Проектні розрахунки для досвідченого ВНЗ

Чи прагнуть досвідчені дизайнери робити досить велику кількість обчислень чи великі частини схем розроблені інтуїтивно? Я запитую, бо, здається, інженери-конструктори, як правило, мають відчуття того, яку кришку значення ви хочете мати тут, резистор там, для загальних частин схем. Якщо це так, тому що вони просто переробляють конструкції? Для початківців це розумний удар. Хоча, схоже, такі книги, як «Мистецтво електроніки», спонукають підходити робити приблизні обчислення на ходу.

Я професійний інженер-електрик, який регулярно розробляє нові схеми для виробництва обсягу, і вже більше 35 років.

Так, я часто роблю розрахунки, щоб визначити точні характеристики деталей. Також є багато випадків, коли досвід та інтуїція досить хороші, а вимоги досить вільні, що я просто підбираю цінність. Однак не слід плутати це зі випадковим значенням.

Наприклад, для резистора, що випадає, на лінії MISO шини SPI, я просто спекулюю 100 кОм, і з ним все можна зробити. 10 кОм також спрацював би добре, і хтось інший вибирав, що теж не буде помилятися. Якщо я використовую резистор 20 кОм в іншому місці, я можу визначити ще один на лінії MISO, щоб уникнути додавання іншої деталі в BOM. Справа в тому, що іноді у вас багато свободи, і інтуїція та досвід достатньо хороші.

З іншого боку, дивлячись на схему мого останнього дизайну, який я перебуваю в середині створення перших дощок зараз, я бачу випадок, коли я витратив деякий час не лише на визначення часткової вартості, але на обчислення результату дисперсії. на решті системи. Були три випадки двох резисторів, які використовувались для зворотного зв’язку на джерело живлення комутації. Ось проблема, сформульована як домашнє завдання:

Поріг входу зворотного зв'язку мікросхеми - 800 мВ ± 2%. Ви використовуєте три екземпляри цієї мікросхеми для виготовлення джерел живлення 12 В, 5 В і 3,3 В. Ви раніше вирішили використовувати близько 10 кОм для нижнього резистора кожного дільника напруги. Визначте повні характеристики резистора у кожному конкретному випадку та визначте мінімальну / макс результуючу номінальну напругу живлення. Дотримуйтесь легко доступних значень резистора. Використовуйте 1%, якщо підходить, і відповідно до специфікацій.

Це справжня проблема в реальному світі, яка займала кілька хвилин за допомогою калькулятора. До речі, я визначив, що 1% резисторів досить хороші. Насправді я цього і очікував, але все-таки зробив розрахунки, щоб переконатися. Я також зазначив повний номінальний діапазон для кожного права подачі на схемі. Це не тільки може бути корисним для посилання на пізніше, але це також показує, що це питання було розглянуто та зроблено розрахунки. Мені чи комусь іншому не доведеться замислюватися через рік, що таке допуск, наприклад, 3,3 В, і повторно робити розрахунки.

Ось фрагмент зі схеми, що показує описаний вище випадок:

Я щойно вибрав R2, R4 і R6, але зробив розрахунки, щоб визначити R1, R3 і R5, а також отримані номінальні діапазони живлення.

Додано про частини SHx (відповідь на коментар)

Частини SH - це те, що я називаю "шорти". Це просто мідь на дошці. Їх мета - дозволити розбити одну фізичну мережу на дві логічні мережі в програмному забезпеченні, що в цьому випадку є Eagle. У всіх трьох вищезазначених випадках деталі SH підключають локальну землю джерела живлення комутації до площини заземлення на всій платі.

Блоки живлення комутації можуть мати значні струми, що працюють через їхні підстави, і ці струми можуть мати компоненти високої частоти.

Значна частина цієї течії просто циркулює локально. Зробивши локальну землю окремою сіткою, з'єднаною з основною землею лише в одному місці, ці циркулюючі струми залишаються в невеликій локальній сітці і не перетинають основну площину заземлення. Невелика локальна сітка заземлення випромінює набагато менше, і струми не спричиняють зрушень в основній землі.

Врешті-решт живлення має витікати з джерела живлення та повертатися через землю. Однак цей струм можна відфільтрувати набагато більше, ніж внутрішні струми високої частоти комутаційного джерела живлення. Якщо все зроблено правильно, тільки непоганий вихідний струм комутатора виводить його з безпосередньої близькості до інших частин загальної схеми.

Ви дуже хочете відключити локальні струми високої частоти від основної площини заземлення. Це не тільки дозволяє уникнути зсуву напруги на землю, які можуть спричинити струми, але й перешкоджає основній землі стати патч-антеною. На щастя, багато гидких наземних течій також місцеві. Це означає, що їх можна зберігати на місцевому рівні, з'єднуючи локальну ґрунтову сітку з основною землею лише в одному місці.

Хороші приклади цього включають шлях між основною стороною обхідного ковпачка і основним штифтом ІС, який він обходить. Це саме те, що вам не хочеться бігати по головній землі. Не просто з'єднуйте заземлення стороною обхідного ковпачка до основного заземлення через прохід. Підключіть його до заземлення ІС за допомогою власної доріжки або локального заземлення, а потім підключіть його до основного заземлення в одному місці.

В основному я маю невеликі обсяги комерційних та промислових ринків, тому це може бути інакше.

Щонайменше 75% типових схем, як правило, є будівельним типом техніки: "Мені потрібна 5В рейка на 3A, 5% тол, у мене 15В", майже немає сенсу проектувати це, коли Ti / Linear / Micrel мають всі отримали ідеально хороші конструкції у своїх таблицях, це лише випадок вибору одного (а вибір зазвичай не має великого значення). Я, звичайно, можу розробляти з перших принципів, але за це мені не платять.

Те ж саме стосується багатьох інших підсистем.

Тоді є випадки "Просто потрібно мати правильний порядок", підтягувати і тягнути за cmos, серійні резистори для індикаторних світлодіодів, подібні речі. Моя звичайна практика полягає в тому, щоб залишити з'ясовувати це, поки я не побачу, які значення мені потрібні в тих кількох місцях, що це насправді має значення, а потім вибрати щось із цих значень, якщо це взагалі можливо. "Живлення на світлодіодній, зеленій, 12В рейковій? Добре, світлодіодна система знизиться на пару вольт більше або менше, і я, мабуть, хочу десь в діапазоні 1 - 10 мА або близько того, тому будь-де в парі області K буде добре, о Подивіться, мені потрібен був резистор 3k9 для цього фільтра.

Справжній трюк - це знати, коли цей «палець у повітрі» здогадка НЕ ​​скорочує його, як правило, такі речі, як фільтри, відповідні мережі та схеми синхронізації, PLL та інші речі зворотного зв’язку, пов'язані зі значними фазовими зрушеннями, ймовірно, погані місця для здогадок. Такі місця, де вам насправді потрібно займатися математикою (як правило, matlab / scilab / ads виконають роботу, не потрібно насправді пам’ятати велику частину стандартних таблиць інтегралів за межами самого базового триггеру).

Насправді досить рідко (і дуже приємно, коли це трапляється) опинятися в тому місці, де електроніка зустрічається, фізика відповідає математиці, звичайно, це трапляється, кальци втрати шляху, шумоподібні кадри, коли роблять аналог, подібні речі, але це це, можливо, 10% від дизайну, решта - це зазвичай речі для вирізання печива.

Зокрема, при використанні аналогового ІС, у таблиці даних зазвичай буде одна або більше запропонованих схем додатків. Наприклад, я зараз розробляю приймач Qi для проекту. Конденсатори в індуктивному циклі залежать від ряду змінних, а таблиця містить деякі рівняння для визначення їх значень:

Отже, це лише питання підключення чисел, встановлення схеми та випробування її.

Для аналогового дизайну ми робимо розрахунки здебільшого. Деякі речі, наприклад, з'єднання конденсаторів і байпас / фільтр, ми можемо просто вибрати «типове» значення, знаючи, що це буде працювати для програми. Але зауважте, що "типові" будуть різними для постійних, аудіо- та радіосхем - це те, з чим ми маємо ознайомитися.

Для зміщення та підсилення резисторів ми зазвичай робимо розрахунки. Я роблю їх вручну, оскільки рівняння прості. Часто ми хочемо отримати коефіцієнт "коефіцієнт посилення приблизно 10", тому співвідношення досить прості, щоб зробити це у вашій голові, а значення (1K проти 1Meg) вибираються для типу схеми.

Точність потребує докладання, є те , що диктує кількість повторного використання, інтуїтивно зрозумілий дизайн, і / або формальної конструкції , які можна було б використовувати. Одним із прикладів кожного є: аудіопідсилювач, підсилювач низького рівня шуму для телевізора та підсилювач надмірного шуму для радіотелескопа відповідно. Повинно бути зрозуміло, що наскільки "формальним / точним" повинен бути ваш дизайн, залежить від того, наскільки "критичним" є додаток (а також від того, скільки часу та грошей доступно на розробку).