На днях наткнулся на самую лучшую статью о ферритовых бусинах, которую я когда либо видел.
В ней отлично описано всё, что нужно о них знать, начиная от базовых принципов работы, продолжая описанием нужных параметров для выбора и заканчивая схемами применения, чтоб не вызвать резонанс.
При этом есть графики, которые очень важны для понимания работы, но их обычно нет в даташитах.

Больше всего мне понравилась часть про DC Bias current эффект и я решил пересказать ее со своими комментариями и дополнениями.
Считаю эту тему достаточно важной, потому что, во-первых я сам раньше его неправильно учитывал, а во-вторых мне не попадалось таких же емких объяснений с экспериментальными данными.

Ну и сам оригинал статьи, я конечно тоже рекомендую для прочтения 😉

Очень хороший видос о методах охлаждения в электронике.
Открыл для себя, что медные трубки для отвода тепла это не просто кусок меди, который отводит тепло за счет теплопроводности, а система с капиллярным эффектом😯
Про испарительные камеры в мобильных телефонах даже и не знал.

В остальном довольно ясно и понятно рассказано про радиаторы, вентиляторы, термопасты и т.д. Рекомендую, как минимум, для систематизации знаний.

Встречались ли вам в даташитах на импульсные DC-DC рекомендация использовать электролитический конденсатор на выходе?
Я никогда не понимал, зачем это нужно, и всегда пропускал этот пункт. Есть керамика - с ней всё отлично работает. Электролит большой, страшный, ломает красивую трассировку, а керамика компактная, красивая и обладает низким ESR.

Как выяснилось, именно последний пункт - это причина, по которой иногда рекомендуют использовать алюминиевые электролиты.

Что такое Buck DC-DC? Это по сути LC фильтр, АЧХ которого имеет резонансный участок, где шум определенной частоты не сглаживается, а усиливается.
Переключение внутренних транзисторов, резкое изменение нагрузки - всё это может вызвать выбросы напряжения на линии питания на резонансной частоте.

Существуют разные способы гашения этих выбросов, один из которых - снаббер на выходе DC-DC.

Снабберы в свою очередь тоже бывают разные, но самый простой и популярный вариант - это резистор и конденсатор, соединенные последовательно.
И вот тут ESR алюминиевого конденсатора из минуса превращается в плюс, ведь оно вместе с его емкостью формирует снаббер. Считается, что чем больше емкость, тем меньше нужно ставить сопротивление. У таких конденсаторов как раз большие емкости и ESR обычно от сотен мОм до единиц Ом. Убиваете двух зайцев одним компонентом.

А насколько актуальна такая рекомендация - уже зависит от особенностей конкретно вашей разработки.

Hans Rosenberg в своем недавнем видео рассказал, как пытался решить одну проблему в высококлассном аудио усилителе.

Ему нужно было получить очень низкий уровень THD+N, но по каким-то причинам он не получал нужных значений.
В итоге источник проблемы был найден, исправлен, но в конце видео он затрагивает тему того, как обычные резисторы могут влиять на ваш сигнал.

Мне эта тема показалась очень интересной, потому что я от многих компонентов ожидал подставы, но не от резисторов!
Поэтому пошел разбираться с тем, как частота сигнала влияет на сопротивление.

Кстати, вот вам интересный факт про материал для плат FR-4.

Все думают, что это какой-то один конкретный материал, типа рецепта. А на самом деле это просто стандарт, как техзадание. Его придумали ещё в 1968 году, чтобы платы хотя бы не горели и были прочными.

Из-за этого производители делают его кто во что горазд. У каждого свои патентованные примочки в составе смолы, разные пропитки и добавки.

Поэтому две платы с маркировкой FR-4 от разных фабрик — это как двоюродные братья. Вроде бы одно семейство, но могут сильно отличаться по характеру: одна лучше держит температуру, другая — стабильнее по электрике.

FR — это аббревиатура от Flame Retardant, "огнестойкий" или "самозатухающий". Это главное требование к материалу — он не должен поддерживать горение.

Цифра 4 — это просто номер класса или градации этого материала в большом стандарте (NEMA LI 1-1968).

· FR-1 — самый простой (например, из картона с пропиткой).
· FR-2 — чуть получше.
· FR-3 — ещё лучше.
· FR-4 — это самый крутой и распространённый класс из стеклоткани и эпоксидной смолы.

Проще говоря, FR — это что он делает (не горит), а 4 — это какой он (четвёртый, самый продвинутый в своей линейке).

Так что, когда говорим «FR-4», надо помнить, что это не одна штука, а целый класс немного отличпющихся материалов.

Старение литых дросселей: что происходит внутри?
Чтобы говорить о старении, нужно сначала понять, как устроена литая катушка.
Вместо обычного ферритового сердечника и каркаса здесь используется SMC (soft magnetic composite). Это порошок из микрочастиц железного сплава. Каждая частица покрыта тонким изоляционным слоем и помещена в полимер. Обмотка полностью заливается этим композитом, получается прочный монолит. Такая конструкция даёт компактность, устойчивость к вибрациям и главное - поток магнитного поля в основном замыкается внутри дросселя, а не рассеивается вокруг, что снижает уровень наводок в схеме.

Почему так важно покрывать каждую частицу изоляцией?
Дело в том, что в массивном сердечнике при высоких частотах возникают вихревые токи - замкнутые токи внутри материала, которые жрут энергию и превращают её в тепло. В SMC каждая частица электрически изолирована от соседних, поэтому токи не могут свободно «бегать» сквозь весь объём. Это резко снижает потери и позволяет дросселю работать на мегагерцовых частотах.

Теперь о старении
Теория и эксперименты показывают, что под действием сильной внешней среды - высокого электрического поля или длительного нагрева - проводящие частицы внутри композита начинают чаще сталкиваться, а заряды получают возможность перемещаться между ними. Этот процесс сопровождается токами эмиссионного характера: электроны пробивают изоляционный слой. Со временем связующее и покрытие теряют свои изоляционные свойства, и внутри формируются микропроводящие сети - именно это и есть перколяция. Как только частицы перестают быть изолированными, вихревые токи снова находят пути для замыкания.

Что плывёт при старении:
- Растут потери в сердечнике, особенно заметные на высоких частотах;
- Падает добротность;
- Смещается резонансная частота;
- Искажается ток через дроссель.

При этом на низкой частоте (например, тест на 100 кГц) катушка может выглядеть «как новая» - индуктивность и сопротивление почти не меняются. Все реальные проблемы проявляются именно в рабочем мегагерцовом диапазоне.

Мало какая организация в истории электроники повлияла на индустрию так сильно, как IPC. Сегодня это Global Electronics Association, но начался её путь в далёком 1957 году — с простой цели согласовать требования к производству печатных плат в США.

Поначалу ассоциация занималась исключительно платами, что и отражало её первое имя — Institute of Printed Circuits. Однако к 70-м годам электроника переросла рамки текстолита и меди. На первый план вышли корпуса, межсоединения и надёжность пайки. В ответ на это IPC сменил название на Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits и начал выпускать стандарты, которые шаг за шагом формировали облик современной электроники.

Ключевым оказалось стратегическое разделение: часть документов оставалась «внутренней» разработкой IPC — такие как IPC-A-600 (качество плат), IPC-A-610 (приёмка монтажа) или IPC-2221 (правила дизайна). Но если тема выходила за границы плат и касалась материалов или корпусов, IPC начал объединять усилия с другими лидерами — JEDEC, EIA, военными подрядчиками. Так на свет появились Joint Standards, или J-STD. Самый известный из них — J-STD-001 по пайке, созданный вместе с JEDEC, а следом и J-STD-020, раскрывший секрет чувствительности корпусов к влаге.

В 90-е IPC, упростив имя, окончательно превратился из американского института в глобальную силу. Его офисы открылись в Европе и Азии, а документы стали единым языком для производителей электроники по всему миру. Сегодня организация официально носит имя Global Electronics Association и охватывает всю цепочку создания электроники — от проектирования и закупок до монтажа и утилизации.(c)

<183>

Сборка и контроль качества

· IPC-A-610 («Acceptability of Electronic Assemblies»)
· Что это: Библия монтажа компонентов на плату. Это наглядный альбом с картинками, который показывает, как должна выглядеть идеальная паяная плата, а что — брак. Его используют все.
· Актуальная версия: J (2024)

J-STD-001 («Requirements for Soldered Electrical & Electronic Assemblies»)
· Что это: Инструкция для технолога. Если А-610 показывает «что», то этот стандарт объясняет «как» — какие материалы и процессы использовать для правильной пайки.
· Актуальная версия: J (2024)

IPC/WHMA-A-620 («Requirements for Cable & Wire Harness Assemblies»)
· Что это: Тот же IPC-A-610, но для кабелей и жгутов. Как должен выглядеть качественный обжим, опрессовка и пайка коннекторов.
· Актуальная версия: E (2022)


Проектирование и работа с компонентами

IPC-2221 («Generic Standard on Printed Board Design»)
· Что это: Правила проектирования для дизайнеров печатных плат. Определяет, какой ширины делать дорожки, какие зазоры оставлять и как располагать отверстия.
· Актуальная версия: C (2023)

J-STD-020 («Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices»)
· Что это: Отвечает на вопрос «почему чипы сушат перед пайкой». Определяет уровень чувствительности компонентов к влаге, чтобы они не портились при нагреве в печи.
· Актуальная версия: F (2022)

J-STD-033 («Handling, Packing, Shipping & Use of Moisture-Sensitive Components»)
· Что это: Практическое руководство по работе с чувствительными к влаге компонентами из J-STD-020. Как их хранить, в какой упаковке и сколько времени можно держать на воздухе.
· Актуальная версия: D (2018)


Ремонт и основы

IPC-7711/7721 («Rework, Modification & Repair of Electronic Assemblies»)
· Что это: Инструкция по ремонту плат. Подробные методики по демонтажу компонентов, восстановлению оборванных дорожек и ремонту контактных площадок.
· Актуальная версия: D (2024)

IPC-A-600 («Acceptability of Printed Boards»)
· Что это: Стандарт для приёмки «голых» печатных плат от производителя. Позволяет оценить качество самой платы до того, как на неё начнут монтировать компоненты.
· Актуальная версия: M (2025)

Это справочное пособие, которое помогает быстро ознакомиться с основными строительными блоками современной электроники и выбрать подходящие компоненты для своих проектов. Преобразователи уровней (Level Shifters)
Мосты USB-to-UART
Драйверы светодиодов и двигателей
Датчики температуры и инерциальные измерительные модули (IMU)
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)
EEPROM (энергонезависимая память)
И многое другое.

Мы много возим платы из Китая для своих клиентов и работаем там с четырьмя заводами:

1. Простые одно- и двухсторонние платы, а также быстрые образцы до 8 слоёв — это JLCPCB. Тут у них нет конкурентов. Много с кем встречались, но никто не был готов дать такие цены, как у JLCPCB — сразу сдавались.

2. От 4 слоёв и выше, когда важно стабильное и повторяемое качество, — конкуренция жёсткая, можно выбирать. Мы остановились на двух средних по размеру производителях, которые адекватнее всего реагируют на наши запросы.

3. HDI и высокоскоростные платы — здесь нам повезло работать с одним из лидеров. И образцы, и серия выходят не быстро, зато качество без проблем.

Но всех их объединяет одно: невозможно просто так отправить заказ и получить плату. Даже самые простые проекты иногда застревают на несколько дней в согласованиях. Даже у такого онлайн-гиганта, как JLCPCB. Слишком много ручной работы.

И это надо менять.

<178>

Всегда интересно посмотреть на разработку электроники немного под другим углом. Когда я только создавал канал, то вдохновлялся в том числе Согласуйте импеданс! Было читать интересно не только инженерный взгляд, но и управленческий. К сожалению, Александр сейчас почти туда не пишет, человек занятой :)

Зато недавно в медийное поле ворвался канал на нашей фабричке...
Там уже взгляд владельца бизнеса (разработка и производство бизнеса). Кто автор - я не знаю. Что в голове у него - я тоже не знаю, но он обещает удалить канал через полгода и в каждом посте отсчитывает оставшиеся дни🤣 Чувак явно с какими-то приколами, но пишет очень хорошо и интересно. Я бы репостил каждый второй его пост, но как-то не хочется засорять свой канал, поэтому просто рассказываю.

P.S. Если вы тоже знаете каналы, где пишут про электронику под другим углом (управление, бизнес, производство и т.д.) делитесь в комментариях :)

Сейчас занимаюсь проектом, который в серии должен производиться на несколько десятков тысяч и постепенно погружаюсь в тонкости Design For Manufacturing (DFM).

Когда мне делали ревью моего первого PCB проекта, то попросили оптимизировать номиналы резисторов и конденсаторов. Например, если на плате стоят 10кОм и 11кОм, нужно проверить, можно ли в обоих местах использовать какой-то один номинал. Такую оптимизацию BOMа обосновывали тем, чтобы отдел закупок меньше заморачивался, не тратил лишние деньги компании и свое драгоценное время. А производство не тратило силы на проверку, хранение и не раздувало номенклатуру компонентов.
Но производство там было свое, которое маленькие серии собирало вручную.

Сейчас, если вы решите заказать на JLCPCB (или в каком-то другом месте) не только голые платы, но еще и сборку, то обнаружите такой пункт как "Feeders Loading fee".
Это значит, что сотруднику фабрики нужно вручную загрузить в pick-and-place машину ленту с компонентами. И за это нужно заплатить!
Один уникальный компонент - 3$ будьте добры.
У вас в BOM 100нФ на 25В и 100нФ на 50В? Это еще +3$!
Да, при массовом производстве эта цена "размазывается" на количество плат и влияние уже не так ощутимо.

Но оказывается, что это еще не всё.
Для монтажа на топ и боттом загружаются разные фидеры. Т.е. если какой-то компонент, например 10кОм резистор, находится на двух сторонах платы, то его нужно загружать дважды! А если таких компонентов не один, а десятки? х2 переплата...

Конечно, это не единственная причина оптимизации ВОМ:
-Дешевле покупать 2000шт одного компонента, чем по 1000шт двух разных
-Количество компонентов на плате, скорее всего, не кратно 10 или 100, а при массовом производстве их закупают кратными тысячам и приходится округлять в большую сторону
-Дешевле доставка
-Не нужно тратить время на распаковку, проверку и сортировку
-Не требуется дополнительного места для хранения

По отдельности все эти пункты кажутся незначительными, но в совокупности начинают оказывать влияние, особенно при производстве больших партий.

Если я забыл упомянуть еще какие-то причина оптимизации BOMа, дополняйте в комментариях ;)