Иногда на форумах возникают темы типа "Какой uC лучше с точки зрения ЭМС" и т.д.
Мой опыт говорит о том, что правила проектирования надежных плат являются определяющими, а не выбор uC.
Хочется услышать мнения коллег и конкретные рекомендации.
Надеюсь, что это будет полезно всем (и мне в том числе).

Азы:
1 Земле- максимальную площадь.
2 "Земленые" проводники -звездой , с общей точкой на вх питания.
3 Большие "земленые" токи не должны протекать мимо подключений к земле чувствительных цепей (АЦП, кварцевого генератора итп.)

Не помешает резистор между пином и ключем реле или с.диодом оптрона.

Зная ток, который должен идти по PCB дорожке, и пару факторов, можно посчитать ширину этой дорожки!
линк калькулятора

полезная статья по теме и калькулятор площадок

Я бы разделил вопрос на: правила для ДВУСЛОЙНЫХ плат и правила для МНОГОСЛОЙНЫХ.

Первый случай более сложный. При плотном монтаже как бы не насосать шумов в земляной полигон ведь проводники и зазоры могут не только эффективно излучать но и поглощать. Далее, если еще и заливать TOP двуслойной платы землей, прошивая стороны переходными отверстиями, можно организовать кучу паразитных контуров, которые плохопредсказуемо поведут себя на ВЧ. Как-то я весьма скептически отношусь к полигонам двуслойных плат. В свое время несколько радиоприемных устройств не заработали на платах с полигонами, а будучи переделанными на платы с "минимальной медью" работали отлично.

Если хотите делать не только надежные но и долговечные платы
1 Не ставте электролиты рядом с теплоотводящими радиаторами.
2 Не делайте переходных отверстий в дорожках где проходит большой ток.
3 Не паяйте низкотемпературным оловом ,все что греется и там где проходит большой ток.
4 Малосигнальные схемы ,в том числе и цифровые сильно боятся статики ,бахнет молния и радиусе до 50 метров вся малосигналка прикажет долго жить ,даже если все поотключаете с розеток.В подобных случаях очень неплохо спасает банальный стабилитрон по питанию ,например 5.6в при 5в питании.
5 Тоже касается и КРЕНок ,прежде чем пустить дымок от перегруза и оборваться ,они как правило коротят от всей души пуская 8-15в на цифру ,здесь тоже к месту наличие стабилитрона с обрывным сопротивлением.

Этот совет противоречит практике уменьшения ЭМИ в импульсных БП и преобразователях. Путь обмотка-диод-конденсатор должен быть как можно короче. Поэтому совет нужно бы сформулировать примерно так:
располагайте электролиты таким образом, чтобы естественные конвекционные тепловые потоки миновали эти конденсаторы. Если избежать этого не получается, то используйте, например, два конденсатора меньшей емкости, вместо одного бОльшей емкости. Надежность ИБП при этом увеличивается.
Кроме того, полезно бывает шунтировать электролитические конденсаторы (даже LowESR) керамикой небольшой емкости, располагая ее непосредственно у выводов электролита.


Тоже некорректно выразились, т.к. ситуации бывают разными. Я могу провести две дорожки параллельно на двух сторонах платы и "проштамповать" их по всей длине переходными отверстиями. Пуская по такому "бутерброду" большой ток я нисколько не уменьшу надежность, не так ли?
Так что совет сформулировать нужно примерно так:
- не пропускайте большие токи только через переходные отверстия.


Неоднократно наблюдал как в работающем устройстве сам отпаивается SMD полевик (в DPACK/D2PACK), работающий в полумосте/мосте и припаянный обычным ПОС-61 Правда происходило это при нешатной перегрузке и как следствие на полевике рассеивалась большая мощность. Кстати, полевик после выключения и охлаждения продолжал работать


При прямом попадании молнии вообще редко, что из электроники выживает.

Это уже паранойя или применение некондиционных м/с или работа их в нештатном режиме. Хотя в принципе совет НЕ бесполезный, хотя бы с точки зрения противопожраной безопасности - в случае неисправности путь для протекания большого тока должен быть ограничен плавким предохранителем.


Раз уж пошла такая тема, то считаю не лишним еще раз дать ссылку на статью Алексея Кузнецова "Помехоустойчивые устройства".

Ну и где там теплоотводящий радиатор.?

Хренушки она там увеличивается ,поставте хоть десяток вокруг радиатора ,и все их вы там через 3-5лет будете менять ,по всем напряжениям и после стабилизатора и до.

Керамика всегда стоит

Нет не так ,китайцы так любят делать ,за что им большой респект
Европейцы "пропускают" через ноги сопротивлений и дросселей или паяют скобы,заклепки,пропаивая с двух сторон.

Я рад ,что вы поняли что я имел ввиду.

Я говорил про непрямое попападание молнии ,вызванное сильным электромагнитным импульсом разряда.

Не угадали ,это банальная защита микрух от блока питания ,ИБП нередко имеют тенденцию "взлетать" перед тем как выйти из строя ,и этого как правило достаточно ,чтобы микрухи получили напруги по полной программе, и заместь того чтобы отремонтировать блок питание - все выбрасываем на свалку.
(опять говорим большой респект китайцам )
Предохранители на питание микрух тоже ставят ,как правило они на 100-600милиампер ,проводник в них очень тонкий ,нередко окисляется и сам по себе обрывается

ЗЫ То что я написал в первом посте ,я не из пальца высосал.Это те причины благодаря которым я зарабатываю на хлеб в течении 13 лет.

а что никто не упомянул о углах загиба дорожки?
я всегда загибаю даже не под 45 грд, а окружностью...

Всегда делать это пожалуй не стоит. Если важно волновое сопротивление дорожки и наикрутейшие фронты сигналов то да, без острых углов дорожки лучше. В других случаях пофиг как дорожка нарисована, под 45 или 90 градусов или скруглением, не важно.

Для систематизации раздела предлагаю следующий план рассмотрений вопросов.

1. Физические основы ЭМС.
2. Правила выполнения цепей питания.
3. Правила выполнения аналоговых цепей.
4. Линии связи.
5. Разъемы и проблемы в многоплатных системах.
6. Тепловыделение и работа устройств при низких температурах.
7. Методы борьбы с электростатикой.
8. Подводные камни в программном обеспечении.

Когда план всех устроит, то неплохо бы указывать раздел. Жду критики по плану и предложения о включении новых разделов (ограничимся понедельником).

*this += 5 коп.
Длинных сигнальных проводников, конечно, следует избегать. Но если никак иначе не получается, то иногда помогает избавится от всяческого дребезга на входе, напр. ноги прерывания, резистор примено в 1 кОм, последовательно включённый в сигнальную цепь и расположенный вблизи входа.

Есть замечательное пособие по материалам семинара «Practical design techniques for sensor signal conditioning» от Analog Devices перевод. (3.5Мб) если кому интересно могу выложить. ссылка на один раздел: http://www.analog.com.ru/Public/10.pdf

Интересно, но ссылка не работает. Уберите ).

Скобку лишнюю приклеили в конце URL, правильно.

выкладываю. (разбил по частям. 3.5Мб не добаваить)

Прошу прощения, немогу удалить случайно закаченный файл (тот который 600к). Первая часть 1.1Мб.
Вот вторая Practical design techniques.z01
третья:Practical design techniques.z02
поставить расширение .z01 (стираем txt) :-)

У меня что-то жалуется на битый архив. Проверьте, может у меня что-то глючит.

Все нормально распаковывается.

у меня тоже не распаковался. пишет повреждён или битый архив!

Еще раз. если будет битый залью на известный ресурс (через приятеля, у меня нет доступа).

На этот раз все нормально. Материалы классные.

А вот тут http://www.elart.narod.ru/ смотрели?

Очень неплохая подборка статей. Правильная разводка печатных плат - это один из "камней" надежных плат.

Как-то SM писал на телесисах, что у PIC площадь ядра меньше, а минимальная длительность импульса сброса больше чем у AVR, вследствии чего PIC при прочих равных условиях будет более отказоустойчив.

Если SM сказал - прислушайтесь! Всегда его советы "в тему". Рекомендую!

Какой совет то? Использовать PIC ? Сам то он на чем проектирует?
SM, хотелось бы объяснений!

Не подумайте, что я боготворю SM`а - любому разработчику нужно иметь свою голову на своих плечах, поэтому я и не призывал всех во всем с ним соглашаться, - я РЕКОМЕНДОВАЛ ПРИСЛУШАТЬСЯ.
А по поводу - на чем он работает - да на чем только не работает, - посмотрите те же "Телесиськи". Уверен на все 100, что он и на электрониксе в числе "своих", может быть, с другим ником.

Площадь ядра у PIC меньше наверное потому что у него
небольшое количество команд.
З.Ы. Чем проще изделие тем надежнее

Если смотреть только на размеры, - в два раза меньше площадь - в два раза меньше число попадающих на эту площадь всяких разных частиц, потенциально вызывающих сбои.

Теоретически. Чем меньше площадь ядра, тем меньше площадь контуров через которые проходит магнитный поток и тем меньше наводимая ЭДС. Это относится и к платам.
PS. Это - основа ЭМС.

Размеры конструкции имеют значение если они сравнимы хотя бы с 1/4 длины волны помехи. При размерах кристаллов микроконтроллеров это не актуально.

К сожалению, тенденция "сваливания" обсуждения из практической плоскости в сторону "религиозной" борьбы вновь себя проявила...
....

При проектировании плат кустарным способом (ЛУТ, с одним слоем) пользуюсь следующим правилом:
- все, что возможно на плате - это общий проводник ("земля");
- проводники VCC "звездой";
- питание аналоговых блоков через RC или LC фильтр.
Еще одним "плюсом" такого способа является малый объем "вытравливаемого" медного слоя платы.

Конечно, это не "физические основы ЭМС", скорее влияние ЭМС, но "ближе" ничего в предложенном перечне не нашел..

Если плата (проверенно для различных устройств), даже разведенная с применением указанного выше способа, находится рядом (~20 см) с излучающей антенной 3-х ваттного передатчиком FM диапазона, то работа МК не прогнозируема. Более того, в ус-ве с бутлоадером была повреждена прошивка основной программы!!! Однако, экранирование платы (металл.корпус) польностью решает эту проблему.
....
P.S. На мой взгляд, обмена ссылками на ресурсы не вполне достаточно. Для изучения, а главное понимания больших объемов ин-фы нужен стимул сопоставимых "размеров". Тема же обсуждения - правильная, грамотная "разводка" плат, многим не заслуженно кажется малозначимой. Поэтому смею предположить, что % ознакомившихся, хотя бы частично, с предлагаемыми ссылками очень мал. Думаю правильным было бы излагать, по возможности проще, свои суждения, пускай и сформированные после изучения чужих постулатов.

Только ещё не надо забывать делить её на силовую, цифровую, аналоговую, чистую и грязную, и др. по необходимости.

Согласен.
Плз., опишите каких принципов нужно придерживаться при этом. И если не сложно, приведите пример разведенной платы.

Мне кажется, что лучшим вариантом для "Правил проектирования надежных плат" будет что-то типа "10 "нельзя" при проектировании платы" или "10 заповедей проектировщика PCB". Просто, лаконично, доступно. И если Вам ув., alexander55, как автору темы, удастся объединить все это в файл/текст, то это будет для всех большим подспорьем в работе при "...проектировании надежных плат".

Предложенный принцип считаю не совсем верным. Безусловно к этому нужно стремиться, но если по-другому нельзя, то может быть есть смысл посмотреть в сторону более надежных деталей? Применить планарные компоненты (меньшая прощадь поглощения тепла), применить "танталовые" конденсаторы, а не "аллюминиевые". Тем более, что танталовые лучше работают при большИх разрядно/зарядных токах.
Проблема выхода из строя стабилизатора от перегрева мне кажется надуманной. Если ИС способен нагреться до критической температуры, то это ошибка в расчете режима работы. Другими словами, нужен или более мощный стабилизатор, или радиатор с большей "активной" площадью.
А механизм действия стабилитрона в качестве "защиты" схемы мне не понятен.
Стабилитрон стоит параллельно выходу КРЕН:
Если вышел из строя стабизизатор и вместо 5 вольт, в схему подается 10, то как "спасет" схему стабилитрон? Сгорит вслед за стабилизатором, из-за превышения тока стабилизации? А какова вероятность того, что сотпротивление сгоревшего стабилитрона будет низким? А если он сгорит не "на коротко", а "в обрыв"?
Стабилитрон стоит обратно-последовательно (видимо Вы именно это имеете ввиду):
Значит максимально допустимый ток стабилитрона должен быть более тока потребления схемой. Ну и необходимо помнить о нелинейном "сопротивлении" стабилитрона (вспомните его ВАХ). Другими словами в штатном режиме при изменении тока потребления будет меняться напряжение питания схемы.
Выгода от применения стабилитрона сомнительна.
....
Мне кажется, что для защиты схемы от перепада температур наиболее эффективным будет метод изоляции деталей схемы от "атмосферы". То есть покрытие платы с деталями лакозащитным слоем. С одной стороны лак является термоизоляционной прокладкой, а с другой выполняет роль гидроизоляции (выпадение росы на деталях не возможно).

Исходя из того, что "статикой" принято называть разность потенциалов между выводом делали/МС и пинцетом/паялником/пальцем для защиты от нее достаточно выровнять потенциалы рассматриваемых точек. Для этого нужно производить манипуляции/пайку на токопроводящем материале. Например на листе фольгированного текстолита (ес-но на стороне фольги). При работе с деталями происходит постоянный контакт между источником статики (человеком) и фольгой листа. Потенциал выравнивается. Вероятность пробоя существенно снижается.

Помниться когда я работал в нашем универе, то на одном из столов лежал кусок фольгированного гетинакса, который не был подключен к чему-либо, но от него регулярно "било током" Причем это явление наблюдалось только на этом столе. Точно такой же фольгированный кусок лежал на соседнем столе, точно также не был подключен к чему-либо, но с ним все было ОК.

Вообще-то, в высокочастотной технике, элемент считается сосредоточенным если его размеры не превышают 1/12 длинны волны. С печатными платами всё очень грустно, тк. коэффициэнт укорочения равен диэлектрической проницаемости(для текстолита ~4.5). И совсем грустно что он проявляется в том случае, когда проводящая дорожка проходит над слоем земли.

Ну пусть 1/12 (хотя я не понимаю откуда эта цифра, да не важно.) Размер кристалла пусть гигантский будет 5мм итого 6см длина волны, это 5 гигагерц. Вот когда рабочие частоты будут такого порядка, тогда можно думать о размерах кристалла. И коэфициент укорочения не равен диэлектрической проницаемости. На печатной плате из FR-4 коэфициент укорочения будет порядка 0.5-0.6.
Вообщем я хотел сказать только что размер кристалла микроконтроллера на устойчивость к помехам влияет слабо. А вот топология печатной платы влияет в первую очередь, о чем собстенно и тема.

То-же сомниваюсь что можно что-то навести именно на кристал. А дорожка 5 см где-то в районе 50 мгц, вполне может запеть в полный голос. Причем масса под ней, только усугубит ситуацию.

Очень хорошая статья о проектировании помехоустойчивых устройств:
http://www.caxapa.ru/lib/emc_immunity.html
Там есть пример, как разделять "чистую" и "грязную" земли, подключение кварца и конденсаторов, ...

На заводах так и делают. Кроме кольца/браслета на каждом рабочем месте монтажника к столу прикручен заземленный лист железа ~ 30 х 40 см. Конечно, разработчику его лучше не прикручивать, т.к. на его столе устройство уже под напряжением, и периодически коротить все ножки вряд ли стоит
Кроме того, передавая незакорпусированное устройство другому человеку, сначала потрогайте этого человека (хотя бы мизинцем об мизинец), а только потом передайте ему плату.

Недавно приобрел себе вот такую книженцию. На мой взгляд - лучший труд на русском языке со времен популярных в универе Князева и ... еще там одной книженции по КТО (да простит меня автор). Книга рулит, напечатана качественно, есть ляпы (в основном издательские). Совету. Дорогая только, сволочь!

http://www.techizdat.ru/catalogue/books/2228/

Я думаю над этим, но я не веду сайт. Хорошо бы, для начала, группировать высказывания по предложенным разделам. Насчет понятного изложения, я думаю и на днях обещаю, что-нибудь выдам (крайне просто и понятно).


Могу рассказать забавный случай.
Я в течении нескольких лет работал с одним хорошим специалистом. Утром мы с ним здоровались за руку. Зимой каждый раз, когда я с ним здоровался, я испытывал шок от электрического разряда.
Он зимой ходил в шерстяном свитере и приезжал всегда на машине. Т.к. он был очень подвижный холерик, то заряжался до 15 кВ, а утечек у него не было, из-за сухой обуви.

Не вижу проблем. Выберите любой доступный, удобный Вам ресурс (если есть необходимость могу предоставить Вам свой сайт для работы). Важно чтобы был "виден" документ целиком. Тогда работа по уточнению, оттачиванию материала будет гораздо продуктивнее. Извините если "учу ученого".


Статья действительно хороша. Спасибо. Вопрос о "грязной и чистой" земле раскрыт полностью. Все просто и с картинками.
....
По-поводу статики есть очень много различных забавных и не очень примеров из жизни, но вот насколько серьезным должно быть отношение к борьбе со статикой? Мой личный опыт показывает, что детали "гибнут" от статики гораздо реже чем от, извините, "соплей" на платах. Возможно в промышленном производстве статистика иная.

Я надеюсь на коллективный разум. Вы же видите сколько хороших документов имеем уже сейчас.


Я всегда рад, когда узнаю, что-то новенькое. Главное, без конфронтации и конструктивность.


В незапаянном состоянии современные чипы имеют неплохую защиту от электростатики, хотя при отсутствии условий хранения могут выйти из строя (точнее, производителем гарантируется сохранение чипа при выполнении условий хранения).
Для запаянных чипов имеет значение площадь образуемых контуров. Если ножка не имеет отводящих дорожек допускается не делать цепей для стекания зарядов. Я попробую найти ссылку на мои рассуждения по этому поводу.
Вот http://electronix.ru/forum/index.php?showt...8381&st=18#

Выполняю свое обещание.

1. Физические основы ЭМС.
ЭДС, наводимая в контуре пронизываемая магнитным потоком Ф, равна производной магнитного потока по времени
e=-dФ/dt (1).
Магнитный поток равен произведению магнитной индукции на площадь контура
Ф=В*S (2),
т.е. (1) приобретает вид
e=-dB/dt*S (3).
Магнитный поток, создаваемый током I, равен
Ф=L*I (4),
где L- индуктивность проводника.
Практическое значение имеют (3) и (4).
Практические выводы.
1. Наводки осуществляются только переменным или пульсирующим током (изменяющимся).
2. Наведенная ЭДС пропорциональна площади контура.

Все ЭМС (электростатика отдельный разговор) основана на (3) и (4).

Продолжение следует ... по требованию.

Попробую немножко добавить.

2. Правила выполнения цепей питания.
Имеются ввиду земляной провод и питающее напряжение.
К земляному проводу главное требование - минимальная индуктивность. Достигается это выполнением земляных цепей в виде полигонов максимально-возможной ширины. В идеале под земляной полигон лучше выделить отдельный слой многослойной печатной платы. Так же немаловажно разделить земли на аналоговую, цифровую, чистую, грязную сильноточную, защитное заземление (корпус прибора, экраны). Это делается для того, чтобы исключить протекание больших возвратных токов сильноточных узлов через чувствительные слаботочные узлы схемы. Достигается это делением земляного полигона на части, так чтобы токи текущие с разных узлов схемы не влияли друг на друга. Все земляные полигоны должны соединяться только в одной точке, удобно эту точку делать там, где на плату подаётся питание. Не желательно допускать образования полигонами колец. Например полигон по краю платы стоит разрезать на две части чтобы не было кольца.

Провод питания.
Он должен обеспечить минимальное падение напряжения. К индуктивности провода питания особых требований нет, при условии что около каждого потребителя питания стоят блокировочные конденсаторы. Индуктивность даже специально увеличивают добавляя последовательно в провод питания дроссели, они увеличивают сопротивление провода на высоких частотах уменьшая проникновение помех. Вместо дросселей можно использовать ферритовые бусинки (beads) они имеют очень маленькое сопротивление постоянному току. Питание, так же как и землю нужно разводить "звездой", т.е. от точки входа питания на плату к каждому узлу идёт отдельный провод. Около каждого вывода питания микросхемы желательно ставить блокирующий конденсатор с питания на землю и питающий провод нужно подключать сначала к блокирующему конденсатору, а потом уже к выводу питания микросхемы.

Ну и предлагаю всем желающим исправить и дополнить этот текст по своему усмотрению.

Добавляю.
2. Правила выполнения цепей питания.
2.1. Питание плат.
Рекомендуется:
- запитывать платы напряжением постоянного тока c минимизацией пульсаций;
- провод условно + и условно - идут рядом (для взаимной компенсации магнитного потока) или скручены;
- уменьшить ток потребления от источника, а для этого организовывать импульсный DC-DC преобразователи на платах.
(пример подводится =24 В, DC/DC 24/3.3).
Пояснения. Эти правила вытекают из формул (3), (4).
Продолжение следует ... по требованию.

А лучше 3 слоя. Или вообще штук 5. На каждую землю по своему слою :-D

А мне почему-то больше нравиться их соединять через низкоомный_резистор||вч_дросель. Или через встречные диоды как иногда рекомендуют AD...

И чем тебе кольца не угодили? Или на этом-же основании нежелательно использование полигонов как таковых из-за того, что внутри есть дырки которые образуют кольца?

Наверное для выполнения этого требования туда ставят резисторы? ...

Вах как красиво. А вот теперь вопрос - куда делись те два провода по которым подано питание на плату? И как поведет себя вся плата в случае включения мощной нагрузки которая просадит напряжение в общей точке "звезды"?

ЗЫ. А более осмысленные рекомендации можно давать? Например как здесь http://www.caxapa.ru/faq/emc_immunity.html

Хочешь сказать что лучше развести все в одном слое? Или у тебя есть другие варианты? Я бы послушал.

Вот и напиши в каких случаях дроссель или резистор или диоды будут лучше чем просто соединение а в каких хуже.

На высоких частотах от колец можно ожидать чего угодно. Не нравятся полигоны-не используй, никто тебя не заставляет.

Резисторы в питании? Очень оригинально если речь не идёт о микропотреблениях.

А электролит большой емкости на входе питания зачем ставят?

Зы. Вот и дай. А я посмотрю и постебаюсь