Tụ điện LC III mà Apple đã hàn ngược cực ngay từ nhà máy
(downtowndougbrown.com)- Tụ C22 trên dòng Macintosh LC III được nối ngược trên đường nguồn -5V, và xác nhận cho thấy không chỉ hướng lắp linh kiện mà cả silkscreen trên PCB cũng bị sai
- C22 là tụ lọc khối cho đường -5V, nhưng nếu lắp theo ký hiệu trên bo mạch thì cực dương nối vào -5V, cực âm nối vào mass, khiến khi bật nguồn sẽ có -5V đặt lên hai đầu tụ
- Mac LC và LC II nguyên bản, cũng như mẫu kế nhiệm LC 475, đều nối -5V vào cực âm của tụ và mass vào cực dương, nên chỉ riêng hướng trên LC III là lệch với các thiết kế cùng thời
- Tụ nhôm điện phân 16V lắp từ nhà máy có vẻ đã chịu được sai sót này, nhưng nếu trong quá trình sửa chữa dùng tụ tantalum theo cùng hướng đó thì có thể gây quá dòng, lỗi cổng serial và nguy cơ bốc cháy
- Khi recap LC III, cần lắp C22 ngược với ký hiệu trên PCB, và có thể dùng phép đo thông mạch bằng đồng hồ vạn năng khi đã ngắt điện để xác nhận cực dương nối mass, cực âm nối -5V
Lỗi cực tính C22 được phát hiện trên LC III
- Trên Macintosh LC III, ba tụ C19, C21, C22 được bố trí quanh đầu nối nguồn
- C19: tụ lọc khối cho đường nguồn +5V
- C21: tụ lọc khối cho đường nguồn +12V
- C22: tụ lọc khối cho đường nguồn -5V
- Silkscreen trên bo mạch đều đánh dấu phía dưới là cực dương cho cả ba tụ, và các tụ lắp từ nhà máy cũng được đặt với cực âm hướng lên trên
- Với C19 và C21, hướng này là đúng vì chúng nối vào các đường nguồn dương, nhưng với C22 nối vào đường -5V thì lắp cùng hướng sẽ làm cực tính bị đảo ngược
Trạng thái kết nối được xác nhận bằng đo mạch
- Sau khi tháo tụ ra và kiểm tra bo mạch, cho thấy pad cực âm của từng tụ đều được nối với mặt phẳng mass
- Pad cực dương của C22 nối trực tiếp tới chân -5V của đầu nối nguồn
- Phép đo thông mạch bằng đồng hồ vạn năng cũng xác nhận cực dương của C22 nối với chân -5V, còn cực âm của C22 nối với mass
- Khi cấp nguồn, C22 sẽ chịu điện áp ngược -5V, trong khi với loại tụ có phân cực này, điện áp ở cực dương phải lớn hơn hoặc bằng điện áp ở cực âm
- Cách nối đúng là cực dương của C22 vào mass, còn cực âm vào -5V
So sánh với các mẫu Mac khác
- Mac LC nguyên bản dùng cùng bộ nguồn với LC III, nhưng tụ trên đường -5V được lắp đúng hướng
- -5V được nối vào cực âm của tụ
- mass được nối vào cực dương của tụ
- Kết quả là có +5V đặt lên hai đầu tụ
- LC II cũng dùng cùng hướng như Mac LC nguyên bản
- Mẫu kế nhiệm của LC III là LC 475 cũng quay lại cách lắp đúng như Mac LC nguyên bản
- Từ các so sánh này, vấn đề ở C22 của LC III được đánh giá không phải chỉ là lỗi lắp linh kiện đơn thuần mà là lỗi thiết kế, bao gồm cả silkscreen trên PCB
Vì sao khi đó lỗi không bộc lộ rõ
- Tụ lắp từ nhà máy có mức điện áp định mức 16V, nhưng thực tế phải chịu điện áp ngược -5V
- Mức điện áp ngược này có thể gây hư hại vĩnh viễn cho tụ điện phân, nhưng chưa chắc đã dẫn đến nổ ngay lập tức
- Đường -5V chủ yếu cần cho cổng serial RS-422, nên ngay cả khi tụ hoạt động không đúng thì toàn hệ thống có thể cũng không biểu hiện vấn đề quá rõ
- Các tụ điện phân SMD nguyên bản trên bo này đều bị rò rỉ, và đặc biệt C21 bị rò nặng, làm hỏng solder mask và lớp đồng
Nguy cơ tụ tantalum tăng cao khi recap
- Ngày nay, trong sửa chữa Mac cổ, nhiều trường hợp dùng tụ tantalum thay cho tụ điện phân
- Tụ tantalum kém chịu lỗi lắp ngược hơn tụ điện phân
- Đã có trường hợp thay C22 bằng tụ tantalum theo hướng của nhà máy và quan sát thấy điện áp đường -5V ra sai
- Người đầu tiên nêu vấn đề, paul.gaastra, cho biết khi lắp sai hướng tụ tantalum C22 thì dòng điện tăng tới 1.3A và điện áp chỉ còn -2.3V
- Nếu đường -5V rơi vào trạng thái này thì ít nhất có thể gây lỗi cổng serial, và trong trường hợp xấu nhất tụ có thể phát nổ hoặc bốc cháy
- Điều này cũng không tốt cho bộ nguồn, trong khi định mức của đường -5V là 75mA
Cách kiểm tra khi sửa chữa
- Khi recap LC III, cần lắp C22 ngược với hướng mà silkscreen trên PCB chỉ ra
- Khi tắt nguồn, có thể dùng phép đo thông mạch bằng đồng hồ vạn năng để kiểm tra:
- Cực dương của C22 phải nối với mass
- Cực âm của C22 phải nối với -5V
- Sau khi bật nguồn và đo ở chế độ điện áp DC, nếu đặt que âm vào cực âm của tụ và que dương vào cực dương thì điện áp trên hai đầu tụ phải hiển thị 5V
- Với các mẫu Mac khác có đường -5V, đây cũng là cách nối đúng
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Hôm nay tôi mới biết rằng trên PCB của một chiếc máy tính 34 năm tuổi, cần phải cắm một tụ điện ngược chiều
Khởi đầu thứ Tư khá năng suất
Trong lớp điện tử nhập môn mấy chục năm trước, chúng tôi chỉ học các linh kiện hoạt động như nhau bất kể dòng điện chạy theo hướng nào
Có lẽ có thể xếp hôm nay vào một ngày năng suất
Có quá nhiều trường hợp kiểu này đến mức nghe như không thật, nhưng còn có những vụ ngớ ngẩn hơn nữa
Vài năm trước khi sửa một bộ nguồn tuyến tính, tôi phát hiện một trường hợp; vì không có tài liệu service nên trước tiên phải reverse engineering
Khi lần theo toàn bộ đường dây, tôi thấy cả hai chân của một tụ điện phân đều được nối đất, và có lẽ họ đã xuất xưởng hàng nghìn bộ nguồn có lỗi như vậy mà chẳng ai nhận ra
Người ta thường rải khá nhiều tụ điện khắp bo mạch; vì thường thì thừa điện dung vẫn tốt hơn thiếu
Đến giờ nó vẫn chạy rất tốt
Commodore đã lắp ngược 3 tụ điện trên A3640, bo CPU của Amiga 4000 dùng bộ xử lý 68040: https://youtu.be/zhUpcBpJUzg?si=j6UFmIJzoC-UDS6u&t=945
Ở đây cũng có nhắc đến: https://amiga.resource.cx/exp/a3640
Việc này thậm chí còn tạo ra artifact nhìn thấy được trên màn hình, nhưng có vẻ vẫn chưa đủ để nhà máy nhận ra vấn đề
Chỉ riêng danh sách chất lượng chế tạo cẩu thả đã dài bất tận, rồi sau đó còn đến những quyết định tệ có chủ ý, như nhét vào A1200 một bộ nguồn lỗi và chỉ vừa đủ gánh cấu hình cơ bản
Buồn cười hơn là bộ nguồn dùng cho mẫu yếu hơn A500 lại có công suất đầu ra lớn hơn
CD32 và A4000 cũng có tụ điện bị lắp ngược
Có vẻ tác giả đã hiểu nhầm quy trình thiết kế PCB
Đây không phải là “vấn đề đặt linh kiện ở nhà máy” cũng không phải lỗi silkscreen, mà là lỗi trong sơ đồ mạch
CAD layout thường do một nhóm khác thực hiện theo sơ đồ mạch mà bộ phận kỹ thuật thiết kế cung cấp, và quy trình tự động hóa cũng rất phổ biến
Silkscreen được định nghĩa sẵn trong thư viện đã được kiểm chứng; vai trò của nhóm đó không phải là kiểm chứng lại sơ đồ mạch của bộ phận kỹ thuật
Linh kiện được đặt theo dữ liệu layout, và cả hai nhóm đều đã làm đúng phần việc của mình dựa trên một đặc tả sai
Nhà máy lắp ráp thực tế nhiều khi không được truy cập sơ đồ mạch vì đó là tài sản trí tuệ nhạy cảm
Nếu muốn trách một chiếc máy tính 30 năm tuổi thì ít nhất hãy trách đúng nhóm. Nhà máy không hàn sai; họ đã hàn ngược một cách chính xác theo đúng chỉ dẫn
Ở công ty tôi, chúng tôi xử lý thiết kế sơ đồ mạch và layout cùng nhau, và loại các ứng viên không làm được phần sau
Lý do chính là layout không còn là việc bổ sung về sau, mà là phần cốt lõi của thiết kế điện ở cấp hệ thống; gần như không còn chỗ cho việc qua lại nhàm chán giữa người thiết kế mạch và người phụ trách layout về việc đường nào cần tối ưu theo đặc tính nào
Giữa thập niên 80, tôi làm chủ tịch hội sinh viên CS và quản lý phòng máy tính của khoa khoa học
Có một phòng với khoảng 20 chiếc Mac 128k; không biết Apple lấy tụ điện từ đâu, nhưng chắc chắn không phải hàng loại một
Hầu như tuần nào cũng có một chiếc Mac bốc khói trắng rồi chết, và chúng tôi có vài máy dự phòng để luân phiên dùng trong lúc gửi Apple sửa
Tái bút: Dù vậy, chiếc Mac tôi thích nhất đến nay vẫn là IIcx, và dùng cùng ‘full page display’ thì đúng là như mơ
Một ngày nọ cậu ấy phải debug một thiết bị chạy điện lưới và định kết nối đồng thời điện lưới với dongle lập trình mà không dùng biến áp cách ly
Cái dongle nổ đúng nghĩa đen, và cảnh nắp nhựa của nó đập xuống bàn làm việc trong văn phòng bỗng im phăng phắc là thứ tôi nhớ nhất
Màn hình và thiết bị do công ty cung cấp cũng hỏng, nhưng chiếc Mac mini cá nhân nằm ở giữa thì bằng cách nào đó vẫn sống sót
Gợi lại một ký ức cũ
Khoảng 30 năm trước, lần đầu tiên tôi thiết kế một PCB xử lý tần số dải GHz
Nó đầy những tuyến truyền dẫn khó nhằn ở tần số từ vài trăm MHz trở lên, và đến giờ tôi vẫn tự hào rằng mọi tín hiệu tốc độ cao đều hoạt động đúng thiết kế, tính toàn vẹn tín hiệu và tính toàn vẹn nguồn cũng rất tốt
Con FPGA lớn đặc biệt khó, và bo mạch cũng vượt qua bài kiểm tra nhiễu bức xạ
Nhưng tôi làm hỏng đúng một thứ, đó là dòng một chiều
Không hiểu bằng cách nào, tôi đã đặt ngược đầu nối đầu vào DC
Bo mạch rất đắt, 2.000 đô la mỗi chiếc nên không thể làm lại ngay; vì thế tôi phải thiết kế một bộ tiếp điểm để cắm ngược đầu nối, cho electron chạy đúng hướng
Từ đó sinh ra câu đùa rằng tôi giỏi thiết kế đa GHz, nhưng không nên giao mạch DC cho tôi
Commodore cũng mắc lỗi tương tự ở rail điện áp âm của phần âm thanh, và bằng cách nào đó vấn đề này cũng xuất hiện trên các bo CPU cao cấp đắt tiền
https://wiki.console5.com/wiki/Amiga_CD32 C408 C811 “Linh kiện gốc có thể đã được lắp ngược! Hãy kiểm tra sơ đồ tụ điện và hướng lắp”
A4000 https://wordpress.hertell.nu/?p=1438 C443 C433 “2 tụ điện nguyên bản trên A4000 bị sai cực tính”
Nghiêm trọng hơn là bo CPU Commodore A3640 68040 dành cho các mẫu cao cấp A3000 và A4000: http://amiga.serveftp.net/A3640_capacitor.html https://forum.amiga.org/index.php?topic=73570.0
Silkscreen của C105 C106 C107 bị sai, và các revision đầu đã được sản xuất theo đúng silkscreen sai đó
Kiểu hễ Mac làm gì đó thì phải chứng minh rằng Amiga còn tệ hơn
“Chỉ có một model dùng tụ điện ngược cực thôi à? Ở Commodore đó là vấn đề mang tính hệ thống!”
Có vẻ người thiết kế bo đã tuân theo một quy tắc rất đơn giản và hợp lý: luôn nối cực âm xuống mass
Không thể sai được… cho đến khi phải xử lý điện áp âm -5V. Lại thêm một lỗi vượt phạm vi nữa
Khoảng giai đoạn 2011~2015, tôi thỉnh thoảng nói chuyện với một người từng là kỹ thuật viên điện của hải quân, và cũng từng là kỹ thuật viên rework thời kỳ đầu của Apple ở SF Bay Area
Anh ấy nói công việc sửa lỗi sản xuất, bổ sung các cải tiến rework và chế tạo thiết bị kiểm thử tùy chỉnh diễn ra không ngừng
Rồi anh ấy bị sa thải, công việc được thuê ngoài sang một quốc gia ngẫu nhiên nào đó, và sau đó anh ấy sống trong cảnh vô gia cư cho đến khoảng năm 2016
May là các máy này thực ra không cần -5V
Chỉ cần cấp điện áp dương thì RS-422, bao gồm cả LocalTalk, vẫn hoạt động
-5V có vẻ là để phòng trường hợp card mở rộng cần đến
Thông thường driver RS-422 chạy bằng +5V và 0V
Nếu mở rộng biên độ dao động xuống -5V thì cổng Mac sẽ tương thích với RS-232, nên Mac thời kỳ này có thể nối với modem chỉ bằng cáp đi dây đặc biệt
Không cần chuyển đổi mức, và vì receiver RS-422 phải hoạt động được đến -6V, nên Mac đồng thời vẫn phát ra tín hiệu RS-422 hoàn toàn hợp lệ
Hầu hết receiver RS-232 thời đó có độ lợi khá cao và điểm chuyển mạch gần 0V, nên trên thực tế có lẽ chỉ cần một chút điện áp âm chứ không cần đủ -5V
Vì vậy, nếu tụ điện lắp ngược không làm chập hoàn toàn rail đó, khả năng là nó vẫn hoạt động