좋아 일단 해보자

10년전 Lenovo ThinkPad 에 사용하던 전용 Dock 이다. 몇년 전 ThinkPad 노트북이 고장나면서 애물단지가 되었다. 호환되는 제품도 없고 중고 판매도 쉽지 않을거라 생각한다.  다음은 이제품의 I/O 구성이다.  이 당시만 해도 USB C 나 Thunderbolt 는 대중적이지 않았고 다음과 같은 독특한 규격의 제품이 아직 많이 남아있던 시절이다. 이 부분을 USB C 로 변경하는 것이 가능할지 알아보려고 한다. 이 커넥터의 핀맵에 대한 자료는 아래 링크에서 찾을수 있었다. Lenovo ThinkPad OneLink docking port pinout diagram @ pinoutguide.com 위 사진에서 빨간 색 동그라미 부분의 핀맵은 다음과 같을것으로 생각된다. 핀맵을 보면 ML_Lane 이라는 부분을 찾아 볼수 있다.  이 핀들은 DisplayPort 를 위한것으로 보통의 경우라면 4개 레인 구성이지만 이 제품은 2개 레인 으로 구성되어있다.  USB 의 경우 총 3개의 USB 컨트롤러 칩셋이 사용되었다. 두 개의 USB3.0(VL812-Q7) 칩셋과 한 개의 USB2.0(FE1.1s) 칩셋이 사용되었으며 이더넷 컨트롤러, 사운드 컨트롤러가 USB 3.0 으로 로 연결되어있다. 첫 번째 USB 3.0 컨트롤러에는 두 개의 USB3.0 포트와 전면 오디오 잭을 위한 사운드 컨트롤러 그리고 두 번째 USB3.0 컨트롤러 칩셋이 연결되어있다. 두 번째 USB 3.0 컨트롤러에는 후면 두 개의 USB3.0 포트 와 이더넷 컨트롤러와 USB 2.0 허브가 연결되어있다. USB 2.0 컨트롤러의 USB2.0 포트는 두 개 까지만 구현되어있다. 비디오 출력을 제외한 기능은 모두 USB 를 사용하여 연결됨을 알 수 있었다. 남은 부분은 DVI 출력인데 이 부분은 캔 쉴드를 열어봐야 알 수 있었다. 캔 쉴드의 내부는 다음과같다. 회로를 보면 OneLink Pro 는 핀맵을 통해 알 수 있었던 데로 DisplayPort 신호를 2개 레인으로 입력받아

지난번 설계에 이어서 전반적인 레이아웃이 수정되었다. 먼저 지난번 보다 더 많은 포트를 구성하여 배열하였다. ADC 기준 전압을 외부 창조하기 편하게 하였고 GND 와 3.3V 전압 포트가 추가 되었다. 오른쪽에 새로운 보드는 리튬 충/방전 모듈로 5.1V 의 전압을 출력하도록 설계되었다. 이 모듈을 상단에 장착할 경우 BOOTSEL 버튼이 가려지기 때문에 별도의 BOOT 버튼을 추가해 주었다. 본래 리튬 충/방전 회로를 하나의 보드에 구성하려 했지만 너무 과한 설계가 되는것 같아 모듈형식을 생각해보았다. 이번에 추가된 기능적인 부분으로 보드가 USB와 VIN 전원소스를 선택할 수 있도록 하였다. 왼쪽이 기존 설계이고 오른쪽이 새로설계된 보드의 모습이다.보드는 기본적으로 USB 전원을 사용하여 구동되지만 VIN 입력이 있는경우 VIN 전압소스를 선택하여 사용하도록 설계하였다. 리튬 충/방전 모듈은 충전과 전원 공급을 동적으로 관리할수 있도록 설계되어 충전중에도 안정적인 전원공급이 가능하다.

RP2040 을 위한 새로운 개발 보드를 만들고 있다. 회로는 어느정도 완성이 되었지만 레아아웃은 계속 수정중이다. 가능하다면 리튬 배터리 충전 회로와 DC-DC 부스트 회로를 추가할 예정이다. Pi Pico 보드와 여러가지 차이점을 주었다 첫 번째로 메모리 부분이다. 2MB인 Pi Pico 와 달리 16MB 의 QSPI 플래시 메모리를 사용하였고 별도로 EEPROM 을 장착할 수 있는 공간을 마련하였다. EEPROM의 동작을 LED 로 확인할수 있으며, 읽기/쓰기는 WP 점퍼를 통해 활성화 하거나 잠글 수 있도록 했다. 두 번째로 전원 필터에 LDO 를 사용하였다. Pi Pico 에 있는 스위칭 레귤레이터의 전압은 노이즈 때문에 ADC Vref 로 사용하기에 적합하지 않다는 평가를 자주 봤기때문에 간단하게 LDO를 사용해 구성하였고 LM4040로 VRef 회로를 구성해 ADC VRef 로 사용할수 있도록 하였다. 이 회로는 기본으로 점퍼가 열려 있으며 필요한 경우에 닫아서 사용할수 있다. 사실 일반적인 경우 LDO의 3.3V 를 바로 사용해도 문제는 없다고 생각한다. 세 번째로 이 보드에는 SD 카드 슬롯이 있다. SD 카드 슬롯의 경우 경우 모든 핀에 풀업을 사용하진 않았고 DATA1/DATA2/DATA3 에 만 풀업 저항을 사용하였다. 사실 저항값을 아끼면서 까지 뺄 필요는 없지만 요즘 SD 카드들은 풀업 저항이 꼭 필요하진 않은것 같다. 너무 오래된 SD 카드를 사용하는 것이 아니라면 풀업 저항 없이 SD 카드 만으로도 문제없이 작동할 것이다. 4비트 통신을 원하는 경우 DATA1/DATA3 를 바닥면에 있는 점퍼로 회로를 열거나 닫을 수 있다. 네 번째로 5V AVR 과 ISP 통신을 위한 로직 컨버터를 추가하였다. 이 부분은 AVR Prog 프로젝트에 사용하기위해 고안된 것으로 기본적으로 타겟 장치의 전압을 사용하도록 되어있지만 다이오드를 반대로 연결해서 타겟 장치로 전원을 공급할수도 있다. 그러나 가능하면 타겟 장치의 전원을 이용하는것이 좋다. (

이 장치는 지난번 ATmega328P 로 만들었던 Standalone AVR Programmer 의 업그레이드 버전이라고 할 수 있다. RP2040 은 ATmega328P 보다 높은 성능과 상당히 넓은 메모리 공간으로 프로그래밍 성능을 좀 더 끌어올릴수 있을 것으로 기대하고 있다. 아직 모든 부분에서 안정적인 것은 아니지만 Pi Pico 는 확실히 프로그래밍 속도를 높일 수 있었다.  ATmega328P에 사용한 것과 거의 동일한 코드로 펌웨어 쓰기 시간을 최대 1/6 수준으로 줄일 수 있었지만 일부 IC는 테스트에서 클럭 사인파 간격을 최소로 했을때 IC 와 퓨즈 정보를 읽어오는데 가끔씩 실패했다.  전원과 결선에 문제가 없다면 실패의 원인으로 다음 두 가지를 예상할 수 있다. 첫 번째는 각 IC 들의 기본 퓨즈 세팅에 따른 SPI 성능 부족이다. 실제로 외부 클럭을 사용하도록 퓨즈를 수정하여 시스템의 클럭을 높이게 되면 SPI 클럭의 사인파 주기를 좀 더 줄일 수 있었으며, 이때 고속으로 SPI 를 통한 프로그래밍을 할 수 있었다. 두 번째는 로직 컨버터의 부재다. Pi Pico 는 gpio 에서 3.3V 출력을 지원하는데 고속으로 운용시 gpio의 3.3V 신호가 타겟보드에서 HIGH 혹은 LOW 신호로 인식될만큼 충분하지 못했을 수 있다. 물론 ATmel 사의 모든 AVR 이 3.3V에서 프로그래밍이 불가능 한것은 아니지만 적어도 ATtiny 같은 일부 제품에서는 클럭을 수정하거나 모든 SPI 핀이 3.3V 보다 높은 전압에서 안정적인 통신이 가능했다. 따라서 통신 신뢰도를 높이기 위해서는 로직 컨버터가 필요하다.  위 두가지를 모두 보완하면 프로그래밍 실패 이슈는 대부분 사라질 것으로 보고있다.