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名張市つつじが丘おもちゃ病院

三重県名張市つつじが丘でおもちゃの病院を開院しています。年中無休で修理は無料、部品代のみ実費です。おもちゃの修理依頼は tutuji@cb4.so-net.ne.jp へメールにてご連絡下さい。なお、宅配便での受け付けは行っておりません。このブログにはおもちゃ等の修理事例やツール製作などを載せていきます。故障診断や修理方法の改善等、ご意見をお寄せ下さい。

アンパンマンことばずかんの修理(センサーピン半田クラック)

1.患者
アンパンマンことばずかん
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)外観

2.症状
①オープニングメッセージは流れるが、絵本にタッチしても全く反応しない。

3.診察
①ペン先端の穴をケータイのカメラで覗いたら、赤外線LEDは光っていなかった。

②イメージプロセッサ「SN9P700ANG-201」のオシレータの波形を観測するとXINもXOUTも0Vに張り付いていた。クリスタルの不良で発振しない場合は、インバータの入出力端子はVccのほぼ1/2になっているハズなので、0Vに張り付いているのはインバータの動作状態がおかしい。

③イメージプロセッサの全ピンの信号を観測したところ、ピン15がH、その他のピンはLに張り付いている。クロックが止まっているので信号に動きが無いのは当然だが、そもそも、イメージプロセッサのVccは複数のピンがあるので、Hのピンが1本だけと言うことは電源が供給されていないことを示している。だから、XINもXOUTも0Vになっていたんだ。なお、ピン15はレギュレータ前の+3.6V電源のようだ。

④唯一ピン接が明らかになっているシリアルEEPRPM「24C02B」(U4)のVccであるピン8を診たら、やはり0Vで、電源が供給されていなかった。
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)EEPROM

・参考にEEPROMのVccと導通があるイメージプロセッサのピンを調べたら 1、3、9、13、23、32 だった。これらのピンのうち何本かがVccピンであるハズだ。

⑤近くに3端子レギュレータと思われる石(U3)があり、そのピン接を探る。制御端子付きの3端子レギュレータのピン接は何種類かが存在する。
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)3端子レギュレータ

・24C02BのVccと導通があるピン5がVout。

・ピン1には3.6Vが印加されており、大きなセラコンでGNDにバイパスされているので、これがVin。

・ピン2はGND。

・ピン3はCONTROLと思われるが、0Vである。GND間の導通をチェックすると数kΩあった。

・ピン3に1kΩを介して、Hを与えるとVoutから3.3Vが出て来た。ピン3はCONTROLに間違いない。

・これで、3端子レギュレータのピン接は下記の通りと判った。
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)3端子レギュレータピン接

・ファミリーチップの「SN9P700FG-201」のデータシートに示されている回路例にもLDO「AME8801」が載っていて、ピン接はこのおもちゃと同じだった。その回路例によると、LDOのENピンはイメージプロセッサ「SN9P700FG-201」のピン29「PWR_EN」から制御されている。つまり、イメージプロセッサがシリアルEEPROMとセンサーの電源を制御している。このおもちゃもそうなっているのであろう。

⑥3端子レギュレータのCONTROLに強制的にHを与えている間は当然Voutが出力されるが、強制Hを止めても5秒くらい出力が続く。CONTROLの信号線は2.2kΩを介してイメージプロセッサのピン19に繋がっていて、そのピンは強制Hにしてから5秒くらい3.6Vになる。しかし、強制Hのままにしていても、その後は0Vになる。センサーが応答しないとか、不具合を検出するとシリアルEEPROMとセンサーの電源をオフするようだ。

⑦CONTROLの信号は「TP6」に出されていて、動作確認時のキー信号のようだ。CONTROLを弄るときはTP6から信号線を引き出すとよい。
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)TP6矢印

⑧3端子レギュレータのCONTROLを強制Hにしてから5秒間程度は、16MHzのクリスタルは正常に発振した。しかし、その後はXIN、XOUTともにVccレベルに張り付く。発振している間もLEDの点灯信号(イメージプロセッサのピン28、ピン31)は出ない。

⑨数分間放置するとオートパワーオフするが、その後にCONTROLを強制Hにするとパワーオンした。この振る舞いの仕掛けは判らない。

⑩5秒程度のイメージプロセッサが動いている間にイメージセンサーとの信号を観測する。イメージセンサーのピン番号はシルク印刷されている。
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)イメージセンサーピン接1
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)イメージセンサーピン接2

・センサーのピン接については、このおもちゃに使われているイメージプロセッサのファミリーデバイスである 「SN9P701」 のデータシートに記述があった。

ピン1(SEN_SD1)
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)センサー波形ピン1(SD1)
ピン1には信号が乗っていない。

ピン2(SEN_SD0)
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)センサー波形ピン2(SD0)

ピン3(SEN_CLK)
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)センサー波形ピン3(CLK)

ピン4(CMD)
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)センサー波形ピン4(CMD)

⑪イメージセンサーのピン1はその信号名「SD1」のとおりイメージセンサーからイメージプロセッサへの信号線であり、SD0には信号が出てSD1には出ないことから、ピン1ラインの断線が疑われる。ピン1の半田付けを確認するとクラックが認められた。導通チェックすると確かに通じていない。
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)センサーピン1クラック矢印

⑫再半田して、ピン1の波形を観測すると
アンパンマンことばずかん(センサーピン半田クラック)センサー波形ピン1(SD1)再半田後

SD1に信号が乗って来た。イメージプロセッサへの通電は途絶えることなく、クロック発振も止まらなくなった。

⑬ペン先端の穴をケータイのカメラで覗くと赤外線LEDの点灯が確認でき、絵本に当てると正常に動作した。

⑭三端子レギュレータのCONTROLの制御を含むイメージプロセッサの動作条件については解明できなかったが、恐らくイメージセンサーからの応答が無いため、電源をオフして、自らはSleepすると思われる。

・このおもちゃは謎が多く、修理にいつも難儀している。デバイスのデータシートや設計情報をお持ちでしたらご教示をいただきたい。

4.治療
①診察の過程で、イメージセンサーのピン1を再半田することで、機能が回復した。

・イメージセンサーの半田付けがクラックした事例は他のおもちゃ病院でも報告されていて、16MHzクリスタルの不良に並んで多い故障個所だ。

・初めからイメージセンサーの半田付けを目視点検すれば早く解決したと思うが、それは結果論であって、論理的な切り分けが正攻法だし、その方が楽しい。
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  1. 2018/02/04(日) 22:08:58|
  2. 電子・電気修理
  3. | コメント:1
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コメント

原因究明の姿勢に感嘆!

患者様の不調原因を徹底的に究明する姿勢は、まさにスーパードクター!!
技術的なノウハウを惜しげなく公開していただき、全国のおもちゃドクターも感謝していることと思います。

私も、少しでも近づけるよう、見習いたいです。
  1. 2018/02/07(水) 23:23:43 |
  2. URL |
  3. Dr.わたなべ.M #-
  4. [ 編集 ]

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プロフィール

大泉茂幸

Author:大泉茂幸
名張市つつじが丘おもちゃ病院
名張市つつじが丘南3番町129
tutuji@cb4.so-net.ne.jp
090-5534-6494
連絡は上記のメール、またはSMSでお願いします。

子どもの頃から趣味は電子工作一筋でやってきました。理科離れが進む中で科学技術に興味を持つ子どもが少しでも増えて行くことを願って、子ども達に電子工作の活動の場を提供しています。

1981年からおもちゃ病院の活動を始め、2014年に三重県名張市への移住を機に「つつじが丘おもちゃ病院」を開院しました。自分でおもちゃを設計し製作する【おもちゃ工房】と、マイコンを応用した電子工作を楽しむ【マイコンクラブ】も併設しています。新規参加メンバーを募集しています。

本ブログで公開している技術情報や成果物のご利用および再配布はフリーです。読者様の技術活動のお役に立てば幸いです。ご利用いただいた結果や感想等を記事へのコメントやメールでフィードバックしていただけると有難いです。

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