Ads
Comments 229
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.
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.
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)
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
USB full speed, который в дешевых микроконтроллерах, отлично работает на 2х слойках.
кроме того, некоторые СВЧ девайсы тоже работают на 2х слойках.
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.

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.

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

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)

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)

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

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?
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
Зато простые четырёхслойки можно по сверхсрочке в резоните наклепать, а прочее прийдется ждать под месяц.
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

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

Вот у меня за прошлые два года грабля именно в них после резонита наблюдалась — дикое кол-во флюса около ножек.
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).
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.
Беглый расчет в калькуляторе резонита показывает, что у них при заказе 10 шт 4-х слойки примерно на 30% дороже 2-х слоек
Подождите подождите.
Давайте так.
Ещё раз, мы решили что статья для начинающих
Резонит с физлицами не работает
Ну как это не работает, когда я неоднократно у них заказывал платы именно как физ. лицо? :)
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)

Цены, да, это основной минус резонита.


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


скрины


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)

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

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.

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

/me посмотрел на свой фонокорректор и понял, что его не должно существовать.
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 :-)
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.
В резоните спросите о срочных и сверсрочных заказах, будете приятно удивлены. 4 слоя за неделю(а иногда и быстрее) это не проблема.
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) 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.

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

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
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 :)
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.
Если чисто с металлизацией полноценной — вполне. На радиокоте есть топик.
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).
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.


.
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.
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
Этот резистор, перед диодом, называется токоограничивающим, и может очень быстро испариться, тем самым выполнить роль предохранителя. :)
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
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.
Самовостаннавливающийся предохранитель слабо поможет в схеме защиты от статики: время его срабатывания обычно очень велико
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.
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.
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"
Конечно, резистор для ограничения тока входа МК полезная практика в цифровой схемотехнике.
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.
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.
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).
Вот поэтому при разработке схем всегда располагаю конденсаторы рядом с теми элементами, к которым они относятся))
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.
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.
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.
Это то понятно. Я не понял про линии и сети:
лучше критически важные емкости подключать на схеме линиями, а не логическими сетями
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.

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.

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.

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...

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.
работая по госзаказу, и с ВП, отчитываемся за бюджетные деньги, количеством страниц документации. Как все это сильно грустно…
Ну при таком показателе вам распухание выгоднее, да.
А программы, небось, тоже по количеству строк кода идут? Или символов?
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.
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?
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
.
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».
«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.
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.
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.
у меня есть вопрос по поводу защиты входа подключения зарядки. Не знаю, корректно его сюда писать или может на вашу почту.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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

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.

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.
Писк не ушёл, а притупился.

Главное, что я его слышать перестал.
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.
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.
До нескольких десятков мегагерц, вроде, все сравнительно просто. не?
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».
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.
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 :)
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?»
Это уже Джонсон & Джонсон Грехем, «Курс черной магии» ( то есть «Конструирование высокоскоростных цифровых устройств» и «Высокоскоростная передача цифровых данных»)
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?
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!


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

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

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

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)

  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.
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.
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.
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.
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).
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.

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.

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.
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?
Немного погорячился: конечно, несколько десятых долей ватта. Поправил. Спасибо.
Но даже несколько десятых могут сильно нагреть диод, особенно, если он в каком-нибудь SOT323.
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.
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.
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.
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.

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

Отличная статья!
По печатным платам подобное не планируете написать?
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
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)))
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).
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.
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?
  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.

согласен с Вами, протупил. а по поводу диода — сгорит пред, и всё (ну, если диод не хилый)
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
нулевой резистор (резистор с сопротивлением 0 Ом)
звучит как сверхпроводник
image
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.

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

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.

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.

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

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.

Тиристоры да, выносливые компоненты, большие мощности могут пропустить :)
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.

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.

Ну, известная фишка тиристорных структур — срабатывать не только по порогу, но и от высокой скорости нарастания параметра.
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.
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.
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.

Всем известно, что самые грамотные инженеры всегда сидят в каментах на хабре)
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).
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.

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.
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.
Совершенно справедливые дополнения. Кроме того, индуктивности еще могут насыщаться при больших токах и переставать быть индуктивностями, а конденсаторы наоборот — после некоторой частоты ими становятся.
Что касается закладывания разных вариантов подключения и конфигурирования схемы резисторами — сам это широко практикую, порой очень сильно выручает
Немало полезной информации для новичков. Спасибо!

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?
Очень ценный комментарий, спасибо! Абсолютно верные замечания и про импеданс цепей питания, и про зависимость емкости конденсатора от приложенного напряжения. Также верно замечено, что керамика на выходе преобразователя питания иногда может причинить неприятности, связанные с цепями обратной связи.
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.

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.

Да, точно. Только между вилкой XP1 и точкой соединения стабилитрона и сопротивления должен быть предохранитель. Стандартная схема от переполюсовки или превышения. Да, там не диод а стабилитрон, на напряжение несколько превышающее рабочее.

Хотя, конечно, можно использовать сопротивление как предохранитель, но это если рабочие токи не большие.
предохранитель в цепи защиты от статики? признаюсь, никогда не видел подобного на сигнальных входах микросхем (как и больших токов)
Перепутал. Я почему-то подумал, что это силовая цепь. Если это сигнальная цепь, то да, ещё одно сопротивление должно быть между вилкой и стабилитроном. Но лучше использовать специально предназначенные для этого супрессоры. Сопротивление между стабилитроном и микросхемой лучше не убирать, оно защищает от тока который явно будет на входе т.к. стабилитрон выбирается на несколько большее напряжение, чтобы не нагружать полезный сигнал.

Расскажите, пожалуйста, подробнее как работает разделение земли цифровой и аналоговой части с помощью нулевого резистора.

Резистор здесь в основном нужен для того, чтобы в проекте можно было создать цепи цифровой и аналоговой земли с разными именами. Тогда эти имена цепей транслируются из схемы на печатную плату и там уже можно будет создать два земляных полигона (полигон цифровой земли и полигон аналоговой земли), соединенных между собой в одной точке (как раз-таки с помощью резистора). Вместо резистора можно использовать NetTie в Altium. В других САПР, возможно, тоже есть что-то аналогичное, но резистор в этом плане универсален.
И для тестов приборами потом, как у вас это написнао про сигнальные линии.
Очень важная тема не затронута называется End-of-life (EOL). Бывает выбрал компоненты подешевле. Купил собрал образцы, а микросхемы из продажи просто исчезли.
EOL часто нет в Datasheet компонента. Этот параметр каждого компонента нужно учитывать
обязательно.
Верное замечание, спасибо. Действительно, есть такая проблема и, к сожалению, бывают такие случаи, что в даташите сообщение «Not for new design» появляется уже тогда, когда компонент выбран и плата разведена, хотя на этапе проектирования все еще было нормально.
Самое смешное, когда покупаешь новый, вот только вышедший девкит, решаешь для упрощения применить туже обвязку (память, питание и т.п.), что на нём, а потом радостно в даташите на эти компонеты видишь «Not recommended for new designs».
Так же частенько выходят в продажу с улучшенными характеристиками pin to pin совместимые компоненты)

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.
Но не стоит при этом забывать, что при последовательном соединении резисторов, из-за всё той же их неидеальности и различия сопротивлений, на них могут падать разные напряжения: на одном будет больше, а на другом меньше (то есть и в этом случае один резистор будет нагружен больше, а второй меньше).
Да, но ток-то через них через все потечёт. А при параллельном соединении часть резисторов будет «лениться» по-любому. Просто цепочку надо с запасом собирать, это отдельно оговорено :)
Так в любом случае часть резисторов будет «лениться» :) Мощность на резисторе можно считать как P=I^2*R, так и P=U^2/R. В случае последовательного соединения на одном резисторе будет напряжение больше, а на другом меньше, поэтому и мощности будут различаться. В случае параллельного аналогично: через один резистор будет ток больше, через другой — меньше, и мощности по итогу будут тоже разные.
Запас просто нужен в любом случае :)
Так в любом случае часть резисторов будет «лениться» :)
В случае параллельного соединения можно «постоять в сторонке», а при последовательном так не получится. И, при параллельном, выход из строя первого, самого «трудолюбивого» резистора останется незамеченным.
По поводу 8. Феррит не индуктивность. Индуктивности ставят в switching-power (не знаю как это по русски) и у них мнимая (индуктивная) часть импеданса запасает энергию, но по возможности не поглощает в тепло. Ферриты давят высокие частоты путем поглощения энергии в тепло энергии — на высоких частотах вещественная (резистивная) часть импеданса растет с частотой и доминирует. Я ставлю TDK MMZ серию у которой хорошая документация.
Феррит — это ферромагнитный материал. Сам по себе, конечно, он индуктивностью не является. Но если на него намотать проводник — это уже будет индуктивность.
Вопрос с какой целью наматываем и какой феррит? В результате наматывания получаются два разных устройства называемые по английски inductor и ferrite bead. На схеме я их тоже предпочитаю по разному обозначать.
Бусинка же это если просто проводок пропустить через ферритовый цилиндр или колечко. А если более 1 витка это всё же индуктивность уже. Хотя, наверное, от проницаемости феррита зависит.
А в чем разница-то с физической точки зрения 1 виток или более одного витка? :) В зависимости от материала, индуктивность (физическая величина) одного витка может быть даже больше, чем индуктивность нескольких витков. Так что, как мне кажется, здесь можно говорить только про какое-то условное деление на «бусинки» и «индуктивности». Можно и на схеме их по-разному обозначить и, в целом это, пожалуй, правильно, только надо помнить, что от обозначения на схеме физические параметры не зависят
При достаточно высокой частоте даже просто изгиб провода уже индуктивность.
Ну, так-то величина индуктивности проводника не зависит от частоты, просто на высоких частотах маленькие индуктивности (такие как изгиб провода) становятся уже заметными
Разумеется. Просто индуктивностью часто называют индуктивные элементы схемы. И, как мне кажется, комментатор выше именно так использовал это слово. Соответственно, я отвечал в его терминологии.
Да даже прямой провод — индуктивность имеет. ЭМ поле же вокруг него возникает.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.