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[升级改造] “一代传奇的最终章”——iMac G4“台灯”套件化硬核MOD介绍

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发表于 2019-2-19 23:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 sinoneptune 于 2019-3-4 09:32 编辑

“一代传奇的最终章”——iMac G4“台灯”套件化硬核MOD介绍

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前言

2015年到现在的过去的几年中,从第一次开始拆解研究iMac G4,经过手的G4改造已经数台,尤其是27寸曲面版本的zMac G4,目前已经成为我的主力办公机器,使用起来非常满意,这种既享受MOD的过程,又收获了成果的快乐,的确不一样。

之前的几个iMac G4改造的帖子传送卷轴:


今天要给大家介绍的,是第五台,也将是个人改造的最后一台(貌似这是第三次说最后一台了,哈哈哈哈),一个完全全新思路的G4台灯改造。于我而言,可以说是改造台灯的最后的努力,因此我把这个帖子称为:一代传奇(iMac G4)的最终章。

缘起

iMac G4在整个iMac的机型发展史上,是最具特色的一代——屏幕和主机分离的样式,有且仅有这一代。所以深的不少网友的喜爱。
上面的几个作品,每次发表完后,都有不少网友在帖子后面留言,希望能量产,或者能支持一下动手能以较弱的朋友的改造想法。首先,量产涉及到版权问题,这个基本上无解;其次,G4的改造因为涉及到不少的电子基础,我也是磨砺了很久,用各种变通的手法才完成了这几台的MOD,坦白的说,G4的改造是需要一定的门槛的。
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在G4的改造发表后,我们一群爱好G4的网友组建了一个G4的改造QQ群,经常在里面讨论一些G4改造的心得,在群里面有个具备强悍电路设计功底的嘉泰大师,爱好改造,爱好折腾。
很多网友PM我,希望我能帮忙改造,但是时间和精力都不允许,为了能满足很多网友的需求,于是我们两人一拍即合,以他的设计能力为基础,为期待能自己动手改造G4朋友设计了一款非常实用的改造套件。
G4的改造有两个最大的难点:1)屏幕部分的使用,2)底座部分的IO接口,这两个地方是最需要花精力,也是决定了G4的可用性的基础。为了解决这两个难点,于是我们设计了这样的一款套件去解决这两个最大的难题,可以大大简化MOD的难度。
在套件设计的初期,大师制定的目标就是要用最简单的技术要求去实现复杂的功能。上述两个难题中,屏幕部分可以通过HDMI、DP信号转换成TMDS信号去驱动原装液晶面板实现,难度主要在定制化的套件上,而后IO的问题,则需要考虑不同的技术线路。
一种技术线路,是复用PC平台上的各个IO,通过延长线或者定制PCB来实现后IO的访问。我之前的大部分改造都是用的延长线方案,之前网友Shuntong通过定制PCB来实现,也是一个不错的办法(传送卷轴:http://idubba.com/thread-1779876-1-1.html)。不过这个技术线路有两个很明显的问题:
首先是动手复杂,不管是自己设计PCB还是制作延长线,都要一定的硬件MOD功底,而且延长线也好,PCB也好,如果没有经过精心的设计(例如对线路进行优化和屏蔽),很容易出现干扰而影响性能。
其次就是这样的设计仅仅能适配一两种特定版型的主板,如果换了PC硬件平台,很容易出现兼容性问题。于是,我们就有了第二种解决方案。
第二种解决方案,简单说就是用Docking Station的思路,一根USB 3.0线缆解决所用问题。业界有一家强悍的企业叫DisplayLink,其生产的一系列扩展坞芯片,仅仅使用USB线缆即可实现音视频、千兆网络等的输入输出,被联想、DELL、HP等公司所采用,生产出一系列的扩展坞,用来解决笔记本电脑接口不足的弊病。
这个方案,优点是一线走天下,担忧是单根USB3.0能否担起丰富IO输出的重任?其实DisplayLink早就有了解法,其设计的DL 59XX系列芯片,是我们在设计这个套件时能买到的功能最强悍的芯片。通过对USB 3.0信号的压缩处理,实现了最大支持4K视频输出的最强悍的功能。
下面就是官方的介绍页面。
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在确定了这个技术线路后,我们给DisplayLink公司发去了正式的函件,购买了DL 5900芯片以及产品授权,然后自己设计PCB及周边硬件适配,耗时半年,历经多次打样和测试最终修成正果。应该说,这是目前我经历过各种爱好者MOD中最硬核的一次了。
实际上,这个套件从2017年开始开发,2018年中完成交付,到现在以及过去大半年时间了,这门晚才发这个介绍的帖子,完全是因为实在是太忙(Lan)了。


特点

这是一个功能强悍的改造套件,解决了G4的改造中常见的技术难题,并且具有一个非常特色的功能,特点简要介绍如下:
  • 复用了台灯的原装电源、屏幕、屏轴,底壳,台灯的外观没有变化,原汁原味;
  • 支持内置ITX、STX、NUC三种不同规格的PC硬件平台;
  • 完全仿制了G4原装的后IO设计,可以在很少改造的情况下适配台灯的底座,且输入输出功能丰富;
  • 与PC硬件平台仅需USB3.0和视频线缆连接即可驱动整个底部IO,非常简便;
  • 底座可安装一块2.5寸硬盘,扩展存储空间
  • 自带了仓门开启控制电路,可以驱动机械组件实现前仓门的触控开启关闭。


能实现这样的高度集约化的设计,得益于DL 5900芯片的强大性能,下面是整个硬件连接的逻辑框图:
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基于上述的连接逻辑,然后就是艰苦的PCB设计和打样工作,下面是本次设计的PCB的一些技术细节:
  • TG170高硬度耐高温PCB板材
  • 4层板设计
  • 全板阻抗匹配
  • 镀金工艺
  • 亚光黑油表面处理

引用142楼的嘉泰大师本尊的关于用料的回复:
刚爬上来。看到坛友这么多疑问。我来回复大家
1, 好多同学都说 系统问题。这个看个人喜好。套件本身支持。苹果(黑白通吃),WINDOWS,安卓 系统。向下兼容USB 2.0 1.1 。
2, 硬件问题,套件所使用电容清一色 日本 村田,电阻 日本TDK 和VISHAY,从电阻颜色能看出来 蓝仔电阻全部为TDK独有,精密度千分之一。IC,MOS全部来自TI,这样答复不知道能否解同学们 的疑惑。有兴趣的可以*宝查下TDK电阻什么价格一颗。I/O部分除买不到的之外。USB 信音的。MINIdp hdmi   来自富士康,苹果同款。开关键 法国 C&k
3,可靠程度 .所有元器件采购,PCB设计制作, 贴片,我一手操办。


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开箱和细节

下面是套件的开箱和细节。
因为是内部分享的MOD套件,因此做了工业化包装,没有再进一步做彩盒。
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打开包装箱,上层是各种附件,从左到右,依次是:
  • 手套,用来安装时避免汗水污染套件PCB;
  • 两个1394转USB2.0的转接线,用来将后IO上的1394口转换成USB2.0
  • 一个开机信号线端子带线
  • DC-ATX电源用的ATX电源线,用来给ITX主板供电
这些附件将在MOD中各有用处,不过本次改造我用的是NUC,所以那个DC-ATX电源线没有用到。
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取开顶部的包装泡沫,看到防静电袋中包装好的套件主板,带有标签贴纸,看上去装逼效果满满
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取出主板,黑色的板子充满了苹果气息,的确,这次做的PCB就是对标苹果的PCB标准去做的,整个PCB的用料完全对标最新Mac Pro的PCB设计,相比原装台灯的PCB用料有明显的提升。:

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背部接口部分,销魂的弧线,好看的背后是无数次的测量和精准的打样,两个已经固定在PCB上的连接线,一个是USB3.0线缆,用来从PC主板上给整个套件提供信号,另一个是mini DP接口,用来做液晶屏的显示信号接入。
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正面标准视图:
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背面标准视图,可以看到主要的芯片都在这个面上,密密麻麻的布局,这就是硬核,这就是执着!
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下面我们来看看一些魔鬼的细节:
首先是背部的IO接口,先看左侧的接口部分,可以看到各个接口完全采用了最新的硬件配置——老旧的USB接口已经升级到了3.0接口,为了保持接口的一致性减少MOD的难度,已经被淘汰的1394口也被保留了,只是接口的线序被改成了USB2.0,通过套件赠送的1394转USB 2.0的转接线用来连接键盘鼠标是绰绰有余的。同时,把原装的mini VGA口改成了标准尺寸的HDMI口,最大支持[email protected]输出。
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右侧的接口部分,已经成为历史的电话猫接口被改成了mini DP输出口,可以实现4K的视频输出,千兆网口、水晶音箱接口、麦克风、耳机接口一个都不少,包括开机按键用的都是原装台灯同款。对电子元件价格熟悉的朋友一定会知道,这个板子上用的各个器件都是发烧级的,那个原装进口的百富 BEL RJ-45 Magjack的千兆网口就几十元一个。
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板子上用来连接的主要插口,从左到右顺时针方向:
  • HDMI母座,用来使用HDMI信号驱动液晶显示屏,这个和板子自带的mini DP二选一;
  • 台灯原装屏线接口,完全原装接口;
  • 黑色的屏幕供电、风扇、喇叭三合一接口,完全原装接口;
  • 白色的DC-ATX输出接口,使用套件附赠的DC-ATX线来给ITX主板供电;
  • 黑色的台灯电源接口,直接连接台灯的原装电源,完全原装接口;

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看看一些芯片的细节


首先是主芯片DL 5900及周边USB电路、DDR 3电路:
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换个角度:
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这里可以看到如蛇行逶迤的线路,这个就是用来做信号等长的设计:
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这个是底座增加出的SATA硬盘口,使用ASM 1153E来提供转换:
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这是音频的功放芯片TA2024,与原装台灯同款,提供原汁原味的功放能力推动水晶音箱。
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下面是DC-ATX电路部分,可以将台灯原装的12V转换出5V等电压用于驱动ITX主板。
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这是触控机械开仓组件的电路驱动部分,包含了触控IC、步进电机驱动IC:
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这是触控开仓部分的接线端子,分别为步进电机、进出仓限位开关的接口:
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轻松愉快的安装过程

在安装套件之前,你总要有一台台灯嘛,这次我改造,用的就是一台20寸的顶配台灯,不过是不是顶配无所谓了,应该即使是顶配,其原装主板也没用了

PC的硬件平台,用的是一套5代i5的NUC平台:
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整个安装过程,一共就分为4步:拆、改、做、装,这四步完成了基本上就是大功告成!

下面介绍这四步安装过程:

第一步是拆:
首先将台灯放置在一个柔软的平台上,撅起台灯的屁股:)拆除不需要的部分:
1. 打开底板,拆除底部四个固定螺丝后,打开主板部分;
2. 上部仅需整体拆除掉光驱和硬盘安装架,其他部件完全保持不动。如果是使用NUC,则需要拆下电源后面加装NUC的电源插头。
3. 底部需要拆除原装G4主板和Modem电话口小板。


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第二步是改:
将底座部分的小部件做简单的修改:
1. 拆除红框内的两个散热垫块。左侧一个用手稍加用力即可掰下,右侧一个用尖头改锥从一个角下部稍加用力即可撬下来。
拆除后的三个螺丝柱不用理会,套件设计的时候已经避开了这几个螺丝柱。
2. 将底板上的黑色绝缘塑料片撕下(用双面胶粘合在底板上),用剪刀将塑料片边缘翘起的大约5mm边缘部分剪掉。
3. 修改好的底板如图3所示。
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第三步是做:
下面来到整个安装过程中最需要“技术”的操作部分——做电源线和开机控制线。
    因为套件适配不同的平台,因此在使用特定平台的时候需要做一些适当的配件。使用NUC、STX平台,需要做一个给平台供电的电源线,以及控制开机信号的开机信号线。
1. 准备一个适配于NUC的电源插头,从台灯原装电源的12V输出部分,焊接一个电源线用来给NUC供电。
2. 用套件附赠的端子,根据自己的主板的开机控制脚的规格,焊接一个开机控制线。
完成这两个需要准备合适的端子和烙铁、焊锡,如果自己不能动手的话,找个修家电或修手机的几分钟即可搞定。
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第四步是装:
安装NUC到套件板子上:
1. 准备合适长度的铜螺丝柱(这里用的是[email protected]的以抬高NUC)、螺母和垫片。
2. 在底板上找到合适孔位的孔,将螺丝柱固定到。
3. 将NUC安装到底板后如图3所示,大马拉小车。
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至此,主要的安装工作全部完成了。是不是简单到泪牛满面?

稳妥起见,在总装之前,先通电做个测试,其实也没啥要调试的,就是把几个接口插好,并且到DL的官方网站下载好驱动安装到系统上:
1. 台灯电源接到底座上,电源输出口插到套件板电源口,新加的NUC电源插到NUC上。
2.  插好台灯屏线、屏电源线。
3. 将套件板上的USB3.0口、mini DP口插到NUC上。
开机,完成正常,然后把各个部件按照各自位置最后固定安装好,大功告成。

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简单的测试

对于台灯的MOD测试,无非是两大块:散热和接口性能。

首先是散热测试:
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系统的散热采用的原装iMac G4的垂直风道的散热逻辑,因此保证了从底部抽冷风,从顶部排热的较好设计。
通过对NUC系统的散热测试可以看出,通过一个自制的规模并不大的散热器,压住i5是完全OK的,全程CPU的温度控制在70度上下,没有出现过热降频的情况,对于热老虎NUC来说完全是解放了散热对能力的限制。
从散热系统的设计来看,建议:
  • 采用NUC的话,套件可以直接给顶部的风扇12V供电,因此不用担心NUC无法驱动风扇的问题,此时风扇定速散热,声音较轻;
  • 采用STX、ITX主板的话,可以直接将顶部风扇接到主板的FAN插口上,可以更加灵活控制风扇的转速,如果G4的顶部风扇存在老化现象,则可以将顶部风扇换成9025规格的PWM风扇实现完美替换。



接口速度测试,主要是大家关心的一个问题,就是:单个USB3.0 口用来连接整个套件,会不会成为瓶颈?实际测试下来完全无碍,不知道DisplayLink用了什么黑科技,整个套件用来办公完全没问题:
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显示输出的测试其实没啥好说的,就是插上线点亮就行,不过手头没4K的显示器,暂时就没有测试4K显示输出情况。
从下面的图可以看出,毕竟是十几年的CFFL背光的液晶屏了,相比LED背光的明显有点发黄了:
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最终章

惯例,最后要总结一下优缺点,这次的套件MOD,可以说把G4的改造推进到了一个新的高度,但是世界上有精品但没有最完美的作品,上面把套件的一系列有点已经阐述清楚,下面说说白璧微瑕的一些缺点:
1.固定孔位有一处错误,ITX主板的四个固定点中,不是位于角上的那个螺丝孔位有偏差,所以安装的时候只能装3个螺丝,倒是问题不大。
2.受制于DL 5900芯片的输出能力(其实是USB3.0的带宽限制),4K分辨率输出时,帧速是30Hz,不能达到60Hz来说略有遗憾,一般办公的应用没有问题,但是用来打游戏估计不行(不过内置NUC或者ITX、STX的性能,又能打什么游戏呢?)
3.价格小贵,因为产量问题(只出了十几片),加上购买芯片以及授权,单片套件的价格接近3K,不过相对于节约的时间和MOD上的便利(之前的每次MOD都是要耗时几个月慢慢弄,这次是半天全搞定),对我来说这个反而显得不贵了。

如果说非常在一个喜爱的事情上画上一个句号,我想这次的套件化MOD可以称得上是“最终章”,希望不仅是推荐这个套件,做出一个优秀的MOD作品,也是给致力于MOD 的朋友们开拓出一个新的思路,让中国的MOD玩家能走得更高、更远。

谢谢嘉泰大师开发的这个套件,谢谢这些年一直支持我和帮助我玩MOD的兄弟们!


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评分

14

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发表于 2019-2-20 00:06 | 显示全部楼层
嗯~硬了,看到大圆板板

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发表于 2019-2-20 00:16 | 显示全部楼层
这是真牛逼,普通小白如我,赶紧退开

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发表于 2019-2-20 01:25 | 显示全部楼层
动手能力max啊

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发表于 2019-2-20 01:55 来自手机 | 显示全部楼层
动手能力是真的强  深夜帮顶

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发表于 2019-2-20 02:27 来自手机 | 显示全部楼层
赞呐,以后搞一个给老婆足以。

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发表于 2019-2-20 03:05 | 显示全部楼层
这主板都能仿造出来,,不得不说,中国得山寨厂商世界第一

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发表于 2019-2-20 03:52 来自手机 | 显示全部楼层
非常非常强,佩服.

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发表于 2019-2-20 08:34 | 显示全部楼层
硬核 MOD

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发表于 2019-2-20 08:46 | 显示全部楼层
持续关注大神的MOD,大赞

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发表于 2019-2-20 08:51 | 显示全部楼层
硬核小破灯,赞一个!
这是目前在CHH见过的最硬核的iMac Mod,没有之一

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发表于 2019-2-20 09:00 | 显示全部楼层
Q群好友前来报道。

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发表于 2019-2-20 09:05 | 显示全部楼层
动手能力令人赞叹,PCB和各IO接口也能自己搞定就不只是强悍能够来形容的了
自己手上存了两台mac CUBE,在是保持原状还是动手改造中犹豫了两年

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发表于 2019-2-20 09:12 | 显示全部楼层
太牛逼了,前来膜拜

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发表于 2019-2-20 09:13 | 显示全部楼层
硬核MOD,太牛逼了~ 群友帮顶~

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发表于 2019-2-20 09:14 | 显示全部楼层
楼主能不能黑苹果

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发表于 2019-2-20 09:18 | 显示全部楼层
可以!这很硬核!

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 楼主| 发表于 2019-2-20 09:19 | 显示全部楼层
王骞 发表于 2019-2-20 03:05
这主板都能仿造出来,,不得不说,中国得山寨厂商世界第一

感谢兄弟支持!

严格来说,这次的MOD还真不能叫“山寨”,因为山寨的前提是有人做出了,你再去仿制,而这次的MOD套件完全是原创的。

就像中国产的初教六飞机,很多美国人买,买回去了自己改装一下玩的很溜,但是这个改造应该不能叫“山寨”吧
发表于 2019-2-20 09:19 来自手机 | 显示全部楼层
终于等到你,期待你再一次失言,哈哈

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 楼主| 发表于 2019-2-20 09:20 | 显示全部楼层
osorry 发表于 2019-2-20 09:14
楼主能不能黑苹果

可以黑苹果啊,黑苹果的难度不在硬件MOD,而是在PC硬件平台上的苹果系统安装和调试上
 楼主| 发表于 2019-2-20 09:22 | 显示全部楼层
shuntong 发表于 2019-2-20 09:19
终于等到你,期待你再一次失言,哈哈

就你最坏,哈哈哈哈
发表于 2019-2-20 09:22 | 显示全部楼层
这都能搞出来,佩服佩服!

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发表于 2019-2-20 09:23 | 显示全部楼层
硬核套件,啥时候上市啊,看的手痒痒了

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发表于 2019-2-20 09:24 | 显示全部楼层
硬核MOD,真的好硬!!!请收下我的膝盖!

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 楼主| 发表于 2019-2-20 09:25 | 显示全部楼层
1461748123 发表于 2019-2-20 09:23
硬核套件,啥时候上市啊,看的手痒痒了

一共十几个,已经快被MOD群基友分完了吧
发表于 2019-2-20 09:36 | 显示全部楼层
过于硬核

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发表于 2019-2-20 09:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 leonid 于 2019-2-20 09:52 编辑

非常强大的MOD! 通过自己做底板,这个思路是非一般MODer不会轻易尝试的,毕竟耗时和耗财。佩服您和您的朋友~~PCB设计的挺好,加工和用料也够专业!不过,建议您对硬件的说明,应该让您硬件的朋友帮忙做一下,举个例子:"这里可以看到如蛇行的逶迤的线路,这个就是线路阻抗匹配的设计:"这个叫蛇形线,是用来做等长的,就是一组并行的信号线,为了保证每条线上信号从出发到到达对端都用时相同,才会设计使用的。和阻抗的关系并不大。相反,你们PCB的阻抗线我看是做的微带线,走线多宽,和内层GND间距多少的精确计算,以及PCB板厂的加工精度才是保证阻抗的。
另外,个人还是很不喜欢目前业界内把PCB上的阻焊油从绿色变成黑色亚光就叫的高大上,成本并不会增加多少钱,貌似是从周360还是雷猴开始的坏风气吧。。。。

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发表于 2019-2-20 09:45 | 显示全部楼层
硬核无非于此,极限秀

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发表于 2019-2-20 09:47 | 显示全部楼层
有iMac G4的Mod议题终结潜质,支持兄弟!

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发表于 2019-2-20 09:47 | 显示全部楼层
非常强大,献上膝盖

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