10 советов схемотехнику

    Недавно один мой знакомый, начавший интересоваться электроникой и схемотехникой, обратился ко мне с просьбой дать ему какие-то практические советы по разработке электронных устройств. Поначалу этот вопрос немного озадачил меня: как-то так получилось, что для себя я никогда не выделял какие-то перечни обязательных правил проектирования, всё это было у меня где-то на уровне подсознания. Но этот вопрос послужил хорошим толчком для того, чтобы сесть и сформулировать хотя бы небольшой список таких рекомендаций. Когда все было готово, я подумал, что, возможно, это будет интересно почитать кому-то еще, таким образом и получилась данная статья.



    Введение


    Статья представляет собой перечень из десяти основных правил проектирования, которые актуальны при разработке широкого класса устройств. В статье я намеренно не затрагиваю моменты, касающиеся проектирования печатных плат – это тема для отдельного разговора. Правила приведены в случайном порядке без каких-либо сортировок по алфавиту, значимости, частоте использования на практике и др. Этот перечень правил также не претендует на какую-то полноту и абсолютную истину, в нем содержится мой опыт разработки электронных устройств и не более того.

    1. Ставьте конденсаторы по питанию микросхем


    Наличие конденсаторов по питанию является необходимым условием нормальной работы любой микросхемы. Дело в том, что они обеспечивают импульсный ток, который потребляет микросхема при переключении внутренних транзисторов. Если в непосредственной близости от микросхемы нет конденсатора, то из-за индуктивности дорожек печатной платы фронт тока может быть завален, и необходимая скорость его нарастания не будет обеспечена. Вполне может быть, что микросхема вообще при этом не будет работать, такие случаи встречаются. В связи с этой особенностью, выбирать следует конденсаторы с низкими ESR и ESL (эквивалентным последовательным сопротивлением и эквивалентной последовательной индуктивностью). В подавляющем большинстве случаев хорошо себя показывают керамические конденсаторы, а если вдруг требуется большая емкость – танталовые.

    Количество конденсаторов у каждой микросхемы должно быть не менее количества ножек питания данной микросхемы. То есть, если микросхема имеет 10 выводов питания, то надо ставить не менее 10 конденсаторов только на одну эту микросхему, причем располагать эти конденсаторы на печатной плате надо как можно ближе к выводам питания. Часто производители рекомендуют ставить еще один дополнительный конденсатор большего номинала общий для всех выводов питания микросхемы. Ниже на рисунке приведен пример из документации на сверхпопулярный микроконтроллер STM32F103: как видим, помимо 5 конденсаторов 0,1 мкФ у выводов VDD, производитель рекомендует также ставить один общий конденсатор 4,7 мкФ.



    Отдельного внимания заслуживает выбор емкости конденсатора. В большинстве случаев вы не ошибетесь, если выберете емкость 0,1 мкФ. Однако не поленитесь заглянуть по данному вопросу в документацию на микросхему: здесь тоже могут быть тонкости. Например, ВЧ-микросхемы часто требуют наличие конденсатора меньшей емкости. Ниже приведена картинка из документации на микросхему смесителя LT5560. Как видно из рисунка, производитель советует применять конденсаторы 1 мкФ и 1 нФ.



    Возможны отклонения и в другую сторону: например, 4G модуль WP7502 требует установки конденсатора в целых 1500 мкФ рядом с выводами питания:



    В общем, лучше всегда уточнять номиналы требуемых конденсаторов в документации на конкретную микросхему.

    2. Учитывайте предельные параметры компонентов


    К сожалению, не так редко встречаются схемы, где резистор в корпусе 0402 стоит в цепи 220 В или что-то аналогичное. Так делать нельзя! Перед установкой любого (абсолютно любого) компонента на схему вы должны убедиться, что ни при каких условиях не превышены максимально допустимые параметры по току, по напряжению и по рассеиваемой мощности для этого компонента. Все расчеты необходимо производить для наихудших условий эксплуатации (в частности, для максимально возможного напряжения на схеме), а предельные параметры смотреть в документации на конкретный компонент.

    Рассмотрим простой пример с резистором. Допустим, мы рассчитали схему и нам требуется обеспечить сопротивление 25 кОм, а максимально допустимое напряжение в этой цепи составляет 100 В. Какой резистор мы заложим в схему? Открываем документацию на резисторы серии RC от Bourns и видим основные предельные параметры:



    В цепях с напряжением 100 В могут работать резисторы серии CR0805 или CR1206. CR0603 туда ставить нельзя. А что с рассеиваемой мощностью? Как гласит школьный курс физики, для цепи постоянного тока она считается по формуле:

    $P=U^2/R=100^2/25000=0,4 Вт$


    Такую мощность не выдержит ни один из представленных резисторов в таблице, однако мы можем соединить их несколько штук параллельно: 4 штуки CR0805 или 2 штуки CR1206. Только не забывайте, что при параллельном соединении резисторов их эквивалентное сопротивление уменьшается. Например, мы можем взять 4 шт. CR0805-JW-104ELF (100 кОм): соединив их параллельно, получим как раз 25 кОм. Для ответственных применений можно еще дополнительно снизить нагрузку на каждый из резисторов, соединив параллельно не 4 штуки, а 6 штук.

    Максимально допустимый ток для резистора серии RC составляет 2 А, и он тут явно не будет превышен, это легко проверяется по закону Ома. Более того, данный параметр в основном актуален для резисторов с маленьким сопротивлением, для остальных гораздо быстрее вы уткнетесь в превышение мощности.

    А как выбирать конденсаторы? После определения типа применяемого конденсатора (керамика, тантал, пленка, электролит и др.), необходимо обеспечить запас по напряжению хотя бы в 25-30%. Если есть возможность, то для ответственных применений лучше брать запас в два раза. В ряде случаев, помимо напряжения необходимо еще учитывать и импульсный ток через конденсатор. Про этот параметр очень часто забывают, хотя перегрузка конденсатора по току в цепях какого-нибудь импульсного источника питания ничем хорошим не закончится. Рассмотрим пример. Допустим, мы рассчитали наш импульсный источник питания и определили, что он:

    1. Работает на частоте 100 кГц.
    2. Напряжение выходной цепи равно 30 В.
    3. Требуется конденсатор емкостью не менее 100 мкФ.
    4. Через него будет протекать импульсный ток в 2 А (действующее значение).

    Емкость и напряжения конденсатора достаточно велики, поэтому оправданным будет применение электролитического конденсатора. Например, подойдут конденсаторы EEH-ZA от Panasonic.

    Открываем на них документацию:



    На первый взгляд, вроде бы, 35 В больше 30 В, и нам должен подойти этот конденсатор. Однако в данном случае запас будет всего 5 В, что очень мало. Правильным решением будет выбрать конденсатор на 50 В.

    Смотрим дальше: у нас есть конденсатор на 50 В с требуемой емкостью в 100 мкФ. Можно было бы взять его, но у него максимальный ток равен нашим ожидаемым 2 А (для частоты 100 кГц), то есть опять запаса по этому параметру не будет.

    Поэтому правильно будет взять два конденсатора на 68 мкФ 50 В и соединить их параллельно. Таким образом, мы получим общую емкость в 132 мкФ, максимальное напряжение в 50 В и максимальный импульсный ток в 3,6 А. Такая система будет надежной и проработает долго.

    Аналогичным образом выбираются и дроссели, и транзисторы, и вообще любые другие компоненты. Всегда надо помнить про их предельные параметры и брать компоненты с запасом минимум 25-30%.

    К предельным параметрам можно также отнести и температуру. Существует три основные температурные группы:

    • Commercial (0 ℃…+70 ℃)
    • Industrial (-40 ℃…+85 ℃)
    • Military (-55 ℃…+125 ℃)

    Данное деление не является абсолютным, существуют также и всякие расширенные поддиапазоны. Но важно одно – все (абсолютно все) компоненты на вашей схеме должны попадать в заданный техническим заданием температурный диапазон. То есть, при проектировании схемы всегда надо держать в голове требуемый диапазон рабочих температур и выбирать компоненты в соответствии с ним. Диапазоны рабочих температур (а также и диапазоны предельных температур) всегда приводятся в документации.

    Стоит также отметить, что микросхемы диапазона Military вы, скорее всего, не сможете купить: они продаются далеко не всем желающим.

    3. Защищайтесь от статики


    Электростатический разряд способен за долю секунды выжечь порты микросхемы стоимостью в тысячи долларов. По этой причине следует всегда помнить о нем и предпринимать меры по защите своих устройств. Вообще тема защиты от статического электричества довольно обширна и уже сама по себе заслуживает отдельной статьи. В рамках этой попробуем лишь кратко рассмотреть основные правила, которые я выработал для себя:

    1. Все интерфейсные разъемы (USB, UART, RS-232 др.), с которыми потом будет контактировать пользователь, однозначно должны иметь защиту от статического электричества.
    2. Все кнопки, на которые нажимает пользователь, должны иметь защиту от статики, при условии, что они заведены на чувствительные микросхемы.
    3. В случае, если оконечный драйвер уже имеет встроенную защиту от статики, и если эксплуатация изделия не предполагает суровых условий, дополнительную защиту можно не ставить. Примером может послужить преобразователь RS-232 SN65C3223, у него уже есть встроенная защита от статики.

      В случае, если предполагается эксплуатировать изделие в суровых условиях, встроенной защиты может быть недостаточно и потребуется ставить дополнительно еще и внешние элементы.
    4. Защищать ли от статики внутриблочные разъемы – это зависит от культуры вашего производства. Если монтаж происходит в специальных комнатах с антистатической мебелью и покрытием полов, а все монтажники применяют антистатические браслеты – это может быть и не обязательно. При других условиях защита тоже лишней не будет.

    К элементам защиты от статики предъявляются следующие требования:

    1. Они должны выдерживать заданную энергию электростатического разряда.
    2. Они должны быть рассчитаны на соответствующее рабочее напряжение. Мало смысла ставить защитный диод на 15 В в цепь, максимальное допустимое напряжение для которой 3,6 В.
    3. Они должны иметь малую паразитную емкость (для высокоскоростных цепей – единицы пикофарад максимум). Если вы поставите какой-нибудь мощный защитный диод (который почти наверняка будет обладать большой емкостью) в цепь USB 3.0, то просто завалите фронты сигналов и ничего работать не будет.
    4. Они должны иметь маленькие токи утечки. Типовое значение – единицы нА.
    5. На печатной плате они должны располагаться в непосредственной близости от разъема, и дорожка печатной платы должна проходить строго «вывод разъема -> элемент защиты-> защищаемый компонент».
    6. После защитного диода и перед микросхемой нелишним будет поставить резистор в единицы-десятки Ом, если это допустимо. Этот резистор будет способствовать рассеиванию возможного всплеска напряжения на защитном диоде при сильном разряде.



    Что именно использовать в качестве защиты от статики? Сейчас имеется достаточно богатый выбор:

    1. Защитные диоды с фиксированным уровнем напряжения. Примером может служить диод CDSOS323. Существуют как однонаправленные, так и двунаправленные варианты таких защитных диодов:

    2. Защитные диоды с уровнем напряжения, определяемым источником питания. Примером может служить диодная сборка TPD4E001: рабочий диапазон напряжения Vcc составляет от 0,9 до 5,5 вольт.


      Рядом с такими диодами рекомендуется располагать конденсатор небольшой емкости, включенный по питанию.
    3. Варисторы. Есть специальные виды, предназначенные для защиты от статики. Примером может служить CG0402. Благодаря ультра маленькой емкости в сотые доли пикофарад, они могут применяться в таких высокоскоростных устройствах как USB 3.0 или HDMI:

    4. Не используете для защиты от статики стабилитроны! Они предназначены для другого.
    5. В особо тяжелых случаях может потребоваться использование газовых разрядников, но это уже не совсем про статику :)

    4. Безопасность – превыше всего


    Главное правило врача – не навреди. Главным правилом разработчика должно стать «Создавай безопасные для окружающих устройства». В данном разделе я рассмотрю некоторые наиболее часто встречающиеся моменты, за которыми может таиться опасность:

    • Как только напряжения в вашей схеме превышают 30 В (а при эксплуатации в условиях повышенной влажности 12 В), начинайте думать о том, как обезопасить пользователя от них.
    • При работе с сетями 220 В будьте предельно внимательны. Обеспечиваете надежную гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями. Вырезы в печатной плате будут здесь совсем нелишними. Контакт пользователя с первичной цепью должен быть совершенно исключен!
    • Если проектируете устройства, питающиеся от сети, разберитесь, что такое конденсаторы Х и Y типа, применяйте их в соответствующих местах и никогда не заменяйте их на обычную пленку или керамику.
    • При работе с высокими напряжениями металлический корпус вашей аппаратуры должен быть заземлен.
    • Предохранители и другие устройства защиты – совсем нелишняя вещь
    • При организации цепей защитного отключения не полагайтесь на микроконтроллеры, они склонны зависать. Всегда дублируйте такие важные цепи какой-нибудь дубовой логикой.
    • Предусматривайте цепи разряда для высоковольтных конденсаторов. После выключения прибора они должны разряжаться как можно быстрее.
    • Медицинская техника – отдельная история. Не начинайте ее разрабатывать, не ознакомившись со всеми требования безопасности, которые предъявляются к аппаратуре данного типа.

    Более подробную информацию на тему безопасности можно получить в ГОСТах и других стандартах.

    Примеры
    • ГОСТ 12.2.091-2012 Безопасность электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения
    • ГОСТ 27570.0-87 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний
    • ГОСТ Р 12.1.019-2009 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты


    5. Ставьте защиту от дурака


    Если вы думаете, что пользователь не перепутает распиновку вашего разъема питания или не подаст 27 В вместо 12 В, то вы заблуждаетесь, такое рано или поздно случится. Этого еще как-то можно избежать, если у вас аппаратура питается через какой-нибудь стандартный разъем, но в любом другом случае я рекомендую защищать входные цепи питания от ошибок пользователя. Конечно, от ядерного взрыва или от прямого подключения к подстанции 10 кВ мало что спасет, но базовые элементы защиты должны быть. В рамках данной статьи я очень кратко рассмотрю два типа защит: от переполюсовки и от повышенного входного напряжения.

    Схем для защиты от переполюсовки изобретено уже довольно много, но в своей практике я широко использую две из них: с использованием диода и с использованием полевого транзистора.
    Схема защиты от переполюсовки с использованием диода приведена на рисунке:



    Достоинством данной схемы является предельная простота, но она обладает большим недостатком: диод VD1 может сильно греться. Выделяемую на нем мощность можно грубо прикинуть, умножив 0,4…0,8 (падение напряжения на открытом диоде) на ток потребления схемы. Для точного расчета можно воспользоваться ВАХ диода, которая всегда есть в документации на него. Но и так очевидно, что при токе в 1 А на диоде будут выделяться несколько десятых долей ватта, которые не только пропадут впустую, но, при отсутствии теплоотвода, скорее всего, быстро убьют диод (особенно, если он в маленьком корпусе). Поэтому такую схему защиты можно применять, только если потребляемый ток не превышает единиц-десятков миллиампер.

    Для более мощных схем лучше применять схему защиты на полевом транзисторе, она приведена на рисунке:



    В рамках данной статьи я не буду рассказывать, как эта схема работает и как ее считать, про это уже написано много где, и у заинтересованного читателя не будет проблем с поиском информации. Поэтому сразу перейдем к схемам защиты от перенапряжения.

    Для защиты от перенапряжения существует как минимум два подхода: установка каких-либо электронных предохранителей (хотсвапов, контроллеров питания) на входе схемы, либо же установка ограничителей напряжения. Безусловно, можно объединить эти два подхода в одной схеме.

    Микросхемы электронных предохранителей бывают с самым разным функционалом: они могут уметь мониторить повышенное напряжение, пониженное напряжение, обеспечивать защиту по току, температуре, мощности, обеспечивать плавное нарастание тока и еще много всего. Примером неплохого электронного предохранителя может служить микросхема TPS1663, типовая схема включения которой приведена ниже:



    Эта микросхема обеспечивает защиту от перенапряжения, однако у нее самой максимально допустимое напряжение составляет 67 вольт. Как же защититься в этом случае? К сожалению, бесконечно наращивать защиту не получится, и в таком случае остается один единственный вариант: допустить, чтобы в схеме сгорело что-то дешевое и разорвало цепь, спасая всю ценную начинку схемы. И тут мы плавно перемещаемся к ограничителям напряжения.

    В качестве ограничителя напряжения может выступать варистор, защитный диод (TVS) или вообще газовый разрядник. Говорить о плюсах и минусах каждого потянуло бы на отдельную статью, поэтому в рамках данной рассматриваться не будет. Применять ограничители напряжения имеет смысл совместно с плавким предохранителем: при таком подходе варистор или защитный диод ограничивают напряжение, пропуская через себя большой ток, что вызывает сгорание плавкого предохранителя и разрыв цепи. Если обстоятельства сложатся не очень удачно, сгореть может также и сам ограничитель, однако ценные микросхемы на плате должны быть спасены и, что тоже очень важно, возможное возгорание предотвращено. Простейшая схема защиты устройства с использованием варистора приведена ниже:



    Мы рассмотрели основные схемы защиты платы от переплюсовки питания и от перенапряжения. Разработчик должен выбрать оптимальную комбинацию схем защиты, исходя из требований к надежности, вероятности ошибки пользователя, места на печатной плате и стоимости изделия. В качестве заключения для этого раздела, приведу фрагмент схемы входного каскада, реализованного в одной из последних моих разработок. В этой схеме представлен полный комплекс защит: защита от переполюсовки на полевом транзисторе, защита от пониженного и повышенного напряжения, а также защита по току на микросхеме TPS1663, и в довершении всего защита с помощью варистора и плавкого предохранителя.



    6. Практикуйте системный подход к разработке


    Очень частая ошибка начинающих разработчиков – нарисовать схему, развести плату (может быть, даже изготовить ее) и только после этого задуматься о корпусе устройства. И вот тут начинается самое интересное: вроде бы вот, есть в продаже отличный корпус под устройство, практически подошел бы… если бы плата была миллиметра на два покороче. А следующий типоразмер корпуса уже в полтора раза больше, но приходится брать его, потому что альтернатива – изготовление корпуса на заказ – слишком дорога. В результате имеем неоправданно большой корпус, в котором болтается маленькая печатная платка. А ведь этого можно было избежать, если бы вопрос проработки корпуса аппаратуры не оставлять на потом, а решать одновременно с разработкой печатной платы.

    Когда разрабатывается какое-то сложное устройство с кастомным корпусом, то тут качественная разработка в принципе не может происходить без плотной совместной работы конструктора, схемотехника и тополога (иногда, правда, это один и тот же человек :)). Важно понимать, что эта работа происходит одновременно: схемотехник рисует схему и передает ее топологу, конструктор в это время определяет габариты печатных плат в зависимости от конструкции изделия, а также выдает всевозможные ограничения на высоту компонентов и запретные зоны, тополог делает предварительную расстановку компонентов на печатной плате и передает ее конструктору для интеграции в общую 3D-модель, схемотехник все согласовывает и, при необходимости, реагирует на пожелания типа «вот тут бы дроссель подобрать на пару миллиметров пониже».

    Но комплексный подход к разработке не ограничивается только конструкцией.

    Если изделие предполагает написание встроенного софта, необходимо взаимодействие схемотехника с программистами еще на этапе разработки структурной схемы будущего устройства. Это необходимо как для планирования сроков разработки, так и для определения возможности программной реализации заложенный схемотехнических решений. К сожалению, при недостатке у схемотехника знаний об особенностях разработки программного обеспечения, некоторые заложенные в схему решения могут оказаться в принципе неосуществимыми с точки зрения написания софта, а выяснится это все только после изготовления печатных плат. Поэтому для того, чтобы избежать такой грустный сценарий, стоит продумать и согласовать все принципиальные с точки зрения ПО вопросы с теми, кто потом это ПО будет писать.

    Кроме того, при разговоре о комплексном подходе, нельзя не упомянуть и такой важный момент, как организация будущего производства. Уже на этапе рисования схемы необходимо задуматься о том, как потом эта плата будет производиться, как ее отлаживать, проверять, тестировать. Уже сейчас нужно заложить контрольные точки для измерения напряжения источников питания, подумать про рабочие места, про всевозможные кабели и куда их подключать, про методику проверки. Очень может быть, что для тестирования вашей платы в условиях серийного производства понадобится специальная оснастка – ее разработку (хотя бы в эскизном виде) надо начинать параллельно с проверяемой платой, потому что это два взаимосвязанных устройства.

    В общем, в качестве краткого резюме по текущему разделу – подходите к разработке комплексно. Думайте о конструкции изделия, о корпусе, о разработке программного обеспечения, о том, как будут производиться и тестироваться ваши устройства в самом начале проектирования, а не тогда, когда уже большая часть работ сделана, и любой шаг в сторону сопровождается огромными затратами ресурсов.

    7. Используйте нулевые резисторы


    Я уверен, что любому разработчику знакома такая ситуация: схема разработана, плата разведена, компоненты запаяны, и вот изделие попадает на отладку. Включаем – и не работает. Начинаем искать причину – вот незадача, перепутаны RX и TX у UART. Или D+ и D- у USB. Или MOSI и MISO в SPI. Или… да ошибиться можно где угодно, особенно если данный кусок схемы делается в первый раз. Приходится брать скальпель, резать дорожки на печатной плате, зачищать маску и пытаться припаяться к этим самым дорожкам проводами. А что если дорожки во внутренних слоях печатной платы? А микросхемы – в BGA корпусе? Да еще и с использованием технологии Via-In-Pad? Вот где настоящая боль. В такие моменты невольно начинаешь завидовать программистам, у которых проблему можно решить путем перекомпиляции программы, тогда как здесь маячит перспектива полной переделки печатной платы без возможности оживить текущую. Можно ли как-то избежать такого грустного финала? Зачастую да. В случае, когда какой-то кусок схемы делается впервые, а топология печатной платы не располагает к экспериментам, «сомнительные» цепи лучше соединять не напрямую, а через нулевой резистор (резистор с сопротивлением 0 Ом).



    В таком случае, даже если вы ошибетесь в схеме, ошибка не будет фатальной. Достаточно будет снять запаянные резисторы и скоммутировать схему правильным образом. Обойдется без перерезания дорожек и, тем более, без ковыряния меди на внутренних слоях платы.
    Может возникнуть вопрос – а не слишком ли расточительно вот так вот ставить резисторы на плату, которые не очень-то и нужны? Ну, на момент написания статьи, цена на DigiKey нулевого резистора в корпусе 0402 составляла порядка 2$ за 1000 штук. Пусть каждый сам для себя решит дорого это или нет. Кроме того, замечу, что нулевые резисторы необходимы только на опытных образцах, когда еще нет уверенности в правильности схемы. При запуске серийного производства, когда все недостатки схемы устранены, в новой ревизии платы вполне можно их исключить.
    К выбору типа нулевого резистора необходимо подходить комплексно. Необходимо учитывать как минимум следующие параметры:

    • Максимально допустимый ток через резистор
    • Паразитную индуктивность и емкость резистора
    • Тип корпуса и занимаемую площадь на печатной плате

    Например, если вы поставите проволочные резисторы в высокоскоростные цепи, то схема, скорее всего, не будет работать: паразитная индуктивность их слишком велика. Для большинства цифровых цепей хорошо подходят SMD резисторы. Обычно я использую корпус 0402 – это некий компромисс по занимаемому месту на печатной плате и удобству монтажа. Нулевые резисторы в корпусе 0402 не оказывают существенного влияния даже на относительно высокочастотные цепи: High Speed USB (480 Мбит/с) и гигабитный Ethernet устойчиво функционируют. Не возникало проблем даже в суб-гигагерцовом диапазоне у радиотрактов: нулевые резисторы случалось применять и там как элемент согласования. Но, конечно, при проектировании высокочастотной схемы всегда стоит помнить про паразитные параметры нулевых резисторов (да и не только их) и при необходимости выполнить моделирование.

    8. Разделяйте земли и фильтруйте питание


    На практике очень часто встречаются случаи, когда на одной печатной плате присутствуют одновременно высокочувствительные аналоговые тракты и шумные цифровые процессоры. Или мощные импульсные преобразователи и склонные к сбоям цифровые системы управления. В общем, когда по соседству на одном куске текстолита находится какой-то источник помех и рядом с ним чувствительные к ним компоненты. Как в таком случае быть? Практика говорит, что 90% успеха при создании таких устройств – это грамотно разведенная печатная плата. С правильной компоновкой элементов, с грамотным стеком и с формированием полигонов земель и питания по определенным правилам. Но текущая статья не про печатные платы, кроме того, нельзя недооценивать и таким вещи, как фильтрация питания и разделение земель, про которые мы и поговорим в настоящем разделе.

    Основная суть процесса разделения земель заключается в том, чтобы возвратные токи «шумной» цифровой или силовой частей схемы не протекали совместно с возвратными токами чувствительных цепей: в противном случае чувствительные цепи могут улавливать колебания напряжения шумов на земляных полигонах и интерпретировать их как часть полезного сигнала, что неминуемо приведет к ошибкам в работе. Для этого в проекте создаются две цепи с разными именами (например, A_GND и D_GND). Чувствительные земляные цепи подключаются к A_GND, а «шумные» – к D_GND. Но если цифровые и аналоговые блоки общаются между собой (а такое бывает практически всегда), необходимо соединить цепи A_GND и D_GND между собой (иначе возвратным токам негде будет протекать). Как это правильно сделать? Существуют разные мнения на этот счет. Я обычно соединяю эти цепи между собой нулевым резистором, располагая его вблизи источника питания на печатной плате.



    Если вы работаете в Altium Designer, то для этих целей там предусмотрен специальный тип компонента под названием Net Tie, можно использовать и его.

    Иногда для соединения этих земляных цепей рекомендуют использовать индуктивность, мотивируя это тем, что она хорошо блокирует высокочастотные помехи. Но я это делать категорически не советую: не стоит забывать, что через эту индуктивность будут течь и возвратные токи сигналов между цифровой и аналоговой частями схемы. Это приведет к сильному искажению формы сигналов и, возможно, к полной неработоспособности схемы. Индуктивности полезно применять в цепях питания для его фильтрации, однако делать это тоже надо аккуратно. Давайте рассмотрим этот вопрос немного подробнее.

    Прежде всего необходимо запомнить одно простое правило: индуктивность фильтра всегда должна идти в паре с конденсатором. Схема без конденсатора, скорее всего, вообще работать не будет. Почему? См. первый раздел настоящей статьи.



    Тип и номинал индуктивности выбирается исходя из ожидаемой интенсивности помех по питанию, спектра помех и особенностей вашей схемы. Разумеется, должен быть соблюден запас по току. В своей практике для фильтрации питания я достаточно часто использую индуктивности серии BLM от Murata: они предназначены специально для фильтрации помех в аппаратуре самого разного типа. Краткая характеристика индуктивностей серии BLM приведена на рисунке.



    9. Учитывайте переходные процессы


    Переходные процессы – это как себя ведет система до момента наступления установившегося состояния. В частности, под переходными процессами можно понимать моменты включения питания, моменты подключения нагрузки к источнику, коммутацию ключей и многое другое. Вообще подробное рассмотрение переходных процессов – это тема под целую серию статей. В данной же статье мы рассмотрим более подробно вопрос включения питания, как встречающийся наиболее часто.

    Ситуация 1. Вы подключили какую-нибудь плату проводами к лабораторному источнику питания. Подаете питание и обнаруживаете, что у вас плата вместо того, чтобы запустится, находится в режиме циклической перезагрузки. Что происходит и что делать?

    Действительно такие ситуации могут возникать и причина – в переходном процессе. В момент старта ваша плата может потреблять в несколько раз больше тока, чем в момент штатной работы. Особенно это хорошо заметно, если на плате стоит какой-нибудь мощный процессор.
    Нарастающий импульс тока проходит от источника питания к плате через провода, которые, увы, совсем не идеальны: у них есть и паразитное сопротивление, и паразитная индуктивность. Все это приводит к провалу напряжения на плате: этот провал отрабатывает супервизор процессора и по итогу имеем циклическую перезагрузку. Решений у проблемы несколько: укоротить провода и увеличить площадь их сечения, использовать лабораторные источники питания с обратной связью, либо же вообще поставить на плате преобразователь питания и подавать на плату более высокое напряжение.

    Ситуация 2. Вы подаете питание на свою плату и тут замечаете, что в начальный момент почему-то слегка подмигивает светодиод, который должен быть выключен. Или на короткий момент начинает работать какой-нибудь преобразователь питания, который, вроде как, должен быть заблокирован в ПО процессора. Либо хаотично щелкает реле. В чем же дело? Ошибка в коде? Все может быть и проще, и сложнее одновременно. Возможно, вы просто не учли состояние портов ввода-вывода процессора (или же какой-то другой микросхемы) в моменты сброса и начальной инициализации. А между тем, это важный параметр, про который нельзя забывать. Обычно такие моменты прописаны в документации. Например, STMicroelectronics в документации на свой микроконтроллер STM32F750 явно пишет, что все ножки, кроме тех, которые отвечают за программирование и отладку, в течение сброса и сразу после него сконфигурированы как входы, не подтянутые ни к питанию, ни к земле.



    Чем нам это грозит? Дорожка на печатной плате, где с обоих сторон высокоимпедансные входы – отличная антенна для улавливания всевозможных помех. И если она заведена, например, на вход EN какого-нибудь источника питания, либо управляет реле, то в моменты начальной загрузки этот источник питания может хаотично включаться и выключаться, а реле щелкать с безумной скоростью буквально по мановению руки. К счастью, данная проблема решается достаточно просто: достаточно поставить подтягивающие резисторы к GND либо к VCC номиналом 10…100 кОм на критичные цепи. Они надежно зафиксируют уровень сигнала в моменты инициализации и не допустят хаотичного переключения периферийных устройств.

    Однако стоит помнить, что состояние выводов микросхемы в моменты сброса и начальной инициализации очень индивидуально и зависит от конкретной микросхемы. И если в том же STM все довольно просто и понятно, то, например, в процессоре AM4376 от Texas Instruments все гораздо хитрее: часть GPIO имеет состояние HIGH-Z, часть имеют подтяжки PU, другие PD:



    Ситуация 3. Вы полностью обесточили свою плату, но на ней продолжает гореть светодиод или микросхемы проявляют какую-то активность? В чем дело, неужто вечный двигатель? Увы, все гораздо проще. Скорее всего, у вас остался подключен к плате какой-нибудь преобразователь USB-UART или другая периферия, запитанная на стороне и имеющая высокий логический уровень на своих выводах. Дело в том, что любая микросхема имеет на своих входах по два диода, включенных между GND и VCC. Через эти диоды напряжение с входа микросхемы может проникать на вывод питания микросхемы и дальше распространяться по всей плате, как это показано на рисунке.



    Конечно, полноценно запитать всю плату таким образом вряд ли получится. Однако на цепи VCC может образоваться какой-нибудь промежуточный уровень напряжения: меньший, чем напряжение питания микросхемы, но тем не менее достаточный, чтобы микросхемы оказались в «непонятном» состоянии. К счастью, большинство микросхем все-таки не особо чувствительны к подобным натеканиям напряжения, однако про эту проблемы нельзя забывать, и в случае необходимости следует ставить в критичные цепи специальные изолирующие буферы.

    Ну и теперь у нас остался последний пункт настоящей статьи.

    10. Читайте документацию на применяемые компоненты


    Внимательно. Всегда. В ней действительно находятся ответы на большинство вопросов, в том числе и на те, которые мы рассмотрели в данной статье. Да, порой эта документация содержит десятки, сотни или даже тысячи страниц, но потраченное время на их изучение на этапе проектирования устройства, с лихвой окупится в процессе запуска изделия и отладки. Изучайте также схемы на отладочные платы, предоставляемые производителем, а также проглядите примеры топологии печатных плат: обычно лучше производителя никто вам не скажет, как правильно обвязывать микросхему и разводить под нее печатную плату. Не забывайте про Errata, там иногда таятся неожиданности. Всегда старайтесь понять, что делает каждая ножка в применяемой вами микросхеме: казалось бы ничем не примечательный вывод, не подключенный как надо, может испортить всю работу.

    Заключение


    В данной статье мы рассмотрели десять основных правил проектирования электрических схем. Надеюсь, это поможет начинающим разработчикам избежать хотя бы самых простых ошибок при проектировании схем. Ну и самое главное – разрабатывайте устройства и не бойтесь экспериментов, потому что практика, в конечном итоге, все равно лучший учитель.

    Similar posts

    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 234

      +22
      Я просто вот влюбился. Кто бы мне такую статью или такие советы подсунул в 15 лет?
      Просто кейс — что бы вы, 45-летний, сказали себе, 15-летнему, в области схемотехники.
        +1
        Статья отличная, я бы даже перефразировал, «кто бы нам такую статью или такие советы подсунул в 22 года, когда мы были выпускниками-пятикурсниками факультета приборостроения»?
        Советы очень важные и нужные, а в вузе нам обо всем этом либо упоминали совсем мельком, либо вообще забыли сказать.
        +1
        11) Забудьте про двухслойные платы и работайте в 4-layer stackup, ведь только так гарантируются все характеристики аналоговых микросхем: TI, LT, AD; работают интерфейсы с дифпарами: USB, HDMI, DP и т.д.


        ИМХО, Вы как-то жёстко привели довольно важные моменты из ежедневной жизни схемотехника, ибо нет примеров. Вот по пункту 1 жиза-пример из собственного опыта: на втором курсе с алика заказал десяток ATtiny85, давай на макетках струячить всевозможные безделушки. Но вот незадача: когда игрался с регистрами 74HC595 и светодиодами стабильно через раз не стартовала программа и МК застывал на первом такте работы. Что за фигня, думал я? Вот так я выяснил, что нужны 0.1мкФ керамики по питанию. А потом выяснил, что ещё и по 18пФ на внешний клок.

        И так по каждому пункту. ИМХО, конечно же, но пункт 10 вообще надо бы вынести вместо предисловия к любой статье про электронику: даже не понимая, о чём речь, какие-нибудь техасы или аналоги в спецификации на микросхему или кит исчерпывающе расскажут, что и как надо считать, ставить, разводить и использовать. А там рано или поздно глаза сами попросят руки найти какие-нибудь книги по теме)
          +1
          11) Забудьте про двухслойные платы и работайте в 4-layer stackup, ведь только так гарантируются все характеристики аналоговых микросхем: TI, LT, AD; работают интерфейсы с дифпарами: USB, HDMI, DP и т.д.

          Совершенно верно! Но в данной статье намеренно старался обходить темы, касающиеся печатных плат, потому что это тема потянет на отдельную статью
            +1
            Будьте добры, напишите такую статью, пожалуйста.
              +1
              Возможно, соберусь чуть позже осветить и некоторое моменты, касающиеся проектирования печатных плат. А вообще на хабре уже были подобные статьи, например, вот одна из них
              habr.com/ru/post/414141
            +4
            USB full speed, который в дешевых микроконтроллерах, отлично работает на 2х слойках.
            кроме того, некоторые СВЧ девайсы тоже работают на 2х слойках.
              +1
              Full speed — это все-таки 12 МГц, не 480 МГц как у High Speed :) Требования намного меньше. А так да, можно и на двухслойке сделать, если под дифпарами нормальный полигон обеспечить. Другое дело, что на двухслойке это обычно труднее, чем на четырех слоях, потому что полигоны оказываются изрезанными дорожками.
                +2

                И тем не менее работать будет и на 2-х слойной плате без проблем, при правильной трассировке, естесвенно. 4-х и более слойные платы увеличивают стоимость конечного устройства, что может быть важно для массоовых потребительских изделий. Поэтому 11 пуктом я добавил бы — учитывайте себестоимость конечного изделия. Ищите самые дешовые решения, но без ущерба качеству.

                  0

                  Сейчас 4 слоя стандарт на куче производств, и оно не сильно дороже чем 2...

                    +1
                    в 2 раза дороже)
                      0

                      Вы абсолютные цифры смотрите. Если платка простенькая, то да, в 2 раза но эти 2 раза это пара-тройка баксов. А если сложная, то там и разница уже не такая большая.

                        +1

                        Надо ещё на партию умножить. Допустим 1000 штук. Получится тогда очень не мало)

                          +1

                          Если речь идёт о партии, то о каком любительском проекте речь? Это вроде как ликбез для начинающих. Тем кто для массового производства делает такие советы не нужны)

                            +1
                            Это вроде как ликбез для начинающих.

                            А для начинающих 2х слоек за глаза)

                            П.С, Посмотрите мои публикации, я всё собрал на 2х слойках.
                            И ещё много чего собрал на 2х слойках) и внезапно всё работает)
                              0

                              Смотря что делать) Вобщем да, можно и на 2 слойке, но 4 слоя — проще, для начинающего как раз самое-то)

                                0
                                А на 6 ещё проще, а на 12 само трассируется)

                                Смотря что делать)

                                Да, верно.

                                И если уж про цены, то 10 двухслоек 10x10 см можно заказать за 5 $ + 7$ доставка. Наверное можно найти и дешевле.

                                Теперь вопрос, сколько стоят такие же 4х слойки?
                                  0

                                  Именно, но там ценник уже нелинейно растёт)

                                    0
                                    Зависит от партии. При большой партии на самом деле не так много, как может показаться. Не так давно была в заказе плата в 14 слоев с 5 классом точности и всякими via-in-pad. При партии в несколько сотен штук цена одной платы была несколько сотен рублей, что тонет в общей цене проекта. Простые 4-х слойки вообще копейки будут стоить
                                      0
                                      Зато простые четырёхслойки можно по сверхсрочке в резоните наклепать, а прочее прийдется ждать под месяц.
                                        +1
                                        Главное резониту паять не доверять)
                                          0

                                          Нормально они паяют. Недёшево это да, но нормально.

                                            0
                                            Пардон, но плата после резонита выглядит так, как будто с неё забыли отмыть канифоль(да я в курсе, что есть безотмывочные флюсы и они там скорее всего и применяются, но когда эта плата липкая то пардон). И это из простительных косяков
                                              0

                                              Пардон, но у меня на столе сейчас лежит десяток плат ими собраных, ни одного пятнышка)

                                                0
                                                У вас там есть выводные компоненты?
                                                  0

                                                  да.

                                                    +1
                                                    Вот у меня за прошлые два года грабля именно в них после резонита наблюдалась — дикое кол-во флюса около ножек.
                                            +1
                                            Это да(видок у плат после пайки резонитом так себе), паять у нас мало кто умеет. Из лично наблюдаемого у одной конторы(не резонит), которая говорила, что у них «Оптический контроль пайки» — BGA чип памяти запаяный под углом. Плюс всякие приколы в виде шаров от пасты, разлетевшихся по всей плате (и порой коротящих) у другой конторы (очень хотелось добавить в РЭА фразу «Сильно ударьте плату об стол для удаления продуктов сборки»), ну или тотальной экономии на припое (уронил плату — всё кроме BGA отвалилось).
                                          0
                                          Простые 4-х слойки вообще копейки будут стоить

                                          Ну вот мы же решили что статья для начинающих, значит надо будет заказывать 5..10 штук 4х слоек)

                                          вопрос простой, сколько будут стоить 10 штук 4х слоек, 10х10 см?

                                          Сколько стоят такие же 2х слойки я написал выше.
                                            0
                                            Беглый расчет в калькуляторе резонита показывает, что у них при заказе 10 шт 4-х слойки примерно на 30% дороже 2-х слоек
                                              –3
                                              Подождите подождите.
                                              Давайте так.
                                              Ещё раз, мы решили что статья для начинающих
                                              Резонит с физлицами не работает
                                                0

                                                С какого это не работает?

                                                  0
                                                  Ну как это не работает, когда я неоднократно у них заказывал платы именно как физ. лицо? :)
                                                    0
                                                    да, согласен. Раньше не работал.

                                                    Но цены у них жесть (раньше были), давайте сравним с китайскими всё таки. Я написал выше цены на 2х слойки, приведите цены резонита на 2х и 4х слойки и оценим как резонит подходит для начинающих)
                                                      0

                                                      Цены, да, это основной минус резонита.


                                                      Но если заказывать повторно, то подготовка не требуется цена будет только за производство.


                                                      скрины


                                                        0
                                                        То есть, резонит не подходит для начинающих)
                                                        Если только начинающие не крайне богаты)

                                                        Так же я думаю и про 4х слойки, дорого для начинающих)

                                                        Для начинающих китай и 2х слойки)
                                                          –1

                                                          Иметь свободных 3к — это быть крайне богатым?

                                                            0

                                                            Вы так интересно отвечаете. 3к чего?
                                                            И что стоит 3к? И откуда взялось 3к?

                                                              0

                                                              3к рублей цена производства на моём скрине.

                                                              0

                                                              Я на ваших скринах вижу 5600 за 2х слойки и 8400 за 4х слойки. За 10 штук.


                                                              1 штука будет дороже. И это без учёта доставки.


                                                              Сравните с Китаем, где за 12$ вы получаете 10 плат 2х слоек.


                                                              Разница с резонитом около 10 раз.

                                                                0
                                                                В резоните 200-300р за квадрат. Ни о каких 10 раз разницы речи не идет.
                                                                  0

                                                                  Выше цены, сами считайте во сколько раз. Не забудьте доставку включить

                                                                    0
                                                                    Можно подумать, у китайцев доставка бесплатная.
                                                                      0

                                                                      Я выше привёл цены и плат и доставки

                                                          0
                                                          Лет 10 уже точно работает. Может, больше.
                                                        0
                                                        /me посмотрел на свой фонокорректор и понял, что его не должно существовать.
                                              0
                                              Времена тирании количеств — автономный ADC 8 каналов на 12 разрядов с частотой выборки по каждому 40кГц. 98г. То, что сейчас есть как довесок даже к мелкому к MCU :-)
                                      +1
                                      Ключевое свойство — производство. 2 сторонку по ЛУТ (DTP 0.15/0.2 mm при навыках) или с плёночным ФР для макетирования опытного я буду иметь через 1-2 часа. Многослойку через местных или китай PCBшников через 2-3 недели, если не по цене *2-5. Тайм ту маркет, если речь о макетировании, а не производстве.
                                        0
                                        В резоните спросите о срочных и сверсрочных заказах, будете приятно удивлены. 4 слоя за неделю(а иногда и быстрее) это не проблема.
                                          0
                                          I know, как и о многих иных, но
                                          1. Резонит (или свой цех) надо иметь под боком (как раньше было на массе предприятий), иначе + время на пересылки.
                                          2. С их подготовкой производства 1-10- плат делать — уже без особой разницы.
                                          3. Если уж многослойка, то проще и дешевле уже с китайцами. Размещая на заготовке несколько плат. Из экспорт г-во спонсирует 15-35%, а не обдирает на налоги по одной ствавке с торгашами.

                                            +1
                                            1) Можно доставку сделать через какой-нибудь DHL/СДЭК и прочее, если в вашем городе у них есть отделение, тогда доставка 3-5 дней займёт.
                                            2) Согласен, подготовка стоит не дешево.
                                            3) С китайцами опять проблема в сроках, jlcpcb вполне себе за дня четыре сделают, а далее включается доставка, которая в рамках частника без фирмы выливается в почту россии, или гемор с растаможкой. В рамках предприятия и горящих сроков макета — резониты и компания опять-же оказываются быстрее. А на предприятии клепать что-то ЛУТом — увольте нафиг.
                                          0

                                          Изначально разговор именно про ценник был, т.е. платы заказные. Дома понятно что только 2 стороны.

                                  0
                                  без капов по питанию — это жестко)
                                  но тот кто начинал с TTL — и без 18 пф на клок обходится запуская всё что дальше 5см скрученной парой
                                    0
                                    Еще бы так было просто делать 4х слойные платы в хобби…
                                      0
                                      Вполне просто. Я уже несколько лет практикую. Заказываю у китайцев, само собой.
                                      Пока что верх сложности у меня — BGA с шагом 0.5мм и разводка чипа SDRAM на частотах 433МГц. Вроде бы даже работает :)
                                        0
                                        Не, ну у китайцев это не в течении часа, а в течении недели. Речь про том, чтобы сделать плату дома. ЛУТ, фоторезист или фрезерный станок.
                                          0
                                          Если чисто с металлизацией полноценной — вполне. На радиокоте есть топик.
                                            0
                                            Метод ОКП с массой слоёв с просечками под выводы под SMD никто не отменял. Лет 30-35 назад на спецухе такое было нормой при 2*6-8 слоях. Но, это такой технологический гемор… Несмотря на то что паял их робот (ГАП Палмис).
                                        0
                                        80-90% мелких плат (а таких 70%, если это не крупные проекты) вполне (и по ЭМС тоже, если не в автороутинге) разводятся и в 2 слоях. Да, есть и такие что и 4х слойки мало, но это уже не для начинающих.


                                        .
                                        0
                                        Странно, но я обычно вижу на серийных устройствах сначала резистор, а уже после него TVS-диод на землю. Этот же резистор обычно является «жертвенным» т.е. фактически предохранителем. Или там не вход, а выход? Речь идёт о первой схеме в тексте.
                                          0
                                          Действительно, возможно и такое включение, хотя я его встречал несколько реже. При таком включении этот резистор забирает на себя избыток напряжения, возникающего при электростатическом разряде. Однако он же заставляет немного отодвинуть на печатной плате защитный диод от разъема, из-за этого электростатический разряд замыкается на печатной плате чуть дальше, чем если бы защитный диод стоял непосредственно рядом с разъемом
                                            0
                                            Этот резистор, перед диодом, называется токоограничивающим, и может очень быстро испариться, тем самым выполнить роль предохранителя. :)
                                              0
                                              Ну, что б от статики он испарился — это надо прямо очень мощный разряд иметь :) Но если устроить перенапряжение постоянкой, вот тут да, будет предохранитель, правда еще вопрос из кого — из резистора или защитного диода. Это зависит от многих факторов
                                                0
                                                Поэтому вместо резистора рекомендуют ставить или самовосстанавливающиеся предохранители (PPTC) или просто термисторы с большим положительным ТКС.
                                                Причём существуют комбинированные элементы, объединяющие в одном корпусе TVS и термистор/PPTC (например, PolyZen) — так, чтобы сопротивление грелось не только своим джоулевым теплом, но и теплом, выделяющимся в TVS — это уменьшает время срабатывания токовой защиты.
                                                  0
                                                  Самовостаннавливающийся предохранитель слабо поможет в схеме защиты от статики: время его срабатывания обычно очень велико
                                                    0
                                                    Да, они именно для защиты от длительных перенапряжений. Я неверно высказался — надо было не «вместо», а «вместе».

                                                    Короткие импульсы могут быть рассеяны на TVS, при этом для токоограничения иногда может быть достаточно сопротивления проводников.

                                                    Статика, к счастью, хоть и имеет высокое напряжение, но довольно небольшую суммарную энергию импульса.
                                                    0
                                                    О PPTC.
                                                    Принесли мне в ремонт плату от станка ЧПУ с прогаром на 2/3 толщины текстолита под этим самым PPTC. Через этот предохранитель питались цепи концевых датчиков по всему станку и часть проводов проходила через подвижный портал. Как выяснилось позже, после пинка наладчику, провод +24В перетерся и елозил голой медью по железу станка создавая кратковременные КЗ. PPTC добросовестно восстанавливался но жег плату.
                                                    Такие вот нюансы.
                                              +2
                                              Вы, наверно, про схему в п.6 раздела 3?

                                              Да — ведь правило «ограничитель напряжения следует применять в сочетании с ограничителем тока» подразумевает ограничение именно входного тока, как суммы токов через ограничитель и тока через защищаемую нагрузку.
                                              Ведь если допустить бесконтрольный рост тока через TVS-диод, то и напряжение на нём вырастет куда выше номинального порога открывания.

                                              Поэтому резистор между TVS и защищаемым входом — это уже вторая ступень защиты. Он ограничивает ток, который потечёт через внутренний защитный диод вывода, имеющийся во многих микроконтроллерах (например, AVR, STM32), если напряжение на ограничителе напряжения всё же поднимется выше напряжения питания.
                                              — да вон, у автора даже картинка с этим диодом есть
                                              image

                                              Кстати, о многоступенчатых схемах защиты есть клёвая статья в журнале Компоненты и Технологии — "Пьеса о защите с оптимистическим финалом"
                                                0
                                                Конечно, резистор для ограничения тока входа МК полезная практика в цифровой схемотехнике.
                                                0
                                                От ESD, если без фанатизма или длинного флейфа на входе, вполне защищают и встроинные резисторы-диоды (см.структуру входов «черных ящиков»). От постоянных перенапряжений без дополнительных резисторов она, естественно, не спасёт если допустимый (10-20мА) ток ограничительных диодов или напряжение самих резисторов (у SMD оно не такое и высокое) будет превышены. Да, бывали случаи (пережали флат-кабле саморезом — 24В в морду MCU) когда такое спасло-бы, но, в целом это и токоограничительные по сигнальным входам без реальных потреб в неответственных девайсах — это уже параноя. Чаще превышениями по питанию сотни девайсов палили.
                                                +1
                                                Очень полезная статья для начинающих схемотехников и конструкторов РЭА. Сам несколько раз видел, как блокировочные конденсаторы, расположенные в одном углу схемы Э3, переносятся аналогичным образом на ПП, в какой-нибудь один угол. И на вопрос, а что они там делают, получал ответ: так ведь на схеме Э3 нарисовано. А еще был прикол, когда крепежное отверстие ПП перекочевывало в схему Э3, и на аналогичный вопрос, а это что на схеме Э3, был ответ так ведь в ПП есть.
                                                  0
                                                  Тут есть нюанс. В разных средах при импорте NetList-а в плату компоненты, не имеющие пары в схеме, с платы будут удалены. Да, это опционально, но нервы попортит. В KiCAD, например, все монтажные элементы должны иметь элемент схемы, что бы избежать этого сценария (да, по-умолчанию эта галочка сброшена, но всё-таки).
                                                    +1
                                                    Вот поэтому при разработке схем всегда располагаю конденсаторы рядом с теми элементами, к которым они относятся))
                                                      0
                                                      я тоже стараюсь конденсаторы располагать на схеме рядом с мс и у микросхем, всем настоятельно рекомендую, выводы питания делать видимыми, чтобы понимать, какое питание приходит, не заходя в свойства компонента.
                                                        0
                                                        Так же делаю.
                                                        Но несколько по другой причине — не люблю писать текст в области тех. требований — «вывод N элементов DDxx, DDyy, DDzz подключить к линии A, вывод M элементов...» и так далее. Что-нибудь да напутаешь.
                                                          0
                                                          А еще лучше критически важные емкости подключать на схеме линиями, а не логическими сетями. В последствии легче определить какая емкость к какой ноге микрухи подключена. З. Ы. Актуально к серии stm где питание разделено на домены.
                                                            0
                                                            Не понял. Это как? Можно пример?
                                                              0
                                                              Вот так хорошо:
                                                              image
                                                              Вот так плохо:
                                                              image
                                                              Вот так тоже плохо:
                                                              image
                                                                0
                                                                Это то понятно. Я не понял про линии и сети:
                                                                лучше критически важные емкости подключать на схеме линиями, а не логическими сетями
                                                                  0
                                                                  Первый пример — конденсаторы подключены линиями, третий пример — подключены логическими сетями Vcc и GND. При этом неочевидно, что конденсаторы должны быть максимально близко к выводам питания микросхемы.
                                                                    0

                                                                    Ну, как бы про расположение прописывается отдельно. Все примеры схематиков которые вы привели — равноценны. Более того в больших проектах чаще всего последний вариант, причём на отдельном листе. На одном все подтяжки, на другом все конденсаторы.

                                                                      0
                                                                      Ясно. Но все равно непонятно в чем будет разница на плате.
                                                                        +1

                                                                        На плате разницы не будет, если тополог совсем не чайник и поймет что на схеме именно блокирующие конденсаторы.

                                                                          0
                                                                          Так для этого для случая 2 и 3 рядом пишется что-то типа «mount near each power pin», ещё при этом эти ёмкости можно вынести вообще на отдельный лист схемы. Плюс в проекте с какой-нибудь FPGA, которая имеет 200+ ног питания я просто одурею рисовать по конденсатору на ногу, как сделано в случае 1.
                                                            0

                                                            Хорошее правило. Так же на схеме иногда рисую соединения не с ближайшую точку, я по смыслу, например DVcc и AVcc: сначала на блокировочные емкости, а уже с них земли чуть в сторону и в точку. Помогает мозгам быстрее понять смысл, что на плате на это так же нужно обратить внимание и организовать грамотное растекание токов...

                                                              0
                                                              Только при этом распухает перечень элементов. Сгруппированные в одном месте схемы элементы одинакового номинала имеют, как правило, последовательные номера позиционных обозначений, и в перечне их тоже можно группировать в одну строку. А когда они в разных местах схемы, перемежаемые другими номиналами, то для каждого вхождения образуется по строке (ну, иногда получатся сгруппировать несколько — например, несколько конденсаторов для разных выводов питания одной микросхемы).

                                                              Но в принципе, если документация формируется автоматически, это не является такой уж прям проблемой.
                                                                +1
                                                                работая по госзаказу, и с ВП, отчитываемся за бюджетные деньги, количеством страниц документации. Как все это сильно грустно…
                                                                  0
                                                                  Ну при таком показателе вам распухание выгоднее, да.
                                                                  А программы, небось, тоже по количеству строк кода идут? Или символов?
                                                                    0
                                                                    я по аппаратуре больше, Э3, ПЭ3, СБ, спецификации, ПМ, ПИ. Инструкции по эксплуатации, руководство пользователя и т.д. и т.п. Программы есть, но для микроконтроллеров, а они идут в виде прошивок (имя файла), там страничек мало. Только наименование и проверочный код, забыл как называется документ.
                                                                      0
                                                                      Я когда на оборонном заводе работал 20 лет назад в начале карьеры, прошивки МК на бумаге выпускались в виде таблицы в двоичном коде. Строки — адреса ячеек, столбцы — номера битов.

                                                                      забыл как называется документ.
                                                                      не Д33, случаем?
                                                                        +1
                                                                        Такое называлось маразм. Когда лет 35-40 назад ПИОНЕРИЯ, прошивая ПЗУ под первые Микро-80, набирала всё это двоичное на тумблерах, это еще можно было хоть как-то понять. А когда это на допотопных производствах делали иначе, чем за секунды с перфонент, перфокарт, магнитной ленты или барабанов это было уже откровенным. Как с той-же распечатки — совсем как с любительской мурзилки-коневодства (Ж.Радио). Да, было и такое. Но, на реально «взрослых» преприятиях оборудование для электроконтроля плат и их роботизированного монтажа (от формовки выводов, до покоординатной установки и пайки) под управлением Электроники-60 вынесли в металлолом по госдурости, подмахивая заокеанским кукловодам в 93-94г
                                                                        .
                                                                          0
                                                                          на реально «взрослых» преприятиях

                                                                          ну, наш завод выпускал аппаратуру для С-300, «Торов» и «Буков». И являлся одним из градообразующих предприятий. Так что наверно, было достаточно «взрослое».
                                                                            0
                                                                            «Взрослое» — в смысле современное технологически, а не… У того-же С-300 — ЭВМ образца 1968г :-) На заводе о котором шла речь во времена оны тоже 15тыс работало, производивших БЦВМ ракет, СУ АПЛ и не только.
                                                                              0
                                                                              А разве у нас С300 не на 133ей серии сделана?
                                                                                0
                                                                                На момент начала серийного производства системы 133я только появлялась… На чём чем были 5Э251/5Э252 — Бурцевские вычислители, даже — не подскажу, не сталкивался. В массовое использование ВПК 133я пошла 2-3 года спустя. А до того шла 106я серия (тоже ТТЛ, но без унификации с SN 54/74), гибридки — 217, и не только. Тогда всё было не менее динамично, чем сейчас. Как вспомнишь те процы на рассыпухе о полусотне плат по сотни ИМС на каждой стороне — времена «тирании количеств», так вздрогнешь. Производили, настраивали, программили их микрокод.

                                                                                PS: Последующие, да, на ней.
                                                                0
                                                                Наличие блокировочных не отменяет правильную разводку A/D GND Был случай когда микромощному ASIC, чтобы эпизодически зависнуть, при переходе с батарейного на сетевое, хватало и выброса 6А в импульсе на индкутивности 18мм отрезка земляной шины 3мм. Изменил топологию pcb и всё, после она вошла в AppNotes for IC.
                                                              0
                                                              у меня есть вопрос по поводу защиты входа подключения зарядки. Не знаю, корректно его сюда писать или может на вашу почту.
                                                                0
                                                                Можно на почту (есть в профиле) или в личку.
                                                                +5
                                                                Хорошая статья, ссылку на нее разошлю всем знакомым инженерам — пускай освежат свои знания!
                                                                Из дополнений:
                                                                1. керамические конденсаторы имеют пьезоэффект и могут навозить друг на друга не электрические поля, а акустические. Эффект очень обидный, когда плату разводил с мыслями о электромагнитных наводках, а получил звон через конденсаторы: один конденсатор звенит при скачках напряжения (например, потребление процессора), а другой принимает этот звон и преобразует в электрический сигнал.
                                                                2. стоит сказать про самовосстанавливающиеся предохранители — они медлительные, их стоит ставить как второй эшелон вместе с TVS и контролем напряжения. Идеальный диод не всегда удается поставить, а простой встречный диод и предохранитель можно.
                                                                3. помимо всего перечисленного в статье стоит сказать о том, что устройство должно быть устойчивым к внешним воздействиям и сбоям. То есть при наличии питания должно исправно работать — при зависании должен сработать сторожевой таймер, при просадках напряжения и восстановлении — стартовать схема сброса и так далее.
                                                                  0
                                                                  1. керамические конденсаторы имеют пьезоэффект и могут навозить друг на друга не электрические поля, а акустические. Эффект очень обидный, когда плату разводил с мыслями о электромагнитных наводках, а получил звон через конденсаторы: один конденсатор звенит при скачках напряжения (например, потребление процессора), а другой принимает этот звон и преобразует в электрический сигнал.

                                                                  Слышал про такое, но наблюдать не доводилось, если честно. У вас были такие случаи на практике? Вот с катушками да, они могут влиять электромагнитным полем друг на друга, поэтому важно учитывать их взаимное расположение на плате.

                                                                  2. стоит сказать про самовосстанавливающиеся предохранители — они медлительные, их стоит ставить как второй эшелон вместе с TVS и контролем напряжения. Идеальный диод не всегда удается поставить, а простой встречный диод и предохранитель можно.

                                                                  Самовостаннавливающиеся предохранители медленные и деградируют со временем, не люблю их за это, обычно ставлю просто плавкие.

                                                                    0
                                                                    Они не так чтоб «со временем» деградируют, а от количества срабатываний и времени нахождения в сработавшем состоянии.

                                                                    По информации от Littelfuse, где-то через 200 циклов сопротивление основного состояния возрастает в 2-3 раза. В те же 2-3 раза сопротивление возрастает после нахождения в сработавшем состоянии в течение 24 часов.

                                                                    Надо сказать, в типовых применениях то что вместо 0,1 Ом стало 0,3 — не так уж и критично.
                                                                      0
                                                                      Да, конечно имел в виду количество срабатываний. А так вообще было бы интересно провести сравнительное тестирование разных типов предохранителей: мощный источник тока, ключ и осциллограф. На практике посмотреть насколько быстро и эффективно какие предохранители работают. Подобные тесты я проводил с защитными диодами (TVS), сжигая их мощным импульсом. Кстати, защитные диоды Littelfuse оказались в несколько раз более живучими, чем диоды от Vishay при казалось бы одинаковых цифрах в даташитах.
                                                                        +2
                                                                        С передохранителями напомнил анек про чукчу, тестирующего спички: О, загорелась, значит хорошая. Чирк-чирк, о, плохая… Разные типы защиты — разные и результаты. Критериев масса — от времени её срабатывания и до поглощающей способности при атртефактах. Кому-то что-то надо защитить от банальных (сколькикратных?) перенапряжений, кому-то и от разрядов молний или шокеров? Задачи всегда разные — под них и решения.
                                                                      +1
                                                                      Пьезоэффект я наблюдал при вибрационных нагрузках + переходных процессах одновременно, плюс его-же, только под именем «микрофонный эффект» наблюдал в аналоговой части, правда там входные уровни были 0.02мкВ.
                                                                        +3
                                                                        1. керамические конденсаторы имеют пьезоэффект и могут навозить друг на друга не электрические поля, а акустические.
                                                                        Слышал про такое, но наблюдать не доводилось, если честно. У вас были такие случаи на практике?

                                                                        Да, при наличии цифровой и малошумящей аналоговой частей платы с разделенными землями и питанием обнаружились импульсные наводки, с которыми электрически не удавалось побороться. Случайно ткнули микрофоном в плату и увидели такие же сигналы наводки на осциллографе. Помогла замена конденсаторов в аналоговой части на некерамические с аналогичными параметрами.

                                                                        Вот с катушками да, они могут влиять электромагнитным полем друг на друга, поэтому важно учитывать их взаимное расположение на плате.

                                                                        Если у катушки сердечник в форме тора, то все магнитное поле оказывается замкнуто внутри этого тора, и воздействовать на соседние катушки не получится. Скорее наводки возможны только на незамкнутых стержневых сердечниках, но их ставят на маленькие токи и высокие частоты — поля там слабые.

                                                                        Самовостаннавливающиеся предохранители медленные и деградируют со временем, не люблю их за это, обычно ставлю просто плавкие.

                                                                        Если устройство находится в 1000 км и для замены плавкого предохранителя нужно ехать в тайгу несколько дней, лучше все же предусмотреть самовосстанавливающийся. Устройство должно быть максимально устойчиво и не требовать ручного обслуживания — в статье про надежность очень много и хорошо сказано. А замена предохранителя в эту идеологию не вписывается — устройство выключится и будет ждать ремонта.
                                                                          0
                                                                          Если у катушки сердечник в форме тора, то все магнитное поле оказывается замкнуто внутри этого тора, и воздействовать на соседние катушки не получится. Скорее наводки возможны только на незамкнутых стержневых сердечниках, но их ставят на маленькие токи и высокие частоты — поля там слабые.

                                                                          Не всегда так. Насколько мне известно, в КВ-передатчиках катушки часто бывают вообще без сердечника, а поля там ого-го. И вот там как раз важно их взаимное расположение.

                                                                          Если устройство находится в 1000 км и для замены плавкого предохранителя нужно ехать в тайгу несколько дней, лучше все же предусмотреть самовосстанавливающийся. Устройство должно быть максимально устойчиво и не требовать ручного обслуживания — в статье про надежность очень много и хорошо сказано. А замена предохранителя в эту идеологию не вписывается — устройство выключится и будет ждать ремонта.

                                                                          Вот для случая в тайге я бы как раз порекомендовал комбинацию электронный предохранитель + плавкий. Подобная схема приведена в статье. Электронный отработает выбросы и кратковременные сбои, но если случится что-то серьезное, то пусть уж лучше сгорит плавкий предохранитель, чем база в тайге :) Нет смысла в восстанавливающимся предохранителе, если выгорели ключи в преобразователе: тут уж надо рвать цепь и предотвращать пожар.
                                                                            0
                                                                            Вот как раз у катушек без сердечника все поле вокруг, и взаимное расположение очень важно. И у многих катушек с незамкнутым сердечником в форме стержня или катушки поле вокруг большое.
                                                                              0
                                                                              Так я как раз это и написал :)
                                                                                0
                                                                                Даже «гантельки» (Sumida & etc) в питальниках с рабочими в сотнми кГц-МГц дают при правильной тассирове поле рассеяния соизмеримые с их (мм) размерами. Ищите грабли в ином.
                                                                                  0
                                                                                  Одно дело маломощный каскад DC-DC преобразователя, а другое — какой-нибудь мощный усилитель. Посмотрите на фотографии каскадов КВ-передатчиков: там все дроссели располагают так, чтобы они не были соосными друг другу.
                                                                                  Да и в простых питальниках не стоит забывать про особенность катушек светить полем. Например, если у вас на плате навигационный приемник с чувствительностью -160 дБВт, лучше перестраховаться и поставить дроссели с замкнутым сердечником-экраном (Shielded), чтобы потом не вылавливать в тракте какую-нибудь тысячную гармонику от работы преобразователя.
                                                                                    0
                                                                                    Лучше всегда ставить Shielded, если бабки/дизайн позволяют, имхо.
                                                                            0
                                                                            Помогла замена конденсаторов в аналоговой части на некерамические с аналогичными параметрами

                                                                            Я ведь правильно помню, что керамика типа C0G/NP0/МП0 не имеет пьезоэффекта? Если номиналы и размеры позволяют, то можно рассматривать керамику такого типа к применению.
                                                                              0
                                                                              Да, C0G и NP0 считаются ультрастабильными, их используют для построения аналоговых фильтров, у них нет пьезоэффекта, маленький температурный уход, существенно меньше зависимость емкости от напряжения, но они очень сильно ограничены по максимальной емкости при аналогичных размерах и дороже по цене. Поэтому для фильтрации по питанию не используются. А у нас как раз по питанию акустические наводки были.
                                                                                0
                                                                                С питанием действительно нужен намного больший набор ёмкостей и рабочих напряжений, чем может предложить C0G/NP0/МП0, да.
                                                                                А не подскажете, на какие именно типы конденсаторов Вы поменяли керамику в схеме? У керамики, всё же, обычно высокий допустимый ripple current, и малое эквивалентное сопротивление. Хотя те же танталы сейчас стали обладать значительно меньшим эквивалентным сопротивлением, я иногда теряюсь в выборе замены.
                                                                                0
                                                                                Он в десятки раз менее выражен. Но, никогда не говори никогда. Иначе погружаясь в глубину явлений в 10-100-1000… раз наткнувшись на необъяснимое более мелких, объяснений не найдешь. А после начнёшь верить в «направленность кабеля», ламповый звук, очередное пришествие Баха с его симфонией, а не науку.
                                                                              +3
                                                                              У вас были такие случаи на практике?

                                                                              У меня был. Для питания операционников в одном аудио-цифровом девайсе нужно было напряжение -6В. Для его получания я взял DC-DC преобразователь на MAX765. В качестве выходного конденсатора вместо капризного электролита 65мкФ я решил взять две керамики на 47мкФ (они у меня в запасах были). Включаю — свист, музыку слушать мешает. Я, вначале, на дроссель подумал: менял его, клеем заливал — все без толку. Случайно дотронулся до кондера пальцем — тональность писка изменилась. Поменял оба на электролит — писк ушел.
                                                                                +1

                                                                                Это другое. Похоже на возбуждение ОС в преобразователе...

                                                                                  0
                                                                                  А что тогда пищало?
                                                                                    0

                                                                                    Я подумал, что свист вместе с музыкой из динамиков… А так да, пьезоэффект, если сам кондер пищал. Но автор о другом писал: о наводке из цепи в цепь посредством звука через пару конденсаторов, когда один излучает, а второй принимает… Т.е. более частный случай.

                                                                                      0
                                                                                      В наушниках писка не было.
                                                                                  0
                                                                                  Писк не ушёл, а притупился. Почти все ширпотребные ОУ по -Uпитания имеют крайне низкое (на 20..60дб ниже чем по +U) подавление синфазной помехи. А там от МАХа ~120кгц пульсация прёт… Дроссели из-за собственной паразитной емкости (с ней тем СЕ делитель и сделал) — тоже не панацея. Мне, работая c D<96дб (0,2%) в нс длительностях при pA входных токах пришлось вводить нормальный питальник.
                                                                                    0
                                                                                    Писк не ушёл, а притупился.

                                                                                    Главное, что я его слышать перестал.
                                                                                  0
                                                                                  Пока не работаешь с сигналами с D <100дБ или в области малых (мкс-нс) времён всё почти «гладко», как по написанному в букварях. А вот дальше начинается коррида именно из-за паразитных параметров ЭРЭ, неидеальностей моделей их реальных, уточняемых не по одному разу, ЭМС и не только. До того, что, и имея на тот момент 20+ лет опыта, 2-3 месяца грызли стопки монографий, применяли массу технологий,… чтобы получить необходимое. Cделав то, что считали невозможным в один голос Burr-Brown, Hamamatsu, Ocean Optics.
                                                                                    0
                                                                                    Можно про стопку монографий. Что за книжки?
                                                                                      +1
                                                                                      Детально уже не вспомню — 15+ лет прошло. От Х&Х, Кофлина, Достала,… В основном по фотонике и ОУ (минимизация шумов, сопряжение полюсов ЛАЧХ каскадов для идеализации g(t) и т.д.). Бумажные остались в другом городе, их и в электроном виде уже 10+ Gb. For example:

                                                                                      Абрамов Схемотехника устройств на операционных усилителях 2008.pdf
                                                                                      Алексеев АГ Операционные усилители и их применение.djvu
                                                                                      Брюс Картер Операционные усилители для всех (Схемотехника) 2011.djvu
                                                                                      Грем Дж Проектирование и применение операционных усилителей.djvu
                                                                                      Достал И Операционные усилители.djvu
                                                                                      Кофлин Р Операционные усилители и линейные интегральные схемы.djvu
                                                                                      Ленк Дж Руководство для пользователей операционных усилителей .djvu
                                                                                      Марше Ж.Операционные усилители и их применение.1974.djvu
                                                                                      Пейтон Аналоговая электроника на ОУ 1994.djvu
                                                                                      Фолькенберри Л Применения операционных усилителей и линейных ИС.djvu
                                                                                      Щербаков ВИ Электронные схемы на операционных усилителях.djvu

                                                                                      Полный каталог генерить некода, да, и не стоит ним флудить этот тред. Могу, конечно, выложить библиотеку под доступ (в DirectConnect, например), но, на это тоже надо время.
                                                                                      0
                                                                                      До нескольких десятков мегагерц, вроде, все сравнительно просто. не?
                                                                                        0
                                                                                        В общем случае, да — на соответвующих ОУ (полоса до сотен МГц уже не редкость). Но, в конкретике, смотря с какими источниками сигналов, их спектрами, динамическим диапазоном (входным и рабочим) входных воздействий. Когда Ri МОм, а du/dt (и без артефактов) надо обеспечить, там каждая pF (источника, усилителя, ЭРЭ, монтажа,...) на учёте при pA токах. Да и сами ОУ, особенно ширпотребные, далеко не идеальны — практически каждый тип со своими «граблями».
                                                                                          0
                                                                                          А, вы про аналоговое… Ну да, там сложнее.
                                                                                            0
                                                                                            Это стык ^/#, где 1-м определялась разрешающа последнего. Когда проблемы побороли (на 3-5 лет опередив конкурентов), шутил: ну, теперь можно и в секторе HI-End порезвится — на отдохновение.
                                                                                      +1
                                                                                      керамические конденсаторы имеют пьезоэффект… а получил звон через конденсаторы:

                                                                                      я встречал, думал с ума сошел! Ночь, где-то 3-4 часа, я в мастерской отлаживаю одну из своих первых железок на МК. И слышу, тихо-тихо, как от платы раздаётся «цвык-цвык-цвык-цвык» (4 посылки команд diseqc от спутникового ресивера в коммутатор приёмных конвертеров спутниковых антенн). Секунд 10 хаос и паника в голове: «Всё! поехала-таки!». Потом слегка поворачиваю голову — звук меняется. Отлегло.
                                                                                      Стал думать что и где. Начал нажимать пальцем плату в разных местах, нашел пару конденсаторов, заменил чем-то найденным на столе — перестало «петь».
                                                                                      Специально зарегистрировался, чтобы поделиться страхами :)
                                                                                    +6
                                                                                    и после прочтения статьи ещё почитать Хоровица на ночь…
                                                                                      0
                                                                                      Да, шикарная настольная книга. Плюс ещё можно очень устойчиво порекомендовать разработчикам сугубо цифровой схемотехники внимательно прочитать как делать аналоговую на около-гигагерцовых диапазонах, снимает кучу вопросов вида «а нафига это надо?»
                                                                                        0
                                                                                        Это уже Джонсон & Джонсон Грехем, «Курс черной магии» ( то есть «Конструирование высокоскоростных цифровых устройств» и «Высокоскоростная передача цифровых данных»)
                                                                                        +1
                                                                                        Это «козырная» книга, хотя в основной массе и пройденная до того на практике. На покупку передидущего (есть и это) издания которой студентом перехватывал гроши. Единственнаое собрание, которое брал и в армию. Лежат иныне у дитяток в Харькове. Я так и не понял, электронная библиотека подобного нынешним актуальна? Выкладывать под доступ или нет?
                                                                                          0
                                                                                          Естественно актуальна!
                                                                                        +2
                                                                                        А тут недавно вышло продолжение: The Art of Electronics: The x Chapters
                                                                                        image
                                                                                        The Art of Electronics: The x Chapters expands on topics introduced in the best selling third edition of The Art of Electronics, completing the broad discussions begun in the latter. In addition to covering more advanced materials relevant to its companion, The x Chapters also includes extensive treatment of many topics in electronics that are particularly novel, important, or just exotic and intriguing. Think of The x Chapters as the missing pieces of The Art of Electronics, to be used either as its complement, or as a direct route to exploring some of the most exciting and oft overlooked topics in advanced electronic engineering. This enticing spread of electronics wisdom and expertise will be an invaluable addition to the library of any student, researcher, or practitioner with even a passing interest in the design and analysis of electronic circuits and instruments. You'll find here techniques and circuits that are available nowhere else!


                                                                                        0

                                                                                        А посоветуете путь от практически "0" до четырехслойной платы? Желательно открытыми инструментами (KiCAD, FreeCAD).

                                                                                          +1

                                                                                          Четырехслойка — это как двуслойка, только питание вынесено на внутренние слои.

                                                                                            0
                                                                                            Типа, питающие линии будут хоть как-то, вместе с толщиной платы, изолировать сигнальные? Или просто сигнальные линии чаще приходится перенаправлять?
                                                                                              +1

                                                                                              типа из заземления не будет получаться витиеватых контуров, которые способны на большие чудеса. Любая передача сигнала — это гуляние тока по кругу. Одной из частей этого круга является заземление. И да, оно способно излучать (особенно не то, не там, и не тогда, когда хочешь)

                                                                                                0
                                                                                                1. У всех сигналов на внешних слоях появляется reference plane, благодаря которому можно разводить линии с заданным импедансом. Например, LVDS. И да, полигон питания тоже может быть опорным слоём, хотя он менее "тихий", чем GND.
                                                                                                2. При определённой толщине препрега или ядра из двух полигонов можно получить конденсатор, который будет отдавать свою энергию на высокой частоте — полезно для быстрых схем.
                                                                                                3. Сплошной полигон — это неразорванный путь для обратных токов. Петли токов — антенны. Нет разрывов — нет петель — меньше помех.
                                                                                                4. Фактически сама медь не изолирует.
                                                                                                  +1
                                                                                                  полигон питания тоже может быть опорным слоём, хотя он менее «тихий», чем GND.

                                                                                                  А можно поподробней пояснить что значит «тихий»? С точки зрения ВЧ полигон питания не должен вроде отличаться от земли.
                                                                                                    0
                                                                                                    Под «тихим» подразумевал то, что, по моим текущим представлениям, стабильность потенциала на «GND» должна быть выше. На полигоне питания, плюсе, могут быть пульсации от импульсного источника. При скачке тока на нагрузке источник питания отрабатывает не сразу, и напряжение на выходе источника тоже прыгает.
                                                                                                    Но сейчас я вспомнил о том, что есть такая штука как ground bounce, да и пульсации по «GND» тоже могут бежать.
                                                                                                      +2
                                                                                                      При скачке тока на нагрузке источник питания отрабатывает не сразу, и напряжение на выходе источника тоже прыгает.

                                                                                                      Прыгает напряжение относительно земли. Если за константу принять питание, то прыгать начнет земля. Если взять относительно другого стабильного потенциала, то при равном импедансе земли и питания падение напряжения при скачке тока происходит на обоих полигонах равнозначно.
                                                                                                0
                                                                                                А здесь упоминается SYMMETRIC STRIPLINE PCB TRANSMISSION LINES где питание и земля снаружи.
                                                                                                  0
                                                                                                  Такие нередко можно увидеть на платах с 8-ю и более слоями. Интересней становится, когда нужно контролировать импеданс у внутренних сигнальных слоёв. У сигнальных слоёв внутри такого «бутерброда» из-за двух полигонов импеданс будет ниже в сравнении с внешним слоем. Поэтому либо надо менять толщину дорожек и расстояние между ними, если это диф. пара, либо делать «бутерброд» толще (разносить полигоны дальше от сигнальных слоёв).
                                                                                              0
                                                                                              В свое время с удивлением узнал много нового о конденсаторах. Если резистор он и в африке резистор (есть номинал и есть мощность), ну конечно незначительный температурный коэффициент, некая пикоемкость и такая же индуктивность (если не брать проволочные), то вот конденсатор… Там все влияет на все (напряжение, постоянка/переменка/частоты, емкость, предельное напряжение, ESR). В общем, надо знать типы и их поведение в реальности, в книжках этому не учат.
                                                                                                0

                                                                                                В книжках как раз этому учат, только институтские книжки с их "заумными" формулами мало потом кто использует в работе.

                                                                                                  +3

                                                                                                  На тему интересного поведения конденсаторов есть две статьи.


                                                                                                  Первая статья
                                                                                                  https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/5/5527.html
                                                                                                  рассказывает о том, почему конденсатор в схеме может потерять ёмкость. Один из важных выводов, который совпадает с пунктом про документацию, — это внимательно изучать графики на сайте производителя. Пример от Murata:
                                                                                                  https://www.murata.com/en-SG/products/productdetail?partno=GRM188R61C475KE11%23


                                                                                                  Вторая статья затрагивает тему переходных процессов и показывает, почему только керамика на входе питания — это плохо.
                                                                                                  www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an88f.pdf


                                                                                                  Когда я начинал разрабатывать схемы, данные статьи весьма помогли мне разобраться с выбором конденсаторов. Язык там весьма доступный, без перегрузки формулами.

                                                                                                    0
                                                                                                    Сейчас многие фирмы, такие как TI, Analog Devices, MaximIntegrated и т.д. выпускают свои маленькие наставления по аналоговой схемотехнике с краткой теорией и примерами использования на своих микросхемах. Есть там и про паразитные параметры пассивных элементов с таблицами и графиками.
                                                                                                    Так как книжки их достаточно краткие, наглядные, бесплатно выпускаются в электронном виде, пользоваться ими удобно и полезно. Я студентам их тоже рекомендую и как учебники и как настольные справочники.
                                                                                                    +2
                                                                                                    Выделяемую на нем мощность можно грубо прикинуть, умножив 0,4…0,8 (падение напряжения на открытом диоде) на ток потребления схемы. Для точного расчета можно воспользоваться ВАХ диода, которая всегда есть в документации на него. Но и так очевидно, что при токе в 1 А на диоде будут выделяться несколько ватт мощности, которые не только пропадут впустую, но, при отсутствии теплоотвода, скорее всего, быстро убьют диод.

                                                                                                    1В * 1А = 1Вт. При условии, что падение на диоде меньше единицы, то при 1А на нём выделится меньше 1Вт. Откуда несколько?
                                                                                                      0
                                                                                                      Немного погорячился: конечно, несколько десятых долей ватта. Поправил. Спасибо.
                                                                                                      Но даже несколько десятых могут сильно нагреть диод, особенно, если он в каком-нибудь SOT323.
                                                                                                        0
                                                                                                        Ну, насколько я помню из практики 30ти летней давности, что, например, 2Вт тепла смертельны для транзистора с металлическим флянцем и обязательно требуется радиатор. Так что да, даже полватта это очень и очень много.
                                                                                                      +2
                                                                                                      Я бы ещё рекомендовал на этапе схемотехники сразу закладывать тестовые точки. Причём именно в виде сквозных переходных отверстий — так проще будет потом при использовании тестера или осциллографа. И такие тестовые точки закладывать на все без исключения шины питания (в том числе и на «землю»), а также на линии различных интерфейсов — SPI, I2C, UART и т.д.
                                                                                                        0
                                                                                                        Про контрольные точки я как раз писал в разделе про системный подход к разработке. Сам, правда, предпочитаю не сквозные, а планарные: при плотной разводке сквозное отверстие становится роскошью + они режут полигоны на внутренних слоях.
                                                                                                          0
                                                                                                          Каюсь — некоторые разделы читал по диагонали. С планарных площадок щуп легко соскальзывает, но тут уже определяет юзеркейс. В нашем случае определяющую роль имеет безопасность (соскользнувший щуп -> вероятность кз) — почти все модули располагаются в корзине евромеханики, а это не так удобно, как на столе. К тому же отверстие диаметром 0.5 мм с медным ободком 0.8 мм не столь много места занимает, а вот жизнь облегчает значительно.
                                                                                                            0

                                                                                                            0,5 — это очень много в плотном монтаже, не забывайте прибавлять отступ от края.

                                                                                                        0
                                                                                                        Отличная статья!
                                                                                                        По печатным платам подобное не планируете написать?
                                                                                                          0
                                                                                                          Спасибо! Вообще по печатным платам уже довольно много написано, не хотелось бы повторяться. Но, может быть, со временем попробую рассмотреть какие-нибудь моменты, которые не очень широко описаны
                                                                                                            0
                                                                                                            Добрый день. Хотелось бы больше узнать про разделение земель.
                                                                                                            Может вы знаете конкретные проекты приличного размера, которые можно посмотреть. А то везде в мануалах и книгах пишут «ну вот 2 земли, соединяем их резистором и готово» и картинка как у вас. А по итогу, если проект разрастается, то так просто не получается этого сделать)))
                                                                                                          0
                                                                                                          мне абсолютно не нравится Ваша схема защиты от переполюсовки с использованием полевого транзистора. и стабилитрон там стоит неверно.
                                                                                                          на мой взгляд, при больших потребляемых токах и низких напряжениях диод нужно включить (катодом к плюсу) параллельно источнику питания/защищаемой схеме, поставив перед ним предохранитель (плавкий или самовосстанавливающийся).
                                                                                                            0
                                                                                                            мне абсолютно не нравится Ваша схема защиты от переполюсовки с использованием полевого транзистора. и стабилитрон там стоит неверно.

                                                                                                            Почему вам кажется, что стабилитрон стоит неверно? Он обеспечивает защиту от пробоя затвора полевика при высоких входных напряжениях.
                                                                                                            на мой взгляд, при больших потребляемых токах и низких напряжениях диод нужно включить (катодом к плюсу) параллельно источнику питания/защищаемой схеме, поставив перед ним предохранитель (плавкий или самовосстанавливающийся)

                                                                                                            При вашей схеме включения, в случае переполюсовки у вас однозначно что-то сгорит: либо предохранитель, либо диод, либо оба вместе.
                                                                                                              0
                                                                                                              Извините, что встреваю. К слову, схема защиты от переполюсовки с использованием полевого транзистора верна и стабилитрон там стоит правильно, нужно только номинал стабилитрона выбирать в соответствии с Vgs транзистора.

                                                                                                              Есть другой опасный момент. Допустим, что устройство подключено к чему-либо ещё, например USB, т.е. между компом и прибором общая земля через USB. Так же у нас имеется разъём внешнего питания, который защищен от переполюсовки схемой с транзистором. Если в качестве источника питания к устройству будет неправильно подключен аккумулятор, тогда схема с транзистором сработает хорошо. А если будет подключен какой-нибудь сетевой блок питания, то ток протечет через землю устройства, землю USB, землю компа, убивая всё на своём пути. Как без жертв защищаться от этого? Вариант с розетками питания, которые не допускают переполюсовки — не в счёт. Диодный мост на входе внешнего питания — тоже не в счёт. Можете что-нибудь предложить?
                                                                                                              +2
                                                                                                              1. Читайте документацию на применяемые компоненты
                                                                                                                К этому пункту хотел добавить: Скачивайте даташиты с сайта производителя
                                                                                                                Несколько лет назад проектировал карточку для клиента, поставил ATSAM4S8, а даташит с фарнеля скачал.
                                                                                                                Так в этом даташите (2012 года) описан LQFP шириной 14мм, а в актуальном с сайта майкрочипа (2015 года) — 10мм.
                                                                                                                Дорого мне этот промах тогда стоил. А пдфку фарнель так и не обновил, даже после общения с продаванами.

                                                                                                                0
                                                                                                                согласен с Вами, протупил. а по поводу диода — сгорит пред, и всё (ну, если диод не хилый)
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Но ради чего жечь даже предохранитель, если есть схемы, которые не сложнее или не сильно сложнее данной, но позволяют обойтись без его сгорания? Ну разве что при питающих напряжениях меньше 1,5...2 В (тогда прямое падения напряжения на диоде в процентах будет слишком велико, да и полевик нормально не откроется), но такое, в целом, редкость
                                                                                                                  0
                                                                                                                  нулевой резистор (резистор с сопротивлением 0 Ом)
                                                                                                                  звучит как сверхпроводник
                                                                                                                  image
                                                                                                                    0
                                                                                                                    Ну, он не совсем 0, хотя и в первом приближении (десятки миллиом), это во-1х. Во-2х выпаять его при отладке проще, чем резать дороги (хорошо, если не во внутренних слоях :-)). В 3-х у ширпотребных 1206 (меньшие не пробовал) ток разрыва порядка 300...500мА — всяко лучше такой FU, чем пионерский «голубой огонёк». Профи проще — у них и последнего почти не бывает, и для отладки есть лабораторные БП с защитой по току, выставляемомому с небольшим запасом от номинального, недостаточном для деградации ЭРЭ при отладке проблемных девайсов.
                                                                                                                    +1
                                                                                                                      +2

                                                                                                                      "Аналоговые девки" — это пять. Первый раз такой вариант вижу. Спасибо, повеселили.

                                                                                                                        +1
                                                                                                                        ну так «девицы» же.
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Я помнится читал какой-то длиннющий мануал по применению конденсаторов для развязки по питанию (то ли от murata, то ли еще от кого). Содержание примерно как у апноты от AD, плюс куча примеров применения обычных и специализированных конденсаторов, плюс куча информации про сами конденсаторы и индуктивности.
                                                                                                                        0
                                                                                                                        самое главное про 5 пункт не забывать, спасибо за статью!
                                                                                                                          0

                                                                                                                          А для грамотного проектирования плат сошли друга на стандарт IPC 2221 Generic Standard on Printed Board Design.
                                                                                                                          На его первых страницах также есть иерархия остальных стандартов, более подробно описывающих проектирование конкретных типов плат.

                                                                                                                            +1
                                                                                                                            Отличная статья! Продолжайте писать, у Вас это хорошо получается.
                                                                                                                              +4

                                                                                                                              Мне от значительного превышения напряжения нравится схема на тиристоре.
                                                                                                                              Тиристор в D2PAK стабильно выжигает автомобильный предохранитель, полностью выживая и спасая остальную схему вообще без пиротехнических эффектов.
                                                                                                                              Остается поменять предохранитель и девайс снова жив.
                                                                                                                              Компоненты дешевые, схема простая.


                                                                                                                              Рекомендую.

                                                                                                                                0
                                                                                                                                Тиристоры да, выносливые компоненты, большие мощности могут пропустить :)
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  Кстати, есть тиристорные быстродействующие предохранители, срабатывающие по току.
                                                                                                                                  Например, TBU.
                                                                                                                                  Время срабатывания — 1 мкс, деградации вроде как не подвержены.
                                                                                                                                  Вот только дороговаты, и токи срабатывания не очень большие.
                                                                                                                                    0

                                                                                                                                    И у них номинал надо подбирать, они пиковые токи крайне плохо держат. Если у вас по входу стоит ёмкость, даже не сильно большая, то его скорее всего пробьёт.

                                                                                                                                      0
                                                                                                                                      Ну, известная фишка тиристорных структур — срабатывать не только по порогу, но и от высокой скорости нарастания параметра.
                                                                                                                                +1
                                                                                                                                Отличная статья для начинающих!
                                                                                                                                  +1
                                                                                                                                  прямо на входе питания диод включенный с минуса на плюс и возможно предохранитель или слабый резистор, тогда при переплюсовке через диод пойдёт ток и выгорит предохранитель или резистор, мне попадалось просто утоньшённая дорожка на плате и устройство спасено — далее пойдёт не более 0.7-1.0 вольта обратного напряжения, пока не сгорит предохранитель.
                                                                                                                                    +1
                                                                                                                                    Классный пост! Много информации по делу, как шпаргалка даже всем подойдёт.
                                                                                                                                    Ещё бы добавить про гальваническую развязку не только сети, но и по сигналам, например, через реле или оптопары.
                                                                                                                                    И про диоды, их характеристики, о том, какие они бывают, сверхбыстрые, выпрямляющие, и так далее. Они не менее «капризные», чем конденсаторы или транзисторы.
                                                                                                                                      –1
                                                                                                                                      Я уверен, что любому разработчику знакома такая ситуация: схема разработана, плата разведена, компоненты запаяны, и вот изделие попадает на отладку. Включаем – и не работает.

                                                                                                                                      Тогда у меня возникают вопросы к разработчику, который *пропустил* данный момент, или к спаявшему, который припаял все на *и так сойдет*
                                                                                                                                        0

                                                                                                                                        Эммм, если это не серия, а прототип, то там и не такое бывает. Чем сложнее проект — тем больше косяков может быть как-бы.

                                                                                                                                          +5
                                                                                                                                          Всем известно, что самые грамотные инженеры всегда сидят в каментах на хабре)
                                                                                                                                            0
                                                                                                                                            Бывает, и довольно часто, особенно на макетах. Плюс не надо забывать про то, что на макете ещё бывает обкатываются различные варианты типа «а как оно лучше будет, I2C или USART или может CAN сюда всобачит?» и «хмм, а в каком режиме и с какой обвязкой этот чертов АЦП будет работать точнее?». Да и раньше (80-90 года) так и в релизах такое встречалось (например можно было часто увидеть в брендовых компах какие-то провода на платах и детали, которые явно там не предполагались на ревизии А, которых не было на ревизии B).
                                                                                                                                              +2
                                                                                                                                              например можно было часто увидеть в брендовых компах какие-то провода на платах и детали, которые явно там не предполагались

                                                                                                                                              А у кЕтайцев это и сейчас нормальным считается. И не в прототипе полуподвальной конторы показать клиенту, а типа уже продаем. Причем эти проводочки еще и не залиты компаундом, а весело петлями торчат. И это известный бренд, медоборудование, 3К€ за только блок обработки. Я в таком шоке был, когда это все увидел, а когда узнал цену, вообще в осадок выпал.
                                                                                                                                              Ладно, слабонервным не заглядывать. Я предупредил.

                                                                                                                                              Да, флюс, перегрев и прочее — это еще только цветочки…
                                                                                                                                                +1
                                                                                                                                                Ну, у них же православного МГТФа то нет. :)
                                                                                                                                                  0
                                                                                                                                                  Компьютер «Специалист» собирался следующим образом:
                                                                                                                                                  Стежковый монтаж выполняют с помощью специального приспособления. Выводы элементов соединяют проводом ПЭВТЛК 0,15, который не нужно очищать в местах пайки от изоляции.

                                                                                                                                                  За зачистку МГТФ без обжигалки, кусачками на производстве военпред первым делом снимал премию.
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Дело в том, что любая микросхема имеет на своих входах по два диода, включенных между GND и VCC.

                                                                                                                                              По этой же причине возможно перетекание между элементами запитанными от разных источников если напряжение будет существенно различаться. Кстати, бывают входы и без защитных диодов, надо смотреть документацию.

                                                                                                                                              Еще есть эффекты связанные с тем, что потенциал в цепях питания отличается на разных участках платы.

                                                                                                                                              7. Используйте нулевые резисторы


                                                                                                                                              Можно и не нулевые, если это не шина работающая на пределе производительности. Во-первых это может решить вышеописанную проблему с перетеканием питания через защитные диоды. Во-вторых они могут понизить избыточную Dv/dt на длинных линиях. Если рядом есть чувствительные аналоговые цепи это снизит шум и э/м наводки. По этой же причине иногда полезно к фильтрующим конденсаторам поставить последовательно резистор (в т.ч. в цепях питания).

                                                                                                                                              Вообще последовательный резистор, там где он применим (особенно, в сочетании со встроенными защитными диодами) во внешних цепях часто является удачным компромиссом между полным отсутствием защиты и более полноценной, но более громоздкой и дорогой защитой.

                                                                                                                                              PS
                                                                                                                                              В целом, автор, как мне кажется, слишком категоричен. Каждая схема индивидуальна. Требования к устройствам бывают разные и решения могут быть разные.

                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                Хорошая статья, все по существу.
                                                                                                                                                Не стоит добавить про обязательную гальваническую развязку внешних интерфейсов (типа RS-485/232 и т.п.) и основной электроники (микроконтроллер), особенно для промышленных устройств?
                                                                                                                                                Почему-то некоторые отечественные производители приборов («широко известные в узких кругах») не считают нужным это делать, в результате чего линии внешней связи оказывают влияние на измерительную часть прибора, искажая результаты, чего быть не должно по определению.
                                                                                                                                                  +1
                                                                                                                                                  Отличная статья, многим пойдет на пользу! Я бы добавил пару вещей:
                                                                                                                                                  2. Помните что настоящие кондкнсаторы и катушки индуктивности являюстя существенно нелинейными элементами (важно при разработке аналоговых цепей и фильтров)
                                                                                                                                                  7. Пункт «Используйте нулевые резисторы» я бы расширил советом «оставте место под резистор там где может понадобиться соединение». У миикрсхемы есть конфигурационные входы — закладываем разные варианты подключения. Нет окончательного решения на какую именно шину подключить то или иное I2C устройство — оставляем возможными оба варианта. Потом пригодится при отладке.