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

Очень часто после прослушивания подкастов Альтиума, несмотря на интересных гостей, в голове не остается ничего полезного или интересного. Вроде говорили, говорили, но то ли мне не хватает уровня владения английским, то ли подкаст рассчитан на "сеньоров-помидоров", то ли действительно зачастую это просто болтовня обо всём и ни о чём, только на тему электроники.

Подкаст про ЭМИ/ЭМС я слушал очень внимательно. Не скажу, что получил много инсайдов, но смог сделать небольшую выжимку интересных моментов:

1. Если вы думаете, что купили "пре-сертифицированный" на ЭМС модуль, сделали из него (или из нескольких таких модулей) своё устройство и можете спать спокойно, то вы ошибаетесь. В документации на такие модули нет никакой информации о том, с какими результатами модуль прошел сертификацию. Есть только "да" или "нет". Некоторые дешевые сертифицированные модули, в целях экономии, могут уменьшать свои фильтры ровно настолько, чтобы пройти сертификацию без какого-либо запаса. Это значит, что если в вашей системе есть резонансы (а они есть везде), то вы можете стать тем "счастливчиком", у которого эти резонансы совпадут с одной из гармоник, и тест будет провален.

2. Иногда проблема с ЭМС возникает не столько из-за самой платы, сколько из-за того, что эта плата как-то где-то подключена через какой-то кабель, определенным образом закреплена в каком-то корпусе винтами, покрытие где-то металлическое, где-то с краской. Всё это в совокупности может вызвать неприятный результат.

3. Самые популярные причины ЭМС неполадок, которые гость находит у клиентов: разделение земель, большое количество рандомно поставленных ферритовых бусин, неудачная стыковка нескольких плат.

4. Он рассказал про интересный случай, когда нарушение ЭМС было вызвано алюминием. Алюминий может окисляться, а окисел оказывается непроводящим. Соответственно, если где-то есть контакт двух алюминиевых деталей ( двух пластин, винта и корпуса, ну и т.п.), проводимость может быть нарушена.

5. У него есть e-mail рассылка(sic!), в которой он раз в неделю пишет короткие истории об ЭМИ/ЭМС.
Бедные европейцы, не знающие, что такое телеграм-каналы :(
Первое письмо я уже получил и оно действительно оказалось легким и интересным.

В прошлом посте я упоминал, что уже получил первое письмо по e-mail рассылке от EMI-Buster и хочу поделиться переводом его краткого содержания.
Был у него случай, когда устройство не прошло тесты на ESD, несмотря на наличие защиты от электростатического разряда.

Защищать нужно было интерфейс с максимальным напряжением 45 В.
Для этого был выбран защитный компонент EZAEG3W11AV с номинальным напряжением 50 В.
В целом, всё по классике: мы смотрим на максимальное напряжение защищаемой линии, берём TVS-диод с номиналом чуть больше, и дело в шляпе.

Но в этом случае каждый ESD-разряд, несмотря ни на что, уничтожал микросхему.

Полезли в даташит, чтобы посмотреть не номинальное напряжение, а напряжение пробоя (V breakdown) — то самое напряжение, после которого диод начинает открываться, а значит, и подавлять ESD-разряд.
Но в даташите не оказалось информации об этом напряжении!
Есть информация о каком-то Peak Voltage (wtf?), а обо всех остальных параметрах — ни слова.

Ответы на вопросы дало описание внутренней структуры (на фото ниже) в том самом даташите: «Внутренние электроды», «изолирующая керамика», «Область разряда (полая внутри)».
ПОЛАЯ ВНУТРИ???
Так это вовсе не диод, хотя в даташите в качестве символа нарисован именно он.
Это, мать его, искровой разрядник в корпусе 0603! Который, видимо, затесался рядом с TVS-диодами где-то в фильтрах дистрибьютора.

У разрядника другой принцип работы, другая область применения и к моменту, когда он начинает срабатывать, микросхема уже умирает.
Короче говоря, полное фиаско.

Самое забавное, что всё это можно было бы предотвратить, просто внимательно прочитав даташит.

Хотя признаюсь, такой подставы обычно не ожидаешь. Если в даташите нарисован диод — значит, это диод. Если написано 50 В, значит, после 50 В он начинает ограничивать напряжение.
Это же обычный диод! 🤡Что там ещё читать? 🤡Только время тратить!🤡

Тема с искровым разрядником в прошлом посте вызвала у меня любопытство, и я задался вопросом: а зачем вообще его использовать для ESD-защиты? В чем его отличие от всеми любимого TVS-диода?

Итак, отвечаю будто я ChatGPT:

1. Разрядник может работать с гораздо большими напряжениями, вплоть до 10 кВ, в то время как TVS-диод редко превышает 1 кВ.

2. Разрядники обладают гораздо большей мощностью, которую TVS-диоды достигают в порядке исключения.
Например, более 90% разрядников на DigiKey имеют импульсный ток разряда более 1 кА, вплоть до 100 кА.
У TVS-диодов на том же DigiKey таким током обладают только 0,7% от общего числа диодов.

3. Разрядники меньше влияют на сигнальные цепи.
У них паразитная ёмкость в районе 1 пФ, а сопротивление порядка гигаОм, что сводит ток утечки к минимуму.

4. Однако, несмотря на такую маленькую ёмкость, скорость реакции у разрядника медленнее, чем у диода.
Разряднику всё-таки нужно запустить процесс ионизации газа и всё такое. Короче говоря, он парень не спешный.

5. При этом он весьма громоздкий, поскольку для газа и самого разряда нужно какое-то пространство внутри компонента.

6. Но зато разрядник гораздо надёжнее и дольше работает в условиях, когда импульсы перенапряжения случаются регулярно.

Помимо всего этого, у разрядника есть ещё одна очень важная особенность, но о ней я напишу в другом посте😉

Важная особенность, которую нужно учитывать при работе с газоразрядными трубками (Gas Discharge Tubes, GDT).

Для начала давайте проговорим, что вообще из себя представляют GDT.
GDT — это два электрода, расположенные внутри трубки на небольшом расстоянии друг от друга.
При превышении определённого напряжения между этими электродами происходит пробой, возникает искра, буря, безумие и избыток энергии при скачке напряжения сбрасывается через этот разряд.
Чтобы процесс разряда был контролируемым, трубку заполняют инертным газом, который не вступает в химические реакции с другими веществами.

Газ, разряд, ток, напряжение… Всё это навевает воспоминания о курсе по плазменной электроники в университете… И не спроста...

Вообще существует несколько видов разрядов, которые могут происходить в газовом промежутке между электродами. Они имеют разные свойства и условия возникновения.
GDT работает на искровом разряде.
И если посмотреть на вольт-амперную характеристику (ВАХ) газового разряда, то искровой соответствует «нормальному» разряду. Это когда напряжение достигает значения пробоя: ток резко увеличивается, а напряжение падает.

Но вот если выброс напряжения достаточно мощный и продолжает поддерживать разряд в трубке, то искровой разряд может перейти в дуговой.
А дуговой разряд нам не бро, так как он характеризуется очень высоким током, который может протекать даже при низких напряжениях.

Что всё это значит, если вернуться из мира плазменной электроники в мир схемотехники?

Если GDT поймала мощный выброс перенапряжения, то она может оставаться в проводящем состоянии и пропускать через себя ток, даже после того, как перенапряжение исчезнет.
А значит, она просто-напросто сгорит и может сжечь еще кого-нибудь рядом.
Это прям совсем не то, что ты ждешь от «защитного» компонента.
В англоязычной литературе этот эффект называется follow current.

Такую ситуацию можно предотвратить, установив варистор последовательно с разрядником.
Варистор изменяет своё сопротивление в зависимости от напряжения, а значит, когда напряжения пройдёт, варистор закроется, прекратив пропускать ток и дуговой разряд не сможет продолжить свое существование.
(пример схем на картинке ниже)

Кстати говоря, интересно, что некоторые производители, такие как Bourns, EATON и TDK, предлагают компоненты, в которых уже интегрированы GDT и варисторы. Кто его знает, может через несколько лет все эти знания про follow current и не пригодятся.

Супер жиза.
Это конечно очень логично и правильно, проверять свой дизайн с точки зрения ЭМС до прохождения тестов, но в реальности почему-то выходит как на картинке.

🤡 - если жиза

Картинка взята у emibuster.com

Разработка – это постоянная череда принятия маленьких решений.

В особо активные моменты, такие как трассировка платы, принятие решений может протекать весь день.
Ты просто сидишь в потоке мыслей типа: «так, здесь будет протекать до 5 ампер, провести полигоном или дорожкой, провода припаивать на SMD пад или в отверстие, пусть будет отверстие, провод ставить 0.5мм2 впритык или 0.75мм2 с запасом, места на плате мало поэтому пусть будет 0.5мм2, а сколько ему поясок для пайки оставить, так если отверстие 0.5мм, то плюс 0.25 для пайки вроде норм, итого 1мм весь пад, вроде помещается..»

Нигде не заметили ошибку?

Наверняка, если к вам на улице подойти с прямым вопросом «какой диаметр у круга с площадью Х?», то вы вспомните, что площадь поперечного сечения не равна его диаметру.
Но в потоке мыслей это понимание легко теряется и на автомате можно поставить между ними знак равенства.

Обычно, если такое все-таки происходит, то это легко исправляется, а порой даже и вовсе не замечается: достаточно при зачистке провода нажать на инструмент чуть сильнее, чтоб вместе с изоляцией откусилось еще несколько жил и вуаля! Провод спокойно влезает.

Но у моих коллег однажды звезды сошлись иначе: провод обжимался в наконечник и должен был впаиваться в плату.
Из-за описанного выше искажения, диаметр отверстия оказался меньше диаметра наконечника, и он ну прям никак не впихивался. Вскрылось это в самый последний момент, когда сроки уже поджимали, нужно срочно собирать десяток образцов, а времени нет ни на переделку платы, ни на закупку новых наконечников.

С помощью напильника и какой-то матери мы смогли уровнять их между собой, но моим коллегам это показалось не слишком творческим эффективным и они начали соревноваться между собой в наиболее оптимальном способе доработки.

Вам какой больше всех нравится?

Помните эти линейные трансформаторы, которые понижают или повышают входное переменное напряжение пропорционально виткам на первичной и вторичной обмотках?
Раньше они постоянно использовались в блоках питания, пока не были вытеснены импульсными преобразователями.

Из-за этого я думал, что линейные трансформаторы — это уже какой-то архаизм, но недавно узнал, что у них всё ещё есть своя ниша.

А именно, в высоковольтных применениях, где по сравнению с импульсными источниками они превосходят по изоляции между обмотками, надежности и максимальной мощности.
Пишу это и вспоминаю трансформаторные будки, которые трансформируют киловольты в наши любимые 220 В переменного тока.

Говорят, что линейные трансформаторы ещё используют в премиальной аудиотехнике, так как от них меньше шумов. Но мне кажется, что со временем и там импульснники их заменят.

Канал Hi Dev, кстати, рекомендую. Хорошие и простые объяснения, особенно в видосах ~1 годичной давности.