Aujourd’hui sort la nouvelle carte XIAO ESP32S3 de SeeedStudio. J’espère vous la présenter en test bientôt. En attendant je vais vous raconter comment elle est née. Elle a une taille minuscule mais a impliqué de grands défis. Voici l’histoire de la conception de la carte XIAO ESP32S3. Je vous invite à découvrir les coulisses de cette création et le travail des concepteurs.Découvrez le travail acharné, la passion et l’innovation dans les coulisses.

Nouvelle carte XIAO ESP32S3 chez SeeedStudio

Je vous avais présenté il y a quelque temps la carte XIAO RP2040, cette fois c’est d’ESP32S3 dont il s’agit. Cet article est la traduction d’un article de Serena Liang qui m’a communiqué le lien.

L’annonce de la carte XIAO ESP32S3 avait fait sensation dans la communauté, ses créateurs ont été ravis de voir autant d’intérêt pour le dernier membre de la série XIAO. Ils ont reçu reçu de nombreuses demandes d’informations sur les spécifications et les fonctions de cette carte de développement, ce qui n’a fait qu’augmenter leur motivation à livrer un produit remarquable. L’équipe de recherche et développement travaille dur pour dépasser les limites qu’elle s’est fixées. En utilisant des technologies de pointe et en coordonnant les ressources, ils sont déterminés à livrer un produit de qualité dont la communauté pourra être fière.

Vous allez découvrir ce qu’ils ont construit aujourd’hui. En partant d’un schéma avec un microcontrôleur puissant existant avec des attentes élevées, vous verrez le travail réalisé et la passion qui ont rendu tout cela possible.
Les avancées réalisées : un connecteur carte à carte miniature et compact avec une distance entre les broches de 0,4 mm encadré en rouge ci-dessous), un niveau d’intégration élevé, identique à celui de l’électronique grand public, réalisé pour la première fois dans les MCU de Seeed

La partie encadrée en rouge est un connecteur carte à carte utilisé pour interconnecter avec précision des cartes de circuits imprimés (PCB) de manière empilable. Ce qu’il faut surtout souligner, c’est sa taille incroyablement compacte, malgré un nombre impressionnant de 30 broches avec une distance maximale entre les broches de seulement 0,4 mm ! Il y a un point de repère pour prouver l’incroyable percée de ce produit ! La distance couramment utilisée entre les broches d’un connecteur carte à carte pour MCU sur le marché est de 0,8 mm. Elle a été réduite de moitié !

Un sentiment de fierté et de satisfaction accompagne ce minuscule connecteur carte à carte hautement intégré, puisqu’il s’agit d’une innovation de la série XIAO :

Une innovation dans la série XIAO, même parmi les MCU de Seeed

Il n’y a jamais eu de connecteurs carte à carte aussi petits dans les autres séries XIAO, ni même dans les autres cartes des MCU de XIAO. La série XIAO est connue pour son facteur de forme incroyablement petit. Lors du développement du XIAO ESP32S3, est apparue l’importance cruciale d’utiliser des micro-connecteurs carte à carte pour minimiser la taille et l’espace. Ce faisant, les concepteurs ont pu intégrer davantage de fonctionnalités dans un facteur de forme limité, ce qui a permis d’embarquer de puissantes fonctions dans un boîtier minuscule.

Un haut niveau d’intégration identique à l’électronique grand public

Les produits électroniques grand public ont généralement un degré d’intégration plus élevé que les microcontrôleurs purs. Un tel degré d’intégration exige une conception et une ingénierie soignées, ainsi qu’une compréhension approfondie des différentes technologies impliquées. SeeedStudio investit d’importantes ressources en R&D pour intégrer des fonctions puissantes dans un espace très limité.

Créé grâce à la fabrication de haute précision de Foxconn et à la technologie avancée de montage en surface (SMT) avec un espacement de seulement 0,2 mm entre les pastilles, une valeur limite dans la production !

Le XIAO ESP32S3 est produit par Foxconn à l’aide d’une technologie de fabrication avancée. Avec un espacement de seulement 0,2 mm entre les broches, il témoigne de la précision et de l’exactitude de l’assemblage et de la production obtenues grâce à des techniques d’usinage de pointe.

Quelles sont les normes de production de la carte XIAO ESP32S3 ?

Etant donné que Foxconn possède une expérience assez avancée dans le domaine du SMT (Technologie du Montage en Surface), SeedStudio a choisi de s’associer à Foxconn pour garantir la plus haute qualité au XIAO ESP32S3. En utilisant des techniques d’usinage de pointe, Foxconn peut produire des pièces avec des tolérances serrées et une grande précision dimensionnelle, ce qui garantit la qualité et la fiabilité de ses produits. Foxconn a investi massivement dans des technologies avancées d’automatisation et de robotique afin d’améliorer l’efficacité de la production et la qualité des produits. On peut donc s’attendre à ce que le XIAO ESP32S3 présente les caractéristiques suivantes :

• des soudure robustes et fiables : les soudure sont solides et durables pour résister aux tensions et aux contraintes liées au fonctionnement et aux conditions environnementales
• une inspection et des tests approfondis : les cartes font l’objet d’une inspection et de tests approfondis pour s’assurer qu’ils répondent aux spécifications de conception et aux normes de qualité

L’espacement des pastilles de 0,2 mm : une valeur limite, une percée dans le domaine des microcontrôleurs, un miracle réalisé par l’ESP32S3 de XIAO.

Avec la capacité de traitement des principaux fabricants de circuits imprimés, la distance entre les pastilles ne doit pas être inférieure à 0,2 mm. En d’autres termes, 0,2 mm est la valeur limite de l’espacement des pastilles ! Quelle est la distance de 0,2 mm ? Pour vous donner une idée de l’échelle, 0,2 mm correspond à la largeur d’un cheveu humain standard ; vous pouvez donc l’imaginer comme une ligne très fine, presque imperceptible. Les concepteurs sont très fiers de l’avancée que nous réalisée dans ce domaine grâce à une technologie de production avancée.

Tirer parti des ressources de fabrication agile de Seeed

Foxconn est une entreprise leader dans la fabrication de produits électroniques qui a fait ses preuves dans la production à grande échelle d’appareils électroniques de haute qualité. En s’associant à Foxconn, Seeed est en mesure de tirer parti de leur technologie de production de pointe. La coopération avec Foxconn incarne l’agilité de Seeed en matière de fabrication et de services. Situés à Shenzhen, Seeed est en mesure de tirer parti de vastes ressources, de politiques favorables, de chaînes d’approvisionnement efficaces et de connaissances approfondies pour produire des biens et fournir des services avec une efficacité inégalée.

Minuscule mais puissant : Des ajustements et des tests continus pour garantir l’intégrité fonctionnelle dans un espace limité

Lorsqu’il s’agit de concevoir le XIAO ESP32S3, les concepteurs sont confrontés à un défi de taille : intégrer une vaste gamme de composants électroniques essentiels dans un espace limité. Afin de surmonter cet obstacle, l’équipe de R&D a recherché et testé les solutions réalisables. Tout au long de ce processus, ont été écartées de nombreuses approches et de nouvelles ont été explorées, tout en respectant l’engagement de satisfaire et même de dépasser les attentes des clients. Plus important encore, il fallait être à la hauteur des normes les plus élevées que les concepteurs s’étaient fixées et refuser tout compromis sur la qualité.

Bien que l’équipe d’ingénieurs soit expérimentée, elle consulte toujours les manuels techniques et les notes d’application du microcontrôleur afin d’explorer les moyens possibles d’optimiser la conception en évitant les redondances et en réduisant la surface nécessaire tout en maintenant la fonctionnalité et la stabilité.

Voici une photo illustrant les trois condensateurs redondants qui ont été supprimés. En même temps,  d’autres condensateurs sur VCC_3V3 ont été ajustés afin de réduire les risques possibles.

Même en supprimant les redondances, l’espace disponible ne pouvait toujours pas accueillir autant de composants. L’équipe essaye alors de les remplacer par des oscillateurs de plus petite taille, tout en continuant à ajuster les condensateurs pour réduire le risque lié au décalage de fréquence.

Malgré la suppression des redondances et la diminution de l’espace entre les composants, le XIAO ESP32S3 ne pouvait toujours pas accueillir autant de composants électroniques que souhaité, c’est pourquoi l’équipe a décidé de sortir de sa zone de confort et de rechercher des composants encore plus petits sur le marché au lieu d’utiliser ceux qui lui étaient familiers. C’est ainsi qu’ils ont trouvé une diode plus petite qu’ils n’avaient jamais utilisée auparavant et ils ont passé beaucoup de temps à la tester afin de s’assurer de sa stabilité et de sa haute qualité après l’avoir adoptée dans leur solution.

Merci à ceux qui ont lu cet article qui témoigne des défis relevés et des succès que l’équipe de développement a célébrés.

Si vous avez des problèmes/réactions concernant le XIAO ESP32S3, ou si vous êtes curieux de connaître des sujets spécifiques pas encore abordés, n’hésitez pas à laisser des commentaires ci-dessous et à faire part de vos réflexions dans les commentaires ci-dessous.

En savoir plus sur l’ESP32S3

Documentation provenant du site ESPRESSIF

 

L‘ESP32-S3 est un MCU XTensa LX7 à double cœur, capable de fonctionner à 240 MHz. Outre ses 512 Ko de SRAM interne, il est également doté d’une connectivité intégrée Wi-Fi 2,4 GHz, 802.11 b/g/n et Bluetooth 5 (LE) qui offre une prise en charge à longue portée. Il dispose de 45 GPIO programmables et prend en charge un riche ensemble de périphériques. L’ESP32-S3 prend en charge une flash SPI octale à grande vitesse et une PSRAM avec un cache de données et d’instructions configurable.

Prise en charge de l’accélération de l’IA

L’ESP32-S3 offre une prise en charge supplémentaire des instructions vectorielles dans le MCU, ce qui permet d’accélérer les charges de travail liées au traitement des signaux et à l’informatique des réseaux neuronaux. Les développeurs peuvent tirer parti de ces instructions vectorielles grâce aux bibliothèques ESP-DSP et ESP-NN pour optimiser leurs applications. Les SDK ESP-WHO et ESP-Skainet prendront également en charge cette accélération.

Sécurité

L’ESP32-S3 offre toutes les conditions de sécurité nécessaires pour construire des appareils connectés en toute sécurité, sans nécessiter de composants externes. Il prend en charge le cryptage flash basé sur AES-XTS, le démarrage sécurisé basé sur RSA, la signature numérique et HMAC. L’ESP32-S3 dispose également d’un périphérique « World Controller » qui fournit deux environnements d’exécution entièrement isolés, ce qui permet la mise en œuvre d’un environnement d’exécution de confiance ou d’un système de séparation des privilèges.

Conclusion

Une nouvelle carte pleine de promesses que vous trouverez chez SeeedStudio au prix de 7,49$.

Sources

Tiny Size Brings Big Challenges: The Inside Story of XIAO ESP32S3 Designing – Discover the Hard Work, Passion, and Innovation Behind the Scenes

https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-s3