[makc 192]

45 минут назад, quark сказал:

Нет, неправильно. Диоды открываются в любом случае, замыкая индуктивный ток. Ему больше деваться некуда. Емкостей не хватает...

В качестве I2C-слейва стоит PCF85263A. У неё в даташите сказано, что минимальное напряжение на входах I2C -0.5 В, при этом с добавленной цепочкой я видел на осциллографе не ниже -0.4 В. В моем понимании указанные 0.5 В это падение на встроенном диоде, следовательно при наблюдаемых 0.4 В он не должен был открыться и пропускать через себя ток. Как вы это объясняете?

43 минуты назад, тау сказал:

0) отсоедините от осциллографа все иные подключения ко входам, кроме одного со щупом.

В моем эксперименте щуп всегда был один.

44 минуты назад, тау сказал:

1)Убедитесь что осциллограф исправен и его переходная характеристика не нарушена по каким либо причинам вместе со щупом. Для этого с заземляющей короткой "пружинкой"  измерьте выходной импульс на SCL  максимально близко к микросхеме передатчика (мастера шины) и его земли ( куда пружинка соединяется). Срез импульса должен быть без заметного отрицательного выброса ( или менее 5% амплитуды).

Это я проверял в самом начале на выходном разъёме платы с отключённым шлейфом. Точное значение выброса я сейчас не назову, но в памяти не отложилось ничего экстраординарного. Подключение шлейфа качественно меняет картину сигнала на выходе платы с мастером.

46 минут назад, тау сказал:

2) Убедитесь что у пружинки хороший контакт с внешним кольцом земли щупа. Прозвоните пружинку на щупе вплоть до корпуса разъема BNC щупа. Нет ли потери контакта при шевелении пружинки. Нет ли случайной потери контакта при нажатии на конец земляной пружинки.

Это не проверял, но проверю.

47 минут назад, тау сказал:

3) Убедитесь что диод BAT54 на плате возле слейва  не находится в обрыве и без ошибки футпринта ( ну а вдруг).  Измерьте срез импульса на стороне слейва прямо на диоде.

Тот самый изначальный диод уже не найти, но я думаю в исходной упаковке они ещё остались.

48 минут назад, тау сказал:

4) Если 1)-3)не помогло - измерьте пожалуйста статическую ВАХ вашего диода хотя бы по паре точек 10 и 100 мА в тех же местах, куда присоединялся щуп.

Ок, без проблем.

[тау 23]

10 минут назад, makc сказал:

Подключение шлейфа качественно меняет картину сигнала на выходе платы с мастером.

качественно"  менять не должна бы на выходе мастера, но в случае если на слейве не стоит постоянно запаянный конденсатор между SCL и GND ( вы говорили о RC цепочке 91 ом и 330 пФ) . Не стоит ли этот конденсатор там постоянно, включая и момент наблюдения 1,5В выброса  ?

[makc 192]

2 минуты назад, тау сказал:

качественно"  менять не должна бы на выходе мастера, но в случае если на слейве не стоит постоянно запаянный конденсатор между SCL и GND ( вы говорили о RC цепочке 91 ом и 330 пФ) .

Изначально конденсатора с резистором около слейва не было и подключение такой конструкции через шлейф к плате мастера давало около -0.7 В вместо минимальных по величине выбросов без такого подключения, если мне изменяет память. 

6 минут назад, тау сказал:

Не стоит ли этот конденсатор там постоянно, включая и момент наблюдения 1,5В выброса  ?

Нет, конденсатор и резистор были добавлены во вторую ревизию той же платы, а изначально в обсуждаемых цепях SDA и SCL не было вообще ничего, кроме микросхемы I2C- слейва PCF85263A.

[quark 48]

53 минуты назад, makc сказал:

В моем понимании указанные 0.5 В это падение на встроенном диоде, следовательно при наблюдаемых 0.4 В он не должен был открыться и пропускать через себя ток. Как вы это объясняете?

Многие, почему-то, путают работу встроенных защитных диодов с работой стабилитронов. Похоже, Вы тоже.

Это обычный диод, работающий в прямом включении.  Ток через него появляется при любом положительном напряжении. Когда напряжение на входе больше напряжения питания - работает верхний диод. Когда меньше нуля  - работает нижний диод.

Указанные 0,5В -  это падение напряжения на диоде при максимально допустимом безопасном прямом токе через него (долговременном).

 

Изменено 9 февраля, 2023 пользователем quark

[makc 192]

7 часов назад, quark сказал:

Многие, почему-то, путают работу встроенных защитных диодов с работой стабилитронов. Похоже, Вы тоже.

Нет, я понимаю, что это не стабилитрон. Но я представлял себе ВАХ встроенного в микросхему диода, как рисует, например, Infineon (красная линия):

Т.е. в моем понимании в правой части ВАХ есть зона с почти горизонтальным участком, где ток очень слабо зависит от напряжения прямого смещения диода. Правда какова ширина этой зоны и крутизна ВАХ доподлинно неизвестно.

7 часов назад, quark сказал:

Указанные 0,5В -  это падение напряжения на диоде при максимально допустимом безопасном прямом токе через него (долговременном).

Правильно, а поскольку диод там маломощный, то мы находимся где-то в начале правой части его ВАХ, с небольшим по величине током. И возвращаясь к моей схеме получается, что при добавлении резистора с конденсатором по сути параллельно этому диоду токи разделились и большая часть тока потекла через добавленный резистор и помогла встроенному диоду пережить это трудное время с наименьшей нагрузкой.

Моя ошибка интерпретации параметров ДШ похоже состояла в том, что я считал что при 0.5 В на диоде мы находимся уже на крутом участке ВАХ и встроенный диод в этом режиме может пропустить через себя  большой ток (приблизительно как линия Itvs на рисунке выше). Но вы правы - это не так и при таком напряжении он может длительное время пропускать через себя ток относительно небольшой величины, которая не выводит его из строя и, одновременно, не позволяет ему заметно обрезать отрицательный выброс в линии.

[byRAM 24]

18 часов назад, makc сказал:

 Но вопрос всё-таки лежит не в плоскости борьбы с этими явлениями (с этим всё понятно), а скорее в плоскости оценки допустимости имеющегося режима работы для определения необходимости применения каких-либо решений по согласованию линий или подавления звона в цепи.

Часть проблем решает HyperLynx без потери площади печатной платы.

[makc 192]

3 минуты назад, byRAM сказал:

Часть проблем решает HyperLynx без потери площади печатной платы.

Как он их может решить без потери площади платы, если для согласования потребуется поставить хотя бы один дополнительный последовательный резистор в линию и так для каждой линии? Кроме того далеко не на все микросхемы можно найти IBIS-модели, особенно это касается китайских творений.

Поэтому HyperLynx в данном случае мало помогает, тем более что даже имея на руках его результаты моделирования нужно ещё иметь возможность объективно оценить, на сколько они приемлемы с точки зрения надёжности (см. изначальный вопрос). И вот в этой части лежит самая большая проблема, от которой мы довольно далеко ушли.

PS: а что делать с моделированием шлейфа типа FFC в HyperLynx, если на него даже нет даташита?

[byRAM 24]

1 час назад, makc сказал:

Как он их может решить без потери площади платы, если для согласования потребуется поставить хотя бы один дополнительный последовательный резистор в линию и так для каждой линии?

Я же написа́л, что часть проблем, не все. Речь идёт о выборе режимов цифровых входов/выходов для согласования. Кроме того, там есть возможность анализа топологии типа "агрессор-жертва".

Но если не хотите обсуждать меры, то я умолкаю...

[makc 192]

18 минут назад, byRAM сказал:

Я же написа́л, что часть проблем, не все. Речь идёт о выборе режимов цифровых входов/выходов для согласования. Кроме того, там есть возможность анализа топологии типа "агрессор-жертва".

Во втором и третьем посте темы это обсуждалось. К сожалению выбор режима работы выходов мало где возможен (в основном у ПЛИС и у малой части МК).

20 минут назад, byRAM сказал:

Но если не хотите обсуждать меры, то я умолкаю...

Мне кажется все основные варианты мер уже назвали, да они и так были понятны. Вопрос, повторюсь, состоит в другом и он озвучен в заголовке темы.

[byRAM 24]

31 минуту назад, makc сказал:

Вопрос, повторюсь, состоит в другом и он озвучен в заголовке темы.

А тут часто всё к уровню технологии привязано, пмсм. Чем больше нанометров, тем устойчивее к выбросам микроконтроллеры.

Я где-то на форуме видел, как один товарищ выбирал микроконтроллер, устанавливая зашкальное напряжение питания. В результате остановил свой выбор на Microchip, так как 5-Вольтовые не дохли даже при 8 Вольтах питания. А я от Гаммы слышал, что Microchip в то время работали на БУшном оборудовании от TI, тогда они сильно отставали от лидеров со своими PICами.

Этот товарищ, конечно, извращениями занимался, но в общем то он был прав, что ставил такие эксперименты перед выбором МК. А применим ли такой подход сейчас - не знаю.

Изменено 10 февраля, 2023 пользователем byRAM

[makc 192]

4 минуты назад, byRAM сказал:

А тут часто всё к уровню технологии привязано, пмсм. Чем больше нанометров, тем устойчивее к выбросам микроконтроллеры.

Прочность ячеек ввода-вывода кристалла определяется не только нанометрами, но и топологическими решениями разработчиков. Поэтому, на сколько я понимаю, даже при использовании тонких техпроцессов (55 нм и тоньше) можно получить устойчивость к условным 5В, но это потребует столько места на кристалле, что оказывается в итоге экономически невыгодной затеей и поэтому проще и дешевле оказывается реализовывать подобные схемы на более толстых техпроцессах.

[quark 48]

Типовая схема включения встроенных защитных диодов примерно одинакова для всех м/с. В некоторых случаях может отсутствовать верхний встроенный защитный диод. Например, для программирующих входов, для подачи повышенного напряжения. Дополнительно показана защита внешними диодами Шоттки (BAT54S):

3 часа назад, makc сказал:

Т.е. в моем понимании в правой части ВАХ есть зона с почти горизонтальным участком, где ток очень слабо зависит от напряжения прямого смещения диода. Правда какова ширина этой зоны и крутизна ВАХ доподлинно неизвестно.

Почему же неизвестно. Все кремниевые диоды примерно одинаковы, за исключением рабочих токов:

Только еще все "плывет" от температуры:

[тау 23]

12 минут назад, quark сказал:

Все кремниевые диоды примерно одинаковы

не все. В защитных диодах кристалла на входах микросхем автоматически получается тиристорная структура, которая переходит во включенное паразитное состояние ( тиристор из двух диодов срабатывает замыкая Vss и Vcc) если вкачивать  в любой защитный диод некоторый прямой ток ( условие включения паразитного тиристора) . Этот ток бывает и нормируется , помню нормы в 2 ма и в 20 мА и в 50мА ( чем современнее микросхема, тем чаще встречается повышенный допустимый ток через входные защитные диоды) В современных микросхемах предусматривают меры для снижения бэтты этих паразитных транзисторов в тиристорной структуре. чтобы она не срабатывала, но это , похоже,  приводит к ухудшению параметров этих защитных диодов ( росту Resr) . Поэтому иногда требуется применение внешних защитных шоттки диодов, без которых микросхема вообще отказывается работать ( например некоторые драйверы мощных MOSFET в ИИП требуют защитных диодов по выходам при работе на индуктивный характер нагрузки)

3 часа назад, makc сказал:

PS: а что делать с моделированием шлейфа типа FFC в HyperLynx, если на него даже нет даташита?

я думаю что волновое сопротивление там в пределах от 50 до 100 Ом ( ну на крайний случай 200 Ом  и вряд ли больше).  Да и для моделирования можете просто измерить паразитную индуктивность между линиями GND вашего шлейфа и линией SCL , замкнув на одном из концов эти линии. В симулятор вставлять можно измеренную индуктивность как сосредоточенный элемент. Так как процессы у вас медленные ( 30 нс переходного процесса это постоянный ток почти  на порядок дольше чем время распространения волны, поэтому распределенные параметры можно заменить сосредоточенными).

Укажите, с каким  рабочим напряжение шины I2c приходится работать. От этого же тоже может зависеть величина выброса в вольтах. Хотя, как я уже прикинул, с вашей цепочкой 91 Ом 330 pF,  выброса в минус вообще не должно быть при вменяемых волновых сопротивлениях шлейфа ( сосредоточенная индуктивность в диапазоне от 125 нГн до 1 мкГн)

[makc 192]

14 часов назад, тау сказал:

0) отсоедините от осциллографа все иные подключения ко входам, кроме одного со щупом.

Докладываю о результатах очередного эксперимента:
0) Отсоединил от осциллографа всё, кроме одного щупа.
1) Измерил форму сигнала SCL на контакте выходного разъёма платы (меньше 1 см от источника) и получил следующую картину:

Спойлер

Величина отрицательного импульса получилась около -235 мВ, что несколько больше озвученных вами 5%.

При подключении только лишь шлейфа картина ожидаемо меняется и выброс увеличивается до -285 мВ:

Спойлер

2) Пружинку прозвонил до корпуса разъёма BNC, сопротивление около 0,3 Ом по моему мультиметру. При шевелении никаких изменений сопротивления не замечено, контакт хороший.
3) Взял ещё один BAT54C, припаял его параллельно контактам микросхемы I2C-слейва и измерил срез импульса на стороне слейва прямо на диоде:

Спойлер

По форме сигнала видно, что происходит ограничение выброса на уровне 470 мВ, при этом без диода выброс практически в два раза больше (-950 мВ):

Спойлер

4) 1)-3) сработали как вы и говорили. После чего я посмотрел по маркировке что это был за "несработавший" ранее диод и им оказался BAS70 с намного худшей ВАХ.

Итого: BAT54C работает корректно и позволяет ограничить величину выброса до допустимых для I2C-слейвов значений.

Но RC-цепочка на около слейва всё равно даёт результат лучше диода:

Спойлер

На стороне I2C-слейва (на максимальном удалении от мастера):

На стороне мастера картина тоже неплохая:

 

Если сравнивать эти решения по цене, то вариант RC оказывается вне конкуренции. 😄

11 минут назад, тау сказал:

Укажите, с каким  рабочим напряжение шины I2c приходится работать. От этого же тоже может зависеть величина выброса в вольтах. Хотя, как я уже прикинул, с вашей цепочкой 91 Ом 330 pF,  выброса в минус вообще не должно быть при вменяемых волновых сопротивлениях шлейфа ( сосредоточенная индуктивность в диапазоне от 125 нГн до 1 мкГн)

Совершенно верно, как показали сегодняшние измерения.

В итоге диоды реабилитированы в моих глазах, но вопрос с оценкой допустимости режимов (величин выбросов) всё ещё остаётся.

[тау 23]

1 час назад, makc сказал:

Величина отрицательного импульса получилась около -235 мВ, что несколько больше озвученных вами 5%

отличная картинка. шевеления возле фронта - это ПХ такая у фильтра осциллографа ( имхо). Осциллограф со щупом полностью вне подозрений.

 

1 час назад, makc сказал:

При подключении только лишь шлейфа картина ожидаемо меняется и выброс увеличивается до -285 мВ:

видны отражения по длинной линии из-за несогласованного конца шлейфа в слэйве.

1 час назад, makc сказал:

По форме сигнала видно, что происходит ограничение выброса на уровне 470 мВ, при этом без диода выброс практически в два раза больше (-950 мВ):

картинка похожа на настоящую, ожидаемую.

1 час назад, makc сказал:

Если сравнивать эти решения по цене, то вариант RC оказывается вне конкуренции. 😄

Да, верно. Соглашаюсь с этим выводом.

1 час назад, makc сказал:

вопрос с оценкой допустимости режимов (величин выбросов) всё ещё остаётся

если ВП, то в несогласованных по имедансу линиях ставьте буфера в критичных местах, которые однозначно прописывают допустимые токи в защитных диодах и они при этом должны выдерживаться.

Если обычный ширпотреб - на ответственность разработчика можно что то и упрощать. Испытания на надежность должны выявлять сами по себе все слабые места. Экономить центы - задача такая, творческая. В некоторых случаях делать вечные иглы для примуса - неблагодарная задача.