Re: pravidla navrhu - blokovací kondensátory
Pavel Kořenský
pavel.korensky na dator3.cz
Čtvrtek Srpen 1 00:30:51 CEST 2024
Zdravím,
vím, že doba se změnila a tam kde dřív bylo zvykem dávat klasických 100
nF keramiku se dneska dává 10uF tantal + 10nF keramika.
Ale je to opravdu nutné mít u každého IO ?
Chápu, že to je něco jako "best practice", ale dle mého skromného názoru
to dost komplikuje návrh plošného spoje (protože ty kondíky si vezmou
fůru místa) a celkem to prodražuje celé řešení. Asi jsem ze staré školy,
ale tak nějak mám podvědomě naučeno, že cena pasivních součástek na
desce by neměla být srovnatelná s cenou těch aktivních, měla by být spíš
zanedbatelná. Ale to je asi moje 40 let staré myšlení.
Zdraví PavelK
Dne 31.07.2024 v 23:33 Pavel Kutina napsal(a):
> Hezké shrnutí, ještě by se mi tam líbila poznámka o dimenzování
> součástek - teď jsem na dovolené, takže nemám firemní standardy po
> ruce, ale typicky:
> - napěťově dimenzovat elektrolyty na minimálně 1.3-násobek provozního
> - keramiky a tantaly min. dvojásobek
> - MLCC tři a více
> - rezistory výkonově miniálně 1.3x, napěťově 2x
>
> atd...
>
> Samozřejmě - každé pravidlo má svoji výjimku, ale když už ji dělám,
> musím vědět proč a musím to umět obhájit (ať už sobě, nebo oponentovi,
> je-li).
>
> Dá se toho najít dost, ale díky za ten seznam, hodí se.
>
> Pavel Kutina
>
>
>
> ----- Original Message ----- From: Vojtěch Petrucha
> To: hw-list na list.hw.cz
> Sent: Wednesday, July 31, 2024 3:12 PM
> Subject: pravidla navrhu
>
>
> zdravim,
>
>
> studenti řeší bakalářské, diplomové práce a jiné projekty. často něco
> navrhují, pájí, oživují..
> pořád s nimi člověk řeší při návrhu ty samé věci.. už mě to trochu
> nebaví, člověk pak nemá energii projevit více invence na daný
> konkrétní problém. sepsal jsem pár hesel, vychází mi to na 2 strany
> A4, které bych je donutil před danou činností přečíst, třeba by to
> trochu pomohlo...
> tak prosím, pokud by měl k tomu někdo nějaké poznámky na co zásadního
> jsem zapomněl, nebo co je zásadně špatně :-) není cílem se příliš
> rozepisovat, nechci z toho dělat román na pokračování, to by pak zas
> nečetli..
> používají KiCAD a z charakteru prací se jedná v 99% případů u
> prototypy, které musí ideálně fungovat, protože na verzi 2, se najde
> čas a energie jen velmi vyjímečně.
>
> díky
> v.
>
>
>
>
> schéma
>
>
> * RTFM - od všech použitých součástek, projít doporučená zapojení a
> aplikační nóty, doporučené rozložení součástek na DPS, mrknout na
> zapojení development kitu od výrobce
> * napájení - na vstupu něco jako indukčnost+pojistka+ varistor+
> kondenzátor + transil (hodnoty dle výkonu), zamyslet se jestli je
> vhodné přidat ochranu proti přepólování (dioda, pojistka, MOSFET...)
> * pokud je v návrhu spínaný zdroj, tak na jeho výstup zenerka
> (výkonovější, třeba 0.6-1W) např. 5V6 pro 5Vout
> * pokud je tam LDO - ověřit v datasheetu, jaké umí kondenzátory,
> jestli může mít lowESR keramiku na výstupu, na výstupu opět
> výkonovější zenerka (např. 3V6 při 3V3 out)
> * digitální signály - ke zdroji signálu typicky dát rezistor typ. 220
> Ohm (47-470 Ohm dle účelu), platí pro SPI, UART, rozvody hodin a
> další... (hlavně rychlé, déle aktivní signály...)
> * signály kde hrozí přímá interakce s uživatelem ochránit nějakou ESD
> ochranou
> * signály, které vedou třeba na čelní panel nebo dále ven ze zařízení
> lépe zapojit přes nějaký další prvek - např. LED přes tranzistor,
> vstup přes buffer apod (právě kvůli ESD, méně resetů MCU vlivem blesků..)
> * myslet na diagnostiku při oživování - do napájecích větví přidat smd
> jumper propojky, kterými lze izolovat části obvodu, přidat testpointy
> (např. malý through-hole pad) na sběrnicové a další signály
> * myslet na autodiagnostiku zařízení - pokud je tam MCU s volným ADC
> tak měřit třeba napájecí a další napětí
> * ještě jednou zkontrolovat, že nejsou přehozené +- u OZ, jejich
> napájecí pady, in/out u stabilizátorů apod.
> * u každé aktivní součástky mít alespoň jeden kondenzátor (100nF) nebo
> lépe kombinaci 10nF/10uF v případě preciznější analogové součástky,
> napájení lze oddělit například rezistorem 10 Ohm pro lepší filtraci
> napájení a zamezení šíření rušení, případně 0805 tlumivkou 10uH (pozor
> na možné vazbení mg. rušení do té části obvodu..)
> * pokud je v obvodu STM32, zapojit SWD s pinoutem dle Nucleo boardu
> (Vcc, SWCLK, GND, SWDAT, NRST), vhodně zapojit NRST (R/C ), ověřit zda
> je tam BOOT0 pin a jeho případné ošetření (R na GND).
> * pokud je v obvodu STM32 - pokud je krystalový oscilátor tak zapojení
> krystal + 1xR + 2xC, pozor na rozložení země pokud je použit low power
> RTC 32kHz krystal
> * myslet na možný vzdálený update firmware, použít UART který to
> umožňuje, apod.
> * pokud chci seriózněji používat ADC, použít externí referenci, např.
> něco jako LM4040, u vstupů mít R a C
> * hierarchické kreslení schéma používat s rozumem - pro opakující se
> bloky, pokud se celé schéma vleze pohodlně na A4, tak žádné
> nepoužívat, jen bloky třeba graficky oddělit čárkovanou čarou a popisem
> * používat LABELy pro vedení signálu, s názvem, který rozumně
> charakterizuje daný signál, např. MOSI_OLED
> * zkontrolovat že RXD vede na TXD a naopak, pokud je v zapojení UART,
> stejně tak např. MOSI že vede na vstup slave. zkontrolovat že všechny
> LABELy u periferií mají protějšek, např. na MCU
> * přidat na vhodné místo(a) elektrolytické/tantalové kondenzátory -
> zásobárna energie, pro výkonovější věci
> * mít v zapojení nějaké indikační/diagnostické LED, např. na 3V3
> větvi, na MCU pro ladění programu, indikaci běhu apod.
> * přidej do schématu samostatné piny a přiřaď jim footprint montážního
> otvoru, možná na ně pak nezapomeneš při kreslení DPS
> * vysvětlující popisky ve schématu, například výpočet děliče pro
> stabilizátor napětí, časová konstanta pro filtr, odpor k LED dává jaký
> proud/svítivost apod. u preciznějších součástek uvádět poznámky (<2ppm
> TC, X7R, 2W, 125°C varianta, verze B, thin-film, apod. )
> * rezistory pro nevýkonové aplikace 0603, 0805, 1206 tam kde je
> potřeba... precizní rezistory mohou být lepší v drátovém provedení
> (menší mechanický stres při ručním pájení), kondenzátory - blokovací
> 100nF 0603/0805 pouzdro, 10uF/10V lze 0805 na větší napětí již 1206,
> pozor na footprint pro tlumivky - nutno zvolit dle Isat, R, čím větší
> proud tím větší pouzdro! 0603/0805/1206 tlumivky pouze pro filtrování
> nevýkonových napájení, ne jako akumulační indukčnost v DCDC měniči.
> * pokud mám na MCU volné vývody a nejedná se o velikostně kritickou
> aplikaci, přivedu je na nějaké konektory nebo pady, které se neosadí,
> ale v případě rozšíření nebo nutnosti změny zapojení mohou pomoci
> * při výběru součástek / přiřazování pouzder (footprintů) preferovat
> ne BGA verze (pro naši školní spíše prototypovou výrobu), vývodové
> (TQFN) před typy QFN, případně QFN které mají vývody dostupné z boku
> před součástkami, které mají vývode pouze zespod a ještě dále od hrany
> pouzdra
>
>
>
>
>
>
>
>
> plošný spoj
>
>
> * typicky bude TOP-horní vrstva pro vedení max. množství signálů a
> umístění SMD součástek, spodní vrstva BOT jako GND ve formě rozlité
> země, s minimem přerušení. V případě 4-vrstvého PCB: TOP (SMD a
> signály), IN1 (GND), IN2 (rozvody napájení - formou rozlité země), BOT
> (zbytek signálů respektive součástek, i zde ideálně rozlitá GND).
> 6-vrstvá PCB: dle potřeby (TOP-součástky a signály, IN1 - GND, IN2 -
> napájení, IN3 -další signály (pozor pokud zde bude chyba, nepůjde spoj
> „přeškrábnout..“), IN4 - GND, BOT- součástky a signály)
> * zadefinovat si více tlouštěk spojů, např. 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.2;
> 1.6; 2.4; 3.2 a 5 a tyto patřičně používat - pro nevýkonové rychlé
> digitální signály 0.2-0.4, pro napájecí a pomalé a statické signály
> klidně větší tloušťku, například širší spoj vedoucí k nožičce SMD
> součástky pomáhá ten spoj chránit
> * zadefinovat si vlastní prokovy, např. 0.6mm průměr a 0.3 mm díra
> (menší jen ve velmi odůvodněných případech). Prokovy na GND použít na
> připojení země k součástkám, ideálně co nejblíže padu to jde, ale ne
> přímo v padu (může komplikovat strojové pájení - odsátí pájky)
> * pozor při požadavku na frézování 4 a více vrstvých PCB - nemít spoje
> a rozlité vodivé v místě řezu - hrozí zkrat např. při deformaci okraje
> DPS, použít alespoň 0.5mm mezeru..
> * součástky skládat tak jak na sebe navazují ve schématu, aby spoje
> mezi nimi byly co nejkratší, soustředit se na prvotní zapojení
> důležitých věcí (např. blokovací kondenzátor, smyčka kudy teče proud u
> step-down měniče) a až pak ty další (Enable signál, indikační LED )...
> tu smyčku DCDC měniče zapojit v TOP vrstvě, nechodit zbytečně přes
> prokovy, pokud to není nutné (RTFM - vzorový návrh výrobce)
> * nedávat citlivé zpracování signálu vedle výkonového spínaného
> zdroje, promyslet celkové rozložení PCB i s ohledem například na
> galvanickou izolaci některých částí. nejdříve rozmístit všechny
> součástky, nechat si to zkontrolovat a až pak pokračovat taháním spojů
> - fáze rozmístění součástek je velmi kritická, vyplatí se jí věnovat
> více času.. Autorouter používat pouze ve velmi odůvodněných případech
> * GND pro sondu (stačí bod, i neprokovený, vícekrát, třeba u míst kde
> se předpokládá měření)
> * popisky - všechny součástky, konektory... měřicí body (TPxx), u
> konektorů lze přidat (zjednodušený) pinout, nebo alespoň výrazné
> označení pinu č.1, přidat jméno autora, laboratoře, školy, datum, verzi
> * využívat možnost zobrazení 3D modelu - lépe vizualizuje výslednou
> DPS, na návrhu velmi hustě vypadající rozložení součástek se tak
> nemusí jevit, lze vylepšit rozložení...
> * při použití rozlití GND a napájení - nemusí být vždy vhodné mít
> celistvou plochu, ale může být lepší oddělit výkonové věci od
> citlivých analogových nebo digitálních (AnalogGND, DigitalGNG,
> PowerGND...)
> * výsledný obrys PCB se snažím přizpůsobit nějaké krabičce, do které
> zařízení plánuji umístit - nejdříve si zhruba rozložím součástky,
> vidím velikost, vyberu krabici a podle ní udělám finální rozměr PCB
> (pozor na rozumné tolerance rozměrů) a pak využiji dostupné místo,
> například více oddálím některé bloky... pokud se bude PCB zasouvat do
> drážek v extrudované krabičce nechám nedávám tam v tom místě spoje
> * zvážím rozmístění ovládacích/indikačních prvků na PCB tak, aby se
> nemusely připojovat vodičem, ale byly rovnou na PCB, LED lze dát do
> mechanických držáků, např. D-SUB konektory na delších nožičkách
> poskytnou trochu flexibility při montáži
> * pokud má nějaká výkonová součástka „Thermal Pad“ tak jej připojuji
> pomocí více prokovů (vias) na požadovaný potenciál - často GND, ale
> může být i nejzápornější potenciál v obvodu, nebo jiný...zkontroluji
> správné odmaskování
> * citlivější části obvodů, vstupy součástek lze různými způsoby
> chránit - smyčkou vodivé cesty například vstup integrátoru (na cestě
> pak není nepájivá maska), frézováním drážek lze také omezit povrchové
> proudy, frézováním lze zamezit mechanickému stresování součástek
> (napěťové reference, precizní analogové obvody), frézováním lze
> vytvořit „ostrůvek“ který lze tepelně izolovat nebo provizorně
> termostatovat přidáním např. 3D tištěné krabičky. Promyslím, na jaký
> potenciál připojím kovovou krabici - připravím si patřičný pad na PCB.
> * velmi citlivé části obvodů nebo třeba vf obvody lze uzavřít do
> stíněných kovových krabiček, na DPS se umístí pružinové držáky těchto
> prvků, zapájení po celém obvodu až případně na konec po úspěšném
> otestování
> * velké toroidní tlumivky nebo transformátory lze upevnit pomocí
> vázacích provázků přes vhodně umístěné otvory v PCB
> * pokud mi to při routování spojů „nevychází“ tak se zamyslím, jestli
> nelze upravit zapojení - prohodit nožičky na MCU (viz třeba CubeMX
> configurátor - alternativní rozložení pinů). Na MCU lze například
> některý signál vést přes jinou nožičku MCU, která bude nastavená do
> režimu, že jí to bude jedno...
> * použij DRC, projdi všechny ERRORy i WARNINGy
>
>
>
> _______________________________________________
> HW-list mailing list - sponsored by www.HW.cz
> Hw-list na list.hw.cz
> http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list
> _______________________________________________
> HW-list mailing list - sponsored by www.HW.cz
> Hw-list na list.hw.cz
> http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list
Další informace o konferenci Hw-list