Ink screen universal adapter board_0603_WOS_v0.1

一.【产品概述】
本品是24Pin电子墨水屏的通用转接板，能实现 1.54 寸、2.04 寸、2.13
寸、2.6 寸、2.7 寸、2.9 寸、3.71 寸、4.2 寸、5.83 寸和 7.5 寸墨水屏黑白屏及三
色屏的升压驱动功能。可驱动微雪、佳显等厂家推出的各类24Pin排线的 SPI 接口电子墨水屏裸屏。
顶层：
底层：
 
二.【设计说明】
本工程，电路设计方面，参考多型采用晶弘(UC***)系列IC方案和所罗门(SSD***)系列IC方案的墨水屏User Guide中的参考电路，对于细微的差别采取兼容设计，可以兼容市面上绝大多数24Pin接口的墨水屏产品。
同时，考虑到低成本、易生产等需求，器件均采用不小于0603的封装，便于手工焊接，所有器件均位于PCB顶层，方便使用加热台焊接；对于某些有特定参数要求的器件，提供了多种可替代型号以供选择。
对于有需要小型化、定制化重新Layout需求的用户，提供衍生设计与二次开发提示说明，详见后续章节；
 
三.【产品参数】
外形尺寸：26*20mm；
电源：3.3V；
FPC连接方向：上接、下接通用；
功能用途：
为墨水屏提供驱动电压；
为主控板提供墨水屏SPI通讯接口；
方便用户调试墨水屏、功耗测量、检测墨水屏工作状态等；
 
四.【接口说明】
GND： GND
VCC： 3.3V电源
SCL：SPI 串口通信时钟信号线。
SDI：SPI 串口通信数据信号线。
RES：墨水屏复位信号，低电平有效。
DC： 数据/命令控制引脚（高电平表示数据，低电平表示命令）
CS： SPI 片选引脚（低电平有效）
BUSY：电子纸忙信号。电子纸刷新时，BUSY 引脚发出忙信号给主 MCU，此时
MCU 无法对电子纸驱动 IC 进行读写操作；电子纸刷新完成后，BUSY 引脚发出闲置状
态信号，此时 MCU 可以对电子纸驱动 IC 进行读写操作。（注意：某些型号屏幕BUSY 引脚忙状态为高电平，有些为低电平，不可一概而论。）
 
五.【测试点说明】
此转接板留有测试点以便测量，测试点包括 PREVGH、PREVGL、VCOM、RESE、GDR、GND，各测试点功能如下：
1）GDR ：N-MOS（SI1304BDL/SI1308EDL 驱动信号测试点）。
2）RESE ：升压电路反馈电流测试点。
3）PREVGH ：升压电路正高压测试点。
4）PREVGL ：升压电路负高压测试点。
5）GND ：电源负极（测试点电压公共端）。
6）VCOM ：电子纸公共端电压测试点。
 
六.【使用与设置】
1.使用方法
该转接板排针端连接单片机等控制器，另一端的FPC接口连接24Pin墨水屏。上电检查电源、地、各控制引脚是否按照既定定义连接好，检查转接板的RESE电阻选择开关的设置是否与连接的墨水屏匹配。
注意：程序里 IO 初始化设置，一般 BUSY 控制引脚设置为输入模式，其他 IO 设置为输出
模式。
 
2.RESE电阻选择开关的设置
电阻选择开关的位置如下图所示，拨到A侧时，RESE电阻被设置为3R，拨动到B侧时，RESE电阻被设置为0.47R。
 
不同型号的墨水屏需要匹配不同的 RESE 电阻，选择错误的 RESE 电阻会导致电子纸显示异常或者无法刷新画面。请自行查阅要使用的墨水屏型号的规格书，根据里面的参考电路中使用的电阻值确定电阻档位；
 
3.SPI三线制/四线制选择
如图所示，用户可以自行焊接该短接电阻以切换电子墨水屏使用 3-line SPI 或 4-line SPI。
电阻若连接左侧两焊盘，则BS引脚与GND相连，墨水屏被设置为4-line SPI。
电阻若连接右侧两焊盘，则BS引脚与VCC相连，墨水屏被设置为3-line SPI。
由于微雪与佳显等厂家给出的程序例程均采用的是4-line SPI，故此转接板默认也配置为4-line SPI。
 
4.排针焊装方式
排针的焊盘兼容插件焊接和表贴焊接方式，用户可根据使用习惯，自行选择排针的焊装方式，可以选择正面直插，反面直插，或者正面卧贴。
卧贴效果如图：
 
七.【电路原理图】
 
八.【衍生设计与二次开发提示】
本设计为调试、测试用的通用板，考虑到成本和易用性、易手工焊接等因素，外形尺寸上并未做过多兼容性考虑，某些用户可能会根据自己的实际需求，对板型有小型化和定制化要求，这就需要重新画图布板，用户在重新设计时，可根据本工程为参考，或者在本工程的原有基础上进行二次改进；现将设计中的一些注意事项和关键参数描述如下。
 
1.关于SPI接口端的引脚排布设置
当需要重新Layout时，SPI接口端的引脚排布顺序建议采用本设计相同的定义，即依次为
1-GND； 2-VCC； 3-SCL； 4-SDI； 5-RES； 6-D/C； 7-CS； 8-BUSY；
原因是该引脚定义顺序是市面上大部分SPI接口的各类TFT、OLED等屏幕普遍采用的顺序；调试时方便接口和环境复用；
 
2.电路关键参数与选型
2.1[电感参数]
晶弘系列(UC**)IC： 10uH±10%，额定电流1A；
所罗门系列(SSD**)IC：47uH±10%，额定电流0.5A；
（说明：随便选个DCR电阻尽量小，电流0.5A以上的功率电感就行。）
 
2.2[RESE电阻参数]
晶弘系列(UC**)IC： 0.47R / 3R；
所罗门系列(SSD**)IC： 0.47R / 3R / 2.2R；
（说明：SSD芯片的某些屏需要2.2R匹配电阻，直接用3R即可。）
 
2.3[升压电路高压电容]
耐压至少要在25V以上，建议采用50V耐压标准增加裕量；
注意，此高压部分的电容绝不可以使用0402封装，一般型号耐压值不够，0603的高耐压型号也较贵，故宜选择0805封装；
 
2.4[MOS管参数]
该电路中最容易出问题的就是MOS管；
漏源电压(Vdss)：至少要25V；
连续漏极电流(Id)：大于500mA；
阈值电压Vgs(th)：小于1.5V；
导通电阻RDS(on)：<400mΩ；
输入电容(Ciss)：<200pF；
（说明：耐压要够，开关速度要快，RDS(on)尽量小。建议使用 Si1304BDL 或 Si1308EDL，这两种实在不好买的话，最差可以选择立创基础库的AO3400，AO3400的Ciss偏大，建议在栅极串入或者预留一个数欧姆的电阻；）
 
2.5[二极管参数]
肖特基，
直流反向耐压(Vr): 不小于30V；
平均整流电流(Io)：不小于500mA；
反向电流(Ir)：<1mA;
开关频率不要太低；
 
 
2.6[FPC 插座]
上下接点的 24PIN 的 FPC 插座，引脚间距 0.5mm。
注意，尽量选择上下接双侧触点的，某些4.2寸的排线金属触点在上侧，而有些则在下侧；
 
3.二次开发的可用方案
3.1[更低功耗设计]
电路设计上可以直接在驱动电路前端加一个模拟开关，取消程序中电子墨水屏深度睡眠模式，取而代之的是直接关闭电源、直接上电开机的方式，与深度睡眠模式唤醒效果一样。
 
3.2[RESE电阻使用较常用阻值拼凑]
可采用如上图所示切换电路，当S1断开时，RESE = 3R； 闭合时，RESE ~= 0.47R；
 
3.3[SPI 3线/4线选择开关电路]
如图，若需要SPI模式可通过开关设置，可以采用如上图所示电路，电路中的开关S2可以和RESE电阻切换电路中的开关S1一起，选用一个1.27mm脚距的2联贴片拨码开关，以节约PCB面积；
 
4.布局布线注意事项
注意高压部分电路走线的安全间距，其中，PREVGH、PREVGL的对地电压最大可达±18V；PREVGH、PREVGL之间的最大压差可达36V。高压部分走线应当适当加大线间距，且尽量包地，尽量远离时钟、反馈参考等信号走线；