В прошлом посте я писал про один из видов шума при работе с ОУ.
Но очевидно, что это не единственный источник шума. Если источников несколько, то их нужно складывать.
Обычное сложение тут, к сожалению, не прокатывает.
Как правильно это делать показано на картинке ниже.

Нужно возвести в квадрат каждый источник шума, сложить их, а из полученной суммы извлечь квадратный корень.

Хорошая новость для разработчиков BMS систем и зарядок для них.
Оказывается, в августе 23 года (получается это уже не новость🤔) Texas Instruments выпустили микросхему для зарядки на стек до 14 Li-Po батарей!
Новость примечательна тем, что TI делали BMS микросхемы для 15-ти последовательных батарей, но зарядки были только для 6-ти.
Из-за этого приходилось использовать микросхемы от других производителей, например от Analog Devices с их LT8490 или LT8491.

BQ25756 от Техаса позволяет работать с входным и выходным напряжениями до 70В, разными типами химии батарей, имеет MPPT и стоит гораздо дешевле, чем зарядки от AD! 7.2$ против 18.4$!
Ну и плюс ко всему это позволяет оставаться в одной "экосистеме" и пользоваться старым, добрым, советским BQStudio для отладки и проверки всей системы.

Помню, как в студенческие годы, я пытался разобраться в схемотехнике, находил в интернете такого рода схемы, впадал в ступор, округлял глаза, пугался тому, какая схемотехника сложная и непонятная и как итог переживал, что мне никогда не статьи инженером.

Сейчас я уже более опытный специалист и точно знаю, что:
1) Гуглить надо в гугле, а не яндексе
2) Гуглить надо на английском (главное знать нормальный перевод того, что ищешь)

Все олдскульные схемы (как западные, так и советские) до сих пор мне кажутся запутанными и непонятными.

👍 - если понимаешь, схемы как на картинке
😱 - если видишь винегрет

"У меня есть алюминиевая плата для этого мощного светодиодного драйвера и я решил: «окей, я просто добавлю кучу переходных отверстий на топе печатной платы»‎ потому что я хочу чтобы конвекционные потоки проходили через нее для отведения тепла. Но в результате теплового моделирования я выяснил, что это ничего не дает!
Я думал, что если у меня есть эти маленькие переходные отверстия в плате, то через них будет проходить конвекция. Проблема заключается в том, что барьер между алюминиевой платой и отверстием, через которое проходит воздух для отведения тепла, не очень хорошо отводит тепло. И поэтому тепло от платы будет распространяться по всему алюминию и нагревать остальную часть платы еще до того, как тепло проникнет через эти переходные отверстия и пропустит через них воздух. И мы обнаружили это в ходе теплового моделирования. "

Я специально несколько раз переслушал этот отрывок, чтобы убедиться в том, что речь идет об использовании переходных отверстий для отведения через поток воздуха, а не теплопередачу. Для меня это звучит, как минимум, оооочень странно. Они еще и тепловое моделирование провели, чтоб убедиться что это не работает.
Но может это я чего-то не понимаю?

В предыдущем видео, помимо болтовни обо всем и ни о чем, было пару интересных упоминаний о техниках для теплоотвода.
Я решил составить список из техник, которые знаю, с какими работал или о которых услышал недавно.

Итак, что делать, если нужно отвести тепло на печатной плате?

1. Если это тепло от большого тока по проводникам
1. 1 Провести ток через широкий полигон, а не дорожки. Если тока очень много, то можно использовать несколько слоев печатной платы. Лучше всего топ и боттом, если и этого мало, то внутренние слои тоже.
1.2. Вскрытие паяльной маски над полигоном. По моим наблюдениям, результат с маской и без - очень сильно отличаются. Места вскрытия имеют на порядок меньше температуры, чем те же места без вскрытия.
1.3 Залудить вскрытую от маски медь на полигоне. Разница в проводимости там несущественная, зато итоговое поперечное сечение медь+припой окажется существенно выше и увеличит пропускную способность полигона.
1.4. Прошить весь полигон протекания тока переходными отверстиями. Тут немного спорный вопрос, потому что он не подкреплен каким-то моделированием или расчетами. У меня была дискуссия с коллегами на этот счет: не уменьшают ли отверстия в полигоне эффективную ширину полигона, тем самым снижая его пропускную способность? Контрагрумент был в том, что с помощью переходок стек топ-боттом превращается в такой сетчатый брусок из меди, где медь внутри переходок образует квази-поперечное сечение этого бруска.
(Рисунок 1)
1.5 Использовать очень толстую медь. Многие производители могут сделать медь выше, чем 105мкм, вплоть до 200мкм но нужно делать запрос. Очевидный недостаток - увеличение зазора и минимальной ширины проводника. Далеко не во всех дизайнах такое можно себе позволить.

2. Если тепло надо отвести от компонента на плате
2.1 Старые добрые переходки под термопадом. Причем, чем больше переходок, тем лучше теплоотвод. (Рисунок 2)
2.2 Полигон меди на обратной стороне платы под термопадом.
2.3 Вскрытие маски с этого полигона на обратной стороне.
2.4 Заполнение переходных отверстий компаундом. (Рисунок 3)
Об этом увидел слайд в вебиране ГРАН @grangroup . Внезапно, для спикера из подкаста альтиума, теплопроводность воздуха невероятно мала. Поэтому заполнение отверстий хоть чем-либо, будет лучше, чем ничего. При желании можно залить даже специальным теплопроводным материалом, но по словам спикера с вебинара, это существенно усложняет процесс изготовления платы, а ее надежность уменьшается.
2.5 Медная вставка в печатной плате. (Рисунок 4)
Технология называется copper coin. Иллюстрация на картинке ниже. Идея в том, что ,фактически, на печатную плату засовывают брусок меди под термпопад компонента, который очень эффективно отводит от него тепло на боттом. Технология очень дорогая и не всегда оправданная.

3. Отведение тепла с помощью механических элементов
3.1 Старый добрый радиатор, плюс вентилятор (по необходимости)
3.2 Теплоотводящие трубки. (Рисунок 5)
Тут идея в том, что к горячему компоненту вы прикладываете медную теплоотводящую трубку и можете это тепло вывести хоть за пределы устройства, куда-нибудь в стакан со льдом. Часто это используют в ноутбуках, где горячий процессор и вентилятор находятся далеко друг от друга. Таким образом, можно тепло от процессора отвести до вентилятора, где он его уже будет выводить наружу.

4. Платы на алюминиевом основании.
Это достаточно популярная технология для светодиодов, их драйверов и других относительно простых схем с большим энергопотреблением. В таких платах между медным проводящим слоем и алюминиевым основанием находится диэлектрический теплопроводящий слой, помогающий отводить тепло на этот алюминий. Теплоемкость у алюминия хорошая, поэтому в зависимости от свойств диэлектрика можно добиться хороших результатов.

В целом, я рекомендую вебинар, который упоминал ранее, на мой взгляд весьма информативен. И конечно же, рекомендую писать в комментах техники, которые знаете вы ))

Никогда бы не подумал, что влияние шумов резистора можно легко учесть при расчете усилителей на ОУ.

О том, что сопротивление резистора обладает "тепловым шумом" нам рассказывали в универе и для его расчета использовалась какая-то сложная формула, содержащая интеграл и еще несколько непонятных символов.
Хорошая новость в том, что об электронщиках позаботились другие люди и сделали калькуляторы, благодаря которым можно учесть этот фактор при разработке своих прецизионных схем на ОУ.


Для примера возьмем инвертирующий усилитель. Итак, вот что нужно с делать:

1. Посчитать эквивалентное сопротивления Rin и Rfb. Это делается по формуле параллельных резисторов. Для 1к и 100к будет 0.99к
2. (Самый сложный шаг) Находим и скачиваем калькулятор, например этот с сайта TI.com
3. В разделе Noise - Thermal Noise указываем значением эквивалентного сопротивления, окружающей среды и диапазона частот в котором мы рассчитываем использовать наш усилитель.
4. Берем значение en, которое указано в корень из герц
5. Находим значение Input Voltage Noise Density в даташите на ОУ
6. Суммируем значение теплового шума и внутреннего шума ОУ по известной формуле сложения шумов.
7. Полученное значение умножаем на корень из bandwidth (наш диапазон частот, в котором мы работаем)
8. Домножаем это дело на 6 и получаем значение выходного шума в значении peak-to-peak Voltage.

Карьеру HW разработчика можно разделить на три этапа...

1. Сначала ты не знаешь в принципе о существовании ферритовых бусин, ведь в университете о них не упоминают вообще.
2. Потом используешь в каждом преобразователе питания, на каждой группе power пинов и еще в каких-нибудь местах просто на всякий случай, ведь она "фильтрует высокочастотный шум".
3. А потом узнаешь, что бусина начинает работать после 100МГц или даже в районе 1ГГц, а на низких частотах она вообще является катушкой индуктивности, которая может войти в резонанс и на какой-нибудь частоте усилять шум, вместо того, чтобы его подавлять.

Поэтому, если не хочется считать все эти частоты, резонансы, импедансы, просто ставлю 0 Ом, чтоб было проще дебажить, а при необходимости и бусину поставить.
Но бусину ставить вряд ли придется, поэтому остается только удобство дебага. Отцепить мироксхему от источника питания, ну или отцепить всю шину питания от микросхем.

Маленькая ошибка, на которую я напоролся дважды.

Был на плате DC-DC конвертер, который должен включаться только при определенном стечении обстоятельств.
Что это за обстоятельства и какое их стечение должно запускать работу питания - определяли всякие микросхемы логики.
По итогу, одна из таких микросхем выдавала логическую 1 или 0 на nSHDN пин конвертера и он должен был, соответственно, работать или не работать.

Но на практике, вместо ожидаемых 3.3V на сигнале RUN я увидел что-то около 4.7V или 5.2V.
Точное значение уже забыл, но запомнилось, что во-первых напряжение было не круглым.
А во-вторых, что на плате кроме питаний 3.3V и 42V больше ничего и не было.

В тот день, после нескольких часов тыканья с осциллографом и консультаций со своим ментором, я узнал, что довольно часто всякие Enable, shutdown и прочие пины, отвечающие за разрешение или запрещение работы DC-DC имеют внутреннюю подтяжку ко входному питанию.
Это может быть не обозначено на основной блок-диаграмме микросхемы, но где-то в даташите будет предательская строчка

"pin is a high voltage tolerant input with an internal pull up circuit. The device can be enabled even if the SHDN pin is floating"

В моем случае получилось следующее:
1. Выход микросхемы логики был open-drain;
2. Напряжение со входа подтягивалось через пин SHDN на сигнал RUN;
3. По сигналу RUN напряжение приходило на этот самый несчастный open-drain;
4. Но судя по всему срабатывала внутренняя защита вывода и она обрезала напряжение на какие-то приемлемые плюс-минус 5В.

Не прошло и полугода, как я снова разрабатывая что-то подобное, повторил аналогичную ошибку, но уже с другими микросхемами. Было обидно, но зато теперь привык всегда проверять, что из себя представляет shutdown/enable и как его лучше подключать.

Интересная статья на Хабре об опторазвязке.
С оптронами я сталкивался пару раз, когда задача была просто гальванически изолировано что-то включить/выключить раз в сто лет.

Тогда я конечно познакомился с коэффициентом передачи тока (CTR), но не так близко, как автор статьи. Обо всех этих подводных камнях с разбросом и расчетом я и не догадывался.

#пятничное , как говорится