Производство и разработка электроники *

Упрощенная схема BQ40Z50-R1

Внешние аккумуляторы (power banks) активно используются для зарядки смартфонов и других мобильных гаджетов. Это простое по структуре устройство: литий-ионные или литий-полимерные батареи, управляющая печатная плата, корпус. Но сама по себе разработка зарядных схем для внешних аккумуляторов и электромобилей не так проста, тут можно экспериментировать и предлагать новые решения.

В рамках одного проекта мы разрабатывали внешний аккумулятор с поддержкой обычной и быстрой зарядки, в том числе от солнечных батарей. Еще одно требование — минимизация габаритов устройства. На первом этапе мы реализовали обычную зарядку четырех одинаковых АКБ LiFePO4 за счет микроконтроллера и менеджера заряда BQ40Z50-R1, без применения специализированной микросхемы заряда и ШИМ. Помимо заряда микроконтроллер красиво управляет индикаторными светодиодами и взаимодействует с пользователем по BLE. Делимся подробностями этого этапа разработки.

Предисловие

В поисках ответов на вопросы, возникающие при проектировании печатных плат, мною был изучен значительный объём литературы – как больших монографий, так и отдельных технических статей. За исключением, наверное, нескольких статей, это была англоязычная литература. Я подумал, а почему бы не оформить накопившийся опыт в виде практического руководства, которое может оказаться полезным как начинающим, так и, надеюсь, более опытным отечественным разработчикам. Начиная, я думал о распространении ценной информации, а краем мысли и о вкладе в отрасль в целом. Настоящая публикация открывает целую серию статей, в которых с практической точки зрения будут рассмотрены основные задачи, возникающие при разработке печатных плат, и в систематизированном виде изложены ключевые рекомендации с обязательным указанием их физических основ и условий применимости.

Компьютер Apple I в Смитсоновском музее, США. Фото: Ed Uthman, Apple I Computer

На краудфандинговых площадках Kickstarter и Indiegogo появляется всё больше проектов в сфере электроники: в каждом квартале десятки кампаний собирают как минимум по 100 тыс. долларов. Достижение отметки в 100 тыс. зачастую оценивается как успех. Многие считают, что теперь основатели смогут передать эти деньги фабрике и получить готовый продукт. Тот факт, что 4 из 5 «железячных» кампаний не справляются со своевременной доставкой своего продукта, говорит о том, что большинство команд всё ещё недооценивает требования технологичности (DFM, Design For Manufacturing). А с этим связаны следующие сложности…

Существует достаточно большое количество вариантов видеть ночью. Это или взять прибор ночного видения, или тепловизор, или ночной прицел с подсветкой, или, может быть, камеру с электронным умножением на EMCCD. К сожалению, не всегда все камеры и приборы оказываются под рукой одновременно, и их обычно не удаётся сравнить между собой.

К счастью, нам повезло, и у нас появилась такая возможность. Более того, повезло, что погода позволила воссоздать эталонные условия для проведения сравнительных испытаний. Луна отсутствовала, небо было чистое, и нужно было только выехать за город, подальше от искусственного освещения.

Итак, что же у нас было с собой:

1.1 ЭОП – электронно-оптический преобразователь третьего поколения. Лучший из всех приборов типа ЭОП, с которыми приходилось сталкиваться. Очень сложно создать условия, при которых он ничего не видит. Разрешение ЭОП 68лин/мм. Максимум спектральной чувствительности должен быть в районе 800нм. ЭОП состыкован с камерой VC249 на базе малошумящего сенсора. Разрешение камеры значительно выше разрешение ЭОП, поэтому камера не влияет на результат.

1.2 VS320 – камера ближнего ИК-диапазона (SWIR) с чувствительностью в диапазоне спектра от 0.9 до 1.8 мкм. Спектральная чувствительность практически плоская. Разрешение 320х256, размер фоточувствительного элемента 25х25мкм.

1.3 VC400 – «обычная» камера видимого диапазона на базе кремневой структуры. «Обычная» в кавычках, потому что это камера для проведения астронометрических наблюдений с обратной засветкой. Разрешение 2000х2000, размер фоточувствительного элемента более 10мкм. Максимум спектральной характеристики в районе 550нм.

Все камеры разработаны и произведены в России, но это не должно никого смущать, так как элементная база (за исключением ЭОП) вполне себе импортная.

Продолжаем знакомить читателей Хабра с «нестандартными» типами памяти для разработки электроники. В прошлый раз мы рассказывали о гибридном кубе памяти (HMC) и его подключении к FPGA, а в этой статье сфокусируемся на микросхемах памяти с интерфейсом HyperBus от Cypress, которые появились на рынке относительно недавно, в 2014 году.

Сейчас доступно две разновидности устройств: HyperRAM и HyperFLASH. HyperRAM — это псевдо-статическая память (DRAM + схема перезаряда в одном чипе), а HyperFLASH — это NOR-флэш-память с интерфейсом HyperBUS. Также доступны комбинированные чипы 2 в 1: HyperFLASH 512Mb + HyperRAM 64Mb. Ценность современных решений заключается в малом числе сигналов, мелком футпринте, достаточно большой скорости работы и адекватной цене.

За последние 10 лет количество товаров-подделок в мире увеличилось в 2 раза. Это данные отчета министерства внутренней безопасности США. Большая часть контрафакта приходится на Китай (56 %), Гонконг (36%) и Сингапур (2%).

Производители оригинальных товаров несут серьезные убытки, часть из которых приходится на рынок электроники. Многие современные товары содержат в себе электронные компоненты: одежда, обувь, часы, ювелирные изделия, автомобили. В прошлом году прямые потери от незаконного копирования потребительской электроники и электронных компонентов в составе других товаров достигли порядка 0,5 трлн долл. США.



Эту проблему помогают решить различные методы защиты цифровой электроники от нелегального копирования, модификации и обратного проектирования: аппаратное шифрование (AES, RSA и др.), хеширование (например, SHA-256, MD-5), внедрение цифровых водяных знаков и отпечатков пальцев в проектное описание, лексическая и функциональная обфускация, формальная верификация и другие.

В этой статье мы расскажем об одном из самых экономичных методов защиты с точки зрения аппаратных затрат — физически неклонируемых функциях.

_{На фото: Платформа SKARAB для цифровой обработки данных с телескопа MeerKAT. За счет технологии HMC каждая из 64 антенн телескопа может передать на платформу поток данных со скоростью 40 Гбит/с}

В ожидании нового стандарта памяти DDR5 SDRAM, который появится уже в следующем году, мы исследуем альтернативные технологии. В этой статье изучим память HMC (Hybrid Memory Cube), которая обеспечивает 15-кратный рост производительности при 70% экономии на энергопотреблении на бит по сравнению с DDR3 DRAM.

В то время как DDR4 и DDR5 представляют собой эволюцию стандарта, HMC — это революционная технология, которая может изменить рынок не только в сфере специализированных высокопроизводительных вычислений, но также в области потребительской электроники, такой как планшеты и графические карты, где важен форм-фактор, энергоэффективность и пропускная способность.

Этот пост будет интересен для тех, кто хочет посмотреть, как выглядит российское высокотехнологическое производство электронного оборудования, а именно встраиваемых систем.



Для тех, кто не знает, что такое встраиваемые системы, простыми словами – это процессорные платы и периферийные модули различных форматов, например, CompactPCI, PC/104, MicroPC, которые встраиваются в разнообразные системы: от промышленной автоматизации до телекоммуникационного оборудования.

Для тех, кто все это знает – не принимайте на свой счет.

Прошивку для внутренностей современной встраиваемой электроники написать с нуля практически нереально. На это просто не дают времени. Поэтому ПО для встраиваемых систем создается на базе
готовых программных платформ — фреймворков. Чем более развит фреймворк, тем быстрее идет разработка. Здесь пойдет речь о фреймворке созданном мной специально для модулей управления моторами и успешно применяемом уже в течении некоторого времени.

Когда возникла эта идея, потребовался ЖК индикатор с последовательной шиной. Современного дисплея под рукой не оказалось и для проверки взяли древний ЖКИ с драйвером µPD7225. Когда задача была решена, стало понятно, что доступные сегодня индикаторы всего лишь частный случай.

Применяя микроконтроллеры с небольшим количеством ножек, часто сталкиваешься с проблемой нехватки портов ввода-вывода. Ресурсов микроконтроллера хватает "за глаза" для решения поставленной задачи, а портов — нет. Появляется искушение "нагрузить" уже занятые. В качестве примера рассмотрим простой двухканальный вольтметр на МК tiny13, в котором два порта — аналоговые входы и два — последовательный интерфейс ЖКИ. Расширить функциональные возможности прибора можно, только используя шину передачи последовательных данных (SD). Тем более, что она почти всегда отдыхает. Передача данных в индикатор занимает максимум две-три сотни микросекунд, обновление не чаще чем раз в 300 мС. Линию тактирования (CLK) использовать нельзя по понятным причинам. Простенькому приборчику остро не хватает пары кнопок для переключения режимов и индикации этих режимов, особенно когда невелика разрядность дисплея. Вот и задача...

Основное назначение модуля — управление синхронными бесколлекторными двигателями (BLDC, BLAC, PMSM ...) с трапецеидальной или синусоидальной формой напряжения, с сенсорами скорости-положения или без сенсоров. Кроме этого модуль имеет небольшие габариты, достаточно широкий диапазон питающих напряжений, разнообразные каналы отладки, проводную и беспроводную связь.

Эта статья — об особенностях керамических конденсаторов, которые проявляются на высоких частотах (порядка десятков, сотен мегагерц и выше). Статья основана на материалах исследований, проводимых специалистами компании Johanson Technology.

В одном из проектов мы проверили возможности облачной платформы AWS IoT, подключив к ней несколько устройств из набора Lego для программируемых роботов Mindstorms EV3.

На старте мы исследовали несколько крупных облачных сервисов для IoT, которые дали хороший толчок развитию всей концепции интернета вещей (IoT) — Microsoft Azure IoT Suite, AWS IoT и IBM Watson IoT — но в результате остановились именно на Amazon Web Services (AWS).

В нашей инженерной лаборатории появилась новая российская плата для экспериментов — отладочный модуль Салют-ЭЛ24Д1 на многоядерной системе на кристалле 1892ВМ14Я для Арктики и космоса. Посмотрим, на что она способна.

Первоначально статья планировалась, как небольшая история о том, как мы паяли муравьиной кислотой в парофазной печи.

Специально для этого проекта мы переделали нашу парофазку (парофазная или конденсационная печь), с возможностью подачи муравьиной кислоты вместе с перфторполиэфиром. К сожалению, часть результатов является коммерческой тайной, и фотографий результатов не будет.
Но к этой небольшой статье пришлось написать много комментариев. Я не думаю, что каждый знаком с данным способом пайки, и поэтому этот проект мы пока оставим и расскажем обо всем по порядку.

В нашу инженерную лабораторию попала демоплата Baikal BFK Rev 1.6 на основе первого российского процессора для коммерческих разработок — SOM Baikal-T1 MIPS.

Двухъядерный процессор «Байкал-Т1» на архитектуре MIPS Warrior P-class P5600 MIPS 32 был анонсирован еще в 2015 году в рамках программы по импортозамещению, его разработчик — российская фаблес-компания «Байкал Электроникс». Эта система на кристалле была создана для проектирования промышленных и потребительских устройств: маршрутизаторов и сетевых накопителей, тонких клиентов, мультимедийных центров, систем ЧПУ и т.п.

Откроем коробку и посмотрим, как работает стандартный пакет поддержки платформы (BSP) на тестовой плате:

Печатная плата (ПП) — основа любого электронного устройства. На ней устанавливаются электронные компоненты. У неё есть дорожки, по которым ходят электрические сигналы между пинами компонентов. Для увеличения плотности монтажа и сокращения размеров, платы делают многослойными. А какова общая длина дорожек на обычной плате?

Всем бодрого/доброго (нужное подчеркнуть) времени суток и хорошего настроения! Хочу рассказать и показать процесс, как я придумывал (проектировал) и изготавливал базовое шасси для четырёхколёсного робота.

Ко мне вновь обратились знакомые ребята с просьбой помочь сделать робота «посерьёзнее». На этот раз решено было сделать не полноценного робота, а некую базовую платформу, которая бы позволила сконструировать на ней дальнейший функционал робота, возможно с вариациями, не отвлекаясь на вопросы о шасси, двигателях, системе питания и, в идеале, о системе локального или удалённого управления.



Цель этого поста – показать процесс разработки и изготовления подобной платформы. Обычно в статьях по робототематике показывают уже готовые устройства, демонстрируя, что сделано и как оно в результате работает. Это интересно, конечно же. Но с бóльшим удовольствием я читаю статьи, в которых поэтапно показывается, как именно сделано, почему и описание каких-то отдельных моментов или мыслей. Я попробую подробно описать как собиралась движущаяся платформа в домашних условиях. Эта статья – профильное чтение для отдыха. Саму статью я подготавливал, наверное, больше времени раза в три, чем рукоделием занимался. Не претендую на полноту описания, высокотехнологичность, наукоёмкость, инновационность и безошибочность… Но надеюсь, что для кого-то она поможет сделать какие-то первые шаги и покажет, что современная модульная электроника это совсем не сложно, хотя и не совсем просто, как кажется. «Дяди снова играют в машинки вместо того, чтобы серьёзным делом заниматься». Но ведь нужно же заниматься чем-то тем, кто никак не может вырасти. Осторожно – под катом будет много текста и неприлично много картинок.

Чуть больше года назад, мне в голову пришла мысль о том, что хорошо бы было сделать осциллограф. Тогда мне хотелось, чтобы это было независимое устройство с собственным TFT дисплеем, да и вообще, идея разобраться с TFT дисплеями, мне казалась очень перспективной. Спустя некоторое время на али был заказан TFT размером 3.2 дюйма с драйвером SSD1289.

На тот момент у меня уже был опыт программирования микроконтроллеров AVR, поэтому решил запустить дисплей на моём любимом Atmega16. Дойдёт ли дело до создания осциллографа тогда ещё не знал, но то что буду в своих проектах использовать TFT знал точно, поэтому не стал искать сторонние библиотеки, а решил написать свою, которой пользуюсь и по сей день.

Журналист Tom's Hardware посетил исследовательский центр Seagate в Лонгмонте (штат Колорадо) и увидел, как специалисты компании Seagate разрабатывают и тестируют жесткие диски.

Подготовка

Ежегодно Seagate тратит два миллиарда долларов на исследования и разработки, обеспечивая дискам компании высокую надежность со среднегодовой долей отказов (AFR) всего в 1,2%. Как показано на изображении ниже, процесс разработки дисков разбит на восемь этапов: