[alexander55 0]

1. Физические основы ЭМС.

2. Правила выполнения цепей питания.

3. Правила выполнения аналоговых цепей.

4. Линии связи.

5. Разъемы и проблемы в многоплатных системах.

6. Тепловыделение и работа устройств при низких температурах.

7. Методы борьбы с электростатикой.

8. Подводные камни в программном обеспечении.

Выполняю свое обещание.

 

1. Физические основы ЭМС.

ЭДС, наводимая в контуре пронизываемая магнитным потоком Ф, равна производной магнитного потока по времени

e=-dФ/dt (1).

Магнитный поток равен произведению магнитной индукции на площадь контура

Ф=В*S (2),

т.е. (1) приобретает вид

e=-dB/dt*S (3).

Магнитный поток, создаваемый током I, равен

Ф=L*I (4),

где L- индуктивность проводника.

Практическое значение имеют (3) и (4).

Практические выводы.

1. Наводки осуществляются только переменным или пульсирующим током (изменяющимся).

2. Наведенная ЭДС пропорциональна площади контура.

 

Все ЭМС (электростатика отдельный разговор) основана на (3) и (4).

 

Продолжение следует ... по требованию.

[slog 0]

Попробую немножко добавить.

 

2. Правила выполнения цепей питания.

Имеются ввиду земляной провод и питающее напряжение.

К земляному проводу главное требование - минимальная индуктивность. Достигается это выполнением земляных цепей в виде полигонов максимально-возможной ширины. В идеале под земляной полигон лучше выделить отдельный слой многослойной печатной платы. Так же немаловажно разделить земли на аналоговую, цифровую, чистую, грязную сильноточную, защитное заземление (корпус прибора, экраны). Это делается для того, чтобы исключить протекание больших возвратных токов сильноточных узлов через чувствительные слаботочные узлы схемы. Достигается это делением земляного полигона на части, так чтобы токи текущие с разных узлов схемы не влияли друг на друга. Все земляные полигоны должны соединяться только в одной точке, удобно эту точку делать там, где на плату подаётся питание. Не желательно допускать образования полигонами колец. Например полигон по краю платы стоит разрезать на две части чтобы не было кольца.

 

Провод питания.

Он должен обеспечить минимальное падение напряжения. К индуктивности провода питания особых требований нет, при условии что около каждого потребителя питания стоят блокировочные конденсаторы. Индуктивность даже специально увеличивают добавляя последовательно в провод питания дроссели, они увеличивают сопротивление провода на высоких частотах уменьшая проникновение помех. Вместо дросселей можно использовать ферритовые бусинки (beads) они имеют очень маленькое сопротивление постоянному току. Питание, так же как и землю нужно разводить "звездой", т.е. от точки входа питания на плату к каждому узлу идёт отдельный провод. Около каждого вывода питания микросхемы желательно ставить блокирующий конденсатор с питания на землю и питающий провод нужно подключать сначала к блокирующему конденсатору, а потом уже к выводу питания микросхемы.

 

Ну и предлагаю всем желающим исправить и дополнить этот текст по своему усмотрению.

[alexander55 0]

Добавляю.

2. Правила выполнения цепей питания.

2.1. Питание плат.

Рекомендуется:

- запитывать платы напряжением постоянного тока c минимизацией пульсаций;

- провод условно + и условно - идут рядом (для взаимной компенсации магнитного потока) или скручены;

- уменьшить ток потребления от источника, а для этого организовывать импульсный DC-DC преобразователи на платах.

(пример подводится =24 В, DC/DC 24/3.3).

Пояснения. Эти правила вытекают из формул (3), (4).

Продолжение следует ... по требованию.

[artemkad 89]

К земляному проводу главное требование - минимальная индуктивность. Достигается это выполнением земляных цепей в виде полигонов максимально-возможной ширины. В идеале под земляной полигон лучше выделить отдельный слой многослойной печатной платы.

А лучше 3 слоя. Или вообще штук 5. На каждую землю по своему слою :-D

Достигается это делением земляного полигона на части, так чтобы токи текущие с разных узлов схемы не влияли друг на друга. Все земляные полигоны должны соединяться только в одной точке, удобно эту точку делать там, где на плату подаётся питание.

А мне почему-то больше нравиться их соединять через низкоомный_резистор||вч_дросель. Или через встречные диоды как иногда рекомендуют AD...

Не желательно допускать образования полигонами колец. Например полигон по краю платы стоит разрезать на две части чтобы не было кольца.

И чем тебе кольца не угодили? Или на этом-же основании нежелательно использование полигонов как таковых из-за того, что внутри есть дырки которые образуют кольца?

Провод питания.

Он должен обеспечить минимальное падение напряжения.

Наверное для выполнения этого требования туда ставят резисторы? ...

Питание, так же как и землю нужно разводить "звездой", т.е. от точки входа питания на плату к каждому узлу идёт отдельный провод.

Вах как красиво. А вот теперь вопрос - куда делись те два провода по которым подано питание на плату? И как поведет себя вся плата в случае включения мощной нагрузки которая просадит напряжение в общей точке "звезды"?

 

ЗЫ. А более осмысленные рекомендации можно давать? Например как здесь http://www.caxapa.ru/faq/emc_immunity.html

Изменено 19 ноября, 2007 пользователем ArtemKAD

[slog 0]

А лучше 3 слоя. Или вообще штук 5. На каждую землю по своему слою :-D

Хочешь сказать что лучше развести все в одном слое? Или у тебя есть другие варианты? Я бы послушал.

А мне почему-то больше нравиться их соединять через низкоомный_резистор||вч_дросель. Или через встречные диоды как иногда рекомендуют AD...

Вот и напиши в каких случаях дроссель или резистор или диоды будут лучше чем просто соединение а в каких хуже.

И чем тебе кольца не угодили? Или на этом-же основании нежелательно использование полигонов как таковых из-за того, что внутри есть дырки которые образуют кольца?

На высоких частотах от колец можно ожидать чего угодно. Не нравятся полигоны-не используй, никто тебя не заставляет.

Наверное для выполнения этого требования туда ставят резисторы? ...

Резисторы в питании? Очень оригинально если речь не идёт о микропотреблениях.

Вах как красиво. А вот теперь вопрос - куда делись те два провода по которым подано питание на плату? И как поведет себя вся плата в случае включения мощной нагрузки которая просадит напряжение в общей точке "звезды"?

А электролит большой емкости на входе питания зачем ставят?

ЗЫ. А более осмысленные рекомендации можно давать? Например как здесь http://www.caxapa.ru/faq/emc_immunity.html

Зы. Вот и дай. А я посмотрю и постебаюсь

[artemkad 89]

А электролит большой емкости на входе питания зачем ставят?

А ты это спроси у тех кто ставит. ;)

У меня электролит или возле мощного потребителя (только если надо обеспечить энергией передний фронт импульса) или в качестве защиты от просада основного питания для слаботочной части устройства, но уже ПОСЛЕ резистора(дроселя) и ДИОДА который не даст разрядиться электролиту на мощную нагрузку.

 

Хочешь сказать что лучше развести все в одном слое? Или у тебя есть другие варианты? Я бы послушал.

Ну в принципе очень часто хватает всего два слоя. Для того, что-бы небыло проблем с ЭМИ надо.

1. разделить все устройство на части по принципу равных условий ЭМС

2. каждая часть имеет свою землю, свою цепь питания и свой локальный источник энергии (конденсатор)

3. определиться с токами которые должны течь между частями

4. в зависимости от величин полезных токов поставить между частями барьеры для импульсных токов (LC-цепочки, RC-цепочки, VDRC-цепочки) как по сигнальным цепям, так и по цепям питания

5. По возможности обеспечить одну точку подключения земли и питания каждой части к остальной схеме. Исключение - последовательное подключение нескольких частей. Но в этом случае каждая последующая часть должна "кушать" не больше предыдущей и не допускать низкоомное подключение земли или питания не через предыдущую часть.

6. При выборе номиналов конденсаторов каждой части исходить из предпосылки - средний ток потребления обеспечивает внешняя цепь, импульсный ток - собственные конденсаторы.

7. Не пытайтесь улучшить состояние внешней цепи питания - при ограничении возможных импульсов по цепям питания не забывайте о необходимости баластов или индуктивностей для разделения питания вашего устройства и помехи. Исходите из предпосылки, что мощности (тока) внешнего импульса более чем хватит для убивания вашего ограничителя .

[alexander55 0]

Коллеги, поспокойнее. У всех есть свои резоны и универсальных рецептов и лекарств не бывает.

Только Василий Иваныч и Петька лечили всех таблеткой номер 3.

Добавляю.

2. Правила выполнения цепей питания.

2.2. Организация питающих цепей плат (простые советы).

- для исключения переполюсовки питания ставьте на плате диод по +, если требуется общая земля(можно мост (рекомендуется для блочного исполнения), если не требуется общая земля блоков

- электролитические конденсаторы ставятся на входе платы

- защиту от короткого и длительного перенапряжения можно сделать с помощью предохранителя и супрессора

- при рисовании принципиальных схем заранее разделите земли и напряжения стабилизаторов напряжений (объединение осуществляйте элементами с нулевым сопротивлением - перемычка, дроссель, бусинка, резистор с нулевым сопротивлением и т.д.). Это гарантирует при разводке правильное (нужное, а не неожиданное объединение) цепей

- насчет оптронов, блокирующих резисторов, керамики по питанию и т.д. хорошо с картинками см. статью А.Кузнецова (тут и добавить нечего) и полемику в теме

- для исключения мощных помех не забывайте снаберные цепочки на катушках, контактах ( различного типа). Это обратные диоды при напряжении постоянного тока, R-C или R-C-D цепочки для переменного

- для увеличения надежности переходные отверстия по питанию рекомендую дублировать, но рядом (отнеситесь к этому совету не как к догме)

- предпочтение имееют корпуса микросхем в порядке убывания ценности по ЭМС: BGA, LTQFP, TQFP, DIP

- рекомендую плонарное исполнение резисторов, конденсаторов, диодов и т.д.

- рекомендую двухсторонее расположение элементов на печатной плате

- рекомендую минимизировать размеры печатных плат

 

 

Продолжение следует ... по требованию.

[Flasher 0]

Предложенный принцип считаю не совсем верным. Безусловно к этому нужно стремиться, но если по-другому нельзя, то может быть есть смысл посмотреть в сторону более надежных деталей? Применить планарные компоненты (меньшая прощадь поглощения тепла), применить "танталовые" конденсаторы, а не "аллюминиевые". Тем более, что танталовые лучше работают при большИх разрядно/зарядных токах.

Проблема выхода из строя стабилизатора от перегрева мне кажется надуманной. Если ИС способен нагреться до критической температуры, то это ошибка в расчете режима работы. Другими словами, нужен или более мощный стабилизатор, или радиатор с большей "активной" площадью.

А механизм действия стабилитрона в качестве "защиты" схемы мне не понятен.

Стабилитрон стоит параллельно выходу КРЕН:

Если вышел из строя стабизизатор и вместо 5 вольт, в схему подается 10, то как "спасет" схему стабилитрон? Сгорит вслед за стабилизатором, из-за превышения тока стабилизации? А какова вероятность того, что сотпротивление сгоревшего стабилитрона будет низким? А если он сгорит не "на коротко", а "в обрыв"?

Стабилитрон стоит обратно-последовательно (видимо Вы именно это имеете ввиду):

Значит максимально допустимый ток стабилитрона должен быть более тока потребления схемой. Ну и необходимо помнить о нелинейном "сопротивлении" стабилитрона (вспомните его ВАХ). Другими словами в штатном режиме при изменении тока потребления будет меняться напряжение питания схемы.

Выгода от применения стабилитрона сомнительна.

....

Мне кажется, что для защиты схемы от перепада температур наиболее эффективным будет метод изоляции деталей схемы от "атмосферы". То есть покрытие платы с деталями лакозащитным слоем. С одной стороны лак является термоизоляционной прокладкой, а с другой выполняет роль гидроизоляции (выпадение росы на деталях не возможно).

 

Исходя из того, что "статикой" принято называть разность потенциалов между выводом делали/МС и пинцетом/паялником/пальцем для защиты от нее достаточно выровнять потенциалы рассматриваемых точек. Для этого нужно производить манипуляции/пайку на токопроводящем материале. Например на листе фольгированного текстолита (ес-но на стороне фольги). При работе с деталями происходит постоянный контакт между источником статики (человеком) и фольгой листа. Потенциал выравнивается. Вероятность пробоя существенно снижается.

 

 

Простите- но все комменты результат либо полной безграмотности либо полного отсутствия опыта конструирования.

[alexander55 0]

Я не хочу, чтобы тема превратилась в перебранку.

Критикуйте конкретно (выделяете фразу, а не весь текст, и затем свои соображения и т.д.) и поспокойнее (тут врагов народа нет). :)

[_Pasha 0]

:bb-offtopic:

Ах, какие были грабли!

Диаметр переходного отверстия 0.5 мм. :cranky: Это ж я сам и влепил.

Платы замечательные, выходов из строя мало. Пока у производителя ПП все в порядке...

Потом начинается: Уже запущенный девайс покрывается полиуретаном, высыхает, и отверстия, которые трудно пропаять по причине малости диаметра, дружно сыпятся.

Резюме: не делайте диаметр металлизируемого отверстия меньше, чем 0.7мм.

[alexander55 0]

:bb-offtopic:

Ах, какие были грабли!

Диаметр переходного отверстия 0.5 мм. :cranky: Это ж я сам и влепил.

Платы замечательные, выходов из строя мало. Пока у производителя ПП все в порядке...

Потом начинается: Уже запущенный девайс покрывается полиуретаном, высыхает, и отверстия, которые трудно пропаять по причине малости диаметра, дружно сыпятся.

Резюме: не делайте диаметр металлизируемого отверстия меньше, чем 0.7мм.

Плату надо мыть. А защитная маска есть ?

[artemkad 89]

и отверстия, которые трудно пропаять по причине малости диаметра, дружно сыпятся.

Пропаять их просто (мы даже одно время в маске под пайку для этого делали дырки). Если плохо проваиваются, то металлизация уже плохая.

 

Ну а вообще-то все вопросы к изготовителю ПП. Я бы еще понял если отверстие 0,2... А отверстия 0,5 это уже должны быть из разряда беспроблемных.

Изменено 30 ноября, 2007 пользователем ArtemKAD

[Igor26 0]

Вставлю свои 5 копеек.

Делаю двухсторонее платы. Слой BOTTOM заливаю полигоном "земля", а слой TOP заливаю "плюсом". Потом осциллографом противно смотреть на чистую "землЮ" и на "плюс". Ну чистые они, до безобразия!!! И на испытаниях "свистели" только на первой гармонике.

Критикуйте.

[artemkad 89]

А че тут критиковать?!

У меня на плате размером 75х75мм есть +12В входные, +12В ограниченные, +7,2В, +4.4В, +3.3В .

И которым из этих плюсов заливать!?

[ivainc1789 0]

Вставлю свои 5 копеек.

Делаю двухсторонее платы. Слой BOTTOM заливаю полигоном "земля", а слой TOP заливаю "плюсом".Критикуйте.

Вот это интересно. Я тоже когда-то пришел к такому выводу, но все же делать так не стал.... Просто если вы считаете, что Top и Bottom образуют объемный "конденсатор" и это помогает улучшить EMC, то как-то не верится - толщина платы 1.5 - 2 мм - это слишком много для обеспечения эффективности такого "конденсатора" даже при достаточно большой площади "пластин".... Или я не прав?

Заливать оба слоя землей на двусторонней плате тоже стремно, ведь их придется прошивать переходными а это образует паразит. контуры между переходными - как они себя поведут на ВЧ - Бог его знает. Кроме того, разные земли на разных слоях могут проходить друг под другом образуя емкостную связь, хоть и слабую, но нежелательную...

А че тут критиковать?!

У меня на плате размером 75х75мм есть +12В входные, +12В ограниченные, +7,2В, +4.4В, +3.3В .

И которым из этих плюсов заливать!?

Если доказать, что действительно нужно плюсом заливать, то я бы залил с помощью +12В ограниченные.

Помимо прочего, встает еще и вопрос: что делать с цепями SHIELD (экранами). Например корпуса кварцев и корпуса катушек индуктивности куда подключать??? Уж явно не на землю - такие корпуса могут быть эффективными антеннами. Или например экран устройства подкл к USB порту - там есть отдельная цепь заземления....