Справочник по силовым МОСФЕТам от NXP. Меня привлек раздел, где анализируют теплопередачу при разных термопадах на печатной плате.

Продолжение видео о батареи Теслы. В нем автор нарисовал диаграмму всей батареи и благодаря наглядности становится намного понятнее, как она устроена. Основные защиты находятся на отдельной защитной плате. А та, что рассматривалась в предыдущий раз - отвечает за обслуживание одного блока батарей.

Скоро приедет моя первая плата в новой компании, и я очень переживаю. Это моя первая разработка с высокими скоростями, микропроцессором и HDMI.
Проект важный и срочный, а я в хайспиде неопытный и неуверенный.
На этом фоне мне вспомнилось, как я отлаживал свою первую плату на предыдущем месте работы.

Я, можно сказать, только начинал свой путь в HW разработке, и моей первой задачей было сделать апдейт уже существующей BMS-платы для квадрокоптерной батареи. Основной функционал был давно разработан и проверен на практике, а мне нужно было добавить пару элементов из уже нарисованной схемы и создать новую топологию под новый конструктив.

Батарея, для которой делалась плата, была достаточно мощной - 17000 мА/ч и состояла из десятка LiPo-ячеек. Такая штука однажды сожгла весь этаж на производстве, и наслушавшись подобных историй, а также всяких предосторожностей о работе с LiPo, мне было жутко страшно не только налажать в такой простой задаче, но и поджечь весь офис из-за ошибки в дизайне.

Я настолько боялся вызвать пожар в офисе, что при проверке первой версии платы постоянно держал руку на ячейках батареи, оперативно контролируя таким образом ее перегрев.
Но все шло достаточно неплохо: было несколько некритичных ошибок, напряжение и ток считывались, батарея разряжалась и заряжалась.
Можно сказать, что первое задание выполнено, и я доказал, что я не идиот. На радостях мы быстро выпустили вторую ревизию, и с ней уже собрали первый прототип с механикой.

И вот после полной сборки обнаружилась странная вещь: при зарядке у батареи переставал работать SMBus интерфейс. SMBus, по сути, это I2C - достаточно простой интерфейс, который стабильно работал на этапе дебага.

Ну, окей. Пошел разбираться. Включил зарядку, встаю осциллографом, а таааам... Там на интерфейсе были такие шумы, что просто ад. Амплитуда по несколько вольт в обе стороны. Там либо пороги срабатывания пробиваются, либо в защиту вообще уходит. Короче, дело жопа, и непонятно, почему вообще это обнаружилось только сейчас.

Разбираю механику, вытаскиваю все наружу, включаю зарядку, начинаю тыкаться осциллографом и в ужасе вижу, что куда бы я не встал щупом - ВЕЗДЕ такие шумы. На каждой линии. На каждом сигнале. Будь то SMBus, питание, единица от микроконтроллера или даже земля!!!

Шумы на земле меня настолько сбили с толку, что я вообще не знал, что делать. С концепцией короткой земли на щупе осциллографа я тогда не был знаком)) Но интерфейс всё-таки отрубался, так что дело было не в измерениях.

Я пошел к коллегам, которые делали предыдущие версии плат, спрашиваю, не сталкивались ли они с подобной проблемой в своем дизайне. Они глаза округляют, плечами жмут, мол, нет, всё в порядке, SMBus стабильно работает.

Ну ладно. Значит, дело всё-таки в моем дизайне. Я долго пробовал различные тактики фильтрации, много чего измерял, но ничего вообще не помогало. Шумы как были, так и оставались. Интерфейс как падал, так и падал.

В итоге под подозрение попала земля печатной платы. Под руководством Бориса Георгиевича я сделал там весьма странные вырезы в полигоне, чтобы разделить земли. Коллеги удивлялись, видя это, но спорить с авторитетом не хотели.
Самостоятельно почитав умные статьи на тему разделения, а вернее, пользы "не разделения" земель, я сделал сплошной полигон и отправил это в третью ревизию, в надежде, что проблема будет решена. Теперь то все сделано по уму.

Приходит третья ревизия. Я с молящими глазами подключаю плату. Коллеги держат на готове плакаты "а я же говорил" для Бориса Георгиевича, но... Картина точно такая же. Земля не помогла. Я в отчаянии. И тут уже подходит мой начальник и спрашивает:
- Владос, а ты собственно говоря, чем заряжаешь? Ты пробовал с другой зарядкой?
- Нууу... эээ... У предыдущих разработчиков проблем с этой зарядкой не было... Ну и как бы, типа, эээ, наверное, дело не в ней...
- Ну а ты попробуй, Владос.

Часть 1 | Часть 2

Часть 1 | Часть 2

Та зарядка, которую я использовал, идет в комплекте на поставку квадрокоптера. Этих коптеров продано не малое количество. Поэтому я и не думал пробовать что-то другое, будучи увереным, что тут уже всё проверено и отработано.
Пошел искать другую модель зарядки, с горем пополам нашел что-то и вот на нееей... ВНЕЗАПНО все становится чистенько и гладенько. Шумов меньше, и они не кладут SMBus, да и вообще в целом не мешают работать. Проверил несколько зарядок предыдущей модели - все шумят. А с другой моделью - шумит в разы меньше. Удивительное рядом.

Я все-таки чувствую себя идиотом. Я потерял кучу времени и денег компании на выпуск третьей ревизии, но коллеги меня поддерживают. В том числе и начальник, который не забывает, что я зеленый джун, и просто радуется тому, что дело сдвинулось с мертвой точки.

Потом, спустя месяц, ко мне подходит разработчик предыдущих версий и спрашивает: "Слушай, а что у тебя там за проблема с SMBus была? Рассказывай! Ага... И в чем была причина? Ага... Понятно... У нас сейчас такая же фигня..." Интересненько, конечно.

Но почему же все это не обнаружилось на этапе отладки первой ревизии? Помните, я писал, что постоянно держал руку на батарее? Так вот. Я не знаю как. Но когда я клал руку на нее, шумы становились меньше и не клали SMBus. Именно, когда на сами ячейки. Я до сих пор не знаю, как это объяснить. Если у вас есть идеи - пишите в комментариях.

Антивибрационный конденсаторы

Вибрация - не самое приятное явление. Чаще всего она встречается в автомобилях, но помимо них вибрируют еще и различные станки, роторы, коптеры и т.д.
Наибольшей опасности подвергаются большие и высокие компоненты, которые нужно как-то дополнительно фиксировать для большей устойчивости.
Электролитические конденсаторы как раз попадают в эту зону риска. Они круглые, с большим диаметром и относительно большой высотой.
Самый простой способ повысить вибрационную стойкость - это закрепить компонент клеем. Залил клей вокруг конденсатора и погнали. Но, очевидно, это усложняет технологический процесс, особенно если планируется какая-то серия.

Не менее простой способ - подобрать "антивибрационный" SMD-конденсатор. Он отличается от обычного электролита несколькими вещами:

- Имеет более высокое пластиковое основание. А иногда даже основание специальной формы с дополнительными опорами.
- Имеет "усиленную" контактную площадку в виде креста.
- В некоторых случаях имеет специальную внутреннюю структуру контакта.

Я как-то использовал такие конденсаторы в своей разработке, но проверял их на вибрационную стойкость только своим пальцем. Они не произвели на меня впечатление очень надежных ребят, но по словам производителей, "усиленные" пластиковые основания и контактные площадки повышают вибрационную стойкость в 3 раза, а диапазон вибрационных частот расширяют с 1 - 55 Гц до 1 - 2000 Гц.

Некоторые производители добавляют еще и прорезиненный слой между внешней контактной площадкой и внутренним выводом конденсатора. Идея такая же, как и у MLCC-конденсаторов с технологией Soft Termination: резиновый слой выступает как демпфер при вибрациях.

Ну и на последок, производители для антивибрационных конденсаторов используют твердый полимер вместо жидкого. Помимо лучшей устойчивости по сравнению с жидким, он имеет меньший ESR, больший ток пульсаций и большую удельную емкость. А это значит, что для одного и того же дизайна, конденсаторов с твердым полимером нужно будет а) меньше и б) их размер будет тоже меньше. Следовательно, вибрация для них представляет меньшую опасность.

У Panasonic есть антивибрационные конденсаторы почти на все серии. Из известных, такие конденсаторы также производят KEMET и Chemi-Con.

Чем покрывать плату? HASL или ENIG?
У меня ответ всегда простой. Если на плате есть BGA или микросхемы с шагом 0.5мм и меньше, то ENIG. Если нет, то HASL.
Подробнее о различиях между этими двумя покрытиями пишет ГРАН👇

Долгое время я думал, что номинал нагрузочных емкостей для кварцевого резонатора микроконтроллера - это просто значение из даташита. Если там написано, что Load capacitance = 10pF, то значит надо ставить 2 конденсатора по 10пФ по бокам от резонатора. Но оказалось, что это не по науке.
По науке Load capacitance и номинал нагрузочных конденсаторов - это немного разные цифры. И последние надо считать по формуле.

Формула: CL = (C1 * C2) / (C1 + C2) + Cstray

CL - это Load capacitance из даташита
C1, C2 - номиналы емкостей, которые ставим на плату
Cstray - паразитная емкость дорожек и пайки.

Cstray обычно 2 - 5 пФ. Чтоб не заморачиваться с подбором, можно воспользоваться калькулятором.
В целом всё и так всегда работало, но идея в том, что эта нагрузочная емкость влияет на точность частоты. Если фактическая емкость слишком высока, кварц будет колебаться медленнее. Если емкость слишком мала, кварц будет колебаться быстрее.

Как-то раз на собеседовании у меня спросили про отличие I2C и SPI интерфейсов.
"Изи вопрос" подумал я и уверенно ответил, что SPI быстрее, чем I2C.
Последовавший вопрос "Почему?" я ожидал меньше всего и, откровенно говоря, он застал меня врасплох.
Какая в конце концов разница - почему?! Один быстрее, другой медленнее. Разве этого не достаточно?
Я пытался как-то выкрутиться, сообразить по ходу дела, но так и не смог выйти достойно выйти из ситуации.

После собеседования я всё-таки загуглил и теперь вот могу написать небольшой пост😀

На картинке изображено внутреннее строение драйверов SPI и I2C.
То, как они выглядят внутри микросхемы.
I2C - это open drain, т.е. он имеет внешний подтягивающий резистор (обычно 2.2к - 10к).
SPI - это push-pull, т.е. никаких резисторов в драйвере нет.

Поскольку дорожка, по которой идет сигнал, обладает паразитной емкостью, то чтобы переключить напряжение из логического 0 в логическую 1 нужно зарядить эту емкость.

В топологии I2C ток заряда ограничивает подтягивающий внешний резистор.
В топологии SPI ток заряда ограничен только внутренним драйвером.
Поэтому SPI и быстрее.

P.S. То собеседование я так и не прошел и вместо Казахстана уехал в Молдову🥲

«Всё лишнее отгорит» - любил говорить один из моих великих коллег и учителей. Сегодня произошла как раз такая ситуация. Включаю 3.3В - КЗ. Долго копался, ничего не нашел. Увеличил допустимый ток на источнике и диод сгорел.
Все заработало😀 а лишнее отгорело.
Отгорело так, что аж корпус треснул