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アンパンマン ことばずかん 直りませんでした(おもちゃ修理)

 おもちゃ修理の話の続き、今回はアンパンマン ことばずかんです。先に結論を書くと、このおもちゃはセンサーの素子が不良で修理出来ませんでした。でも、修理の過程を記録しておけば、後でどこかのおもちゃ病院のドクターさんの参考になるはずなので、記事にしておきます。

▼アンパンマン ことばずかん
あんぱんまん ことばずかん
 知育玩具として人気のあるおもちゃです。本の中の絵をペンで触ると、ペンの先端の赤外線カメラで、本に印刷されている目に見えないパターンを読んで、音が出る仕掛けになっています。

 故障の現象としては、スイッチを入れるとスピーカーからオープニングメッセージが出るが、絵に触れても全く反応が無い、というものです。

 調査の第一歩としてペン先から赤外線が出ているかデジカメで調べましたが、反応はありません。

▼ペンを分解
ペンの内部

▼基板(この写真はペン先まで分解しています)
基板(EEPROM)

基板

 このおもちゃの故障原因として、水晶の発振不良が多いようなので、水晶端子の波形を見ました。すると、電源投入時の最初の5秒間くらいは水晶が発振したのですが、その後は発振停止しました。念のために手持ちの16MHzの水晶と交換してみたのですが、状況は変わりません。なお、水晶は二つ付いていますが、交換したのはペンの先端側にある画像処理プロセッサ用のものです。

 各部の電圧を見てみると、電源投入後5秒くらいは電圧が出ていますが、その後0Vに落ちてしまいます。画像処理部の電源は、電池の電圧をDCDCコンバーターで3.6Vに昇圧した後で、シリーズレギュレーターで3.3Vに降圧して作っているようなのですが、シリーズレギュレーターにシャットダウン信号が送られているようです。

 こういう現象を再度検索すると、名張市つつじが丘おもちゃ病院の大泉さんが書かれた、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)という記事と全く同じ症状であることが判りました。

 大泉さんの記事から、画像処理チップのデーターシートがネットで入手できることが判り、SONIX の SN9P700FGのページの下の方からデーターシートを入手しました。このデーターシートにはリファレンスの回路図があり、ほぼ同じ回路になっているようです。なお、リファレンスの回路のチップは48ピンで、このおもちゃのチップは32ピンという違いがあります。

▼センサーコネクタの回路図(チップのデーターシートから抜粋)
センサーコネクタ
 センサーの信号はピン1から4までの4つのピンで送られているようです。

 オシロで確認すると、ピン1(SEN_SD1)に信号が出ていませんでした。ちなみに、ピン2には次の写真のような信号が出ていました。

▼ピン2(SEN_SD0)の波形
Pin2の波形
 16Mbpsの信号が出ています。

 大泉さんが修理されたおもちゃのピン1に信号が出ない原因は、半田クラックだったので、再半田付けして修理されています。しかし、このおもちゃのはんだ付けに問題はありませんでした。

 ということで、故障原因の究明のために、センサーを分解して行きます。

▼センサーの分解
先端部
 二分割できる黄色のリングが接着されているので、これを外します

先端キャップを外す
 先端のキャップがねじ込まれているのでこれを緩めて外します。このキャップは接着されていて、外し方が判らなかったので傷をいっぱい付けてしまいました。このキャップはネジ込みで取り付けられているのですが、最初はそのことに気付きませんでした。後で見ると、外側がローレットになっているので、ねじ込み式になっているということを察しないといけませんでした。たぶんこのネジでカメラのピントピント調整しているのでしょう。

 ここでコネクタのはんだ付けを再確認しましたが、問題は無さそうなので更に分解して行きます。

▼レンズ
レンズ
 ただの穴が開いているだけと思っていたら、実は穴の中に小さなレンズが仕込まれていました。レンズ位置を調整した後に接着して固定されている感じです。この穴にもしゴミが入ったら、読み取り不能になると思います。

▼センサー内部
センサー基板とLED
 レンズを外すとセンサーのチップが見えます。両側には赤外LEDが付いています。

▼センサー基板
センサー基板
 センサーと基板はバンプ接合されているようなので、その接続不良を疑い、該当ピンの基板のパターンを露出させてはんだゴテで加熱してみました。でも状態に変化はありませんでした。オシロで見ると0.3Vくらいの電圧の変化が観測されていたので、導通には問題は無くて、チップ内部の問題だったのでしょう。

▼センサーチップ拡大(クリックで別窓に拡大)
イメージセンサーチップ
 せっかくここまで分解したので、イメージセンサーの写真を撮っておきました。チップサイズは3mm角くらいです。

◆まとめ
 故障原因はイメージセンサーの不良だったようで、残念ながら修理することは出来ませんでした。

 電源投入後に画像プロセッサーとイメージセンサー間の通信が始まるようですが、イメージセンサーから正常なレスポンスが返って来ないので、画像プロセッサーが異常を検出して処理を中止していようです。なお、初期化の失敗を検出の後には、関連部分の電源を落とす処理が入っているようです。

 先端の赤外LEDは初期化処理が正常に終わって、カメラが正常に読めるようになってから点灯されているようです。つまり、このLEDが点灯していれば、画像処理プロセッサーとカメラ間の通信は正常に行われていると判断出来そうです。

 今回のおもちゃ修理の記事はこれでおしまいです。次回の記事は次のおもちゃ病院の開催後になると思います。
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スキル貧乏には辛い話です

お見事でした。完治には至らなかったものの、ここまでの分析と推定で不具合部品を特定されたのには驚かされました。

名張市つつじが丘おもちゃ病院のサイトも拝見してきましたが、あちらでも、総当たりの点検より論理的な切り分けが正攻法で楽しい、と書かれていて、直観に走る(当たることもある)自分のスタンスが反省されました。

こういう電子機器のようなおもちゃが増えてくると無力感しきりとなりますが、勉強はしていきますので、また戦果ご紹介をお願いします。

macosway (青森酸ヶ湯温泉にて)

re:スキル貧乏には辛い話です

故障の状態を確認しながら仮説を立てていたのですが、大泉さんの記事を読むと、その仮説がぴったり一致していたのはちょっとした快感でした。

酸ヶ湯温泉ですか、いいですね、、

酸ガ湯、、、

macosway (青森酸ヶ湯温泉にて)

こんにちわ、結構記憶も薄れていますが、、

酸ヶ湯温泉は行ったことが無いですが。。一度行って見たいと思っていた温泉です。

湯治湯かな、、、???我、、、湯治湯はそれほど詳しくありませんが、、このような、エレクトロニクスに関係ある人が
湯につかり話してみたい、、、、
、、、、、、、、
、、、、、

re:酸ガ湯、、、

jyoさん。

コメントは記事に関する内容でお願いします。それに、ここを使って読者同士で会話を始められても困ります。

センサーのデータ転送レート

つつじが丘おもちゃ病院 大泉です。

SEN_CLKに流れているクロックは8MHzなのですが、上り(センサーからプロセッサへ)はSEN_SD0とSEN_SD1の2ビットパラレルなので、データの転送レートは16Mbpsだと言うことですよね。一言で「16Mbps」と言ってしまうと、このことが伝わり難いですね。

SEN_CMDは双方向の信号ですが、データの転送には使用されていないようですから、データの転送レートとしては加味しなくてよいと思います。

また、新しいことが判りましたら情報の提供をお願いします。

re:センサーのデータ転送レート

大泉さん今晩は、コメントありがとうございます。

この波形は約60ns周期でHigh/Lowにいずれかになっているので、16Mbpsの情報量があると考えました。2chあるので合計では32Mbpsの帯域と思っていました。

クロックが8MHzだったそうですが、DDR SDRAM のようにクロックの正負のエッジを使っているような気がします。

とは書いてみたものの、あの波形を見ただけで(通信速度が)16Mbpsであると言うのはちょっと先走り過ぎでした。素直に見たままで、「約60nsでトグル、」と書くべきでした。

あと、記事に書いたように大泉さんの記事のおかげで、障害調査がとてもスムーズに行きました。ありがとうございました。
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