O capacitor do LC III que a Apple soldou com a polaridade invertida na fábrica
(downtowndougbrown.com)- O capacitor C22 da linha Macintosh LC III estava conectado invertido no trilho de alimentação de -5V, e foi confirmado que não só a orientação de montagem do componente, mas também a serigrafia da PCB estavam erradas
- O C22 é um capacitor de bulk para o trilho de -5V, mas se for instalado conforme a marcação da placa, o terminal positivo fica ligado ao -5V e o negativo ao terra, aplicando -5V aos terminais do capacitor quando a alimentação é ligada
- O Mac LC original, o LC II e o sucessor LC 475 conectam o -5V ao terminal negativo do capacitor e o terra ao positivo, então apenas a orientação do LC III destoa dos projetos da mesma época
- Os capacitores eletrolíticos de alumínio de 16V instalados de fábrica aparentemente toleraram esse erro, mas usar capacitores de tântalo na mesma orientação, algo comum em reparos, pode causar sobrecorrente, problemas na porta serial e risco de incêndio
- Ao fazer recap no LC III, é preciso instalar o C22 no sentido oposto ao indicado na PCB, e com a energia desligada é possível verificar com um teste de continuidade no multímetro se o positivo está ligado ao terra e o negativo ao -5V
Erro de polaridade do C22 encontrado no LC III
- O Macintosh LC III tem três capacitores perto do conector de alimentação: C19, C21 e C22
- C19: capacitor de bulk do trilho de alimentação +5V
- C21: capacitor de bulk do trilho de alimentação +12V
- C22: capacitor de bulk do trilho de alimentação -5V
- A serigrafia da placa indicava a parte de baixo como positiva nos três capacitores, e os capacitores instalados de fábrica também foram montados com o terminal negativo voltado para cima
- C19 e C21 estão ligados a trilhos de alimentação positivos, então essa orientação está correta, mas o C22 está ligado ao trilho de -5V e, se for montado no mesmo sentido, fica com a polaridade invertida
Estado das conexões confirmado por medições do circuito
- Depois de remover os capacitores e inspecionar a placa, foi constatado que os pads negativos de cada capacitor estavam conectados ao plano de terra
- O pad positivo do C22 vai diretamente ao pino de -5V do conector de alimentação
- Um teste de continuidade com multímetro também confirmou que o positivo do C22 está ligado ao pino de -5V e o negativo do C22 ao terra
- Quando a alimentação é ligada, o C22 recebe uma tensão reversa de -5V, e nesse tipo de capacitor polarizado a tensão no terminal positivo deve ser maior ou igual à do terminal negativo
- A ligação correta é o terminal positivo do C22 ao terra e o terminal negativo ao -5V
Comparação com outros modelos de Mac
- O Mac LC original usa a mesma fonte de alimentação do LC III, mas o capacitor do trilho de -5V está instalado na orientação correta
- o -5V é ligado ao terminal negativo do capacitor
- o terra é ligado ao terminal positivo do capacitor
- como resultado, há +5V nos terminais do capacitor
- O LC II também usa a mesma orientação do LC original
- O LC 475, sucessor do LC III, também volta à mesma orientação correta do LC original
- Por causa dessa comparação, o problema do C22 no LC III é considerado não um simples erro de montagem de componente, mas um erro de projeto que inclui até a serigrafia da PCB
Por que isso não ficou tão evidente na época
- O capacitor instalado de fábrica tinha especificação de 16V e, na prática, recebia uma tensão reversa de -5V
- Esse nível de tensão reversa pode danificar permanentemente um capacitor eletrolítico, mas pode não ser suficiente para necessariamente causar uma explosão
- O trilho de -5V é necessário principalmente para a porta serial RS-422, então mesmo que o capacitor não funcionasse corretamente, talvez o problema não aparecesse com tanta clareza no sistema como um todo
- Os capacitores eletrolíticos SMD originais dessa placa apresentavam vazamento, e o C21 em especial tinha vazado bastante, danificando a solder mask e o cobre
O risco maior dos capacitores de tântalo no recap
- Hoje, em reparos de Macs vintage, é comum usar capacitores de tântalo no lugar dos eletrolíticos
- Capacitores de tântalo toleram menos montagem invertida do que capacitores eletrolíticos
- Em casos em que o C22 foi substituído por um tântalo seguindo a orientação de fábrica, foi observado funcionamento incorreto da tensão do trilho de -5V
- O autor do alerta original, paul.gaastra, relatou que, quando um C22 de tântalo foi instalado na orientação errada, a corrente chegou a 1,3A e a tensão ficou em apenas -2,3V
- Se o trilho de -5V ficar nesse estado, no mínimo podem surgir problemas na porta serial e, no pior caso, o capacitor pode explodir ou pegar fogo
- Isso também faz mal à fonte de alimentação, e a especificação desse trilho de -5V é de 75mA
Como verificar durante o reparo
- Ao fazer recap no LC III, o C22 deve ser instalado no sentido oposto ao indicado pela serigrafia da PCB
- Com a alimentação desligada, é possível verificar o seguinte com um teste de continuidade no multímetro
- o terminal positivo do C22 deve estar ligado ao terra
- o terminal negativo do C22 deve estar ligado ao -5V
- Depois de ligar a alimentação, medindo em modo de tensão DC, deve aparecer 5V nos terminais do capacitor quando a ponta negativa de prova estiver no terminal negativo do capacitor e a ponta positiva no terminal positivo
- Em outros Macs com trilho de -5V, esse também é o método de ligação correto
1 comentários
Comentários do Hacker News
Hoje aprendi que, em uma PCB de um computador de 34 anos, é preciso colocar um capacitor ao contrário.
Começando a quarta-feira de forma bem produtiva.
Em aulas introdutórias de eletrônica, décadas atrás, eles só eram tratados como componentes que funcionavam igual, independentemente do sentido da corrente.
Acho que posso classificar o dia de hoje como produtivo.
Há tantos casos assim que chega a parecer irreal, mas há exemplos ainda mais absurdos.
Alguns anos atrás, encontrei um ao consertar uma fonte de alimentação linear; como não havia manual de serviço, primeiro tive que fazer engenharia reversa.
Ao mapear toda a fiação, vi que os dois terminais de um capacitor eletrolítico estavam ligados ao terra, e aparentemente eles devem ter enviado milhares de fontes com esse erro sem que ninguém percebesse.
Muitas vezes se espalham capacitores de sobra pela placa, e geralmente é melhor ter capacitância demais do que de menos.
Ela ainda funciona muito bem.
A Commodore montou três capacitores ao contrário na A3640, a placa de CPU do Amiga 4000 que usa o processador 68040: https://youtu.be/zhUpcBpJUzg?si=j6UFmIJzoC-UDS6u&t=945
Também aparece aqui: https://amiga.resource.cx/exp/a3640
Isso chegou a causar artefatos visíveis na tela, mas aparentemente não foi suficiente para a fábrica perceber o problema.
Só a lista de qualidade de fabricação descuidada já não teria fim, e depois ainda vieram decisões deliberadamente ruins, como colocar no A1200 uma fonte de alimentação defeituosa e que mal aguentava a configuração básica.
O mais engraçado é que a fonte usada no A500, um modelo mais fraco, tinha potência de saída maior.
O CD32 e o A4000 também tinham capacitores montados ao contrário.
Acho que o autor entendeu errado o fluxo de projeto de PCB.
Isso não é um “problema de posicionamento de componentes na fábrica” nem um erro de serigrafia; é um erro no esquemático.
Muitas vezes, o CAD de layout é feito por outra equipe seguindo o esquemático fornecido pela engenharia de projeto, e fluxos automatizados também são comuns.
A serigrafia é pré-definida em uma biblioteca validada, e o papel dessa equipe não é revalidar o esquemático da engenharia.
Os componentes foram posicionados de acordo com os dados de layout, e as duas equipes fizeram corretamente o próprio trabalho com base em uma especificação errada.
A fábrica de montagem propriamente dita muitas vezes nem tem acesso ao esquemático, por ele ser considerado propriedade intelectual sensível.
Se for culpar um computador de 30 anos, pelo menos culpe a equipe certa. Não foi a fábrica que soldou errado; ela soldou exatamente ao contrário, como foi instruída a fazer.
Na nossa empresa, lidávamos com projeto de esquemático e layout juntos, e candidatos que não sabiam fazer o segundo eram descartados.
O principal motivo é que o layout deixou de ser algo acrescentado depois e passou a ser parte central do projeto elétrico do sistema; quase não há espaço para uma troca tediosa entre o projetista do circuito e o responsável pelo layout sobre quais trilhas precisam ser otimizadas para quais características.
Em meados dos anos 80, fui presidente do centro acadêmico de CS e administrava o laboratório de computadores da faculdade de ciências.
Havia uma sala com cerca de 20 Mac 128k; não sei de onde a Apple obtinha os capacitores, mas não eram de primeira linha.
Toda semana algum Mac morria soltando fumaça branca, e tínhamos algumas unidades sobressalentes para revezar enquanto as outras eram enviadas à Apple para conserto.
P.S.: Ainda assim, meu Mac favorito até hoje foi o IIcx, e com um “full page display” era realmente um sonho.
Um dia ele precisou depurar um dispositivo alimentado pela rede elétrica e disse que tentaria conectar a rede elétrica e o dongle de programação ao mesmo tempo, sem transformador de isolamento.
O dongle literalmente explodiu, e a imagem de sua tampa plástica batendo na mesa do escritório, que de repente ficou em silêncio, é o que mais ficou na memória.
O monitor e o dispositivo fornecidos pela empresa também foram danificados, mas o Mac mini pessoal que estava no meio de tudo de algum modo sobreviveu.
Isso me traz uma lembrança antiga.
Cerca de 30 anos atrás, projetei pela primeira vez uma PCB que lidava com frequências na faixa de GHz.
Ela era cheia de rotas complicadas de linhas de transmissão em frequências de centenas de MHz para cima, e até hoje me orgulho de que todos os sinais de alta velocidade funcionaram conforme projetado, com excelente integridade de sinal e integridade de alimentação.
Um FPGA grande era especialmente complicado, e a placa também passou no teste de ruído irradiado.
Mas eu estraguei exatamente uma coisa: corrente contínua.
De algum modo, coloquei o conector de entrada CC ao contrário.
A placa era muito cara, US$ 2 mil por unidade, então não dava para refazê-la imediatamente; tive que projetar um conjunto de contatos que permitisse encaixar o conector invertido para que os elétrons fluíssem no sentido correto.
Depois disso, surgiu a piada de que eu sou bom em projetos multi-GHz, mas não devem me deixar cuidar de circuitos de corrente contínua.
A Commodore cometeu o mesmo erro também no trilho de tensão negativa da seção de áudio, e de alguma forma teve o mesmo problema até em placas de CPU avançadas e caras
https://wiki.console5.com/wiki/Amiga_CD32 C408 C811 “as peças originais podem ter sido instaladas ao contrário! confira o mapa dos capacitores e a orientação”
A4000 https://wordpress.hertell.nu/?p=1438 C443 C433 “os 2 capacitores originais no A4000 estão com a polaridade errada”
O caso mais grave é a placa de CPU Commodore A3640 68040, lançada para os modelos topo de linha A3000 e A4000: http://amiga.serveftp.net/A3640_capacitor.html https://forum.amiga.org/index.php?topic=73570.0
A serigrafia de C105 C106 C107 estava errada, e as revisões iniciais foram fabricadas seguindo essa serigrafia errada
Se o Mac faz alguma coisa, é preciso provar que o Amiga fez pior
“Só um modelo com capacitor de polaridade invertida? Na Commodore isso era um problema sistêmico!”
Parece que a pessoa que projetou a placa seguiu uma regra muito simples e sensata: sempre conecte o terminal negativo ao terra
Não tem como dar errado… até você precisar lidar com tensão negativa de -5 V. Mais um bug de estouro de faixa
Por volta de 2011 a 2015, eu conversava de vez em quando com uma pessoa que dizia ter sido técnico eletricista da Marinha e também um dos primeiros técnicos de retrabalho da Apple na SF Bay Area
Segundo ele, era um fluxo interminável de corrigir problemas de fabricação, acrescentar melhorias de retrabalho e criar equipamentos de teste personalizados
Depois foi demitido, o trabalho foi terceirizado para algum país aleatório, e ele acabou em situação de rua até por volta de 2016
Ainda bem que essas máquinas, na prática, não precisam de -5 V
Mesmo fornecendo apenas tensão positiva, o RS-422, incluindo o LocalTalk, ainda funciona
O -5 V parece existir para o caso de placas de expansão precisarem dele
Em geral, drivers RS-422 operam com +5 V e 0 V
Se o swing for estendido até -5 V, a porta do Mac se torna compatível com RS-232, então os Macs dessa época podiam ser conectados a um modem usando apenas um cabo com fiação especial
Não é necessária conversão de nível, e como os receptores RS-422 precisam operar até -6 V, o Mac ao mesmo tempo também acaba gerando um sinal RS-422 totalmente válido
A maioria dos receptores RS-232 da época tinha bastante ganho e ponto de comutação próximo de 0 V, então, na prática, provavelmente bastava uma pequena tensão negativa, não os -5 V completos
Portanto, se o capacitor invertido não colocasse o trilho inteiro em curto, é bem provável que funcionasse