MNEN Koncepce návrhu přístroje Ing. Pavel Šteffan
Obsah Zásady návrhu Základní doporučení při návrhu DPS Rušení a vazby mezi bloky Příklad návrhu a volby součástek
Zásady návrhu
Návrh zařízení je souhrn několika činností jdoucích za sebou v uceleném pořadí.
Je nutné dodržet správnou koncepci a uspořádání jednotlivých částí systému.
Zásady návrhu Při návrhu je dobré dbát na tyto požadavky:
technologické (co je možné vyrobit, požadavky na testování a pájení), funkce a eliminace parazitních vlivů (elektromagnetická kompatibilita) odvod tepla a hlučnost estetické hledisko cenu.
Zásady návrhu
Nekoncepční uspořádání
Koncepční návrh 1.
2. 3.
4.
Rozmístíme součástky, které zabezpečují mechanickou funkci (trimry, potenciometry, cívky s dolaďovacími jádry apod.). Předběžně rozmístíme součástky dle schématu zapojení – zjistíme nežádoucí vazby. Součástky válcového tvaru (R, C) umístíme v jednom směru, popřípadě ve dvou směrech na sebe kolmých. Návrh rozložení součástek a propojení v měřítku 1:1
Je nutné dodržet na tyto zásady:
Výstup a vstup jednoho stupně nesmí být příliš blízko sebe, aby nedocházelo k nežádoucím vazbám. Spoje musí být co nejkratší a pokud možno, by se neměly křížit. Pokud je křížení nutné, zvážit jestli nelze řešit přemostěním součástkou. Vývody z desky umísťovat tak, aby napojení na zdroj a případně další desky bylo co nejkratší. Polovodičové součástky a součástky citlivé na teplotu, jako cívky a keramické kondenzátory laděných obvodů, byly co nejdále od zdroje tepla.
Společný pól zdroje, většinou záporný – se snažíme vést tak, aby procházel mezi místy, mezi nimiž by měla vzniknout nežádoucí vazba. Pokud se na desce vyskytnou spoje přenášející větší napětí, zvětšíme izolační mezeru mezi spoji a ostatními okolními plochami a snažíme se, aby se omezila možnost indukovaných rušivých napětí a poruch. Je dobré se vyhnout souběžnému vedení dvou nebo více rovnoběžných spojů, pokud jimi protéká střídavý proud
Základní doporučení pro návrh spojů:
Použití dostatečně velkých izolačních mezer, šířek vodičů a velikosti pájecích plošek Volit jednoduchý tvar pájecí plošky Společné pájecí plošky pro více součástek nezaručují dobrou pájitelnost Pájecí body ve velkých plochám mědi se špatně pájí; proto se doporučuje použití normální pájecí plošky s izolačním prstencem a k propojení s okolní mědí použít dvě až čtyři spojky
U analogových obvodů využívat plynulé tvary plošných vodičů U digitálních obvodů musí vodiče sledovat souřadnice sítě, vodiče lze lomit pouze pod úhlem 45 stupňů, přičemž body zlomu se musí krýt s průsečíkem souřadné sítě Doporučená šířka vodičů 0,8 mm až 1 mm (u vodičů širokých 3 mm může vzniknout potíž při pájení vlnou) Šířka izolačních mezer se doporučuje 1 mm; na každých 150 V rozdílu potenciálu má být izolační mezera alespoň 0,75 mm. Zachovávat dostatečnou vzdálenost vodičů od hran desky Obrysy označit rohovými značkami Je nutné počítat s tím, že se v důsledku výroby (podleptáním) zmenšuje šířka vodiče o 10 μm až 20 μm, při použití kovové masky o tloušťce 15 μm se šířka vodičů nárůstem kovové masky rozšiřuje o 20 μm až 30 μm.
Doporučená orientace pouzder A) Dvouvrstvá deska
B) Vícevrstvá deska
Rozdělení plochy DPS A) Deska procesoru
B) Deska rozhraní
C) Deska paměti
Rušení – vazby mezi bloky Vazba mezi zdrojem a příjemcem může být: • galvanická (vodivostní) • kapacitní (elektrostatická) • induktivní (magnetická) • elektromagnetická (radiační). s Ce
EMISE
ta
z
en ář
ím
Cesta zářením
Cesta vedením
Galvanické vazby Uplatňují se na společných vodičích, kterými jsou nejčastěji vodiče napájecí nebo uzemňovací. Průtokem proudu, který je zdrojem rušení (např. impulsy ze spínaného zdroje, z hodinového oscilátoru, apod.), vzniká na odporu parazitní napětí, které se tak dostává do rušeného obvodu.
Kapacitní vazby A) Správný návrh
B) Špatný návrh
Vznikají mezi vodiči vedenými blízko sebe, hlavně pak mezi vodiči vedenými ve větší délce paralelně, např. ve svazcích vodičů, v kabelech nebo na deskách plošných spojů.
Induktivní vazby • Pozorujeme tam, kde rušící proud protéká smyčkou a rušený obvod obsahuje také smyčku (prostorově blízkou). • Vazba je tím silnější, čím je větší plocha obou smyček. • Induktivní vazba také vzniká, když přijímací smyčkou prochází rozptylové magnetické pole transformátoru nebo tlumivky. A) Správný návrh
B) Špatný návrh
Obr 8.7.: Magnetické rušení
Elektromagnetickou vazbu
působí šíření elektromagnetické vlny buď po vedení, nebo volným prostorem. Jako vedení poslouží elektromagnetické vlně elektrovodná síť, napájecí vodiče, někdy i vodiče uzemňovací nebo signálové (které přenášejí žádaný signál z jedné části do jiné). Jako anténa fungují jednak vodiče, jednak proudové smyčky. Elektromagne-tická vazba je typická pro přenos rušivých signálů mezi prostorově oddělenými zařízeními, zatímco vazba galvanická je spíše typická pro přenos rušivých signálů v rámci jednoho zařízení.
Změna impedance zeměním impedance Z = vysoká
B) impedance Z = nízká
Obr. 8.8: Změna impedance zemněním
Příklad návrhu Reset
230 V
PC zdroj „silverbox“
12 V
CPU ventilátor
VRM Procesor
5V
Teplotní senzor Generátor hodinového kmitočtu
Nap. regulátor
Nap. regulátor
AGP port
SM / I2C sběrnice
Severní most
Paměť. rozhraní DDR
Paměťová sběrnice
SM / I2C sběrnice
PCI sběrnice Nap. regulátor
LPC sběrnice
Jižní most USB
Super I/O
Lokální DC/DC
Chlazení zap./vyp.
Paměť. moduly
VRM - (voltage reference modul)
Zajišťuje napájení pro procesor, Vzhledem k výkonu který musí dodávat je tvořen spínaným výkonovým regulátorem PIP250M, jde o precizní regulátor s výstupním napětím 0,8 V – 5 V, schopným dodávat proud 15 A. Účinnost tohoto spínaného zdroje je 92 %.
Lineární napěťové regulátory
Zajišťují přesná napětí s menším výkonem. Lze použít liární low-drop regulátory typu LP2980 s max. zatížitelností 50 mA a přesností 0,5 %. Tyto regulátory se používají i v mobilních aplikacích, proto jsou vybaveny funkcí sleep, která v případě, že dané napětí není potřeba sníží spotřebu regulátoru na méně než 1 μm.
Resetovací obvod
Obvody řady MAX 705 s délkou pulzu 200 ms.
Elektrostatické ochrany ESD Chrání vstupy sběrnice proti elektrostatickému výboji. Pro ESD ochranu se využívají nízkokapacitní diodová pole, typu PESDxL4UG (např. PESD3V3L4UG), které dokáží ochránit vstupy do napětí přesahující 20 kV.
Sledování teploty
během provozu základní desky dochází k zahřívání není rozhodující přesnost měření, proto používané senzory měří teplotu s přesností ± 2,0 °C. Pro měření se využívají teplotní senzory LM75A a NE16xx. Oba typy mají digitální výstup, velmi malou spotřebu a podporují zavedený průmyslový standard.
USB port
Na základních deskách se využívají obvody ISP1561BM. Tento obvod v sobě integruje dva originální Open Host Colntroller Interface (OHCI) s datovým přenosem 1,5 Mbit/s nebo 12 Mbit/s a jeden rozšířený Enhanced Host controller Interface (EHCI) s definovaným tokem 480 Mbit/s a čtyři sběrnicové přijímače a vysílače, které vyhovují vysokorychlostní komunikaci USB. Obvod umožňuje přímou komunikaci se sběrnicí PCI.
Napájení sběrnice pro paměti DDR Využívají se obvody ukončení sběrnice tzv. Bus Termination Regulators Zajišťují správná napětí na celé datové sběrnici. Mezi tyto obvody patří NE57810
Převaděč sběrnice úrovní GTL Převádí úrovně GTL procesoru XeonTM na LVTTL (Low Voltage TTL). Název obvodu je GTL2006, obvod navíc podporuje dvouprocesorové aplikace.
