Здравствуйте!

Практический вопрос.
Хотелось бы немного обсудить статью "Помехоустойчивые устройства".
Конкретно, интересует подавление наносекундных помех (барьеры).

Применительно к резисторам.
1. Как влияет тип резисторов (выводные, поверхностного монтажа) на степень подавления?
2. Как влияет значение сопротивления резисторов на степень подавления?
3. Каков механизм "работы" проходной емкости резистора?

В статье говорится о значении сопротивления барьерных резисторов 1-100 кОм. А если сопротивление будет меньше?

Применительно к индуктивным элементам.
Дроссели и ферритовые бусины для подавления подходят лучше, чем резисторы?

Правильно ли я понимаю, что для оценки степени подавления (лучше/хуже) необходимо производить анализ схемы замещения тех или иных резисторов с учетом параметров наносекундных помех?

Благодарю заранее!

Помогите советом, пожалуйста

По-моему:
1. Тип резистора влияет на вид схемы замещения. Т.е. добавляются паразитные элементы: индуктивности, емкости, нелинейности и т.п. Для разных типов резисторов (конденсаторов, печатных проводников) - разные схемы замещения с разными значениями R, L и C. Плюс ко всему диапазоны входных величин разные, плюс всякого рода стабильности и т.п.
2. В 99% случаев резистор нужен для "работы закона Ома". Видимо, ток нужно ограничивать - поэтому и номинал больше.
3. см. п. 1

Вообще, у радиофизиков принято всем что "рояля не играет" пренебрегать. Так что в конкретных условиях все становится намного проще, чем может быть в строгой теории.

Я думаю, на вид схемы замещения влияет только анализируемый частотный диапазон. Для НЧ - простые модели, для ВЧ - более сложные модели.
А значения параметров, конечно же, разные и, как я понимаю, определяются в первую очередь конструктивом элемента.
Например, у проволочных выводных резисторов большая паразитная индуктивность, у пленочных поверхностного монтажа - индуктивность минимальна.



Т. е., для резистора-барьера здесь главная задача - ограничить ток помехи, который через входное сопротивление чего-либо попадает в общую цепь и может привести к сбою устройства?
Хотелось бы понять принцип выбора значения сопротивления.



Не совсем понятно...
Смысл в том, чтобы у конкретного резистора-барьера импеданс был был максимален для помехи?

Реальный резистор это идеальный резистор + параллельный конденсатор.
Короткие импульсы относительно легко проходят через конденсаторы. Так что к номиналу я отношусь философски - максимально большой какой только можно на данном участке цепи (все равно есть паразитный конденсатор); или несколько последовательно, но поменьше (паразитная емкость меньше).

Сам боролся включением резисторов на вход, затем конденсатор с защитным диодом на землю. Модельки вроде "живут".
Вообще, у НП малая энергия, но они могут "далеко зайти". Не давайте им этого делать)

+ индуктивность еще



Может быть я путаю проходную емкость с паразитной (разве это не одно и то же?) или неправильно понял содержимое статьи?
А как же Xc = 1 / w*c?

Пример 4 из статьи.
"Резистор R1, помимо своей основной функции, выполняет роль барьера, препятствующего распространению помех из грязной части в чистую. Проходная емкость резистора как правило мала, порядка 0.2...0.3 пФ, поэтому резисторы создают эффективный барьер для НП. В особо тяжелых случаях для уменьшения проходной емкости можно включать по два-три резистора последовательно."



По поводу номинала понятно. Побольше - чтобы ток ограничить помеховый.



Испытывали по стандарту?
Можете сказать с практической точки зрения, как влияет резистор (или его отсутствие) на определенную схему?
Защитный диод - типа сапрессор?
Вроде, рекомендуют с минимальной емкостью.
Какой, кстати, ставили?



Про это мы знаем. Вот, стараемся не дать

посоветую Вам еще очень внимательно отнестись к разводке ПП- плохо разведете не спасут никакие резисторы и конденсаторы.
кстати в каком месте вы боретесь с НП внутри аппарата или на его входах
имхо- внутри более важна разводка чем тип резистора
а на входы обычно ставят фильтры самые простые- ферритовые типа колец или цилиндров, резисторы сами по себе тут мало помогают...
для "барьеров" применяю 1206 или 0805 обычные- все работает, в любом случае емкость на землю будет гораздо выше емкости м/у выводами, еще важно хорошо расставить емкости, иметь низкие индуктивности где их не надо..

Когда трассирую сам - стараюсь отнестись внимательно.
Но часть плат трассирует другой человек автотрассировщиком по принципу "как бы побыстрее и попроще"...



Аппараты у нас большие и металлические
Внутри несколько плат, хорошо потребляющие/шумящие устройства (электродвигатели киловатные и меньше, пускатели, множество реле, клапана, шаговые двигатели и пр.).
Наружу смотрят только клавиатура и ЖКИ (на корпусе установлены).
С НП боремся только на платах контроллеров (с помощью барьеров/фильтров разделяем разъемы на платах и электронные компоненты).
Кстати, ЖКИ от МЭЛТа очень часто залетают...



Если Вы имеете в виду разводку кабелей внутри аппарата, то тут много нареканий.
Делаем ее не мы, поэтому тоже косяки бывают...



На цифровые входы обычно ставлю резистор 1 кОм и ферритовую бусину типа BLM21PG331. И иногда конденсатор небольшой.



Вы имеете в виду емкость конденсатора ФНЧ на входе или какую-то паразитную емкость?



Цепи покороче, пошире, ну и без петель, соответственно?

ну хоть заливку землей применяет, питание и клоки руками делает?


по большому счету это можно свести на ноль


подальше их от всего прочего и за железную стенку


если помехи изнутри, то причем здесь снаружи? или и снаружи приходят?


лучше бороться с источником помех, чем с их последствиями (с). наносекунды хорошо и по пространству проходят, позаботтесь о минимизации источника помех, ставьте фильтры, диоды, супрессоры и т.п. на ваши реле, двигатели и т.п., экранируйте лучше их а не платы с контроллерами.


тут уж технически ничего не решить- давите не разводчиков, предъявляйте тз на разводку.




от бусины здесь толку большого не будет- попробуйте лучше колечко с большой маг. проницаемостью- вденьте в него провод или мотните несколько витков.
емкость ФНЧ >> емкость "вход" - "выход" резистора
типа того

Знакомая история. Взгляните на Ваш установленный ЖКИ от МЭЛТа и определите длину земли чипа контроллера индикатора до корпуса. Чаще всего мы сталкиваемся с полным прокрашиванием корпуса- отсутствием экранирования в месте установки ЖКИ и отсутствие экранирования при закрытой крышке корпуса. Стандартное решение:
- конденсатор (побольше из доступных) от земли ЖКИ от МЭЛТа на корпус
- ферритовые клипсы на все провода и шлейфы к ЖКИ от МЭЛТа как можно ближе к индикатору.

у нас делают гальваническую развязку интерфейса и питания, шлейф сигнал-земля-сигнал-земля....

А почему не помогут фирритовые бусины?

Можно, конечно, но затратно...



Вы имеете в виду шлейф аналогичный шлейфам ATA для жестких дисков?



Паять непосредственно на общую цепь на самом индикаторе?
Какого типа конденсатор лучше использовать? На какое напряжение?
На корпус, видимо, придется болт для конденсатора приварить



Вы имеете в виду нечто следующее?
http://www.quad.ru/production/ferrit.php

Кстати, а ЖКИ от других производителей тоже этим страдают?



Заливку иногда делает, клоки и питание - тоже в автомате.



Хорошо было бы в отдельный металлический отсек (сами корпуса производят!), но ставят в дешевую пластмассовую коробку...



Снаружи - наврядли. Может быть, статика. И длинные неправильно проложенные жгуты...



Система следующая: плата управления - силовая плата с реле - группа пускателей - нагрузки (компрессоры, насосы, пылесосы и т. п.).
Вот куда бы на это все поставить выше перечисленное (если только на реле искрогасящие цепи)?



Т. е., дроссель?

Да.
Любой.
Если удастся содрать краску.
Конечно это, но можно купить и ближе. :-)
Этим страдают наши конструктора и инженеры не думающие об ЭМС. :-(

Чем меньше проходная емкость резистора, тем лучше. Однако типоразмер резюка на проходную емкость мало влияет, имхо. Исходя из этого, лучше поставить несколькйо мелких резюков последовательно, чем ставить один большой резюк.


Если сопротивление 1к и больше, то мало влияет. Потому что проходная емкость резюка будет доминировать , а какое сопротивление включено параллельно этой паразитной емкости, большого значения не имеет.


Правильно

Для ЖКИ, если мне память не изменяет, крепежные винты уже вварены, так что и сдирать ничего не потребуется.
Клеммочку припаять на кондансатор... или обжать...



Я привел в качестве примера, общий вид



Потому что импеданс получается больше... да, понятно.



По поводу последовательного включения тоже понятно, емкость результирующая уменьшается.
Но неужели, проходная емкость 0402 не существенно отличается от емкости 1210, скажем?



Но все-таки сопротивление лучше использовать более высокоомное?

иногода только это позволяет решить проблему


да, подобные шлейфы встречаются даже в советских ЭВМ 80-х годов


разводку надо делать хорошо иначе можно будет доолго думать, чтобы куда еще навесить или заставлять программистов изобретать "помехоустойчивую программу"
пластмассовая коробка никак не помогает в плане ЭМС
помехи снаружи могут быть от этих самых нагрузок, защищайте выходы реле от искр и еще сами обмотки реле от импульсов напряжения при его отключении.


колечко а на нем несколько витков, можно назвать и дросселем
а бусина придумана не для защиты от нс помех - это практически резистор в данном случае.

"На глазок" у меня на этот счет рассуждения такие. Проходная емкость резистора в первом приближении равна емкости плоского конденсатора, пластинами которого являются электроды резистора. Емкость плоского конденсатора пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для определенности возьмем SMD резисторы Vishay, серия CHP, и сравним резисторы 0603 и 1206

0603: площадь B*C=0.85*0.5=0.425мм², расстояние А - 2*D=1.52 - 2*0.38=0.76 мм, отношение площадь/расстояние=0.56
1206: площадь B*C=1.7*0.5=0.85мм², расстояние А - 2*D=3.05 - 2*0.38=2.29 мм, отношение площадь/расстояние=0.37

Следовательно, для большого резистора в данном случае следует ожидать несколько меньшей проходной емкости. Однако с учетом того, что вместо одного 1206 на плату можно поставить два 0603, то проходная получится меньше у двух последовательно включенных мелких резюков. Но при этом отличия не так уж велики и сглаживаются влиянием емкостей дорожек и площадок ПП, имхо.

внимательно статью не читал, но после:


т.е. путаются принципы подключения микросхем и устройств к общей земле - крайне не рекомендовал бы статью.

Посмотрите работы Л.Н. Кечиева,
например "Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры", там все изложено в лучшем виде.



т.е остальные меры по ЭМС приняты?

А поконкретнее не скажете, какие принципы путаются и что в приведенных цитатах на ваш взгляд неверно?


Внимательно книгу не читал (как-никак 616 страниц), но некоторые места покоробили:

стр 20: "уменьшение диаметра отверстия позволило сместить его на контактную площадку". Увы, это тяжкий бред, вызванный, очевидно, полным отрывом от практики. Профессору, конечно, простительно нести такую ахинею. А инженеру было бы стыдно не знать, что переходное отверстие (неважно какого диаметра) на контактной площадке резко изменяет тепловые свойства этой площадки, из-за чего при пайке волной или reflow выход годных получается хреновым. Однако с распространением в последнее время пайки методом vapor phase стало возможным помещать переходные отверстия (любого размера) где угодно, в т.ч. на контактных площадках, поскольку при этом методе вся плата и детали нагреваются совершенно одинаково.

стр 389: "все линии передачи в составе ПП должны иметь одинаковое волновое сопротивление". Г-н профессор, наверное, никогда не разводил платы, на которых есть HS USB (дифпары 90 Ом) и LVDS (дифпары 100 Ом), плюс, например, обычный 100Мбит Ethernet (одиночные линии 50 ом от PHY к трансу)

раздел 5.2, написанный для TTL-логики, вызвал у меня острое чувство ностальгии: вспомнил молодость, 70-80-е годы, когда нам в институте читали всю эту старину. Причем, теми же словами и с теми же "научными рекомендациями": "хорошо бы шины питания делать поширше и покороче". Это очень актуальная была рекомендация для своего времени. Тогда один керамический кондер ставили на 5 или даже на 10 корпусов логики, из экономии денег и места. А шины питания, бывалча, ставили навесные. Товарищ профессор с тех пор так и продолжает давать все те же советы (имхо, этой допотопной дребедени в современной литературе уже нигде и не встретишь). А расстановку развязывающих кондеров вплотную к пинам питания микросхем высокопарно называет "вторым методом".

---- дополнение: блин, да у него там перлы чуть не на каждой странице, "это просто праздник какой-то" (с)

стр 35: "Существуют три основных способа повышения пропускной способности соединения - увеличение тактовой частоты, увеличение разрядности шин при параллельной обработке информации и увеличение скорости распространения сигнала в межсоединениях. ... Увеличение скорости распространения сигнала ограничено параметрами применяемых диэлектрических материалов". Ага, надо только диэлектрик подходящий подобрать, и тогда сигнал можно будет передавать быстрее скорости света. Да, нечасто такое невежество встретишь. Дремучий прохвессор, очевидно, путает полосу пропускания сигнала и скорость его распространения. Просто мрак.

стр 284: "Когда линия достаточно длинная, ее сопротивление может изменяться во времени. Это свойство сильно зависит от сигнала, распространяющегося в линии". Я шизею, дорогая редакция (с)

стр 389: "если для работы требуется несколько питающих напряжений, то для каждого отводится отдельный слой" (печатной платы). Как говорится, "красиво жить не запретишь". Возьмем, к примеру, скромный Циклон 2 или 3, и прикинем, сколько потребуется слоев ПП для разводки его питания, если следовать вредным советам профессора: (1) ядро (2) ФАПЧ аналоговое (3) ФАПЧ цифровое (4) I/O банк(и). Это самое скромное, я уж не говорю о том, что I/O банков много, и часто на них подается разное питание... С учетом земли и сигнальных слоев явно тянет на десятислойку. А я-то, дурак, разводил все на четырех-шести слоях и горя не знал, пока мне труды ученого мужа не подсунули...

стр 410 - профессор "для примера" расчитывает частоту собственного резонанса кондера 10нФ со взятой с потолка индуктивностью выводов 10 нГн. И конечно же, получает жалкие 16 МГц, характерные разве что для выводных кондеров, применявшихся 30 лет назад. Но уже через несколько страниц приводит рис. 5.43, где 10нФ кондер 0603 имеет, судя по всему, резонанс 50 МГц. То есть, соотнести одно и второе, подправить свой липовый расчет "сферического коня в вакууме" и проставить номиналы кондеров на рис 5.43 профессору мозгов не хватило.

Надо полагать, он просто бездумно сваливал в одну кучу разные материалы, сортируя их по темам, а осмысливать их и сводить в единое целое даже не пытался. Может, это и правильная тактика, поскольку том, где он несет явную отсебятину, уровень бреда и невежества просто зашкаливает.

На "мой" (см. ссылку на работу Кечиева, это не мой взгляд), не верно подключать питание микросхемы к полигону, а затем полигон подключать через одно п.о. к слою земли.
верно каждый пин питания подключать к слою земли через п.о. максимально близкое расположенное к пину микросхемы, полигон вообще не обязателен.

А вы почитайте статью внимательнее, там объясняется, зачем это сделано.

Касательно книги Кечиева, то я пока там не обнаружил вообще ничего, относящегося к устойчивости к внешним помехам. Кечиев описывает как разводить высокоскоростные платы. На мой взгляд, типичная компилятивная работа, надергано данных из учебников, статей и аппнотов, вот и получился "оригинальный труд".

Имхо, для создания помехоустойчивых устройств книга Качиева имеет такую же ценность, как советы разработчикам танков о том, как надо делать гоночные машины.

Не могу разобраться, видимо настроение пред-новогоднее.

Предложения вида:
"Обратите внимание на положение микроконтроллера на фиг.9. Он расположен в углу платы, поэтому за счет емкостной связи сквозь него будет течь сравнительно небольшой ток"
ставят в тупик,
причем здесь емкостная связь, чего-то с чем-то, не понимаю.
При такой компановке через КМ не будет течь ток других источников, что и улучшает целостность сигналов.


Да, книга во многом компиляционная, что автор прямо и говорит. вот только учебников/книг подобных (для инженера разработчика) на русском нет, если знаете приведите пример.
если чего-то не нашли, имхо - не искали.


без комментариев

При испытаниях на помехоустойчивость устройство располагается в 100 мм над сплошной земляной поверхностью. По этой причине каждый элемент ПП имеет емкостную связь с землей. При подачена устройство тестовых (помеховых) импульсов через эту емкость протекает помеховый ток, в результате чего на проводниках ПП образуются падения напряжения, способные вызвать сбои. Изменяя компоновку устройства, можно сильно влиять на помехоустойчивость. Компоновка фиг.9 оказывается более помехоустойчивой в частности вследствие того, что по земле в районе проца протекают меньшие токи.

В статье все это разжевано довольно подробно, а у Кечиева об этом, как я понимаю, вообще ничего нет.


Сильный довод...

написанное здесь мне понятно, со всем этим согласен (но это ни как не влияет на сказанное мною ранее).

(з.ы. причитаю статью, после праздников, постараюсь выразиться яснее)

По статье все таки не очень ясно что делать когда:

1. В устройстве сигналы с частотой более 100МГц (фронт гарантировано будет менее 1-2нс)
Такая рекомендация по соединению "чистых" и "грязных" земель сама по себе сделает устройство не работоспособным.

2. Пусть все устройство находиться в металлическом корпусе.
Почти всегда максимально плотное соединение с корпусом будет лучшим выбором.
При этом от пластины на корпус есть емкость. Корпус может выполнять роль экрана, но к его подключение к устройству сама по себе проблема.

Понятно что нет рекомендаций на все случаи жизни и статья на это не претендует. Но в статье четко не обозначены границы применимости.

Даже если в устройстве есть сигналы с частотой более 100 МГц, чаще всего сами они не выходят наружу и поэтому все могут находиться на "чистой" земле. В этом случае разделение земель никак не повлияет на работоспособность.

Случаи, когда скоростные сигналы выходят наружу по меди, я бы подразделил на две категории:
- Когда это сделано безосновательно, вследствие дурного проектирования системы в целом. Это лучше всего лечится на системном уровне, в частности, путем перехода на оптоволокно и т.п.
- Когда в этом есть реальная нужда - например, нужно использовать eSATA, SS USB, HS USB, гигабитный Эзернет, и т.п. В этом случае можно посоветовать не пытаться "выпрыгнуть из штанов", а заранее смириться с тем, что помехоустойчивость устройства будет не лучше, чем у других, имеющих дело с теми же выходящими наружу интерфейсами. Для оффиса и лаборатории сойдет, а вот рядом со сварочным аппаратом это работать не будет. И все же, даже для этого случая макс. помехоустойчивости можно достичь если следовать рекомендациям статьи.

Я хорошо понимаю логику людей, которые в статьях и книгах дают "универсальный" совет делать землю эквипотенциальной, не разрезать и не секционировать ее. Совет простой и понятный, и если ему следовать, то устройство будет гарантированно работоспособным и в автора никто не бросит камень. А то, что помехоустойчивость такого устройства будет довольно посредственная, так что ж с того. А вот если начать объяснять, как разделять земли, то обязательно кто-нибудь поймет объяснения превратно и сделает разводку хуже, чем простая эквипотенциальная.


Границы применимости приведенных в статье примеров, по-моему, очевидны. А границы применимости "теоретической части" статьи я затрудняюсь провести, там все в достаточно общем виде расписано.

По статье занозил рис. 13
Если отбросить то что сейчас все в BGA и взять QFP с таким соединением на землю, то развязывающие конденсаторы займут все внешнюю область. Так как при таком включении надо будет пробросить выводы питания (землю) сразу на конденсаторы через выводы на внешнюю сторону. И проблем с SSN это все равно не избавит.
На мой взгляд есть достойный перевод книги Уилльямса "ЭМС для разработчиков продукции" (он соавтор в серии книг по ЭМС).
Там изложены подходы, их область применимости и минусы.

Если обратно к статье, то для импульсов 10нм длина волны будет вообще 3м (пусть это будет плоская поляризованная волна).
Лямбда на 20 даст 15см. Пусть она идет в FR4 между слоями, тогда 4см. Если кварц сделан не дальше 2см от проца, то проблем быть не должно. Если к реалиям, то это может быть 1-2нс, это уже 5мм. При монтаже на автоматах 5мм зазор между компонентами уже не проблема.
Хотя конечно любое решение имеет свою цену (хорошие ПП и конденсаторы стоят дорого).
Если надо подавлять помехи, то наверное лучше иметь на всех сигнальных линиях high loss ferrite (ферритовые бусины) плюс конденсаторы на правильное заземление. Использование common-mode choke надо аккуратно, обычно отгребаешь больше проблем чем помощи.
Все конечно имхо и я могу сильно ошибаться (у каждого свой путь и своя вера).

Ага. Я именно так и делаю, развязывающие кондеры вплотную к пинам питания. Они занимают существенную часть ближнего периметра мелкосхемы, все остальное там размещается "по остаточному принципу".
Что же касается земли, то на этом рисунке приведен, конечно же, "низкоскоростной" узел и подразумевалась двухсторнняя ПП. Для скоростной схемы ПП должна быть многослойной, и для нее общих рекомендаций дать нельзя, надо по месту смотреть.


Рис.12 и описание к нему не абстрактно-умозрительные, а отражают опыт, полученный в ходе разработки конкретного устройства. В первом варианте соединения земляного полигона устройство сбоило при одном уровне инжектируемых EFT помех, во втором - робастность значительно выросла и устройство сбоило уже при гораздо большем уровне помех. Разница была раза в полтора, если склероз не изменяет.


Это если бы помеха наводилась как радиоволна. А она тупо прикладывается к выводам как падение напряжения на индуктивности земляных проводников. Поэтому длина волны никакой рояли не играет.


Я вас разочарую: в подавляющем большинстве случаев ферритовые бусины на помехоустойчивость влияния практически никакого не оказывают. Реально они нужны для того, чтобы гасить излучаемые помехи.

Аналогичные вашему мнения касательно бусин, к сожалению, широко распространены, но они относятся к категории "инженерного фольклора" (иными словами - к "танцам с бубном").

Наверное все же о рис. 13 идет речь. Спасибо, буду учитывать что это имеет практическое право на жизнь.

По бусинам: Стартовать надо от RC. Ферритовая бусина не вместо R, а вместе с R.
Переход должен быть от нормально установленного RC (заземление где надо, номиналы какие надо) к RLC.

По common-mode choke они помогают на входе изолированных DC-DC. Можно значительно снизить CM ток.
На сигнальных линиях как защита от CM как-то не помогает, и дифф. линии наружу не часто выходят.
При попытке улучшить CAN с помощью CMC остался негатив, хотя тогда наверное не умел готовить.

Тут какое-то недоразумение, в статье последний рисунок идет под номером 12


Бусина имеет довольно низкий импеданс и в качестве барьера сама по себе малопригодна. Если же включать бусину последовательно с резистором, то лучшего эффекта можно достичь если вместо бусины поставить второй резистор: проходные емкости у них одинаковые, а бусина дороже. Иногда бусину приходится ставить просто от безысходности: когда хоть какой-то барьер хочется иметь, а резистор поставить нельзя. Обычно это случается с каким-нибудь выходом.

Да, действительно 12. Я смотрел оригинальную статью в схемотехнике (там этот рисунок имеет номер 13).

Ребята, может подскажете как че избавиться от перзаглючивания схемы описана проблема в посте 7 на страничке http://electronix.ru/forum/index.php?showt...mp;#entry994850