abb3add432df55719ddd41945ec783e0e9eebe1f
[web/altusmetrum] / TeleMetrum / history.mdwn
1 # TeleMetrum History
2
3 ## v0.1 ##
4
5 This is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
6 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit.  All
7 v0.2 boards were hand-assembled by Bdale.
8
9 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
10
11 The v0.1 board was 
12 significantly different than later versions, in both mechanical and 
13 circuit terms.
14
15 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
16 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module 
17 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
18 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
19 * 50ma LDO regulator on early boards, later boards used a 100ma part
20 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
21         * 128k x 8
22         * SPI interface
23 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
24 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
25 * a dual LED instead of just one attached to the CPU
26
27 The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
28 on each board, all of which were fixed in v0.2.
29
30 * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
31   connector hung out over the edge of the board instead of being 
32   flush.
33 * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the 
34   ability to put the accelerometer into self-test mode and used that 
35   GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
36   cuts and two jumpers.  
37 * The igniter sense circuits each needed a second resistor to 
38   complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the 
39   5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor 
40   values, and tacking two additional resistors onto the board
41   with jumpers to ground.
42
43 The schematics and PCB artwork for this version as of the working-v0.1 tag
44 are available here as pdf copies for easy reference:
45
46  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
47  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
48  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
49
50 ## v0.2 ##
51
52 These are photos of our second version.  All v0.2 boards were hand assembled
53 by Bdale:
54
55 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
56 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
57
58 Lots of things were different from v0.1.  Perhaps the biggest change was 
59 integrating a Venus GPS receiver and a passive patch GPS antenna.  This 
60 required stretching the board length to 2.75 inches, and changing the layout 
61 to put through-hole parts on the opposite side from
62 the surface mount parts.  While we were at it, things were rearranged to put 
63 tall parts near the center and not on the board edges so that boards could 
64 be mounted in smaller diameter tubes.
65
66 Another significant change was adding a "companion" port, intended to support
67 expansion boards but also possible to use as a programming interface.  With
68 a suitable cable, the presence of the companion port allowed any TeleMetrum
69 board to be used to re-program any other TeleMetrum or TeleDongle 
70 board.  Elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
71 necessary to free up the pins needed for the companion interface.
72
73 We also changed to a different flash memory chip with 1 megabyte of storage.
74
75 Issues with the v0.2 boards included:
76
77 * The passive GPS antenna turned out to have disappointing performance due 
78   to our many PCB geometry constraints.
79 * The initial voltage regulator on v0.2 boards was a 100mA part.  Once we 
80   realized how much power the GPS receiver needed to achieve initial lock, 
81   we switched to a 150mA part.
82 * The reset circuit worked well for the cc1111 but was marginal for the GPS
83   chip .. sometimes the board would have to be power cycled several times
84   to get the GPS to come up correctly.
85
86 The schematics and PCB artwork for this version are on the v0.2 branch in
87 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
88
89  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
90  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
91  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
92
93 ## v1.0 ##
94
95 These are photos of our third version, which was our first production 
96 build.  By the time we understood what we wanted to change in v0.2, things 
97 worked
98 well enough that every time we went to a launch someone would ask about
99 buying boards from us.  So in January 2010, Keith and Bdale made the decision
100 to produce enough boards to sell some to others.  These were sold between April 
101 and December 2010, and performed very well.
102
103 <a href="v1.0/cimg5972-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5972-thumb.jpg"></a>
104 <a href="v1.0/cimg5974-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5974-thumb.jpg"></a>
105
106 The changes from v0.2 were fairly small.  The value of the reset capacitor 
107 changed to increase the probability of the GPS chip coming up correctly, and
108 we moved to using a Taoglas amplified patch antenna attached to the U.FL
109 connector instead of the passive GPS patch antennas.
110
111 There were really only two issues with the v1.0 boards that annoyed us.  The 
112 first was
113 that the reset circuit still wasn't satisfying.  The GPS chip would sometimes
114 fail to initialize, particularly in hot weather.  The second was that 
115 fluctuation of the 3.3 volt power rail correlated with radio transmission
116 induced noise patterns in the accelerometer data.
117
118 The schematics and PCB artwork for this version are on the v1.0 branch in
119 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
120
121 * [schematic](v1.0/telemetrum.pdf)
122 * [pcb artwork](v1.0/telemetrum.pcb.pdf)
123 * [bill of materials](v1.0/partslist.csv)
124
125 ## v1.1 ##
126
127 These are photos of v1.1, which rightfully looks very similar to v1.0.  These
128 boards were sold through most of 2011.
129
130 <a href="v1.1/telemetrum-v1.1-thside.jpg"> <img src="v1.1/telemetrum-v1.1-thside-thumb.jpg"></a>
131 <a href="v1.1/telemetrum-v1.1-smtside.jpg"> <img src="v1.1/telemetrum-v1.1-smtside-thumb.jpg"></a>
132
133 There were several changes in v1.1:
134
135 * different flash memory part due to supplier availability problems.  It turned
136   out that 2 megabyte chips were cheaper than 1 megabyte, so the size doubled.
137 * updated reset circuit to improve reliability at temperature extremes
138 * changed the GPS antenna footprint to eliminate the large through-hole 
139   originally intended for use with a passive patch
140 * irq line eliminated from the companion port
141 * an additional resistor divider added to allow sampling the 5V supply
142
143 With an associated software change, being able to sample the 5V and 3.3V rails
144 made it possible to factor out almost all of the coherent noise from the 
145 accelerometer data seen with v1.0 boards.
146
147 The one big problem with v1.1 boards turned out to be that they would 
148 sometimes reset during flight, usually when firing pyro charges.  Bdale
149 wrote a [blog entry](http://www.gag.com/bdale/blog/posts/RF_Immunity.html)
150 that explains in some detail what we finally learned was causing this.
151
152 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
153 of the files for Production PCB version 1.1 in more easily readable form.  
154
155 * [schematic](v1.1/telemetrum.pdf)
156 * [pcb artwork](v1.1/telemetrum.pcb.pdf)
157 * [bill of materials](v1.1/partslist.csv)
158
159 ## v1.2 ##
160
161 This is our current production version, first made available for sale on
162 Christmas day 2011.
163
164 Changes from v1.1 include:
165
166 * changed to 70g accelerometer from Analog Devices since Freescale MEMS parts
167   are still unavailable following the Japanese earthquake and tsunami.
168 * reset controller changed from 3.15 to 3.00 volt trip point
169 * bypass cap added to LDO input
170 * pyro circuit resistor values tweaked to eliminate a glitch that at least in
171   theory made it possible for pyro charges to fire at power on.  We never saw
172   a problem, but the change was easy and obvious.
173