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Leafony
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AZ01C USB-C

AZ01C USB-C 表面 AZ01C USB-C 裏面 AZ01C USB-C 外観 AZ01C USB-C 側面

概要

Section titled “概要”

AZ01C USB-Cは、AZ01 USBの後継となるUSB-C to UART変換リーフです。USB接続時はFTDI製FT234XDによるUSB-UART変換を行い、USB VBUSから生成した3.3V電源をLeafony Busへ供給します。

本ページは、公開リポジトリ leafony/az01c-usb-c の設計情報をもとに記載しています。仕様や部品構成は今後変更される可能性があります。

主な用途

Section titled “主な用途”
  • LeafonyリーフへのMCU書き込み
  • LeafonyリーフのUARTデバッグ
  • USBからLeafony Busへの3.3V電源供給

特徴

Section titled “特徴”

AZ01C USB-Cは、USB Type-Cコネクタを搭載したUSB-UART変換リーフです。USB VBUS 5VからTPS6282533で3.3Vを生成し、MAX40200AUK+T ideal diodeを通してLeafony Busの3.3Vレールへ供給します。

USB未接続時に他リーフ側のバッテリーから3.3Vが供給される構成でも、UART信号線と3.3V電源ラインのバックフィードを抑え、USB-Cリーフ側が無駄な電力を消費しないことを設計方針としています。TX/RX信号線はTS3A4741で物理的に切断し、3.3V電源ラインはMAX40200AUK+TでTPS6282533側への逆流を遮断します。

公開仕様

Section titled “公開仕様”

電気的仕様

Section titled “電気的仕様”
項目MinTypMax単位備考
USB VBUS入力電圧4.55.05.5VUSB-C UFP/Sinkとして使用
Buck出力電圧 P3V3_BUCK3.273.303.33VTPS6282533固定3.3V、精度±1%
Leafony Bus 3.3V出力-3.26-VMAX40200通過後。500mA時は約43mV低下
Leafony Bus 3.3V出力電流--500mATPS6282533は2A品、MAX40200は1A品。本設計では500mA上限
MAX40200逆方向リーク-0.071.5µALeafony Bus +3.3VからP3V3_BUCK方向
UART通信速度300-3,000,000baudFT234XD仕様
UART I/O論理電圧-3.3-VFT234XD VCCIOをLeafony Bus 3.3V railに接続
USB接続時アイドル消費-12-mAFT234XD、Buck、MAX40200、LED周辺を含む概算
USB未接続時バッテリー側消費-0.152.3µAMAX40200逆方向リークとTS3A4741待機電流のデータシート値から算出。FT234XDのVCC=0V、VCCIO=3.3V条件は実機確認対象
動作温度範囲-4025+85℃構成部品の最小共通範囲

機械的仕様

Section titled “機械的仕様”
項目仕様
外形寸法Leafony 20mm x 20mm
基板厚0.8mm推奨
層数4層
実装両面実装
USBコネクタHirose CX90M-16P
外部接続Leafony Bus 29ピン

USB仕様

Section titled “USB仕様”
項目仕様
USB規格USB 2.0 Full Speed (12Mbps)
コネクタUSB Type-C
Type-CロールUFP / Sink Only
CC抵抗CC1, CC2をそれぞれ5.1kΩでGNDへプルダウン
USB PD非対応
ドライバFTDI VCP / D2XX

回路設計

Section titled “回路設計”

電源アーキテクチャ

Section titled “電源アーキテクチャ”

USB VBUSからTPS6282533でローカル電源レール P3V3_BUCK を生成し、MAX40200AUK+Tを介してLeafony Bus側の +3.3V rail へ供給します。

USB VBUS 5V
  |
  +-- FB1 ---------------------> FT234XD.VCC
  |                                |
  |                                +--> FT234XD.3V3OUT
  |                                      |
  |                                      +--> TS3A4741.IN1/IN2
  |
  +----------------------------> TPS6282533.VIN
                                   |
                                   +-- EN = VIN
                                   |
                                   +-- SW -- L1 --> P3V3_BUCK
                                                   |
                                                   +--> MAX40200AUK+T
                                                        VDD = P3V3_BUCK
                                                        EN  = VDD
                                                        OUT = +3.3V rail
                                                              |
                                                              +--> FT234XD.VCCIO
                                                              +--> TS3A4741.V+
                                                              +--> LED1 pull-up
                                                              +--> Leafony Bus 3.3V (CN1 F1/B1)

P3V3_BUCK はTPS6282533とMAX40200の間のローカル電源レール、+3.3V rail はMAX40200後段のLeafony Bus側電源レールです。MAX40200を入れることで、USB未接続時に他リーフからLeafony Bus 3.3Vが供給されても、+3.3V rail -> P3V3_BUCK -> TPS6282533.SW/VIN -> VBUS 方向の逆流を遮断します。MAX40200の電圧降下により、Leafony Bus側の実効電圧はTPS6282533出力より低くなります。

状態電源UART信号線備考
USB接続、外部3.3VなしTPS6282533からLeafony Busへ3.3V供給TS3A4741 ON通常のUSB-UART動作
USB未接続、外部3.3VなしVBUS=0V、P3V3_BUCK=0V、Leafony Bus 3.3V=0VTS3A4741 OFF基板側は実質停止
USB未接続、他リーフから3.3V供給Leafony Bus 3.3Vは外部から印加。MAX40200がBuck/VBUS方向の逆流を遮断TS3A4741 OFFFT234XD.3V3OUT=0Vのためスイッチ制御はOFF
USB接続、他リーフも3.3V供給電源競合に注意TS3A4741 ON複数電源の同時接続を許容する場合はシステム側で電源ORing方針を確認

USB未接続で他リーフから3.3Vが供給される場合、MAX40200後段の +3.3V rail 配下であるFT234XD.VCCIO、TS3A4741.V+、LED1 pull-upには電圧がかかります。一方でFT234XD.VCCはVBUS由来のため0Vであり、FT234XD.3V3OUTも0Vとなります。UARTのTX/RXはTS3A4741により切断されます。

この状態でバッテリー側からUSB-Cリーフへ流れる消費電流は、データシート規定値からの見積もりでTyp約0.15µA、Max約2.3µAです。内訳はMAX40200の逆方向リークTyp 0.07µA / Max 1.5µAと、TS3A4741のVCC待機電流Typ 0.075µA / Max 0.75µAです。FT234XDはVCC=0V、VCCIO=3.3Vの条件がデータシート上の通常動作条件ではないため、この見積もりには含めず、実機でUSB未接続時のLeafony Bus 3.3V電流を確認します。

バックフィード対策

Section titled “バックフィード対策”
経路リスク対策
UART TX/RX信号線他リーフMCUのTX/RXがFT234XDのI/O保護素子を通じてFT234XD側を半端に給電するTS3A4741をTX/RXに直列挿入し、USB未接続時はOFF
3.3V電源ライン他リーフの3.3VがTPS6282533のSW/L1側からVIN/VBUSへ逆流するMAX40200AUK+TをP3V3_BUCKとLeafony Bus 3.3Vの間に直列挿入

TS3A4741のIN1/IN2はFT234XD.3V3OUTに接続します。USB接続時はFT234XDが動作して3V3OUTがHighになり、TX/RXが接続されます。USB未接続時は3V3OUTが0Vになり、TX/RXが物理的に切断されます。

MAX40200はVDDを P3V3_BUCK、OUTをLeafony Bus 3.3V、ENをVDDに接続します。USB接続時はTPS6282533からLeafony Busへ給電し、USB未接続時はLeafony Bus 3.3VからBuck/VBUS側への逆流を遮断します。

USB Type-C構成

Section titled “USB Type-C構成”

USB-Cポートはデバイス側(UFP/Sink)として構成されます。

信号処理
CC1, CC2各々5.1kΩでGNDへプルダウン
VBUSA4, A9, B4, B9をまとめて5V入力へ接続
GNDA1, A12, B1, B12をGNDプレーンへ接続
D+, D-A面/B面の同名信号を基板上で接続し、FT234XDへ配線
SBU1, SBU2NC

USB PDには対応しません。CC抵抗のみでUSB Type-CのSink/UFPとして認識させます。

ESD保護

Section titled “ESD保護”

D+/D-ラインにはUSBLC6-2P6を配置します。USB-Cコネクタ近傍に置き、D+/D-へのスタブを短くする設計です。VBUSはFB1を通して基板内へ引き込みます。必要に応じて、VBUS用TVSダイオードの追加余地を検討します。

通信インジケータLED

Section titled “通信インジケータLED”

FT234XDのCBUS0を TX&RXLED# モードに設定し、TX/RX兼用の通信インジケータLEDを駆動する設計です。

Leafony Busピンアサイン

Section titled “Leafony Busピンアサイン”
ピン名F面 / B面信号用途
3.3VF1 / B1+3.3V railMAX40200通過後の3.3V電源。USBから他リーフへ最大500mA供給
VBUSF3 / B3VBUS 5VUSB VBUS。必要な他リーフで参照可能
D0F18 / B18UART TXFT234XD TXDから他リーフMCU RXへ。TS3A4741 Ch1経由
D1F20 / B20UART RX他リーフMCU TXからFT234XD RXDへ。TS3A4741 Ch2経由
GNDF27 / B27GND共通グラウンド

主要部品

Section titled “主要部品”
Ref型番役割
U1TS3A4741DCNRUART TX/RX切断用2ch SPSTアナログスイッチ
U2USBLC6-2P6USB D+/D- ESD保護
U3FT234XDUSB-UARTブリッジ
U4TPS6282533DMQR5Vから3.3Vを生成するBuckコンバータ
U5MAX40200AUK+T3.3V電源ライン逆流防止用ideal diode
J1CX90M-16PUSB Type-Cレセプタクル
L10.47uHTPS6282533用インダクタ
FB1600Ω @ 100MHzVBUS入力ノイズ抑制

ソフトウェア

Section titled “ソフトウェア”

ドライバ

Section titled “ドライバ”

FTDI公式のVCPまたはD2XXドライバを使用します。

OSドライバ備考
Windows 10/11標準ドライバ自動インストール必要に応じてFTDI公式ドライバを使用
macOS標準Apple FTDIドライバmacOS 10.9以降
Linuxftdi_sio多くのディストリビューションで自動認識

初期設定 (FT_PROG)

Section titled “初期設定 (FT_PROG)”

量産前にFT234XD内蔵MTPへ以下を設定します。

パラメータ設定値備考
CBUS0 FunctionTX&RXLED#LED1通信インジケータ用
Manufacturer Name任意例: mitdir
Product Description任意例: Leafony USB-UART Bridge
Serial Numberユニーク値複数台接続時の識別用
USB Vendor ID0x0403FTDIデフォルト
USB Product ID0x6015FT-Xデフォルト

設計上の注意

Section titled “設計上の注意”
  • USB未接続かつ他リーフから3.3Vが供給される状態で、FT234XD.VCC=0V、FT234XD.VCCIO=3.3Vとなる構成を許容できるか確認してください。
  • USB未接続かつ他リーフから3.3Vが供給される状態で、Leafony Bus 3.3VからUSB-Cリーフへ流れる電流を実機で確認してください。
  • USB接続中に他リーフ側の3.3V電源も同時に有効になるシステムでは、電源競合やORing方針を確認してください。
  • MAX40200の電圧降下込みで、Leafony Bus側3.3V railの最小電圧が接続先リーフの要求を満たすか確認してください。

ドキュメント

Section titled “ドキュメント”

変更履歴

Section titled “変更履歴”
  • 2026年4月: 公開情報をもとに概要ページを追加
  • 2026年6月: USB未接続時のバッテリー側消費電流見積もりと動作状態の説明を追加