ESP-WROOM-32を使ってみる2 -そんな電源で本当に大丈夫か-

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別にねむいさんががんばらなくても意識が他界系の人たちが「IoTだウェーィwwww」
とかほざきながらNAVERまとめと変わらんレベルのqiitaとかのやたら検索で引っ掛かる割には糞の役にも立たない
チュートリアルもどきをマンボウの産卵みたいにボコボコ作リ出して情報ノイズを増加させやがるのは
ESP-WROOM-02で予習済みなんですけどまぁアプリレベルの話はそれでもいいんですけど問題はそれ
以前のハードウェアよりの話でねむいさんが散々警告したにもかかわらず電圧
ドロップの問題に今更引っかかったのか納期に間に合わないせいか捨て垢のフリー
メールで日本語になってない日本語で「これは何が悪いと思いますか!!1!!1!」とか
あわよくばねむいさんの発言の揚げ足とってこっちに全責任押し付けてやろうというような
性根が見据えた文面のハナクソ野朗が絡んできて虹裏メイドの中でも特に温厚で
優しい
ねむいさんもさすがにブチ切れて「お前みたいな奴が"ものづくり(←この単語
ねむいさん大嫌いですがあえて使います)"してんじゃねーですよぅこのハナクソ野郎
何が悪いっておまえの存在全てが悪だよバカヤロコノヤロ」と返信したいのをぐっっっっと
我慢してなるべく誠意ある対応を心がけてきましたがもうダメです限界です!もうでちゃいます1!!111
そういえばもう年末だね

ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ア"ーーーーーーッ!!!11!
(CV:ストーム・イグッリード)

本日の記事これにて完結!!



































今回はwifiモジュールでありがちな消費電流の問題についてESP-WROOM-32の実測を
しながら検証していきたいとおもいます。

wifiモジュールは基本的に多飯喰らいで特にリセット直後の挙動は注意しなくては
いけません。wifiモジュールが使う3.3Vが大きく落ち込むとブラウンアウトリセット
が掛かり無限ループになる危険性もあります。

前回私が購入したモジュールは1117系のLDOが実装されたモジュールでしたが昨年の
私の測定結果
を見れば分かりますがLDO自身のドロップアウトが1V近くあります。
このdoit.am製のボードのUSBコネクタを抜き差ししたときの電圧/電流波形を測定して
本当に安全か確認していきます。


まずはこのボードに電流プローブをつける儀式・・
ここに乗ってる3.3Vを作る1117系LDOはNCP1117かな〜


LDOを一旦はずしました。
すぐさま測定用に"立てて"付け直します。


Voutを浮かして電流プローブを付けられるようにしました。


SDIOの時と違ってプロービングやっけつですが測定対象は比較的遅い変化の電源波形
だから問題ないです。その代わりオシロのピーク検出機能は有効にしておきます。

それではようやく実測にうつります。



電源投入直後っ!
うぉぉう・・・一瞬ですが1.4Aくらいガッツリ電流喰ってますね・・・
XbeeWifi並みですよぅ…。でもこれはResetごとではなくVccの立ち上がり限定
だけのようで安心です☆
なわけないですけど。ていうかこの突入電流て相手側PCにダメージいくんじゃない
と言いたいところですが先に進めませんので見なかったことにします


もう少し時間レンジを窄めました。リセット直後の電流消費は丸で囲った部分の
2発目の大きい電流波形です。BLEブロックがこんな数百mAオーダーで電流喰うわけ
無いのでwifiのブロックがメインとなって動いてますね。


その2発目の部分を拡大です。青色で示す電流波形に注目!
なんと瞬間的に最大600mAも喰ってますよぅ!!!
もちろんこの間+3.3Vラインがおもいくそドロップしてます。


2発目の部分を少し引いた画像です。リセット後の大きな電流消費が収まった後は
電流波形も落ち着きます。しかしながら常時180mA近く消費しています・・・。

ボード上のLEDとCP2102の電流消費をさっ引いても160mA以上消費してるのは確実で
しょう。尤もCP2102は5V->3.3Vの内部レギュレータがあるのでこいつはLDOの+3.3V
には何の影響もないです。つまりESP-WROOM-32自身がめっちゃ喰ってるって訳です。
こんだけ電流喰ってるってことは・・・まさか・・・まさか・・・+5Vラインも仲良く…


おぃいいいいーーーー!!!11!!!!!!
完全に去年と同じ展開ですね・・・しかも瞬間600mAだからドロップが悪化しますよぅ!!
…おや…どこからともなく声が聞こえる…

>ねむいさんねむいさん、ESP-WROOM-32の最低動作電圧2.2Vを全然割ってないから
>ひと時のおちこみくらい見逃してあげましょうよ気にしちゃだめですって!
>おちんこでる時も気にしない、それが皆が知ってるがんばりやさんのねむいさんですよ!

ぁぁ・・・そうですね・・・入力の+5Vラインさえぱわふりゃーな電圧源使えばなんの
問題もありませんたとえドロップアウトが1V以上の1117系のLDO使ったとしても・・・
・・・

そんな↓わ↑け↓あ↑るかー!!

今のままでは余裕度が0.4Vくらいしかないじゃないですかー!
測定の際に使ったUSB-MicroBケーブルは30cm程のごくごく一般的なものです。
コネクタ部の接触抵抗やケーブルそのものの抵抗成分による電圧ドロップを加味すると
一般的なPCのUSB2.0のコネクタよりVbus電源を取るとこのような状態に簡単に陥って
しまいます!!



てわけで早速+3.3Vラインのパワーアップ大作戦です!!
1117系LDOと同じピン配置をもつADP3338を使います。こいつは負荷の高速応答、
セラミックコンデンサ可、なによりドロップアウト電圧がMAX190mVと大変優れた
逸材です!!!
覚えてらっしゃる方もいると思いますがクリスタルが発振せず電源ラインが発振
したことで有名な某C級出版製のゴミ
にも搭載されてしまった不名誉なLDOですが
F特の1uFを出力に乗っけるような愚を犯さなければ何の問題もありません。

今回のESP-WROOM-32板にはもともとLDOの出力に100uFのチップタンタルが乗っていて
容量としては必要十分なのでコンデンサは変えず、単純に1117と置き換えだけ行って
測定してみました☆

ADP3338を一般使いする場合は入出力とも16V/10uFくらいでX7Rもしくは
B特以上の性能の積層セラミックコンデンサ(MLCC)を選びましょう。
秋月さんだとこれとかこれとかお勧めです☆
このLDOの出力に積層セラミックコンデンサ(MLCC)を使うのは意味があります。
MLCCはESRはとても低く一度に大量の電荷を吸い込み/掃出しが可能なので
wifiデバイスのようにいきなり大電流を消費するような回路のデカップリングに
必須なのです。もちろんLDO側も急峻な負荷変動に対応できる瞬発力が要求されます。

単に出力電流容量やコンデンサの容量だけで部品を決めてはなりません。
常日頃データシートとにらめっこして適切な箇所に適切なデバイスを適用
できるように心がけましょう。


+5Vラインが落ち込んでも出力の+3.3Vには全く影響は出ていません!これで電源の心配
無しに思う存分使うことができます♥やったぜ
とはいえ上半身(+3.3V)に比べて下半身(+5V)が貧弱だと他の+5Vデバイスも一緒に
動かしているときに不都合が生じるのでデジタルテスタで遅い変化を測るだけで
終わらずオシロでしっかり波形を確認しながら製作していく癖をつけましょうね。
昨年に引き続き大事なことなので累積で4回言いました!


一応注意点ですがADP3338の入力最大電圧は1117系の半分以下の8Vとなります。
専らUSBのVusbである+5VをLDOのVinとする時の補強を狙っております。
9V以上のACアダプターを主に使う人はADP3338に変えるメリットは何もないです。

まぁこんだけ電気喰うモジュールにLDOに9V以上の入力電圧加えたらLDO自身の発熱が
どういうことになるか皆さんご存知でやはりVusbの+5V程度を入力電圧とすべきなの
は自明と思いますがねむいさん的には30USDくらいになってもいいからDCDCくらいは
組んでほしかったなぁ〜なんて思いましたっ!

ちなみにこのボードの「Vin端子」とVbusはショットキバリアで切られておらず何も
考えずに電圧同時印加すると当たり前にぶっ壊れるステキ設計となっております♥
尤もねむいさんのぶろぐの読者にそんなことやらかす頭がぶっ壊れた奴がいるとは
思えませんから杞憂でしょうけども(カメラ目線で



そいえばDCDCで思い出したけど以前コメントでHX1001進められたけどあれって結局
どうしたの?とお思いの方がいると思います。
実はEMSで配達指定したESP-WROOM-32の方が先に届いてしまったので評価はもう少し
先になると思います。その前にSDカードネタももう一つやりたいのでもうHX1001は
もすこしお待ちください。

20170227追:
ねむいさん+5Vや+3.3Vの事ばかり言ってますがGNDについても帰還電流の流路を意識し
なるべく広いグランドプレーンを確保するのはもはや常識と思っております。
側面から出ているGNDのピンとは電気的には繋がっておりますがESP-WROOM-32の背面の
GNDパッドの接続もぜったいに省略してはいけません!このようなパタンが設けられている
のはちゃんと意味があるのです。特にブレッドボードで工作される方はこの重要性を理解せず
動作させようとされる方がものすごく多いのですが「動いているようです」で済ませるとこの先
必ずトラブルが起こります。
面倒くさがらずに土台はしっかりと固めておきましょう!



20170220追:
mgo-tecさんが当ブログエントリの内容を追実験してくれました。
ねむいさんと同じADP3338を用いてよい結果を出されています
また、電源投入時->リセット時の電流の変化もシャント抵抗を用いた測定法に
よりねむいさんと同じ測定結果を記録しております


第三者による検証の再現性もばっちりとれているのでねむいさんのやったことは
間違ってなかったとまたひとつ確信させていただきましたっ☆
ちなみにねむいさんのdoit.amの出来合いボードのパタンが1117系でちょうど
ADP3338で楽に置き換えできたからこれを選んだわけで、ねむいさんとしましては
秋月で安価に購入できて各種保護回路も万全に備わっていてドロップアウト電圧も
1.5Aでたったの0.34Vと最強に強まっているLT1963Aを強く推させていただきます。

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