Tính toán thiết kế cho EE dày dạn

Các nhà thiết kế dày dạn có xu hướng thực hiện một số lượng tính toán hợp lý hoặc là phần lớn các mạch được thiết kế trực quan? Tôi đang hỏi bởi vì có vẻ như các kỹ sư thiết kế có xu hướng hiểu được giá trị nào bạn muốn có ở đây, điện trở ở đó, cho các phần chung của mạch. Nếu đó là trường hợp bởi vì họ chỉ tái chế thiết kế? Đối với người mới, đây là tâm trí thổi. Mặc dù vậy, những cuốn sách như Nghệ thuật Điện tử dường như khuyến khích cách tiếp cận thực hiện các phép tính gần đúng khi đang bay.

Tôi là một kỹ sư điện chuyên nghiệp, người thường xuyên thiết kế các mạch mới để sản xuất khối lượng, và đã được hơn 35 năm.

Có, tôi thường xuyên làm các phép tính để xác định các thông số kỹ thuật chính xác của phần. Cũng có nhiều trường hợp kinh nghiệm và trực giác đủ tốt và các yêu cầu đủ lỏng để tôi chỉ chọn một giá trị. Đừng nhầm lẫn rằng với một giá trị ngẫu nhiên, mặc dù.

Ví dụ, đối với điện trở kéo xuống trên dòng MISO của bus SPI, tôi sẽ chỉ xác định 100 kΩ và được thực hiện với nó. 10 kΩ cũng sẽ hoạt động tốt và người khác chọn cũng không sai. Nếu tôi đang sử dụng điện trở 20 kΩ ở nơi khác, thì tôi có thể chỉ định một điện trở khác trên dòng MISO để tránh thêm một phần khác vào BOM. Vấn đề là đôi khi bạn có rất nhiều thời gian, và trực giác và kinh nghiệm là đủ tốt.

Mặt khác, nhìn vào sơ đồ của thiết kế mới nhất của tôi, mà tôi đang ở giữa đưa lên các bảng đầu tiên bây giờ, tôi thấy một trường hợp tôi đã dành thời gian không chỉ xác định giá trị một phần mà còn tính toán kết quả của phương sai trên phần còn lại của hệ thống. Có ba trường hợp hai điện trở được sử dụng trong phản hồi cho một nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi. Đây là vấn đề diễn đạt như bài tập về nhà:

Ngưỡng đầu vào phản hồi của chip powerupply là 800 mV ± 2%. Bạn đang sử dụng ba phiên bản của con chip này, để tạo ra các bộ nguồn 12 V, 5 V và 3,3 V. Trước đây bạn đã quyết định sử dụng khoảng 10 kΩ cho điện trở dưới của mỗi bộ chia điện áp. Xác định các thông số kỹ thuật điện trở đầy đủ trong từng trường hợp và xác định điện áp cung cấp danh nghĩa tối thiểu / tối thiểu. Dính vào các giá trị điện trở có sẵn. Sử dụng 1% nếu phù hợp và thông số kỹ thuật phù hợp.

Đó là một vấn đề trong thế giới thực mà chỉ mất vài phút với máy tính. Nhân tiện, tôi xác định rằng 1% điện trở là đủ tốt. Đó thực sự là những gì tôi mong đợi, nhưng dù sao cũng đã tính toán để đảm bảo. Tôi cũng lưu ý phạm vi danh nghĩa đầy đủ cho mỗi nguồn cung ngay trên sơ đồ. Điều này không chỉ có thể hữu ích để đề cập sau này, mà còn cho thấy vấn đề này đã được xem xét và các tính toán được thực hiện. Tôi hoặc ai đó sẽ không phải tự hỏi một năm sau đó, khả năng chịu đựng của nguồn cung cấp 3,3 V là gì, và thực hiện lại các phép tính.

Đây là một đoạn trích từ sơ đồ hiển thị trường hợp được mô tả ở trên:

Tôi chỉ chọn R2, R4 và R6, nhưng đã thực hiện các tính toán để xác định R1, R3 và R5 và kết quả là các phạm vi danh nghĩa cung cấp điện.

Đã thêm về các phần SHx (phản hồi bình luận)

Các bộ phận SH là những gì tôi gọi là "quần short". Đây chỉ là đồng trên bảng. Mục đích của họ là cho phép một mạng vật lý duy nhất được chia thành hai lưới logic trong phần mềm, đó là Eagle trong trường hợp này. Trong cả ba trường hợp trên, các bộ phận SH kết nối mặt đất cục bộ của nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi với mặt phẳng trên mặt đất.

Chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng có thể có dòng điện đáng kể chạy trên cơ sở của họ, và những dòng điện này có thể có các thành phần tần số cao.

Phần lớn hiện tại chỉ lưu hành tại địa phương. Bằng cách làm cho mặt đất cục bộ thành một mạng riêng biệt được kết nối với mặt đất chính ở một nơi duy nhất, các dòng điện tuần hoàn này nằm trong một mạng cục bộ nhỏ và không đi qua mặt phẳng mặt đất chính. Mạng lưới mặt đất địa phương nhỏ tỏa ra ít hơn rất nhiều và dòng điện không gây ra sự bù đắp trong mặt đất chính.

Cuối cùng, nguồn điện phải chảy ra khỏi nguồn điện và trở lại qua mặt đất. Tuy nhiên, dòng điện đó có thể được lọc nhiều hơn so với dòng điện tần số cao của nguồn điện chuyển mạch. Nếu được thực hiện đúng, chỉ có dòng điện đầu ra hoạt động tốt của bộ chuyển đổi làm cho nó ra khỏi vùng lân cận ngay lập tức với các phần khác của mạch tổng thể.

Bạn thực sự muốn giữ dòng điện tần số cao cục bộ ra khỏi mặt phẳng chính. Điều đó không chỉ tránh được điện áp mặt đất mà các dòng điện này có thể gây ra mà còn ngăn không cho mặt đất chính trở thành ăng ten vá. May mắn thay, nhiều dòng chảy mặt đất khó chịu cũng là địa phương. Điều đó có nghĩa là chúng có thể được giữ cục bộ bằng cách kết nối mạng lưới mặt đất cục bộ với mặt đất chính chỉ trong một điểm.

Các ví dụ điển hình về điều này bao gồm đường dẫn giữa mặt đất của nắp bypass và chân tiếp đất của IC mà nó đang bỏ qua. Đó chính xác là những gì bạn không muốn chạy trên mặt đất chính. Đừng chỉ kết nối mặt đất của nắp bỏ qua với mặt đất chính thông qua. Kết nối nó trở lại mặt đất IC thông qua đường ray riêng hoặc mặt đất cục bộ, sau đó kết nối nó với mặt đất chính ở một nơi.

Tôi chủ yếu làm công cụ thị trường công nghiệp và thương mại khối lượng thấp, vì vậy điều này có thể khác ở nơi khác.

Ít nhất 75% của một sơ đồ điển hình thường là xây dựng loại kỹ thuật khối, "Tôi cần một đường ray 5V ở 3A, 5%, tôi có 15V", gần như không có điểm nào trong việc thiết kế, khi Ti / Tuyến tính / Micrel có tất cả đều có thiết kế hoàn toàn tốt trong bảng dữ liệu của họ, đó chỉ là một trường hợp chọn một (Và sự lựa chọn thường không quan trọng lắm). Tất nhiên tôi có thể thiết kế từ các nguyên tắc đầu tiên, nhưng đó không phải là những gì tôi được trả tiền cho.

Điều tương tự áp dụng cho nhiều hệ thống con khác.

Sau đó là các trường hợp "Nó chỉ cần có đúng độ lớn", kéo lên và kéo xuống cho cmos, điện trở loạt cho đèn LED chỉ báo, những thứ như vậy. Thực tiễn thông thường của tôi ở đây là bỏ qua những điều này cho đến khi tôi thấy những giá trị nào tôi cần ở những nơi đó thực sự quan trọng, sau đó chọn thứ gì đó từ những giá trị đó nếu có thể. "Bật đèn LED, màu xanh lá cây, đường sắt 12V? Ok, đèn led sẽ giảm một vài volt hoặc ít hơn, và tôi có thể muốn một nơi nào đó trong phạm vi 1 - 10mA hoặc hơn, vì vậy bất cứ nơi nào trong khu vực của K sẽ ổn, oh nhìn tôi cần một điện trở 3k9 cho bộ lọc đó, một trong số chúng sẽ hoàn thành nó ".

Bí quyết thực sự là biết khi nào 'ngón tay trong không khí' đoán sẽ KHÔNG cắt nó, thường là những thứ như bộ lọc, mạng phù hợp và mạch thời gian, pll và những thứ phản hồi khác liên quan đến dịch chuyển pha đáng kể có thể là nơi khó đoán. Những nơi như thế mà bạn thực sự cần phải học toán (Thông thường matlab / scilab / quảng cáo sẽ hoàn thành công việc, không cần thực sự nhớ nhiều bảng tích hợp tiêu chuẩn ngoài trig rất cơ bản).

Nó thực sự khá hiếm (và rất hay khi nó xảy ra) khi kết thúc ở nơi điện tử gặp vật lý gặp toán học, chắc chắn nó xảy ra, mất calcs, calcs nhiễu khi làm tương tự, nhưng điều đó, nhưng đó có thể là 10% của một thiết kế, phần còn lại thường là công cụ cắt cookie.

Đặc biệt khi sử dụng IC tương tự, thông thường sẽ có một hoặc nhiều mạch ứng dụng được đề xuất trong biểu dữ liệu. Ví dụ, tôi hiện đang thiết kế một máy thu Qi cho một dự án. Các tụ điện trong vòng cảm ứng phụ thuộc vào một số biến và biểu dữ liệu cung cấp một số phương trình để xác định giá trị của chúng:

Vì vậy, nó chỉ là một vấn đề cắm vào các con số, sắp xếp các mạch và thử nó.

Đối với thiết kế tương tự, chúng tôi thực hiện các tính toán cho hầu hết các phần. Một số thứ, như ghép và bỏ qua / tụ lọc chúng ta có thể chỉ cần chọn một giá trị "điển hình", biết rằng nó sẽ hoạt động cho ứng dụng. Nhưng lưu ý rằng "điển hình" sẽ khác với các mạch DC, âm thanh và radio - đây là điều chúng ta phải làm quen.

Đối với điện trở thiên vị và đạt được chúng ta thường làm các phép tính. Tôi làm chúng bằng tay, vì các phương trình rất đơn giản. Thông thường chúng tôi muốn mạch "đạt được khoảng 10", vì vậy các tỷ lệ đủ đơn giản để thực hiện trong đầu của bạn và các giá trị (1K so với 1Meg) được chọn cho loại mạch.

Độ chính xác được yêu cầu bởi ứng dụng của bạn, là những gì chỉ ra số lượng tái sử dụng, thiết kế trực quan và / hoặc thiết kế chính thức mà người ta sẽ sử dụng. Một ví dụ về mỗi loại là: bộ khuếch đại âm thanh, bộ khuếch đại nhiễu thấp cho TV và bộ khuếch đại nhiễu cực thấp cho kính viễn vọng vô tuyến. Cần phải rõ ràng rằng thiết kế của bạn "chính thức / chính xác" như thế nào, tùy thuộc vào mức độ "quan trọng" của ứng dụng (cũng như thời gian và tiền bạc dành cho thiết kế).