Arduino UNO R4 WiFi原廠和相容板以及UNO R4 Minima開發板

Arduino UNO R4是一款用途廣泛的微控制器板,採用日本瑞薩電子(Renesas Electronics)開發、基於48MHz ARM Cortex-M4核心的RA4M1 32位元微控器,與UNO R3相比,性能和功能均有所增強。

根據Yole Group的Regional dynamics of the global microcontroller market(全球微控制器市場的地域動態)報導指出,全球生產的處理器中,約五分之四是微控制器(MCU),廣泛應用於汽車、消費電子、機械製造等眾多領域。下圖是2023年的前五大MCU供應商,Infineon(英飛凌)、STMicroelectronics(意法半導體)和NXP(恩智浦半導體),這三家公司都位於歐盟,Microchip Technology(微晶片科技)位於美國。日本的瑞薩電子排名第四。這份報告還提到,MCU市場在面臨地緣政治衝突及貿易制裁的背景下,出現了強烈的地域競爭,特別是中國在努力減少對外部半導體依賴的同時,推出了大量低成本微控制器,可能影響全球價格及供應鏈。

2023年的前五大MCU供應商

為何Arduino UNO R4開發板採用瑞薩電子公司的微控器?

2022年6月7日,Arduino官方發表了“Ready to transform the enterprise world? We are!”( 準備好改變企業世界了嗎?我們準備好了!),內容提到Arduino正在推進其願景,專注於為專業人士提供創新解決方案,獲得來自科技投資者 Robert Bosch Venture Capital (RBVC) 領投,以及瑞薩(Renesas)、Anzu Partners 和Arm(安謀)參與的3200萬美元B輪融資,旨在滿足新一代工程師對簡單、強大且開源技術的需求。Arduino公司計劃透過整合雲端服務、智慧型邊緣運算解決方案以及AI,來加速物聯網應用的開發與部署。同時,Arduino將持續以終端用戶體驗為核心,開拓企業市場,同時維持對創客和學生的支持。

此外,瑞薩電子公司於2022年6月14日發布新聞稿,宣布向Arduino公司的B輪融資投資1000萬美元,此舉旨在利用Arduino的開源平台,接觸其3000萬開發者社群,並推動其企業級應用程式的發展。瑞薩希望透過這項合作,為Arduino提供其先進的技術產品(如:微控器、類比、電源和通訊晶片)整合到Arduino的平台中,為開發者提供更多的選擇和資源,這有助於吸引更多的設計師和工程師使用其產品,進一步鞏固在大眾市場的業務增長,而瑞薩電子資深副總裁Chris Allexandre也加入Arduino董事會。

所以,新聞稿說明了為何瑞薩電子雀屏中選。

Arduino官方還於2023年9月6日發表“What will we do with an additional $22M?”(我們要用新增的2200 萬美金做什麼?),宣布成功籌集2200萬美元,使其系列B輪融資總額達到5400萬美元,此次新增融資由 CDP Venture Capital和Anzu Partners共同主導。這筆資金將用於強化位於義大利Turin(杜林)的研發團隊、拓展美國的市場及客戶服務,並推進專業客戶的轉型平台,進一步降低進入物聯網和人工智慧的門檻。Arduino 將繼續致力普及開源硬體和軟體,並加強與其持續擴張的開發社群的合作。

Arduino UNO R4 Minima相容板

Arduino UNO R4 Minima以及Arduino UNO R4 WiFi都屬於開源硬體,市面上也能買到相容品。筆者買了一片Arduino原廠的UNO R4 WiFi、一片UNO R4 WiFi相容板,以及一片UNO R4 Minima相容板。本文將列舉相容板和原廠板的一些差異,主要是外接電源(圓孔插座)的直流降壓IC不一樣,但在DIY實驗過程中,通常不會用它供電,而是直接從USB取得電源,所以基本沒影響。

底下是Arduino UNO R4 Minima的外觀和基本接腳。原廠開發板的所有接地(GND)腳都用反白標示。

Arduino UNO R4 Minima開發板

底下是相容板的正面外觀,沒有Arduino的註冊商標。

Arduino UNO R4 Minima相容板

Arduino UNO R4 WiFi原廠和相容板

底下是Arduino UNO R4 WiFi的外觀和基本接腳。

Arduino UNO R4 WiFi的外觀和基本接腳

底下是原廠的Arduino UNO R4 WiFi開發板,有附贈貼紙和透明塑膠底板,它的母排兩側都有印上接腳的編號和I2C腳的名稱(SDA與SCL),以及DIGITAL(數位)和ANALOG(類比)的標示。

原廠的Arduino UNO R4 WiFi開發板

底下UNO R4 WiFi相容板的外觀:

Arduino UNO R4 WiFi相容板

相容板的直流電壓轉換的電路明顯不同,採用的元件也不一樣。Arduino原廠的UNO R4 WiFi採用瑞薩電子的ISL854102FRZ-T(若一次採購750個,單價約台幣60元),可將6~24V直流電降轉成5V;相容板的商品頁面標示採用中國產晶片,直流輸入電壓6~16V,IC上面的標示為“TT3dc2”,我查不到相關資料,但使用這個相容板做實驗,並沒有什麼問題。

UNO R4 WiFi開發板的另一個3.3V降壓IC,原廠開發板採用SGM2205-3.3XKC3G/TR,相容板採用AMS1117-3.3

另一個明顯差別是USB通訊連線切換機制。UNO R4 WiFi開發板的USB介面,預設是先連接ESP32-S3,再接到R4AM1微控器,我們可以改成讓USB直接連到R4AM1微控器。原廠的開發板採用NLASB3157DFT2G晶片切換USB到ESP32-S3,以及USB到R4AM1微控器的連線(電路說明請參閱《超圖解Arduino互動設計入門》第5版,5-12頁),切換方式是焊接板子背面的USB焊接點:

USB焊接點

原廠板子背面右上角有義大利國土的外觀的走線。

我購買的相容板沒有採用NLASB3157DFT2G晶片,而是用一個指撥開關替代(位於開發板的右上角)。在絕大多數的情況下,我們不會去變更預設的USB接線方式,我也沒動過,所以相容板的設計不會影響開發實作。

UNO R4 WiFi開發板正面右下角有一個Qwiic介面(美國SparkFun電子公司開發的I2C裝置連接器),它是一個1mm間距的4腳母座,我手邊沒有相容的插頭,目前也沒打算購買轉接線,所以在相容板焊接一個2.45mm間距的單排4孔母排,方便用既有的排線連接I2C周邊。 附帶一提,深圳矽递科技有限公司(Seeed Studio)開發的Grove介面,也是一種I2C連接器。

底下是UNO R4 WiFi相容板的背面照:

Arduino UNO R4 WiFi相容板的背面照

底下是原廠UNO R4 WiFi開發板的背面照:

Arduino UNO R4 WiFi的背面照

中間有個焊錫飽滿的愛心(OPEN SOURCE IS LOVE,開源即是愛),可當作觸控介面的輸入腳;相容板的愛心只鍍上單薄的焊錫。

OPEN SOURCE IS LOVE,開源即是愛

原廠UNO R4板的電源插孔底部的PCB有蝕刻一個Arduino的無限符號:

Arduino的無限符號

電路板正面還有一個UNO R3板子外型的走線圖騰,這些小小的裝飾設計,相容板都沒有,當然,它們不影響使用。

UNO R3板子外型的走線圖騰

附帶一提,這是原廠Arduino UNO R3開發板的背面,我覺得比R4板好看;

原廠Arduino UNO R3開發板的背面

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