(Этот вопрос возник у меня в результате другого вопроса здесь.)

Я обычно привередлив в использовании разъединительных конденсаторов рядом со всеми выводами питания на микросхемах, больших и маленьких, аналоговых или цифровых. Я также использую силовые и заземляющие плоскости в конструкциях печатных плат, когда это возможно. Как правило, я стараюсь использовать «хорошую практику», чтобы получить надежную надежную конструкцию. И, насколько я могу судить, я добился успеха.

Вопрос в том, каковы показатели неадекватной развязки. Предположим, я решил не включать заглушки байпаса на выводы питания микроконтроллера или CAN-трансивера, или что-то еще.

Есть некоторые очевидные индикаторы, такие как самопроизвольный сброс микроконтроллера, но должны быть более тонкие проблемы, которые я мог бы даже не увидеть или не приписать неадекватной развязке.

Симптомы таковы, что в большинстве случаев все будет хорошо, за исключением того, что иногда это может быть не так. Это может зависеть от данных и очень трудно воспроизвести.

Подумай о том, что происходит. Какой-то чип неожиданно увеличил свой текущий спрос. Это привело к тому, что его непосредственное напряжение питания упало до некоторого уровня, когда правильная работа больше не гарантируется. Даже если это не так, быстрое изменение напряжения питания может вызвать проблемы.

Очень трудно предсказать, что это за проблема, и при каком пороге напряжения или производной напряжения она возникает. Строка данных может быть временно интерпретирована в неправильном состоянии. Триггер может быть перевернут. Вы не знаете Что бы ни происходило, это также зависит от температуры, даже от неравномерного нагрева матрицы. Попробуйте воспроизвести это точно от одного теста к другому.

Таким образом, суть в том, что все может стать ненадежным. Может быть. Иногда.

Проблемы, которые вы получите, будут сильно различаться в зависимости от используемой схемы и используемых микросхем. Я думаю, что вам лучше всего не искать конкретное проблемное поведение схемы, а просто проверять напряжение Vcc-GND на вашем приборе как можно ближе к выводу ваших микросхем.

Во время работы вы должны увидеть плоскую линию (чистое напряжение постоянного тока). Если вы получаете рябь, это признак того, что ваше разделение недостаточно. Вы должны следить за напряжением для всех состояний, которые может иметь ваша схема, и в течение длительного периода времени. Рябь может появляться периодически во время цифровой передачи только для примера. Кроме того, вы должны повторить это измерение для всех микросхем на вашей печатной плате, даже если они находятся на одной шине питания.

Частота пульсации очень важна, так как она скажет вам, какой конденсатор вам нужен, чтобы ослабить эту специфическую пульсацию. Например, низкочастотная пульсация (ниже 1 кГц) будет легко фильтроваться алюминиевым конденсатором, в то время как высокочастотная пульсация (100 кГц или 1 МГц) будет легче фильтроваться пленочным конденсатором или керамическим конденсатором.

Амплитуда пульсации даст вам представление о том, сколько Фарад должен быть вашего развязывающего конденсатора.

Я думаю, что этот метод является лучшим, чтобы убедиться, что ваша схема не страдает от плохой развязки вместо того, чтобы искать странное / противоречивое поведение схемы.

У меня есть более простой и короткий ответ:

Когда вы обладаете недостаточной властью, вы получите все виды странных проблем, которые обычно не связаны друг с другом и которые на первый взгляд кажется невозможным объяснить.

Этот ответ состоит из 4 частей: джиттер, драйвер Power-Gate-Driver, АЦП и установление dataeye / PAM.

Ваши характеристики джиттера не будут достижимы, а воспроизведение звука будет «шумным». Ваш Phasenoise (иначе джиттер) не будет достижим, и ваша беспроводная связь может даже не синхронизироваться; Ваша частота ошибок по битам или по пакетным ошибкам будет неприемлемой; Ваши дуплексные беспроводные линии связи (предназначенные для одновременной передачи и приема) будут ослаблены, потому что фаза сближения передатчика непосредственно войдет в часть спектра, запланированную для приемника.

Для микросхем привода питания с учетом длинных выводов GND и VDD ожидайте, что рельсы сначала рухнут, а затем будут звенеть вверх, значительно выше VDD. На 5 или 10 вольт, учитывая 3 см провода в выводах Cbypass не для поверхностного монтажа или при отсутствии заземления.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Таким образом ............ самоуничтожение является результатом нелокальных обводных конденсаторов.

Резонансный контур - это индуктивность свинца и внутренняя микросхема C_well_substrate, которая намного меньше, чем Cbypass на печатной плате.

[править] Относительно операционных усилителей и АЦП: Ваши измерения покажут широкий разброс кодов. Ваш Vout операционного усилителя никогда не установится, потому что его VDD звонит на высоких частотах и ​​непосредственно появляется на Vout операционного усилителя, чтобы быть оцифрованным ADC.

Ваш DataEye будет нервным, шумным, с неплоскими вершинами, таким образом, не устраняя межсимвольные помехи, потому что VDD никогда не тихий, никогда не останавливается, и что пульсации VDD подаются прямо через операционные усилители на ваш сигнал, потому что операционные усилители имеют 0 дБ PSRR на высоком (Звонок конденсатора) частоты.

Качество поставок, целостность сигнала и вероятность ошибки!

Если вы уже знаете, что означает DVT, и выполняете строгие DFM, DFT и DVT в отношении спецификаций проекта, возможно, стоит рассмотреть возможность добавления тестирования надежности восприимчивости в свой план проверки проекта. Это включает в себя: приведение напряжения питания в пределы +/- 10% и изменение пределов +/- частоты кристалла для поиска функциональных ошибок (он же тест на графике Шму). - Вы делаете то же самое с hi / lo Temp и высоким% относительной влажности, когда вводите импульсный шум 1A, используя петлю на микросхемах, ища дорожки с высоким импедансом с источниками с высоким импедансом, которые не могут подавить связанный шум.
- Вы можете прослушивать плату с помощью провода заземления зонда, закороченного для того, чтобы опрокидывать и смотреть на анализатор спектра или прицел с максимальной чувствительностью в поисках шума, а затем вводить шум обратно, используя петлю аналогичного размера из генератора импульсов DIY на 1 А для поиска функциональных проблем.

Точно так же, как предсказание, когда стекло расколется, двойные системы в аналоговом мире прекрасно работают, пока оно не сломается.

Чтобы понять границы симптоматических ошибок, нужно понять, где шум приходит и уходит.

ШУМ можно точно измерить и определить погрешность.

• Источники: по проводимости, индукции или C связи
  • проводимые и / или излучаемые шумовые импульсы или радиочастотная (> 30 МГц) или радиочастотная модуляция, импульсные поля EH ($V=Ldi/dt$), Емкостное отношение нагрузка / связь * Шум, внутренняя демодуляция паразитных РЧ, токовая связь соседних дорожек или близлежащих коммутируемых токов, синфазные импульсы, связанные с несбалансированным сопротивлением сигнала / gnd, кондуктивный шум питания и шум gnd return (также известный как сдвиг земли) индуцированный ток $I_c=CdV/dt$, Это также может происходить из-за несоответствия пульсаций импеданса, когда время нарастания,$t_R$меньше, чем опора. задержка,$t_D$ На дороге.

    • ESD для gnd-кадра также является EMI, который связан как сдвиг земли или помехи сигнала.

• направления: помощью проводимости, индукции или соединения C
  • PSRR: каждый затвор имеет линейную зону, но в отличие от операционных усилителей с смещением источника тока, коэффициент подавления шума питания является нелинейным и критичен только при переключении, когда активны драйверы Nch и Pch, и не только вводят шум с любой шины, но проводят шум от либо рельс к выходу. Дифференциальный шум питания между отправителем и получателем подразумевает сдвиг порога для пикового момента перехода во времени, который определяет, могут ли множественные переходы пройти через затвор или нет. Когда переключатель полностью проводящий, полное сопротивление / реактивное сопротивление дорожки может быть намного выше, чем полное сопротивление возбудителя, которое варьируется от 22 до 33 или 50 +/- 20% Ом для различных семейств логики напряжения. (> 300 Ом для устаревшей серии CD4000)

Токи, индуцируемые большими сигнальными петлями, а не шунтируемые через соседние плоскости Cap to Vss: Vdd (плоскости с низкой индуктивностью)

Мы можем предсказать все двоичные результаты связи как отношение аналогового сигнала к шуму, SNR, с функцией вероятности или частотой ошибок по битам. (КОБ).

• Так что же такое SNR логики?

  • 40 дБ - это хорошо (<1% Vpp), 30 дБ - хорошо, 20 дБ - плохо (10% Vpp)

• Есть ли доля ошибок по битам для любого логического сигнала?
  • Да, но обычно это смехотворно велико до тех пор, пока вы не будете следовать Правилам проектирования для силовых / наземных самолетов и развязки крышек. Тогда он может стать практически небольшим, если вы пренебрегаете развязкой или слишком сложны для его расчета, поэтому вы всегда проверяете его на предмет маржи, прежде чем переходить к критическому производству, где высока стоимость отказа.
  • Какой сигнал?
  • Vss, Vdd каждый рассматривается как сигнал к некоторой опорной точке вблизи приема или отправку чипа.
  • Что такое шум?
  • Достаточно маленькое возмущение, которое не так легко увидеть, но достаточно большое, чтобы заставить ваш проект провалиться сразу после его отправки. ;) эквивалент "дует малину"
  • В основном все, что не является сигналом формы сигнала таблицы.
  • Какой порог входа?
  • приблизительно Vss / 2 +/- x% или 1,3 В для 74HCTxx и RS-232 (да, это верно)
  • Что $V_{oh(min)}$ и $V_{ol(max)}$ ?
  • это выходные уровни (hi / lo) в спецификациях IC. для каждого семейства логики, разработанного для обеспечения хорошего запаса шума (В НАИБОЛЕЕ СЛУЧАЯХ). Это не гарантирует, что ваша система не содержит ошибок EMI! Эти уровни при заявленном токе также определяют драйвер Рон или$RdsOn$импеданс (макс.) для Hi (1) и Low (0). Обычно 25 Ом в логике 74ALV и 50 Ом в логике 74HC.
  • Что $V_{oh(min)}$ и $V_{ol(max)}$? Это уровни запаса, определенные для обеспечения надежного переключения.
  • Таким образом, мы видим, что в дизайне логики есть свой запас запаса шума с разницей между этими уровнями и истинным порогом V-го входного переключателя. Для TTL вы можете измерить это на любом плавающем входе с пробником на землю. Для CMOS вы можете протестировать любой вентиль с отрицательной обратной связью R, такой как 1 МОм, и наблюдать это как входной порог в линейной области с усилением напряжения по крайней мере 10 на каждый внутренний вентиль. Ворота NAND имеют 3 ступени инверсии, поэтому имеют линейный коэффициент усиления> 1k. Это было верно для всех семейств CMOS, которые я видел.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Не показано ЭПР на 100 Ом диодов и входной емкости, а также много других деталей.

Есть веские причины использовать отдельную плоскость питания и заземления как можно ближе друг к другу, чтобы увеличить емкость между ними. Квадратная индуктивность одинакова для всей печатной платы или крошечного чип-конденсатора. Есть веские причины для выбора 0,01 мкФ, а не 0,1 мкФ, и наоборот, если вы выбираете керамику, SRF с синхронными тактовыми токами и компоновкой треков. Вы можете судить о проблеме с шумом, измеряя при помощи петли прицела и измеряя целостность сигнала источника без зажима заземления, используя наконечник с наконечником 1 см и бочки на датчике 10: 1> 300 МГц.

Научитесь проверять уровень шума в каждом дизайне

• обычно планируется в DVT, даже если у вас есть много опыта EMI. В непосредственной близости (1 см) тест РЧ-нюха и инжекция шума.

Помните, что в вашей схеме расстояние петли не только определяет индуктивность пути, но и площадь петли определяет уровни шума поля EH.

Функциональные признаки ошибок логического шума - это что-то неожиданное, когда вы меньше всего этого ожидаете