Комментарии 245
…
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)
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
habr.com/ru/post/414141
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.
Сейчас 4 слоя стандарт на куче производств, и оно не сильно дороже чем 2...
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.
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)
Смотря что делать) Вобщем да, можно и на 2 слойке, но 4 слоя — проще, для начинающего как раз самое-то)
Именно, но там ценник уже нелинейно растёт)
Нормально они паяют. Недёшево это да, но нормально.
С какого это не работает?
Цены, да, это основной минус резонита.
Но если заказывать повторно, то подготовка не требуется цена будет только за производство.
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.
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.
Изначально разговор именно про ценник был, т.е. платы заказные. Дома понятно что только 2 стороны.
но тот кто начинал с TTL — и без 18 пф на клок обходится запуская всё что дальше 5см скрученной парой
Пока что верх сложности у меня — BGA с шагом 0.5мм и разводка чипа SDRAM на частотах 433МГц. Вроде бы даже работает :)
.
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.
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.
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.
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](https://habrastorage.org/getpro/habr/comment_images/5d8/8cc/8dd/5d88cc8dd30419caf28ca1f5f77f9955.jpg)
Кстати, о многоступенчатых схемах защиты есть клёвая статья в журнале Компоненты и Технологии — "Пьеса о защите с оптимистическим финалом"
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.
![image](https://habrastorage.org/webt/1t/su/ws/1tsuwsurckwmktd4pz49dygytfu.png)
Вот так плохо:
![image](https://habrastorage.org/webt/qj/nn/5e/qjnn5etv_tb4xhogeqplwvvv5ek.png)
Вот так тоже плохо:
![image](https://habrastorage.org/webt/ta/ey/n6/taeyn6hc1or5rhi2ec90wydqdrm.png)
лучше критически важные емкости подключать на схеме линиями, а не логическими сетями
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.
На плате разницы не будет, если тополог совсем не чайник и поймет что на схеме именно блокирующие конденсаторы.
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...
Но в принципе, если документация формируется автоматически, это не является такой уж прям проблемой.
А программы, небось, тоже по количеству строк кода идут? Или символов?
забыл как называется документ.не Д33, случаем?
.
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».
PS: Последующие, да, на ней.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Это другое. Похоже на возбуждение ОС в преобразователе...
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.
![](https://habrastorage.org/webt/pu/5j/wv/pu5jwvpuess16ykqj-wdoainnqo.jpeg)
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/comment_images/7d1/fa9/b07/7d1fa9b079b6fbe749d4cc755878777a.jpg)
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!
Четырехслойка — это как двуслойка, только питание вынесено на внутренние слои.
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)
- 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.
- При определённой толщине препрега или ядра из двух полигонов можно получить конденсатор, который будет отдавать свою энергию на высокой частоте — полезно для быстрых схем.
- Сплошной полигон — это неразорванный путь для обратных токов. Петли токов — антенны. Нет разрывов — нет петель — меньше помех.
- Фактически сама медь не изолирует.
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.
Но сейчас я вспомнил о том, что есть такая штука как ground bounce, да и пульсации по «GND» тоже могут бежать.
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.
В книжках как раз этому учат, только институтские книжки с их "заумными" формулами мало потом кто использует в работе.
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.
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.
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?
Но даже несколько десятых могут сильно нагреть диод, особенно, если он в каком-нибудь SOT323.
По печатным платам подобное не планируете написать?
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)))
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).
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.
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?
В сетевых блоках питания обычно низковольтный выход от высокой стороны развязан, кроме Y-конденсатора небольшой емкости (в трансформаторных БП ... ну есть межобмоточная емкость, но она тоже мала). Если ток и идет, то только емкостный через этот конденсатор.
Если у вас неразвязанный блок питания, что смертельно опасно само по себе, спасет наличие развязанного dc-dc преобразователя на входе питания. Лучшее решение - в быту не использовать неразвязанные БП никогда, а если иного варианта нет - использовать его совместно с изолирующим трансформатором.
- 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.
нулевой резистор (резистор с сопротивлением 0 Ом)звучит как сверхпроводник
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/comment_images/196/c7f/1f5/196c7f1f5a622b606dd114fd2871a30e.jpg)
"Аналоговые девки" — это пять. Первый раз такой вариант вижу. Спасибо, повеселили.
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.
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.
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.
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*
Эммм, если это не серия, а прототип, то там и не такое бывает. Чем сложнее проект — тем больше косяков может быть как-бы.
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.
![](https://habrastorage.org/webt/18/tk/yc/18tkycdbzslrvdemaowmnagge8q.jpeg)
Да, флюс, перегрев и прочее — это еще только цветочки…
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.
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.
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.
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.
Что касается закладывания разных вариантов подключения и конфигурирования схемы резисторами — сам это широко практикую, порой очень сильно выручает
У меня есть несколько примечаний и один вопрос.
1)
Количество конденсаторов у каждой микросхемы должно быть не менее количества ножек питания данной микросхемы…
В большинстве случаев вы не ошибетесь, если выберете емкость 0,1 мкФ…
В общем, лучше всегда уточнять номиналы требуемых конденсаторов в документации на конкретную микросхему
Очень любопытная ситуация возникает, если обратиться в документацию к современным ПЛИС. Возьмём для примера Cyclone 10 LP.
www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/dp/cyclone-10/pcg-01021.pdf
Pin Connection Guidelines говорит: «The power plane should then be decoupled using the appropriate number of capacitors. To assist in decoupling analysis, Power Distribution Network (PDN) Design Tool serves as an excellent decoupling analysis tool».
«Достаточное количество конденсаторов». Как же определить, какое количество будет достаточным? Один из вариантов от Altera/Intel — это инструмент PDN Tool. Этот инструмент опирается на идею о том, что импеданс цепей питания должен иметь определенную величину в определенном диапазоне частот. Величина будет зависеть от динамического тока, от структуры платы, от импеданса источника и некоторых других параметров.
Для примера посмотрим на схему отладочной платы уже Cyclone 10 GX.
www.intel.com/content/dam/altera-www/global/en_US/support/boards-kits/cyclone10/c10gx-dev-kits-board-a1-release.pdf
Смотрим страницы 13 и 14. Количество ножек питания ядра VCC — 55. Количество конденсаторов в цепи питания — 68.
Какие выводы из этого следуют:
— иногда приходится смотреть на целевой импеданс цепей питания;
— количество конденсаторов зависит от требуемого профиля импеданса;
— емкости 0,1 мкФ может быть недостаточно, более того, близкие номиналы могут взаимодействовать друг с другом (http://www.sigcon.com/Pubs/news/1_17.htm).
2)
После определения типа применяемого конденсатора (керамика, тантал, пленка, электролит и др.), необходимо обеспечить запас по напряжению хотя бы в 25-30%
При выборе запаса по напряжению стоит опираться на графики от производителя. Вот пара статей для керамических конденсаторов о том, как меняется ёмкость, и о чём не нужно забывать при выборе напряжения:
Первая статья
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:
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
3)
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
Действительно, мнений много. Важно помнить, что разрывы в полигонах ведут к токовым петлям. Токовые петли становятся антеннами и ведут к увеличению помех. Плюс сигналы, которые из-за ошибок конструктора пересекают разрывы, получают скачок импеданса — растут потери на отражение. Поэтому я пришёл к выводу, что аналоговую часть от цифровой по возможности стоит разделять за счёт размещения на плате. Если же внутри одной микросхемы есть и аналог, и цифра, тогда стоит думать о разделении. Только это разделение должно быть локальным. См. с. 40-41 здесь:
www.intel.ru/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/ds/em2120_13149.pdf
Также важно помнить, что ток течёт по пути наименьшего сопротивления. На определенных частотах току становится всё равно, «GND» на этом куске металла или, например, «+3,3V». Поэтому ток может идти через конденсаторы цепей питания, ибо именно они соединяют «GND» и «+3,3V» (любую другую цепь). Значит, если на схеме один и тот же источник питает аналоговую и цифровую часть (минус разделили после выхода источника, через бусину, например), помехи из плюса питания цифровой части могут забежать на минус аналоговой. Отсюда разделять надо не только «GND», но и «PWR».
4)
индуктивности серии BLM от Murata
Вопрос, который уже давно меня волнует: можно ли ферритовую бусину называть индуктивностью? Да, это сердечник с одной (или двумя?) обмоткой. Но почему тогда в документации на ферритовые бусины не указывают индуктивность? У катушек индуктивности всегда пишут про индуктивность на определенной частоте, про ток насыщения, про сопротивление по постоянному току. У ферритовых бусин прежде всего сопротивление по постоянному току и частота, где бусина становится резистором. Индуктивность там присутствует только на графике импеданса. К чему это я: можно ли ставить ферритовую бусину в контур импульсного DC-DC, например? Хорошо ли дроссель будет изолировать две цепи питания?
Про то, что возвратный ток (в случае высоких частот) может течь не только по полигонам земли, но и по полигонам питания, кстати, тоже часто забывают, но это на самом деле не совсем очевидная вещь на первый взгляд, как мне кажется)) По итогу ток выбирает путь с наименьшей индуктивностью и поэтому иногда требуется установка конденсаторов рядом с переходными отверстиями для замыкания путей возвратного тока по кратчайшему пути.
Что касается ферритовых бусин — физически, конечно, это индуктивность, пусть и с одним витком. Но в контур DC-DC преобразователя вряд ли можно ее ставить — все-таки, величина этой индуктивности достаточно мала. Основное их назначение — фильтрация помех в ВЧ диапазоне. Скажем, катушка из нескольких витков будет в этом диапазоне работать хуже просто потому, что помеха будет пролезать через паразитную межвитковую емкость самой катушки. Ну а поскольку эти бусинки предназначены только для фильтрации помех, то в документации и приводят соответствующие параметры: величину эквивалентного сопротивления на определенной частоте и графики импеданса. Если есть другое объяснение, интересно будет прочитать.
и поэтому иногда требуется установка конденсаторов рядом с переходными отверстиями для замыкания путей возвратного тока по кратчайшему пути
То ли E. Bogatin, то ли кто-то еще, отмечал, что лучше всего вести сигналы вблизи одного опорного слоя. Т.е., например, если LVDS пара шла с опорой на «GND», то при переходе на другой слой пара по-прежнему должна опираться на «GND». При этом обычно вблизи перехода рекомендуют ставить сшивающие переходные («GND»-«GND»), дабы сократить путь возврата. Вот если после смены слоя опору для сигнала сохранить ну никак нелья (например, ближайший опорный слой — питание), тогда уже стоит ставить конденсаторы. Конденсаторы дадут более короткий путь для возвратного тока.
Вопрос о бусинах возник потому, что один раз я возился со схемой, которая досталась мне в наследство. Схема долго лежала в ящике и в производство не ушла. Но вдруг её стали рассматривать снова. И я обнаружил, что на схеме в контурах импульсников разработчик поставил ферритовые бусины. Сейчас сложно сказать, почему он выбрал такой вариант. Либо он хотел сократить перечень элементов, так как такие бусины уже стояли в цепях питания ФАПЧ для ПЛИС. Либо же это была классическая ошибка «копировать-вставить». На схеме, к слову, все ферритовые бусины были изображены как катушки.
Меня очень смутило то, что в импульсники поставили бусины. Однако другой коллега возразил тем, что на частоте работы импульсника бусина может вести себя как индуктор. Мол, если она ведёт себя как индуктор, то какие из этого проблемы. Тем не менее, мне показалось странным, что в иностранных схемах ферритовые бусины всегда изображают специальным символом, который не совпадает с символом индуктора. Плюс разница в параметрах и характеристиках, которые указывают в документации. В то же время, других обоснований у меня на то время не было. Импульсники работали примерно на 1-3 МГц, а там бусина действительно ведёт себя как индуктивность.
То ли E. Bogatin, то ли кто-то еще, отмечал, что лучше всего вести сигналы вблизи одного опорного слоя. Т.е., например, если LVDS пара шла с опорой на «GND», то при переходе на другой слой пара по-прежнему должна опираться на «GND». При этом обычно вблизи перехода рекомендуют ставить сшивающие переходные («GND»-«GND»), дабы сократить путь возврата. Вот если после смены слоя опору для сигнала сохранить ну никак нелья (например, ближайший опорный слой — питание), тогда уже стоит ставить конденсаторы. Конденсаторы дадут более короткий путь для возвратного тока.
Да, именно это я и имел в виду. Если опорный слой везде земля, то в месте перехода полигоны сшиваются отверстиями. Если опорный слой меняется с земли на питание, то нужен конденсатор.
Меня очень смутило то, что в импульсники поставили бусины. Однако другой коллега возразил тем, что на частоте работы импульсника бусина может вести себя как индуктор. Мол, если она ведёт себя как индуктор, то какие из этого проблемы. Тем не менее, мне показалось странным, что в иностранных схемах ферритовые бусины всегда изображают специальным символом, который не совпадает с символом индуктора. Плюс разница в параметрах и характеристиках, которые указывают в документации. В то же время, других обоснований у меня на то время не было. Импульсники работали примерно на 1-3 МГц, а там бусина действительно ведёт себя как индуктивность.
Хмм, а что именно за бусинка в импульснике стояла, PartNumber не вспомните? И вы не пробовали запустить этот источник и посмотреть, как он себя ведет на холостом ходе и под различной нагрузкой? Просто при проектировании напульсника и выборе индуктивности надо как минимум учитывать величину индуктивности, максимально допустимый действующий ток, а также ток насыщения. В документации на бусинки обычно приличествуют не все из перечисленных параметров. Соответственно не очень понятно как их можно закладывать в схему источника.
PartNumber далее, чем BLM, не вспомню уже, увы. Могу ещё отметить, что это была бусина для линий питания.
Живого источника не было, а модели я не нашёл. Так что проверить режимы на практике я, не мог.
Да, конечно, в datasheet на импульсник рекомендовали конкретные значения индуктивности. И, кажется, по графику бусины значения индуктивности попадали в требования. По крайней мере, что-то такое вспоминается сейчас. Сопротивление по постоянке и величина максимального тока для бусины тоже были указаны. И эти величины вполне вписывались в то, что требовалось для источника. В том смысле, что ток импульсника был меньше, чем максимально допустимый ток бусины. Индуктивность бусины на частоте работы источника попадала в рекомендации. Отсюда и появились мои сомнения в том, что я могу чего-то не знать. Но если бы схему разрабатывал я, то в импульсник ставил бы индуктор точно. Бусины я использую только как фильтры.
www.altium.com/live-conference/altiumlive-2018-annual-pcb-design-summit/sessions/extreme-importance-pc-board-stack-up
Статья просто бомба. Сам не занимаюсь схемотехникой, но когда разрабатывал под ПЛИС часто приходилось со схемотехника и ломать голову над проблемами на платах.
Ещё бы кто-то написал полную статью справочник про типы пинов на микроконтроллерах. Все эти LVDS с Hi-Z, Pull-up и Pull-Down.
не полный справочник, но базовая информация про основные типы пинов микроконтроллеров http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-4.html
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/comment_images/de3/1b3/7fc/de31b37fc1f0ed980f99ac064a0037a4.jpg)
а в этой схеме резистор точно должен стоять после диода?
Хотя, конечно, можно использовать сопротивление как предохранитель, но это если рабочие токи не большие.
Расскажите, пожалуйста, подробнее как работает разделение земли цифровой и аналоговой части с помощью нулевого резистора.
EOL часто нет в Datasheet компонента. Этот параметр каждого компонента нужно учитывать
обязательно.
И ещё одна важная вещь, которая на стыке схемотехники и топологии. Проверяйте футпринты, потом перепроверяйте, а потом еще раз...
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.Я бы предпочёл последовательное включение. Резисторы не идеальны, и сопротивления будут отличаться, поэтому, ток по ним потечёт разный. В результате, один нагружен больше, другой меньше. Если один сгорит, то ток перераспределится по оставшимся и это пройдёт незамеченным. Последовательное включение лишено этих недостатков.
Запас просто нужен в любом случае :)
Да, разные конструктивы элементов обычно привязаны к областям применения. Но прописанная «область применения» — всего лишь рекомендация, чтобы разработчик не сильно вдавался во всякие паразитные параметры (по которым, строго говоря, обычно и следует делать выбор).
Никто ferrite beads в качестве индукторов не использует.А что такое «индуктор» в данном контексте? Знакомые мне значения этого слова вообще не относятся к электрорадиоэлементам, а подразумевают целое устройство. Например, нагреватель СВЧ-печи, или динамо-машина в старых телефонах и подрывных машинках.
Подозреваю, что вы использовали кальку с английского inductor, обозначающего просто катушку индуктивности.
Основной параметр для выбора — материал сердечника который дает параметры рассеяния в зависимости от частоты и насыщения от силы тока, и выбор делают просто по SPICE модели. У приличных производителей на сайтах есть SPICE модели для beads, индуктивностей и конденсаторов.
10 советов схемотехнику