Сёркиты

"Красота электроники в тех решениях, которые она позволяет находить."

Согласно теории радикалов характеров, люди с эмотивным типом - синтезируют решения из того, что уже есть, а с шизоидным - создают что-то новое.
Я принадлежу к эмотивному типу и с завистью смотрю на шизоидов.
И вот когда вижу такие необычные решения, мне кажется что это сделал шизоид и буквально восхищаюсь как он так додумался!

Piotr Konstantinov в LinkedIn:

Будьте осторожны с температурой при перепайке индукторов, используя тольк паяльный фен без нижнего подогрева. Излишний перегрев может повредить лаковую изоляцию и вызвать замыкание между витками.
Именно с такой проблемой я столкнулся с компонентом на фото.

Забавная история от Joost Brilman:

Это короткая история из практики о том, как небольшая деталь привела к ненужным проблемам с электромагнитными помехами (EMI).

Нидерландская инженерная компания разрабатывала новую систему, которую нужно было установить до строгого дедлайна, иначе грозил штраф в шестизначную сумму.
К сожалению, система не прошла EMC-тестирование из-за чрезмерного уровня излучения, что поставило под угрозу своевременную поставку.

Инженеры не знали, как найти источник проблемы.

Мы следовали такому плану:
⏺️Ревью печатный платы для выявления возможных источников излучения
⏺️Измерение EMI для подтверждения
⏺️Использование полученных данных для улучшения разработки

Шаги 1 и 2 показали, что излучение вызывал дебаг порт, который активно передавал значения внутренних регистров.
Он был очень удобен во время разработки, однако когда отладочный кабель не был подключён, структура печатной платы начинала работать как отличная антенна для гармоник тактовой частоты 48 МГц — особенно в диапазоне 400–500 МГц.

Когда инженеры отключили дебаг конфигурацию в программе, излучение исчезло, и дедлайн удалось соблюсти.

Чем меньше знаешь, тем быстрее market entry time

Давно не писал. Надо наверстывать, поэтому сегодня будет технический пост вместо soft-skills. Поделюсь недавним кейсом по теме переходных отверстий.

1 Контекст

Сейчас занимаюсь разработкой платы с процессором i.MX под Linux. Есть требование сделать габариты как можно меньше. К i.MX подключаются DDR, eMMC, видеопотоки, в общем классический high-speed design. High-speed дизайн сразу накладывает ограничения на выбор переходных отверстий. High-density design в моем случае вынуждает быть еще более придирчивым к переходным отверстиям.

2 Теория

Если нужно прокинуть сигнал с Top Layer на Bottom Layer, можно использовать простое сквозное переходное отверстие (through-hole via). Но если сигнал идет с Top Layer на какой-нибудь внутренний слой, у такого via остается незадействованный участок. Этот «хвост» занимает не только драгоценное место, но и начинает работать как маленькая антенна, вызывая переотражения. Чтобы таких «хвостов» не было, используют отверстия, которые проходят не через всю плату:

• для прокидывания сигнала между парой соседних слоев используют microvia;
• если нужно с внешнего слоя уйти сразу на несколько слоев глубже, вместо нескольких microvias используют blind via;
• если переход между несколькими слоями внутри платы, то buried via.

Эти особенные отверстия можно располагать по-разному:

• cтавить друг над другом, получается «колодец»: stacked конфигурация.
• разносить на каждом слое, получается «лесенка»: staggered конфигурация.

Stacked, конечно, самый дорогой вариант, зато дает максимальную плотность и компактность трассировки. Всегда я делал «лесенку», а тут решил сделать «колодец», ибо места мало и бюджет позволяет :) И вот тут всплыл нюанс. Честно говоря, у меня изначально была интуитивная неприязнь к «колодцу» и интуиция меня не подвела.

⛔️3 Практика

Китайцы сделали пилотную серию с «колодцами» без всяких вопросов. Но мой любимый риск-менеджмент перед массовым производством триггернул меня пройти DFM анализ у локальных европейских производителей. Европейский производитель на DFM анализе сказал, что buried via рискованно использовать в стиле «колодец». Чтобы снизить риск, buried рекомендуют относить немного в сторону и делать «лесенку».

Скажу больше, начал копать и нашел статью от Cadence, где рекомендуют максимум два microvia в стиле «колодец». Начиная с трех уровней надежность уже сильно зависит от материала, геометрии, качества заполнения и теплового профиля. Отдельно подчеркивается, что microvia не стоит ставить «колодцем» прямо на buried via: такой способ особенно склонен к растрескиванию, поэтому там лучше делать смещение и уходить в «лесенку».

😩4 Мораль басни

Внутренний ребенок хочет свалить все на безбашенных китайцев или поверить в их технологическое превосходство. Внутренний родитель хочет пожурить за то, что проигнорировал интуицию и не перепроверил технологию перед внедрением. А внутренний взрослый смотрит на дизайн готовой рабочей платы с сотней «колодцев» и морально настраивается на переговоры и переделки.

Справедливости ради я встречал много дизайнов с технологией полного «колодца», так что пост не из рубрики "косяки"....но когда встает вопрос личной ответственности всегда тяжело игнорировать уже известные риски. Оптимальным нашел следующий путь: отодвинуть только buried via, microvia оставить в позиции «колодца». Если время будет позволять, отодвину microvia тоже.

P.S. Иллюстрация будет в комментариях.

| подписывайтесь на @embeddemy
| #high_speed #via #dfm

В одной дев борде нашел интересную и простую схему ORing'a на мосфетах.

На шину VDD5 подается питание от одного из источников (VBUS или VDD5_J1), а если подключены оба, то приоритет у VDD5_J1.

Учитывая недостатки у аналогичной схемы с мосфетом+диодом с одной стороны, и дороговизну PowerPath контроллеров с другой стороны, то такая схема выглядит как отличный компромисс.

Или же у нее всё-таки есть недостатки?

Кристалл современного процессора может разогреться с 30 °C до 100 °C меньше чем за миллисекунду. Масса кристалла — доли грамма, тепловая ёмкость кремния небольшая, поэтому энергия, выделяемая транзисторами, очень быстро повышает температуру локальных участков.

Причина — высокая плотность мощности. Внутри ядра существуют «горячие зоны» площадью всего несколько квадратных миллиметров, где плотность тепловыделения может достигать десятков или даже сотен ватт на квадратный сантиметр. При этом тепло сначала концентрируется в тонком слое кремния толщиной порядка сотен микрометров.
Дальше тепло должно пройти длинную цепочку: кремний → подложка → припой или TIM → теплораспределительная крышка → термопаста → радиатор. На каждом этапе есть тепловое сопротивление и тепловая ёмкость, поэтому возникает заметная задержка. Радиатор может оставаться почти холодным, когда внутри кристалла уже формируется перегрев.

Поэтому современные процессоры используют не только реактивное, но и предиктивное управление температурой. Контроллер питания отслеживает активность блоков, токи и напряжения и заранее ограничивает частоту или напряжение, если ожидается рост мощности.

Получается, что троттлинг часто срабатывает ещё до того, как радиатор заметит изменение температуры. С точки зрения пользователя это выглядит как мгновенное ограничение частоты, но на самом деле это механизм защиты от очень быстрых локальных перегревов, которые физически невозможно отвести системой охлаждения в реальном времени.

В продолжение темы о запасах, на канале ALCHY есть видео про напряжение для МОСФЕТов.
Началось всё с того, что в комментариях под видео о том, как Vds может оказаться меньше номинального писали, мол надо просто брать транзистор с достаточным напряжением и всё будет зе бест: не страшны ни выбросы, ни derating.
Но автор оспаривает эту популярную практику.

Нормальный инженер берёт транзисторы с очень хорошим запасом по всем фронтам - минималка 20%, а лучше 50 или 100.

Тут запас 35% рассматриваешь как повод для экстремального внимания к условиям и обвязке. А вы "10%".

-чувак ты с каких гор слез, бытовуха 30...100% запас, оборонка 200...500% и более!

Почему нельзя просто взять МОСФЕТ с запасом, например, х2?

По большей части из-за того, что сопротивление канала Ron растет пропорционально напряжению пробоя Vds в степени 2.5.
Выбирая транзистор с напряжением 200V вместо 100V можно получить рост сопротивления в 6 раз со всеми вытекающими издержками.
В меньшей мере из-за рост паразитных емкостей, размеров и конечно цены. Последние два пункта особенно важны для коммерческих девайсов из конкурентной среды.

Одна из главных мыслей видео в том, что бороться нужно не с последствиями (выбросами напряжения большой амплитуды), а с источником проблемы (паразитные составляющие из-за которых выбросы происходят).
Например, старыми добрыми снабберами или затворными резисторами.

С этим и с тем, что слепой выбор "запаса" - не гарантия хорошего дизайна я полностью согласен.

За подробностями рекомендую глянуть видео, там есть и другие интересные моменты. Например, когда большой запас всё-таки ОБЯЗАН быть.

При разработке электроники, всегда принято брать какой-то запас. Запас по току, мощности, напряжению.

Есть очень устойчивое мнение, что при выборе керамического конденсатора стоит выбирать его номинальное напряжение с запасом в 2 раза. Тогда, точно не будет проблем.
Когда я писал подробную статью про DC bias в MLCC конденсаторах, то убедился что это мнение ошибочное.
Можете посмотреть 5-ый график в статье, но если коротко, то:

Запас по напряжению не гарантирует снижение DC-bias. У многих конденсаторов емкость падает по экспоненте. И разница между 16В и 50В только в том, как далеко уйдет хвост экспоненты.
Если вы работаете на 3.3В или 5В, то емкость всё равно может упасть на условные ~80% какое бы номинальное напряжение не стояло. DC-bias зависит не от него, а от "плотности" емкости.
Поэтому лучше всегда проверять график на сайте производителя. Ну или выучить какую емкость на какой типоразмер целесообразно использовать.

Из своей насмотренности я использую следующие типоразмеры:
0402 - до 1мкФ
0603 - от 1мкФ до 4.7мкФ
0805 - от 4.7мкФ до 10мкФ
1206 - от 10мкФ до 22мкФ

Понятное дело, что это условное разделение и пограничные значения требуют проверки графиков на сайте производителя. Что иногда бывают ситуации, когда целесообразно выйти за эти рамки и т.д.
Но в целом, если мне нужно поставить условные 2.2мкФ, то по дефолту я начинаю рассматривать 0603, если нет причин использовать другой размер.

CIRCUIT ANALYSIS FOR COMPLETE IDIOTS
by David Smith

#basic
#book

У Hans Rosenberg вышло еще одно интересное видео про резисторы, на этот раз - про их шумы. Как обычный резистор может испортить low noise application, что с этим делать и как посчитать.
Я постарался выделить основные важные моменты и собрал их в статью.

P.S. Как вы думаете, дешевые китайские резисторы имеют больше шумов относительно западных аналогов?

Недавно нам нужно было протестировать два небольших дисплея и выбрать наиболее подходящий.
Дисплеи простые: маленький размер, SPI интерфейс, подсветка.

Мы сделали специальную плату для их подключения, проверили первого кандидата, отладили софт - всё шло достаточно хорошо.
Но вот при подключении второго начались приключения.
Приключения, как на первом видео: делаешь обновление кадра, а на экране происходит какая-то абракадабра.

Разумеется, первым подозрение пало на софт. Но тот же самый софт с первым дисплеем работал как задумано.
После этого подозрение пало на длинные провода. Но даже на низкой частоте передачи ничего не менялось.
После нескольких экспериментов мы заметили, что если подсветка выключена, то обновления проходят нормально.
Разглядеть это было не просто, но с помощью фонарика на телефоне - удалось.

И как только мы запускаем драйвер подсветки - обновление ломается.

Драйвер подсветки представлял собой импульсный buck-boost конвертер, поэтому это выглядело как моя первая реальная проблема с ЭМИ.
Я пытался что-то разглядеть осциллографом на линиях передачи, уменьшить длину проводов, поставить экран - но ничего особо не менялось.

Помощь пришла от терминирующих резисторов.
По старой привычке, на первых платах я почти на все сигналы ставлю последовательный 0 Ом.
Для интерфейсов это дает возможность добавить терминацию, для обычных сигналов - возможность тыкнуться осциллографом или что-то перепаять.
Обычно терминация нужна для согласования сигнала и уменьшения его отражений, но, похоже, что в данном случае, последовательные резисторы в SPI и управляющих сигналах просто гасили наводящиеся помехи.

33 Ома - и результат как на втором видео.
Всё работает четко и даже на максимальной скорости.

А у вас были баги, вызванные ЭМИ?

Я сейчас разбирался со смарт часами. Там конструктивно в качестве антенны можно использовать только металлическую рамку. А нужны сразу несколько диапазонов, например: BLE, WiFi 5Ghz, GPS.

Решение такое: одна точка рамки подключается к RF выходу коммуникационного чипа. А ещё 3-4 точки рамки через RF ключи замыкаются на заранее рассчитанные пассивные компоненты. Для каждого диапазона подключается свой набор компонентов.

Для сотовой связи (где нужны большие непрерывные диапазоны частот) такое уже не срабатывает, и там в рамке делают разрезы с пластиковыми вставками

Как в смартфонах размещают столько антенн для разных частот?

Многим кажется, что вопрос размещения антенн давно решён и тривиален, но физические ограничения длины волны никто не отменял. Для частоты 900 МГц всё ещё требуется около 8 см проводника. Как при этом современные смартфоны умудряются поддерживать 5G, Wi-Fi и NFC в ультратонком корпусе?

Вместо магического сжатия пространства инженеры используют рамки корпуса и технологию лазерного структурирования. Каждый доступный миллиметр начинки становится частью сложной резонансной системы. Проанализируем конструкторские хитрости и изучим принципы многодиапазонной компоновки.

"Mona Lisa" recreated using about 10,000 SMD components

This “Mona Lisa” was created as a technical demonstration by a by a Japanese company that provides PCB assembly (PCBA) services.

Instead of using PCB traces or silkscreen artwork, this piece is built from about 10,000 1608-metric SMD components. The image is formed through the color variation of resistors, ceramic capacitors and other components, turning electronic parts into a high-resolution mosaic.

Физика провода: почему просто «кинуть кабель» недостаточно?

Подключить источник к приёмнику — задача тривиальная только на бумаге. В реальности попытка обойтись «просто двумя проводами» гарантирует на входе полуторавольтовые наводки, сетевой фон 50 Гц и «мусор» от импульсных блоков питания.

Виноваты паразитная ёмкость, магнитная индукция и разность потенциалов земель, способная пустить по оплётке уравнивающий ток такой силы, что он расплавит изоляцию. Даже экранирование не всегда спасает: клетка Фарадея бессильна против магнитных полей, а витая пара бесполезна без понимания принципов дифференциальной передачи.

Разберём схемотехнику помехозащищённых соединений.

Как много багов в электронике можно исправить буквально 1-2 пассивным компонентом. Как много времени может уйти, чтоб понять какой и куда именно нужно ставить.

Уже достало. Давайте примем правила хорошего тона в работе с ИИ.

Любой нормальный сотрудник — инженер, программист, менеджер — сейчас обязан не просто пользоваться нейронками. Он должен принимать на себя ответственность за результат, который с их помощью получил.

Поэтому сотрудник НЕ ДОЛЖЕН:

— Ныть, что «нейронки тупые». Если сеть выдала ерунду — это твоя проблема с промптом или валидацией. Добивайся верного ответа или делай задачу руками.

-- Пересылать коллегам свой диалог с ChatGPT. Подход «пусть сами решают, верить или нет» — это перекладывание ответственности. Ты фильтр, ты эксперт, ты выдаешь готовое решение. И отвечаешь за него.

— Отправлять невычитанный текст. Если ответ полон воды, канцелярита и кривых фраз — перепиши. Заставлять других читать сырой выхлоп ИИ — свинство.

-- Использовать решение, которое сам не понимаешь. Будь то код, схема или тезис. Если ты не можешь объяснить, как и почему это работает — ты не имеешь права это использовать. Не понял — потрать время, изучи тему, разберись. Иначе как ты можешь за это отвечать?

— Дергать коллег, не спросив сначала у нейронки. Раньше гуглили, теперь — промптим. И только если там тупик — идем к людям.