nRLC音频头版组装指南

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俄罗斯radiokot论坛uRLC的作者开发出了uRLC的后继设备nRLC，我重新绘制了音频头版PCB，欢迎DIY！

目录

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前言

本文解决nRLC音频头版制作和使用问题，谢绝转载发布！

文章和附加资料免费给有意DIY的朋友参考，请不要将其用作商业用途！

你第一次接触到本套文件可能是压缩包，内容可能滞后，制作前请访问原始链接检查更新：

本文网页版链接： https://oldgerman.github.io/1eb159fd/

附加资料仓库链接：https://github.com/oldgerman/nRLC-Split

欢迎制作nRLC音频头版！

虽搬砖细节诸多，但本文按组装顺序排列章节，可在这找到从零到正常工作的所有信息，各项配置已通过第一轮内测验证

关于原版nRLC

作者

原版nRLC由两位作者开发，发布在radiokot论坛上参赛，但讨论贴转到vrtp论坛了

radiokot论坛昵称 vrtp论坛昵称 名字
Alex2 литиум（锂） Александр Лебедь（亚历山大·莱伯德）
GFX GFX Павел Сметанников（帕维尔·斯梅坦尼科夫）

PCB和固件

截至2022/03/19

  • PCB版本：V1.0

  • 固件版本：v2.12

    分为免费和付费版，程序不开源，以hex形式提供

    免费固件发布在作者GFX的网盘，测量频率固定为1KHz

    付费版有更多可调节的测量频率，需要向作者GFX写邮件支付注册费用，价格500卢布

相关链接

以下链接需要科学上网、俄语翻译

文章：nRLC 仪表（radiokot论坛）（介绍清楚的地方本文不再复述）

作者发布资料的网盘：包括文档、原理图、BOM、Gerber、固件、外壳、手册等

讨论贴（vrtp论坛）

nRLC运行视频

关于音频头版nRLC

只是PCB和外壳些许不同，程序还是和原版nRLC一样

制作过原版uRLC，但镊子的固定方式不太理想，一直想改可插拔探头

感谢作者提供的资料，历经一个多月的时间，PCB验证收工，外壳也完成了设计验证

相关的制造资料请从Github仓库下载

虽然修改为音频头，但若非必要，请尽量减少连接器插拔次数

成本

疫情导致芯片涨麻了，电子器件部分的一套物料（电阻电容算到每颗）按照全新原装报价，费用突破250元，不包括邮费

主体PCB

和原版nRLC一样上下叠板设计，器件的摆放次序几乎不变，一些器件的封装和摆放位置经过优化，层数增加到4层，中间两层铺地

右侧多余的部分是拼板，蓝牙模块和音频座垫高板

由于芯片荒，有些器件很难买到，或者涨价离谱，在不影响测量性能情况下给出了可选的替代器件，某些焊盘做了兼容设计，详情请参考交互式BOM和Gerber

镊子探头PCB

制作一个镊子探头需要两片该PCB榫接

外壳

盒盖设计，壳厚2mm，确保经久耐用，FDM打印容易

打样

PCB需打样两次四层版，分别为nRLC音频头版PCB和镊子PCB，JLC可免费包邮打板，考虑到JLC客编到处加影响美观，Gerber文件合适的地方已有 “JLCJLCJLCJLC”标识，下单时可选指定位置加客编~

  • 音频头版PCB：四层，板厚1.0mm，最小线宽线距5mil，是拼板，拼板白线之间无铜，但不会被JLC判定为拼板
  • 镊子PCB：四层，板厚1.6mm，是拼板，但拼板白线之间有铜，如果像主板PCB那样无铜会被JLC判定为拼板

采购

电子器件

交互式BOM，下载到本地后，双击它，浏览器打开即可，值为N/I是不用焊接的器件，原理图与该BOM某些器件的值不一样，请以BOM的值为准！

某些集成器件的采购建议

以下统计截止于2022/03

  • AD8542ARMZ（封装 MSOP-8）：涨得离谱，建议海外购AD8542ARUZ（封装 TSSOP-8）代替

  • INA826AIDGK（封装 VSSOP-8）：涨得离谱，建议海外购INA826SIDRC（封装 WSON-10），或者INA826AIDRG（封装 WSON-8，似乎无货）代替

  • TPS63000：涨价离谱，某店铺2元包邮的翻新货经测试正常（md血赚，这不买爆？）TPS63000DRCR 丝印 BPT 封装QFN10 开关稳压器

  • STM32F303：涨得离谱，优先使用STM32F303CCT6，建议闲鱼收F3飞控拆下来用

    用STM32F303CBT6还是STM32F303CCT6？

    使用ST-LINK读出FLASH，观察固件的结束地址是0x802E3F0，也就是占用flash大小约185KB，根据ST的手册，303CC有256KB Flash可用，而303CB只有128KB，当用STM32Programmer去读Flash时，303CB和303CC都能读到256K空间（大小0x40000，结束地址0x8040000），那么可推断303CB与303CC在同一块晶圆上生产，303CB没有对后128KB空间做物理屏蔽，但可以照样访问它，但不能保证后128KB空间检测是否合格，这与F103C8和F103CB的状况一样

    参考：ST的福利？STM32F103C8T6的flash居然有有128k?

其他物料的采购

一套外壳固定用的五金件：

  • 不锈钢内六角螺丝杯头 x5 规格：M1.6x12 (螺纹/螺纹的长度)，链接

  • 注塑热熔铜滚花螺母 x5 规格：外2.5 M1.6 1.5高，链接

工具准备

焊接工具

焊接工具影响焊接的可靠性，良好的工具能减少虚焊连锡导致的诸多电路问题

基本

  • 电烙铁：936、T12等

  • 焊锡丝：Sn63以上的有铅或无铅焊锡丝，直径0.6mm以内

  • 助焊剂：固体松香、液体助焊剂、助焊膏、助焊油等

  • 吸锡带：宽度越小越好，十分适合处理长腿的器件连锡，例如LQFP、MSOP封装

  • 镊子：ESD镊子或陶瓷镊子，放置元器件

  • 吸锡器

清洗

  • 洗板水

  • 1ml注射器

  • 毛刷或棉签

钢网

  • 锡膏：Sn63以上的有铅或无铅锡膏
  • 锡膏稀释剂
  • 飞鹰牌保安刀片：刮锡膏
  • 热风枪（可调温）

夹持

  • 小台钳、万向夹具等，也可DIY一套图示的：仓库资料

五金工具

五金工具关乎电路板与外壳的组装，外壳与PCB的间隙仅0.2mm，要求尺寸精确

五金工具

  • 水砂纸：建议准备320目、600目、1000目
  • 锉刀：直径3mm的圆锉刀，平锉刀随意
  • 壁纸刀：划分电路板
  • 尺子：游标卡尺、直尺等
  • 内六角扳手：对边1.5mm，拧外壳的M1.6杯头螺丝
  • 曲线锯：做黄铜镊子接触头（选用）

构建

主体

分板

请用壁纸刀或者锯子沿着PCB分板的两条白线中间区域分割，若用壁纸刀，PCB正反面都要划几十下，再掰断 分板后，用锉刀+砂纸打磨至分板的白线消失

音频头版PCB分板(1) 音频头版PCB分板(2)

BOM

交互式BOM，下载到本地后，双击它，浏览器打开即可，值为N/I是不用焊接的器件，原理图与该BOM某些器件的值不一样，请以BOM的值为准！

Type-c

用尖嘴钳两侧折耳，壁纸刀切掉定位柱，与原版nRLC改的方法一样

右边为修改后的 右边为修改后的

刮锡膏&回流焊

建议观看Alan分享的从钢网印刷到手动贴片到回流焊接的PCB制作全流程，但本节没必要用这么好的工具

屏幕的排线焊接请参考：一分钟教你规范焊接排线

某些器件需要根据使用的封装，需要挑去多余的锡膏，或焊接方式特殊，具体后文有说明

低成本教学

  1. 将需要刮锡膏的PCB使用多余的PCB和胶带固定
  2. 取适量锡膏到容器中，滴锡膏稀释剂，搅拌均匀
  3. 将锡膏挑到钢网左侧无开孔的区域，铺成均匀的条状，长度要求覆盖焊盘区域宽度
  4. 钢网对齐焊盘，手指按住钢网，使用飞鹰牌保安刀片呈45度，施加一定压力，从左往右缓慢刮锡膏
  5. 压住钢网左边，从右边掀开钢网，若操作得当，可以看见边沿清爽的锡膏（如图1、2）
  6. 根据交互式BOM表，使用镊子放置元器件（如图3）
  7. 使用工具夹住PCB（镊子也行），风枪按马鞍式回流焊曲线分段加热，直到完成回流焊步骤（如图4）
钢网作业(1) 钢网作业(3)
钢网作业(2) 钢网作业(4)

焊盘锡膏处理

AD8542ARMZ + 2片 INA826AIDGK AD8542ARUZ + 2片 INA826SIDRC
AD8542ARUZ INA826SIDRC 或 INA826AIDRG
INA826剔除锡膏
这个特殊焊盘是封装 TSSOP-8 和 MSOP-8 的混合焊盘

若使用 AD8542ARUZ（封装 TSSOP-8），封装会长一点，需要剔除部分锡膏，若使用 AD8542ARMZ（封装 MSOP-8）则不需要此操作		 这个特殊焊盘是封装 VSSOP-8 和 WSON-10 的混合焊盘

若使用 INA826AIDGK（封装 VSSOP-8）需要剔除中间的锡膏，若使用 INA826SIDRC（封装 WSON-10）则不需要，若使用 INA826AIDRG（封装 WSON-8）要剔除封装 WSON-10 的pin5和pin6脚的锡膏

注意：WSON封装器件侧面爬锡会不太理想（张力将焊锡往外拉），回流焊后大概率需要手动补锡

五点按钮

按钮的黑色十字塑料在高温下极易翘曲变形，建议从背面加热焊接

音频母座

PCB的拼板专门有两个小板（区分左右）用作垫高1mm 上下板拼接后，侧面效果：

跳线

nRLC原版PCB存在Q1无法关断耗电的BUG，根据讨论帖Q1关断不完全的解决方式（2021 年 11 月 26 日的一些帖子），增加了这个跳线焊盘，请从两种跳线方式中选一种焊接，即可解决

跳线1、2号焊盘 跳线2、3号焊盘
SN74AHC1G32DBVR的pin1与OK1网络连接 SN74AHC1G32DBVR的pin1串接二极管

电池引线

拆除金手指胶带从中间引线，再重新包好 安装示意，注意正负极
锂电池-2

插针、陶瓷蜂鸣片

这两对插针需要剪断高出PCB平面的部分再焊接，影响外壳安装 陶瓷蜂鸣片处理
模拟地排针(1) 模拟地排针(2)

固件烧录

SWD接口刷固件

准备ST-LINK，USB-A母座小板，USB-A to USB-C数据线，按下图所示引线，接到ST-LINK

从ST官网安装并打开ST-LINK Uitilty或STM32CubeProgrammer软件，全程按住五点开关中键不放，连接后等待固件烧录完成，烧录完成后可硬复位重启（按键操作请参考按键操作：硬复位）

SWD接线-2 SWD接线-1

DFU模式刷固件

ST官方教程：Getting started with STM32 built-in USB DFU Bootloader

  1. 从ST官网安装DfuSe软件，这个软件安装过程中会安装STM32的DFU驱动，以及DFU file manager软件
  2. 把老毛的hex文件用DFU file manager转成dfu文件，详细步骤请参考：STM32 DFU windows烧录工具的使用
  3. 打开DfuSe，用USB线将nRLC直接连电脑，然后进入DFU模式，请参考按键操作：DFU
  4. 最后刷入即可

镊子探头

分板

镊子PCB分板(1)

接触头

研究了下某商用电桥SMT测试夹接触片，设计了本接触头，可以低成本简单制作

某商用电桥SMT测试夹接触片 接触头（本节DIY的）

材料H62黄铜板0.5或0.8mm厚，若有五金工具齐全，可以自己做，没有的话，找厂家激光切割，CAD图纸

根据CAD加工黄铜片，水砂纸抛去毛刺 使用尖嘴钳的平整部分沿线折弯，折弯线可拿壁纸刀划出
两次折弯的方向相反，折弯的一致性要求高 折弯后的小惊喜：回流焊时居然能自动焊盘归位
接触头DIY-3 接触头DIY-4

焊接&组装
镊子焊接组装-1 镊子焊接组装-2
需要制作两半一样的 两半拼接固定的焊点可以不焊，放入外壳后不会松动
镊子焊接组装-4 镊子焊接组装-5

鳄鱼夹探头

本部分演示低成本的鳄鱼测试夹的制作（费用<10￥）

【经验分享】鳄鱼夹这样焊接更牢固

准备公对公带屏蔽的音频线 沿中间剪断 剥出信号线，剪掉外露的屏蔽线
可以用金手指胶带包一圈再焊接，防止屏蔽线与铜夹子接触 热缩管再套一圈 套上绝缘保护套

四端测试线

鳄鱼夹探头不是标准四端测试夹，若测量要求更高，建议使用开尔文测试夹（作者Alex2（литиум）在讨论贴# 925745指出问题）

nRLC每个音频头母座能引出两对GND和信号线，你可以自己画块转接板，用两个四节音频公头引出四端测试线，通过单芯屏蔽线接到两个开尔文测试夹，接线图如下：

主板音频头母座的四线定义如下：

分别是：

  • LCUR：电流激励低端
  • LPOT：电压取样低端
  • HPOT：电压取样高端
  • HCUR：电流激励高端

短路开尔文夹子校准时，正确的夹序可以是：

  • HCUR、LCUR、HPOT、LPOT
  • LCUR、HCUR、LPOT、HPOT

以nRLC主机正面看，音频孔在左侧时，红色夹子接下面的音频头，黑色夹子接上面的音频头

有不少网友好奇测量毫欧级电阻的准确度，这里补充一个小测试：

测量毫欧级电阻，设置FPS为1，稳定5秒后取30秒读数跳动的最大范围

测量前已校准：以正确夹序四线短路校准、1Ω 0.1% 电阻校准，校准后再次测量1Ω校准电阻读数1.000Ω非常稳定

型号 阻值 误差 温漂 功率 封装 测量信号（Vpp） 频率：1KHz（读数±跳动范围）
N/A 正确夹序四线短路 N/A N/A N/A N/A 2.5V 0.016mΩ±-0.021mΩ
PA2512FKE7W0R001E 1mΩ ±1% ±50ppm/℃ 2W 2512 2.5V 0.976mΩ±0.026mΩ
PA2512FKE7W0R01E 10mΩ ±1% ±50ppm/℃ 2W 2512 2.5V 9.974mΩ±0.026mΩ
HoJLR2512-3W-100mR-1% 100mΩ ±1% ±50ppm/℃ 3W 2512 2.5V 98.91mΩ±0.02mΩ
RT1206BRD071RL 1Ω（校准电阻） ±0.1% ±25ppm/℃ 250mW 1206 2.5V 1.000Ω±0.000Ω

测试线使用30cm音频线接开尔文测试夹，测试的电阻都焊在 开尔文焊盘电阻测试板

nRLC-Split音频线开尔文测试夹 nRLC-Split音频线开尔文测试夹：测量1mΩ电阻

外壳

3D打印

推荐材料 备注
FDM PLA、ABS、HTPA-CF(#滑稽) 外壳用ABS和HTPA-CF都打过，下面是推荐的一些切片参数
层高：0.15mm
喷嘴：0.4mm
壁走线次数：≥ 2
流量：内壁外壁120%，其他110%
填充密度：100%
打印速度： 首层 30mm/s，内外壁 30mm/s，其他 60mm/s
回抽：速度5mm/s，加速度45mm/s2
SLA 类ABS树脂 分为刚性树脂与类ABS树脂，建议使用类ABS树脂，不要使用刚性树脂（无法埋注塑滚花螺母，会碎裂成粉末）
SLS PA12、HTPA、碳纤或玻纤增强的PA12或HTPA PA6在螺丝的压力下容易蠕变（缓慢变形）不推荐，PA12蠕变性很小，比较昂贵，建议使用至少PA12性能的尼龙

3D Printing Technology Comparison: FDM vs. SLA vs. SLS

按钮垫片

SLA与SLS存在最薄处限制，通常为0.8mm，零件按钮垫片_XXX.STL要求材料具有较好的弹性，但SLA打出来的可能比较硬，按钮无法正常按下，建议使用FDM或者SLS打印

  • SLA：不推荐打印
  • SLS：按钮垫片_0.8mm.STL （存在最薄限制，否则打不出来）
  • FDM按钮垫片_0.3mm.STL 或 按钮垫片_0.45mm.STL，如果材料是碳纤玻纤增强的，选 按钮垫片_0.3mm.STL ，只打首层

链接零件

提供的链接零件.STL只适用SLA或SLS工艺，厂家普遍存在单件打印起步价格，因此将这些琐碎的零件拼起来打更便宜

链接零件包括：

  • 中心按钮*4：但缩放比例不同，1.000，1.033，1.066，1.099，考虑材料可能收缩，请选择最适合的
  • 周围按钮*1
  • 按钮垫片*2：多一个备用
  • 屏幕垫片*1

此零件需分件修整

链接前 链接后

埋注塑滚花螺母

外壳的上壳需要使用烙铁埋注塑滚花螺母，烙铁头的温度不要太高，应调节到外壳材料的打印温度，孔给的比较小，可以用直径不大于2mm的麻花钻扩孔

外壳装配-3

壳内结构零件安装

中心按钮、周围按钮、按钮垫片、屏幕垫片

十分建议屏幕排线焊好后再用金手指胶带贴在PCB上，防止拆外壳时拉断排线的焊点

按键操作

  • 点按中键：

    开机（关机时）

    进入菜单（运行时且在主界面）

    确定（运行时在菜单页）

  • 点按左键：切换详情页

  • 点按右键：切换波形页

  • 点按上下键：

    切换测量频率（运行时且在主界面，注册版固件才有的操作）

    移动菜单选中的栏（运行时在菜单页）

  • 长按中键：开关机

  • 长按左键：切换P/S模式

  • 长按右键：切换2.5V/0.25V

  • 菜单内一键返回主界面：点按左键、点按右键、长按上键、长按下键 都行

  • 硬复位：按住OK键不放，点按下键，即可硬复位重启

  • DFU：关机下按住上键不放，然后长按中键，进入DFU模式，此时可以松开上键，但中键得一直长按以维持系统上电。若DFU刷固件，要等固件上传完成，进行硬复位，再松开

使用时的一些问题

  1. 加速度计旋转不起作用：

    焊接锂电池后，上下板子首次合二为一，需要在设置里再次设置自动旋转，否则加速度计不起作用，即使板子上一次分开前使能了自动旋转

  2. 屏幕只有背光，无显示

    长按OK关机后再次长按打开即可，不行就多来几次

  3. 菜单默认为俄语，可切换：俄语、乌克兰语、英语

    俄语模式下，关机再开机，在主界面后，按照以下顺序【点按】即可切换为英语：

    中 下 中 下 下 中 中 上 中

  4. 超底功耗模式下windows无法识别USB串口，时钟只有24M，因此关闭了USB

  5. 五向按钮映射：右手模式上键在上，左手模式上键也在上，但相对位置变了，DFU、硬复位的按键操作以右手模式为准

校准

菜单Calibration里，按照顺序依次校准，最后保存即可，具体细节可以看uRLC复刻笔记的校准章节

另外，在菜单Settings-->Performance MCU，可设置MCU工作在三种性能模式：高性能、经济、超级经济。根据讨论贴#923569，GFX建议在以后要使用的性能模式下进行校准

蓝牙模块

目前不准备测试，蓝牙的与用USB连电脑与上位机通信的功能一样

原版nRLC使用HM-17或HM-19模块(CC2640R2F)，通过飞线连接，用一张纸隔在模拟部分电路下方，会增加2mm左右的外壳厚度

为不增加壳体厚度，尝试在上下板之间的缝隙内安装模块和转接板，经尺寸检查可行，同样通过飞线连接

不一定要用本转接板+成品模块，可以照转接板尺寸自己画一个蓝牙模块，把HM-17或HM-19模块的元件搬过来用

转接板用的信驰达的RF-BM-4044B4或RF-BM-4044B5迷你蓝牙模块，这两个也是CCR2640芯片，固件与hm17或hm19不一样，但模块引出了芯片的JTAG_TDI、JTAG_TDO、TMS、TCK以及RESET引脚，可以使用J-Link四线制模式刷固件，或者使用xds100v3 两线制刷机，Ti示例的或者第三方固件都没有试过，不知道能否使用

蓝牙模块(1) 蓝牙模块(2)

一些可能有用的链接：

hm17、hm19 固件下载，通过串口升级的，这个模块出厂有bootloader

CC2640加载hex文件

使用Jlink给CC2640R2F烧写固件方法

续航和电流测试

续航

充电速度：约0.5C充电，从电池2.95V欠压保护开始测试，约两小时充电到4.23V

402025 180mAh电池，充满电到4.2V开始测试，运行到电量红色警告

MCU模式 屏幕亮度 时间
高性能 100% 约60分钟，此时电池电压3.42V
极致省电 5% 约160分钟，此时电池电压3.45V

锂电池电流

万用表电流档位：200mA 测试

CPU模式 屏幕亮度 (%) 开机前几秒电流 (mA) 稳定时电流 (mA)
高性能 100 121 120.5~120.07
高性能 5 107 106.8~107.3
经济 100 103 68.8~71.1
经济 5 88.5 68.5~70.1
超级经济 100 83 57.5~59
超级经济 5 68.6 57.6~59

向GFX写邮件

芯片ID和GFX邮箱位置：菜单Information里，连按中键到第四页会显示

付费的完整版固件请向GFX写邮件询问，仅限本机芯片ID使用

邮件请附上芯片ID和制作nRLC一些图片，证明是你自己组装的而不是商人

GFX是俄罗斯人，若写邮件不会俄语的话建议首选英语，请注意礼貌哦！

致谢

  • 感谢nRLC作者GFX和Alex2(литиум)开发出这么棒的作品
  • 感谢参与nRLC音频头版第一轮内测的朋友们
  • 感谢JLC PCB制造的高可靠性四层板
  • 感谢FusRock开发的UltraPA-CF耗材

后话

欢迎在博客下方留言！为尊重原作者的劳动成果，与破解固件有关的留言都会删除！