54mm_Vertical 等新封装）
• tools/gen_sch.py, tools/gen_pcb.py, tools/gen_cpl.py — 生成脚本
• tools/autoroute.py — FreeRouting 自动布线（DSN/SES 往返 + 合并 + relock + DRC/rip-up 循环）
• tools/route_check.py — 候选走线几何校验器（候选路径落地前必过）
• tools/net_islands.py, tools/region_dump.py — 连通性/区域铜皮审计
• s3.1-erc.txt / s3.1-drc.txt — 验证报告

验证（kicad-cli 10.0）

kicad-cli sch erc --format report --output s3.1-erc.txt \
    --severity-all s3.1.kicad_sch
kicad-cli pcb drc --format report --output s3.1-drc.txt \
    --severity-all --refill-zones s3.1.kicad_pcb

布线流程：gen_pcb.py 只布模拟区与关键电源的手布走线并打 (locked yes)； 其余交 autoroute.py（FreeRouting）全局布线，手工修补一律先过 route_check.py 校验再落地并加锁。

当前状态见 s3.1-drc.txt；布线收敛过程见 git 历史与 tools/fix_routes*.py。

Bring-up 顺序

1. 断电先量 3V3/GND、VBUS/GND、BAT/GND 无短路；上电后量 VBUS、VSYS、 VCC_3V3、VDD_ADC。AVDD 由外部 VDD_ADC 供电（TP8），上电即应量到 ~3.3 V，不再依赖固件使能 NAU7802 内部 LDO。
2. USB 插电脑：原生 USB-Serial/JTAG 应直接枚举；否则 TP4 短 GND + TP3 复位进下载模式，用 UART0（TP5/TP6 或 J10.18/19）兜底烧录。
3. I2C 扫描应见 0x18 / 0x2A / 0x48；J10.16/17 与板内 I2C 同总线， 机器侧挂传感时注意总线负载与上拉。
4. 挂 ch1 传感器采 10/80 SPS 记录噪声/零点/重复性/温漂； 贴 J11 时同样方法验证 ch2。
5. LIS2DW12 验证 INT1；TMP102 与传感器温漂对比。
6. 对比 LCD/背光/蜂鸣器/Wi-Fi 与 USB/电池/EXP_5V 供电下的称重读数。
7. 机器形态：先不接功率板验证 XIO* 逻辑电平与 HEATER_EN 默认低 （R32 下拉），再对接功率板做泵/加热的低压联调，最后上高压。