• Концепт

• Электроквиз I

• Электроквиз II

• Электроквиз III

Очередной электроквиз достиг публикации.
На этот раз состав участников весьма полярный: есть как обладатель кармы +525 и автор свыше 100 статей, так и участник с кармой +2 и нулём статей; как DIY-любители, так и представитель бизнеса, связанного с электроникой; как завсегдатаи Хабра, так и человек, узнавший об электроквизе на JoyReactor.

К сожалению не обошлось без некоторых шероховатостей. Я не артикулировал, не напомнил об ограничении на использование интернета при ответах на чужие вопросы. В результате у двух участников некоторые ответы (полностью или частично) опираются на сведения из Гугла, Википедии и LLM, полученные непосредственно в ходе электроквиза. В следующий раз я обязательно проговорю этот важный аспект отдельно. Ну а сейчас подобные ответы просто будут промаркированы.

Отмечу, что вопрос использования/не_использования инженером внешних информационных ресурсов, а также соотношения того, что ему стоит помнить с тем, что он не помнит, но знает где найти, неоднозначен. Лично я не прочь бы обсудить данный вопрос.

Также поступила пара предложений включить отдельным участником LLM, сравнить качество её ответов с ответами живых участников.
На мой взгляд интересное дискуссионное предложение.

В остальном всё как и в предыдущие раз: 15 участников, 15 электротехнических вопросов и ответы на них.

1. Если подключить провод к источнику напряжения, в нем возникнет электрическое поле, заставляющее электрон двигаться. Зависит ли приложенная к электрону сила от длины проводника и почему?

   Ответы

   • Не знаю

   • Фух, вообще хз. Я не понял вопроса. Как подключён к источнику напряжения? Он замкнут или нет?

   • Отличный вопрос. Я затрудняюсь сходу ответить на него. Но мне кажется, что будет зависеть, так как источник напряжения будет поддерживать напряжение на концах проводника, а ток будет зависеть от сопротивления проводника, которое будет зависеть от его габаритов (сечения, длины и т.д.)

   • Если речь об источнике напряжения, то зависимости быть не должно, была бы в случае источника тока

   • Зависит, так как длина кабеля напрямую влияет на его сопротивление

   • Не зависит, я думаю. Но объяснить не смогу, теорию электричества я намертво забыл

   • Не знаю

   • Тут стоит вспомнить задачу про батарейку, два провода по 300000 километров в разные стороны, метр вперёд и еще два провода по 300000 километров, которые подключены к лампочке. Через какое время загорится лампочка при замыкании цепи около батареи? Я не до конца понимаю физику полей, хоть и смотрел объяснения мэтров о том, что происходит в цепи. Поэтому однозначного ответа на изначальный вопрос у меня нет

   • Закон Ома подталкивает написать, что зависит. Но поле то плюс‑минус однородное, а не как у точечного заряда. Я бы сказал, что не зависит

   • Не считая омического сопротивления проводника - нет. Электрическое поле сосредоточено в самом проводнике, поэтому потенциал и электростатическое поле распределены как в бесконечном плоском конденсаторе

   • Приложенная к электрону сила зависит только от напряжения, если я правильно понимаю. Почему? Не знаю

   • Предполагаю, что электрическое поле будет уменьшаться с увеличением длины провода

   • Если идеален провод, то поле в нём нулевое, и сила нулевая. Не зависит. Если идеален источник, то поле и сила - это вольты/метры. Зависит

   • (участник использовал LLM) При увеличении длины проводника возрастает общее сопротивление всей цепи, что снижает ток и уменьшает плотность потока электронов, однако непосредственное воздействие электрической силы на каждый отдельный электрон остается примерно постоянным, поскольку оно обусловлено главным образом полем, созданным источником напряжения. Поэтому приложенная к каждому отдельному электрону сила не зависит прямо от длины проводника, хотя общие характеристики прохождения тока меняются пропорционально длине

2. Что такое летающий конденсатор?

   Ответы

   • Первый раз слышу подобный термин. Возможно, речь идёт о каком-нибудь ёмкостном датчике положения (а может — звука), который представляет из себя конденсатор, одна обкладка которого сделана подвижной и закреплена на каком-нибудь гибком элементе

   • Не знаю

   • Не знаю. Впервые слышу такое название. Возможно, это некий жаргон про какие-то переключающиеся конденсаторы, как использовались в физике RS232 и подобных

   • Насколько помню, это какая-то схема преобразователя напряжения

   • Видимо, имеется в виду конденсатор преобразователя напряжения по топологии на переключаемых конденсаторах

   • Конденсатор, напрямую с обоих выводов соединенный с переключателями, релейными, либо иными

   • Это конденсатор, который запасает питание гальванически изолированной часть схемы. И заряжается, когда это удобно

   • Летающим конденсатором называется схема где емкость при помощи ключей переносит энергию между разными участками схемы. Например это bootstrap емкость

   • Летающий конденсатор - конденсатор, который переключается между источником напряжения и нагрузкой. Таким приемом можно, например, удваивать напряжение, или делать из однополярного питания двухполярное

   • Конденсатор, оба вывода которого ключами коммутируются к различным потенциалам. Например, так можно обеспечить какую-никакую гальваническую развязку частей схемы, или использовать для повышения - понижения напряжения. Или для балансировки заряда в аккумуляторах

   • Насколько помню, это конденсатор, который осуществляет перенос заряда из одной части схемы в другую в зарядовых насосах. Там четыре ключа, включенные двумя полумостами, между которыми этот конденсатор и подключен. Позволяет эффективно инвертировать входное напряжение, например, при не очень большом (единицы миллиампер) потреблении без использования индуктивностей. Или удваивать входное напряжение

   • Так же переключаемый конденсатор. Часто используется в схеме вольтдобавки ,кога конденсаторы заряжаются от источника питания, потом подключаются последовательно и разряжаются на выходной конденсатор. По такой схеме так же делают маломощные источники отрицательного напряжения

   • Летающий конденсатор это устройство в котором конденсатор подключается в цепь питания то последовательно, то параллельно. Бывают аналогичные схемы с 2 конденсаторами. Суть в том, чтобы сначала зарядить конденсатор до напряжения 1U, а потом изменив подключение получить на выходе 2U

   • Зарядовые насосы бывают разных типов. Есть и с летающим конденсатором (flying capacitor).
     Другой вариант ответа - на иллюстрации :)

   

3. Если зачистить многопроводной кабель (обычно такое встречается в силовых), то внутри можно обнаружить некий белый порошок, которым обсыпаны провода внутри. Что это за вещество и зачем его туда насыпают?

   Ответы

   • Не знаю

   • Не знаю, наверно, пожароопасность снижает

   • Точно не знаю, вероятно некоторый ингибитор горения, чтобы при воспламенении провод быстрее затухал и не поддерживал горение

   • Это тальк, им обсыпают провода при изготовлении кабеля. То ли чтобы лучше скользили, то ли наоборот, чтобы не скользили

   • Не знаю, но думаю, что-то типа талька. Для того, что бы провода при производстве не спекались между собой

   • Что за вещество сказать не смогу. Предполагаю, что оно нужно чтобы не слипались кабеля и лучше гнулись (снижение трения)

   • Не знаю. Наверное, что-то вроде смазки, чтобы при изгибе жилы не терлись друг по другу

   • Наверное, тальк. Чтобы медь не прилипала к изоляции, и провод лучше гнулся

   • - Это контрабанда
     - Это детская присыпка, чтобы попка вашего малыша была в сухости и сохранности
     - Это нужно, чтобы было проще снимать внешний слой изоляции. А то внешний слой изоляции может склеиться с изоляцией внутренних проводов

   • Мягкий минерал, например тальк. Нужен в качестве сухой смазки и сурфактанта, чтобы жилы не терлись и не слипались

   • Тальк, чтобы при изгибе кабеля провода соскальзывали друг по другу, а не тёрлись

   • Предположу, что это тальк, чтобы улучшить гибкость проводов для предотвращения слипания жил провода

   • (участник использовал Гугл) Для улучшения свойств кабеля. Улучшают теплопроводность, изоляцию, упрощают разделку кабеля. В зависимости от назначения кабеля используют разные порошки (тальк, оксид магния, мел и др.). Отрава для термитов.

   • Это тальк. Он нужен для удобства зачистки и для предотвращения слипания проводов внутри кабеля

4. Можно ли соединять параллельно MOSFET транзисторы?

   Ответы

   • Не знаю

   • Думаю, да

   • Можно

   • The Art of Electronics, 3.6.3 Paralleling MOSFETs.
     A. As switches – Yes! B. In linear power circuits – No!

   • В ключевом режиме - можно. В линейном режиме - без специального уравнивания токов - нельзя

   • Можно. Более того, многие MOSFETы внутри устроены как параллельно соединенные структуры на одном кристалле

   • Можно, но, кажется, через выравнивающие резисторы. Ни разу не имел дел с такой силовой частью, где приходилось бы параллелить мосфеты, чтобы получить бОльшую токонесущую способность

   • Да. Обычно для этого рекомендуют добавлять выравнивающие резисторы как минимум по затворам

   • Да, так как у МДП транзисторов положительный коэффициент сопротивления открытого канала. При неравномерности параллельно включенных транзисторов тот, через который потечет больший ток будет сильнее греться, и его сопротивление вырастет

   • Можно, так как у них положительный температурный коэффициент сопротивления канала в отличии от биполярных транзисторов

   • Можно. Для этого нужно использовать выравнивающие резисторы в стоках или истоках, в зависимости от схем включения. Иногда, даже придётся использовать раздельные драйверы для них, если схема работает в линейном режиме и приближается к SOA

   • Можно. Если ток поступает одинаковый, либо мы позабот��лись о выравнивании. Иначе, при выгорании одного произойдет лавинообразная реакция

   • Нууу, я видел неоднократно, как так делают. Вот что делать, если надо пропустить ток 10000 ампер? Не существует таких мосфетов, придётся параллелить. Я думаю, что ответ — да. Но одинаковых транзисторов не бывает, будут перекосы по току, надо делать сборку с огромным запасом, чтобы неравномерность распределения тока не привела к пробою. Например надо пропустить 20 ампер. Подключаем 5 мосфетов по 10 ампер. Тогда по ним будет идти ток 3, 4, 4, 5, 4 ампера и все останутся живы. Но тут есть ещё один момент, они могут неодновременно открываться и вот это реально проблема, на доли секунды весь ток может пойти через 1 транзистор. Поэтому надо брать транзисторы с большой ударной прочностью. Полупроводники не выходят из строя от тока, они выходят из строя из за теплового или электрического пробоя, если габаритная мощность мосфета высока и кристалл имеет большую площадь, то он может выдержать большую перегрузку на дистанции в десятки или сотни микросекунд

   • (участник использовал LLM) Параллельное соединение MOSFET транзисторов делать можно. Часто используется для увеличения тока и улучшения тепловых характеристик. Однако для обеспечения надежной работы необходимо согласование параметров транзисторов (Rds(on), напряжение затвор-исток), теплового сопротивления, использование быстрых драйверов затвора. Иногда нужно добавить балансировочные резисторы

5. Зачем пятый контакт в micro USB?

   Ответ

   • Кто-то не умел считать до пяти и нарисовал лишний контакт? Его могли использовать в нестандартных кабелях и устройствах для передачи какого-то управляющего сигнала, например, "включить быструю зарядку"

   • Не знаю

   • Не знаю. Интересно узнать

   • Сходу на ум приходит два варианта и оба кажутся сомнительными: 1. как некий ключ для исключения переполюсовки в криво разведённой/собранной схеме. Но — такое себе объяснение. 2. как отмершее легаси при изначальной попытке разработчиков стандарта повесить на этот пин функционал вроде сигнала включения/отключения кабеля. Но тоже как-то сомнительно.

   • Выбор host/device

   • Сигнал ID

   • Для работы OTG

   • Он переключает режимы работы (хост (USB OTG) и USB-устройство)

   • Это так называемый OTG режим. Сигнал – ID, по нему можно понять где Host, где Device. И позволяет подключать два устройства Device без участия компьютера (Host)

   • micro-USB используется в устройствах, способных работать как в режиме хоста, так и девайса (otg-устройства). "Лишний" 4-й вывод, ID, как раз и используется для указания режима. Если он висит в воздухе, то устройство - device, а если подключен к земле, то host

   • Если в такой разъем воткнуть кабель, в котором этот пятый контакт замкнут на землю, то, если девайс с таким разъемом поддерживает определение состояния этого вывода, это сигнал ему, что он должен работать в режиме хоста, а не девайса. Для смартфона паял такой переходник, чтобы можно было обычную usb флешку в него втыкать

   • Питание + -, дифф пара данных D+-. При подключении двух устройств через usb otg кабель, определяется, кто будет хостом (ведущим), а кто – ведомым. 5й контакт OTG ID помогает это сделать. Если соединить ID с землей того же штекера, то устройство-владелец штекера из ведомого становится ведущим

   • Для определения режима подключаемого устройства. Например, если это флеш-карта, на этот сигнал подается какой-то уровень (надо смотреть спецификацию) и мастер подает на ведомого питание для работы

   • Дело в том, что устройства соединённые по USB не могут быть равноправными. Всегда есть ведущий и ведомый. Но разъём microUSB используется в устройствах, которые должны быть как ведущими, так и ведомыми. Например, когда смартфон подключен к компьютеру, то смартфон ведомый, а компьютер ведущий. Когда к смартфону подключена мышка или клавиатура, то смартфон ведущий, а мышка/клавиатура ведомая. Разница между ведущим и ведомым устройством не только в алгоритме взаимодействия, но и в том, кто является источником, а кто потребителем энергии. То есть при переходе в режим ведущего, устройство должно ещё и выдавать 5 вольт. 5ый контакт нужен для переключения устройства из режима ведомого в режим ведущего. Чаще всего этот контакт замкнут на + или на — в переходнике.

6. Почему частота оцифровки берётся с большим запасом по сравнению с теоремой отсчётов? Всегда ли это надо, или есть случаи, когда такой запас не нужен?

   

   Ответы

   • Предположу две возможные причины.
     Причина №1: пологая АЧХ измерительного тракта, у которой ослабление на 3 дБ, конечно приходится на 100 МГц, но вплоть до 500 МГц в тракт лезут высокочастотные составляющие в заметном количестве. Поэтому приходится оцифровывать на 2*500 МГц.
     Причина №2: коммерческая тема, когда у идентичных по железу осциллографов программно занижают характеристики бюджетных моделей

   • Предположу, что это для того, чтобы снизить какие-то погрешности, связанные с оцифровкой. Можно ли без этого обойтись - неведомо

   • Сигнал не всегда чистая синусоида, максимальная частота сигнала может быть неизвестна. Тогда стоит перестраховаться и повысить частоту выборки. Если известно, что входной сигнал синусоида повышать частоту выборки не надо

   • Частота оцифровки берётся с запасом в 2 раза, потому что математически доказано, что синусоидальный сигнал любой частоты можно воспроизвести с идеальной точностью, если частота отцифровки в 2 раза выше. То есть в идеальном случаях там не должно быть погрешности, полное воспроизведение. Надеюсь я не ошибаюсь:)

   • Чем ближе частота оцифровки к пределу Найквиста, тем круче должен быть срез АЧХ фильтра. И фильтр становится дороже АЦП, и форма сигнала искажается, что визуально не удобно. А в медленных сигма-дельта аудио-кодеках, например, крутой фильтр делается легко, и срез частоты важнее искажения формы

   • Так как это измерительное оборудование, и пользователь хочет с максимальной достоверностью узнать форму сигнала, а сигнал может быть не повторяющимся, используем бОльшую частоту оцифровки. Потом, объединяя точки кривой при построении формы, больше шансов получить реальную форму сигнала. Есть случай, когда надо посмотреть форму повторяющегося сигнала. Для этих случаев можно применить стробоскопический осциллограф

   • Если не путаю это связано с тем что реальный сигнал имеет широкий спектр сигналов и что бы их убрать применяются фильтры, но они не имеют идеальной прямоугольной формы в АЧХ, а имеют какой-то наклон. В итоге образуется переходная полоса частот между полосой пропускания и полосой подавления. Поэтому частоту дискретизации выбирают с запасом

   • Частота оцифровки берется с запасом, потому что фильтры низкой частоты неидеальны, и в реальном оцифровываемом сигнале могут оказаться составляющие с частотой более высокой, чем требует теорема. Если допустимы некоторые искажения и артефакты, то, наверное, можно сделать частоту точно по учебнику

   • Теорема Котельникова предполагает сигнал строго периодическим и гармоническим. В реальности же такое бывает редко (особенно учитывая помехи). В целом, чем больше выборок, тем точнее можно восстановить исходную форму сигнала

   • Потому что в теореме Котельникова речь идет о бесконечном во времени сигнале, а не о реальных сигналах, которые зачастую конечны во времени. Если хотим посмотреть реальную форму сигналов, то чем больше отсчетов, тем лучше. Единственный вариант, когда запас не нужен это чистый синус бесконечный по длительности

   • Потому как теорема Котельникова действует для гармонического сигнала, тогда частота семплирования может быть в два раза больше частоты сигнала. Для определения формы сигнала нужно иметь большее число отсчетов на период. Так же это может быть связано с полосой пропускания входных аналоговых цепей осцилографа

   • Потому что на выходе реального оборудования зачастую присутствует нефильтруемая высокочастотная составляющая, которая может внести искажения при оцифровке. Повышенная частота отсчетов должна это компенсировать. Вероятно, необходимость пропадает, если сигнал поступает с генератора

   • АЦП оцифровывает всё, что находится сверху и зеркально сверху от частоты дискретизации и кратных ей частот. Для подавления зеркальных частот требуется фильтр, обычно низкочастотный или полосовой. Увеличение частоты дискретизации позволяет разнести зеркальный канал подальше и снизить требования к фильтру. Также, оверсэмплинг позволяет увеличить точность, снизить требования к джиттеру тактового сигнала, применить noise shaping. Можно также оцифровывать полосы выше частоты дискретизации, применяется на ВЧ

   • (участник использовал Гугл) В теореме Котельникова рассматривается идеальный ФНЧ с прямоугольной характеристикой, таких ФНЧ не бывает. Поэтому повышают частоту дискретизации, чтобы уменьшить требования к крутизне спада ФНЧ. Теорема Котельникова дает предельные соотношения для идеализированных условий, среди которых следует отметить ограниченность спектра по частоте и бесконечное время наблюдения. Все реальные сигналы конечны во времени и имеют неограниченный по частоте спектр. Использование модели с ограниченным спектром и конечное время наблюдения приводят к погрешности при восстановлении непрерывного сигнала. Расчеты показывают, что на практике частота FД существенно превышает частоту дискретизации по Котельникову» (здесь FД — это частота дискретизации). Чтобы уменьшить шумы квантования (дискретизации) повышают частоту дискретизации

7. В станках с ЧПУ перед началом работы происходит определение начальной точки. Что произойдет с начальной точкой, если выключить станок, сдвинуть любой концевой датчик стола, скажем, на 1мм, затем включить станок и запустить процедуру определения начальных координат?

   Ответы

   • Новая начальная координата сместится на 0,5мм. Наверное

   • Не знаю. Можно ожидать либо искажение системы координат, либо ошибку

   • Думаю, что в большинстве случаев начальная точка съедет на 1мм, как и вся система координат ЧПУ станка. Странный вопрос, может быть я не понял его правильно?

   • Сдвинется на 1 мм

   • Предполагаю что начальная координата сместится на 1мм

   • Начальная точка сдвинется на один миллиметр по той оси, датчик которой был сдвинут

   • Если определение координат происходит по концевику, то и начальная точка, наверное, сместится равно смещению датчика

   • Могу сказать для простого фрезера 3018: если сместить концевик, на который приезжает шпиндель при поиске нуля – то нулевая точка сместится. Если же концевик противоположный – то нулева точка не изменится

   • Мне кажется станок должен перекалиброваться и правильно определить новые начальные координаты

   • (участник использовал Гугл) Вероятно, поведение станка зависит от конкретной реализации алгоритмов. Обычно концевик нужен для двух целей: Положение «дом» – нулевая координата, точка отсчета «0» для текущей оси. Лимит оси – противоположное от нулевой координаты положение инструмента на заданной оси В большинстве станков используется один концевик на ось, и это датчик нулевого положения. Лимиты движения по осям задаются программно. В таком случае, если сместить концевик любой оси на 1 мм, то начало координат сместится на 1 мм по этой оси

   • Если позволяет механика (т.е. если ось не упрется физически в станину), начальная координата рабочей области станка относительно некоторой статичной базы (например, стола) сместится. С точки зрения изменения размеров рабочей области, эта самая область не изменится, потому что станок движется по координатам (отсчетам от нуля) относительно начала координат, которые, как правило, определяются только концевиками

   • В простых любительских станках начальная точка сдвинется на 1мм вслед за выключателем.
     В промышленных станках с сервоприводами — останется на месте. В таких станках концевой выключатель используется только для приблизительного нахождения начальной точки — в пределах одного оборота сервопривода. А окончательно эта точка определяется с помощью оптического энкодера внутри сервопривода. Чтобы ее передвинуть, нужно изменить соответствующий параметр в настройках станка

   • Зависит от ЧПУ. В некоторых может использоваться и абсолютное позиционирование инструмента, тогда концевики выполняют исключительно защитную функцию. В других начальная точка задается вручную оператором относительно заготовки - там концевики тоже только для защиты. В тех же, что используют подсчет шагов и не привязываются к заготовке (3D-принтеры, наверное, как пример), полученная деталь тоже может оказаться сдвинутой на миллиметр

   • Точно знаю, что есть два типа энкодеров, применяемых в станках. В самых распространённых случаях, если начальную координату записали в память, после промерки Z щупом, а потом выключили станок и сместили стол, то он ошибётся в расположении. Лучше так не делать, можно сломать инструмент. Если станок дорогой и имеет энкодеры абсолютного значения, то он вполне нормально сможет вернуть все координаты в нужное положение и продолжит работу (всё намного сложнее, вопрос к разрядности энкодеров, точно обработки и т.п.). А есть ещё проще. Станок как у меня. Он вообще не имеет энкодеров и каждый раз калибруется при старте.

   

8. Для чего нужна такая топология высокоскоростных дифференциальных пар?

   

   Ответы

   • Не знаю

   • Для уменьшения наводок

   • Вероятно, потому что одна из пар длиннее и это приводит к несовпадению фаз сигналов, если только вторую не дотянуть до нее по длине

   • Именно такой волнистой не видел, вероятно речь идет о расположении линий диф. пары как можно ближе друг к другу, выравнивание длинн и соблюдение расстояний от соседних линий. Это нужно для минимизации помех (как на саму пару, так и от нее на соседние). Еще лучше был бы коаксиал или витая пара, но на плате это не сделать

   • Предположу, что зигзагообразная форма помогает сделать все дифференциальные пары одной длинны, чтобы сигнал доходил одновременно до противоположного конца. Речь идёт конечно же об изогнутом пути. Внешний радиус можно сделать прямее, а внутренний кривее, так, чтобы длинна каждой пары была одинаковая

   • У меня три версии - зигзаги вносят в дорожку определенную индуктивность для более точного согласования волнового сопротивления; зигзагами добиваются нужной длины дорожек для точного тайминга сигналов; зигзаги ослабляют взаимное влияние дифференциальной пары и других дорожек на плате

   • Чтобы размазать неоднородность сеточки стекловолокно-наполнитель, из которой делается печатная плата

   • Чтобы дорожка не совпала с одиночным волокном в стеклотекстолите на всю длину дорожки, видимо

   • Точно не знаю, но думаю, что для компенсации неравномерности свойств диэлектрика, связанных с направлением волокон стеклоткани

   • Вероятно, позволяет немного снизить влияние неравномерности плетения текстолита, или немного уменьшить излучение/увеличить помехозащищенность

   • Для усреднения эффекта от неравномерного плетения препрега. Гуглить по словам zigzag routing, там же и картинки наглядные. Есть препреги с условно большими промежутками между нитями. Промежутки заполнены смолой. Из-за этого может возникнуть ситуация, когда один проводник диф. пары всё время идет над смолой, а другой над тканью и из-за этого пара не будет симметричной

   • У материала диэлектрика печатной платы неоднородная структура из-за плетения. Стекловолокно смешано с эпоксидной смолой. У них разная диэл. проницаемость, а потому и скорость распространения сигнала разная. Без зиг-зага может получиться ситуация, когда один из проводников идёт по волокну, а второй – по эпоксидке. В итоге будет перекос задержки, который обычно ограничивается в стандарте и убирается выравниванием длин в паре

   • Для высокоскоростных сигналов существует требование выравнивание длины между соседними сигналами в дифпаре. Это необх��димо для уменьшения EMI, временного сдвига («закрывается глаз»), синфазных помех. Материал же печатной платы (FR4) не однородный, а состоит из смолы и стеклоткани, которая имеет плетение. При этом Dk смолы может меняться примерно от 2 до 4, а стекла от 4 до 7. И может возникнуть такая ситуация, что одна половинка дифпары будет проходить только над стеклом, а другая над стеклом/смолой, это вызовет разную скорость распространения сигнала. Скорость сигнала зависит от Dk. А применение такой топологии усредняет прохождение над смолой/стеклом для каждой половинки в дифпаре

   • Такая трассировка позволяет улучшить ситуацию, когда материал платы не дорогой и имеет структуру типа как у FR и подобных стеклотекстолитных. Их структура из-за плетения волокон может давать негативные изменения импеданса на кучках проводников. Данный подход позволяет обходить, или хотя бы не попасть в ловушку с повторяющейся структурой неравномерности импеданса под одним из проводников. На фото плата слева, если присмотреться, имеет структуру, она видна. На плате справа такого не увидеть. И это верно, так как там диэлектрик максимально однородный

   

9. У микроконтроллера STM32F030F4P6 (в корпусе TSSOP‑20) в качестве GPIO можно использовать 13 выводов. Согласно документации, предельным значением тока после превышения которого микроконтроллер может быть повреждён является 25 мА на вывод. Сколько тока можно получить, если объединить все 13 выводов параллельно?

   Ответы

   • Вопрос как будто бы с подвохом. Выводы действительно можно порой объединять. Но как и параллельное соединение полевых транзисторов, необходимо добавлять выравнивающие сопротивления. Но на них ток в свою очередь тоже упадёт. Ещё будет зависеть от параметров выводов микроконтроллеров. У некоторых верхний ключ и нижний отличаются очень сильно. Так же есть опасность упереться в теплоотведение самого кристалла микроконтроллера в данном корпусе

   • Надо смотреть предел суммарного тока, который фактически течёт через выводы питания

   • Надо смотреть даташит. Точно не 25*13

   • Так как существует разброс сопротивлений драйверов, то есть будет неравномерное распределение токов межу GPIO, таким образом ровно 25ма в расчете использовать нельзя. Так же насколько я помню у микроконтроллеров существует ограничение по току питания VCC, и мб оно будет главным ограничивающим фактором

   • Можно выдать максимальный ток, который позволяет через себя пропускать терминал GND, если выходы включены как 0, или терминал VCC, если выходы в 1. Максимальные токи указаны в datasheet. Это ограничение вызвано максимальной рассеиваемой мощностью кристалла и ощутимым сопротивлением выводов.
     (Это не 13 * 25 мА)

   • Выводы можно объединять, но суммарный ток всё равно будет ограничен максимальным током питания, который написан в даташите на МК. То есть снять 325 мА не выйдет

   • 25 мА

   • Хоть для одного контакта ток и указан 25 миллиампер, но считать надо не сумму токов GPIO выходов, а сумму токов, которые потянут питающие контакты. Например у микроконтроллера 13 контактов по 25 мА, и хочется умножить 25 на 13, но вот питающих контактов у него наверное 2 штуки с тем же током, поэтому по факту его можно нагрузить только на 2*25 = 50мА. Я не смотрел в даташит щас на точные цифры, но суть такая

   • Надо смотреть предельный ток по шинам питания в документации. Если он меньше, чем 13*25=325 мА, то надо учитывать его

   • Лучше от микроконтроллера взять ток поменьше и усилить внешней схемой. Например, на транзисторах. Обычно указывается макс ток не только на 1 вывод, но и на порт

   • Не 13*25, потому что ток через ноги питания никто не отменял. Надо смотреть, сколько тока в пределе могут пропустить через себя ноги питания, обычно это так же указывается в документации

   • Допустимый суммарный ток нужно смотреть в документации. Скорее всего он будет значительно меньше, чем 13*25 мА

   • (участник использовал Гугл) Согласно даташиту, максимальный ток по VCC / GND составляет 100 мА. А максимальный суммарный ток по всем IO выводам - 80 мА

   • По той же документации совокупный ток через все выводы не должен превышать 80 мА, если все выводы «льют» ток в землю, либо в питание. Это соответствует примерно 6,2 мА на вывод. Выходной буфер может и выдержит больше, а вот общая шина питания — нет.
     Если половина выводов «льёт» ток в землю, а половина — в питание, то можно провести дополнительные совокупные 80 мА, так как линия земли и линия питания — разные проводники.
     Не у всех микроконтроллеров есть детализированная разбивка на то, сколько выдерживает шина питания и сколько — шина земли. Например в документации на классический микроконтроллер ATmega328P (который стоит в Arduino) написано весьма обще:
     DC Current V_cc and GND Pins: 200.0 mA

10. Почему производители микросхем делают корпуса из разных пластиков, некоторые из которых имеют MSL больше двух? Почему бы не делать всё из пластика с MSL1 и не знать бед?

    Ответы

    • Не знаю

    • Не знаю

    • Затрудняюсь ответить

    • Даже не знаю, что такое MSL

    • Не могу ответить на данный вопрос. Не знаю эту терминологию

    • Что такое MSL и что значат эти цифры?

    • Первый раз слышу о таком, из головы нечего брать. Предположу, что дело в цене?

    • Не знаю, что такое MSL, но предположу, что у пластика с MSL 1 есть какие-то недостатки. Высокая цена, сложность обработки, неустойчивость к каким-то воздействиям, что-то еще... Например, я слышал о пластике, содержавшем небольшое количество радиоактивных веществ, которые вызывали ошибки в микросхемах памяти

    • MSL - это вроде про паяемость микросхем, когда они полежат на воздухе. Но там вроде про окисление выводов, а не про корпус

    • (участник использовал Википедию) Я не знал, что такое MSL. Согласно Википедии, "это уровни чувствительности к влажности электронных компонентов"..."Причина таких ограничений состоит в технологиях изготовления электронных компонентов. Уменьшение размеров кристаллов и миниатюризация корпусов компонентов, удешевление корпусирования ИС приводит к появлению в компонентах пористости различных видов"

    • (участник использовал LLM) Moisture Sensitivity Level – уровень чувствительности к влаге. Компоненты с уровнем MSL1 можно паять без специальной обработки и хранения, а компоненты с высоким MSL требуют строгого контроля влажности и температурных режимов перед использованием. Производство микросхем с MSL1 требует дорогих процессов дегазации и герметизации, что значительно повышает себестоимость изделия. Некоторым материалам невозможно достичь высокого уровня устойчивости к влаге, сохраняя требуемые физические и электрические свойства (технические ограничения). Использование наиболее подходящего материала обеспечивает баланс между стоимостью, качеством и надежностью продукции

    • Ничем кроме как запланированным устареванием и вредительством я не могу это объяснить, потому что разварка бывает из золота и алюминия (пластичные металлы), сами кристаллы в подавляющем большинстве кремний. Зачем лить гигроскопичный пластик я не понимаю. И ладно бы еще какие-нибудь bga по технологии flip-chip были такими, там хоть как-то можно обосновать гигроскопичные пластики из-за, допустим, определенных требований к коэффициенту расширения пластика, чтобы не порвало начинку, но почему обычные однокристальные микросхемы бывают не только второго, но и третьего уровня, я не знаю

    • Точно не знаю. Возможны разные причины: стоимость пластика, температурная или радиационная устойчивость, механическая прочность и пр

    • Не зная, предположу, что пластики, с MSL1 имеют структуру, характеризуемую отсутствием пор и капилляров, а такая структура может ухудшать адгезию при сборке

11. Что делает переключатель KR1?

    

    Ответы

    • Затрудняюсь ответить

    • Не знаю

    • Не знаю

    • Предположу, что при замыкании убирается переменная составляющая, которая присутствовала бы на выходе выпрямителя в силу высокой частоты

    • Вроде бы он удваивает напряжение и чуть-чуть развязывает землю

    • Удваивает напряжение на конденсаторах. Превращает мост в схему умножителя напряжения

    • Переключает мост из 2-полупериодного в два 1-полупериодных. Удваивает напряжение

    • Если я не тупанул, то замыкание ключа увеличит амплитуду на выходе. Типа до замыкания ключа это мостовая схема с 2 конденсаторами. А после замыкания ключа это схема станет симметричным умножителем напряжения на 2

    • Думаю, это схема подключения к сети 110В, а с разомкнутой для 220В. Но элемент R1 как будто бы похож на реле, которое управляет данным выключателем. Это вводит в заблуждение. Может что-то для замыкания конденсаторов диодами диодного моста для разрядки. Не знаю...

    • При включенном напряжение на выходе удвоится

    • При замыкании переключателя мост начинает работать в режиме удвоителя напряжения, соотвественно напряжение на выходе удваивается. До появления универсальных импульсных блоков питания такая схема использовалась для переключения между 110/220 вольт

    • Если не ошибаюсь, то в замкнутом состоянии организует однополупериодное выпрямление с двуполярным (плюс и минус) выходном относительно средней точки конденсаторов

    • Контакт KR1 переключает выпрямитель в режим удвоения напряжения, так обычно делалось переключение между 110 В и 220 В в блоках питания. Только непонятно, почему он нормально разомкнутый. По идее, этот контакт должен работать наоборот - замыкаться при низком напряжении сети и размыкаться при высоком

    • Схема напоминает решение в компьютерных БП
      В некоторых моделях блоков питания предусмотрена возможность переключения для работы при напряжении питающей сети 230/2 = 115 В, в этом случае контакты переключателя SW1 должны быть замкнуты

    

12. Как ARM Cortex-M (например STM32F103) попадает в void main(void) и что делает от подачи питания до попадания в функцию?

    Ответы

    • Не знаю

    • Не знаю

    • Не могу сказать

    • Крайне поверхностно знаю что там происходит. Там происходит инициализация переферии. Как минимум должен быть настроен системный таймер. Потом происходит целая куча проверок остальных частей. Я пока сильно не углублялся к сожалению

    • Запускается инициализация периферии

    • Есть функция init, которая инициализирует окружение: стек, кучу и подобное

    • Думаю, сначала заполняет вектор прерываний, затем размечает стек, затем переходит в main

    • Может попасть сразу, т.к. у ARM адрес старта и указатель стека берутся из таблицы векторов прерываний. У этого проца сначала стартует загрузчик из ПЗУ, потом пользовательский стартап-код. Стартап разгоняет ФАПЧ, если надо, и инициализирует переменные ОЗУ по законам Си. (Не дядюшки Си, а ЯП "C")))

    • После подачи питания скорее всего проверяется что оно в норме, затем подается тактирование и снимается ресет

    • Без понятия, не знаком с ARM Cortex. Обычно при подаче питания микроконтроллеры ждут стабильного напряжения питания и стабильного тактового генератора (это поведение настраивается конфигурационными битами), после чего обнуляют регистры и передают управление на определенный адрес. А что по этому адресу будет находиться - это уже на совести компилятора

    • Значение, находящееся по адресу 0x0000 0000 копируется в SP. Значение, находящееся по адресу 0x0000 0004 копируется в PC. Оттуда же начинается выполнение программы - startup-код. В нем происходит копирование инициализированных переменных (.data) и зануление остальных (.bss). Также проводится базовая настройка ядра, прерываний и периферии. И в самом конце идет вызов main(). Ах да, память по адресам 0x0000 0000 физически не существует, туда отображается либо флешка (реальные адреса с 0x0800 0000), либо оперативка (0x2000 0000), либо область бутлоадера (в разных МК адреса разные) в зависимости от ножек Boot0, Boot1

    • Исполнение команд после подачи питания всегда начинается с заранее определенного адреса в памяти. У стм-ок при старте сначала в течение определенного времени контроллер смотрит, выполняется ли условие перехода в бутлоадер. Если выполняется, то выполнение переходит в начальный адрес памяти, где лежит бутлоадер. Если не выполняется, то переходим туда, где начинается main. Возможно что-то еще происходит, подробнее не знаю

    • (участник использовал LLM) После подачи питания сброс (все регистры и периферийные устройства инициализируются в известные значения.)
      Выполнение программы начинается с вектора сброса (обычно находится по адресу 0x00000000). В этой области памяти хранится начальный адрес программы, который указывает на точку входа в программу. Обычно это адрес, по которому находится код начальной инициализации стека, регистров, памяти, периферии (startup code).
      Далее переход в функцию main() и её выполнение

    • Контроллер падает на начало флеша 0x08000000. По этому адресу лежит указатель стека и далее таблица векторов прерывания. Это прописано в линкер скрипте Контроллер переходит по указателю на reset handler по адресу 0x08000004. Эта функция описана в стартапе. В ней происходит копирование указателя на стек в регистр sp, проекты от st потом вызывают функцию SystemInit HALa, это прихоть фирмы ST, копируется дата сегмент из флеша в ОЗУ, зануляется секция bss. Вызывается статический конструктор __libc_init_array и затем функция main

    

13. На производстве были получены SMD конденсаторы на диэлектрике X7R, маркированные как NP0. Для выявления аналогичных подмен были предложены два метода, один из них — электротехнический, другой — не электротехническим. Предположите, что это за методы?

    Ответы

    • Измерить зависимость ёмкости от напряжения, от температуры. Запитать меандром, и услышать писк. Определить по цвету

    • Электротехнический - у X7R емкость очень сильно зависит от напряжения, в отличии от NP0. не электротехническим – разрушающий (со шлифовать когденсатор). X7R имеет большую плотность емкости (больше Er) чем NP0, что будет видно на внутреннем устройстве конденсатора (количество плоскостей, расстояние между ними)

    • Электротехнический метод - наверное, измерение теплового коэффициента емкости или пьезоэлектрического эффекта. А не электротехнический? Не знаю, может быть, у этих диэлектриков разный цвет или там разный вид скола при разрушении? Или, к примеру, разный коэффициент теплового расширения, то есть один из конденсаторов лопнет, если его нагреть и резко охладить?

    • (участник использовал Гугл) Самое очевидное - измерение емкости при разных температурах. Также, пишут, что X7R это пьезоэлектрик, то есть при приложении переменного напряжения будет пищать

    • Размолоть в пыль и "счёлкнуть" по ней спектроанализатором

    • Все конденсаторы NP0, которые я видел, имели цвет основного тела отличный от менее стабильных собратьев. Они обычно молочно-белесые. Всё, что X-чего-то там обычно коричневатые. Вероятно, это не электротехнический метод. Электротехнический: посмотреть документацию, насколько должна измениться емкость X7R при изменении температуры, измерить емкость при НКУ, нагреть или охладить конденсатор, измерить емкость, по изменению сделать вывод, какого типа конденсатор

    • (участник использовал LLM) Электротехнический метод основан на измерении электрических характеристик конденсаторов (ёмкость, тангенс угла потерь, коэффициент температурной стабильности) и их сравнении. Не электротехнический – проанализировать маркировку, собрать доступные данные и провести расследование.)

    • Не знаю

    • Электротехнический – измерить емкость при разном напряжении. NP0 обладают стабильными показателями емкости. Второй способ – наверное взвесить. Так как диэлектрическая проницаемость X7R выше и конденсатор будет легче

    • Предполагаю, что по частоте или по каким-то другим характеристикам и по массе

    • Первый - по спектру
      Второй - при помощи характериографического стенда.
      Либо с нагревательным элементом для проверки термостабильности, либо с построением зависимости емкости от напряжения, при приложении напряжении смещения порядка максимального (ок.50В)

    • Измерить емкость при максимальном напряжении. Снижение емкости покажет, что это X7R. Постучать по нему. У X7R вероятно будет пьезоэффект. Или импульсы тока подать, зажужжать может

    • Метод взвешивания?

    • Предположу, что разные диэлектрики конденсаторов могут по разному вести себя на высоких частотах. Или разницу можно увидеть под микроскопом по структуре поверхности или цвет у них разный

14. Странный фронтенд из трансформаторов на платах скоростных АЦП. Для чего такие схемы?

    

    

    Ответы

    • Не знаю

    • Не знаю

    • Затрудняюсь ответить

    • В середине схемы трансформатор похож на направленный ответвитель. Предположу, что схема нужна, чтобы отражения от входа АЦП не гуляли по тракту, но это — пальцем в небо

    • Какое-то симметричное радиотехническое вуду. По надписям VINA_P и VINA_N можно предположить, что у АЦП дифференциальный вход, но зачем это нужно я не знаю

    • Сначала трансформаторный балун, а потом избавляемся от постоянной составляющей?

    • Осмелюсь предположить, что это синфазный фильтр

    • Предположение – для фильтрации постоянной составляющей

    • T101 – подавление синфазных помех. T100 похоже на дополнительную схему симметрирования и одновременно фильтр высоких частот

    • Для подавления синфазной помехи или получения дифференциального сигнала из однофазного. Что эквивалентно. T101 - синфазный дроссель. T100 - его нагрузка. Чем выше частота, тем хуже с помехой справляется фронтэнд АЦП

    • Такое перекрестное подключение трансформатора на дифференциальную аналоговую линиию нужно, чтобы закоротить синфазные помехи на корпус, там иногда ставят нагрузочный резистор сопротивлением равным волновому сопротивлению линии, чтобы волна не переотразилась. Короче это закорачивание помех

    • (участник использовал Гугл) Обозначение трансформаторов неправильное. Точка возле вывода обозначает начало обмотки. На картинке же у верхней обмотки получилось два начала, а у нижней - ни одного. Еще и вместо символа земли дурацкая надпись. А вообще подобное соединение трансформаторов используется для защиты от синфазных и дифференциальных наводок

    • (участник использовал Гугл) Возможно, такая схема нужна, чтобы обработать дифференциальный сигнал на входе (INP, INM). Перемычки 114, 115, похоже, позволяют обойти трансформатор Т101 при необходимости. Плата позволяет подавать на неё одиночный (single-ended) сигнал, но есть входы и для дифференциального. Вероятно, режим задаётся перемычками 114, 115, а остальная часть схемы служит для согласования сопротивлений и фильтрации

    • Любая разница в паразитной емкостной связи трансформатора приводит к дисбалансу на вторичных обмотках. На бОльших частотах это становится заметно. Возникающая в результате асимметрия приводит к искажениям четного порядка на аналоговом входе преобразователя, что приводит к гармоническим искажениям 2-го порядка в цифровом сигнале. Одним из способов улучшить ситуацию является использование второго трансформатора в каскаде с первым, чтобы обеспечить дополнительную изоляцию и уменьшить дисбаланс

    

15. На вход SEPIC преобразователя подаётся постоянка 12 В. Коэффициент заполнения меандра на ключе преобразователя 0,3. Какое напряжение на выходе преобразователя?

    Ответы

    • Не знаю

    • Не знаю

    • Знать бы ещё что такое sepic. Нет идей

    • SEPIC - фактически форма Flyback'a. Зависит от нагрузки

    • Не помню на память формулу выходного напряжения данного типа преобразователя в зависимости от скважности ключа. Сам SEPIC примечателен тем, что может делать как ниже, так и выше входного напряжения, но нужны две индуктивности и проходной конденсатор

    • Около 7 вольт?

    • 7.2 – 0.3(падение на диоде) вольта

    • 3,6В минус падение напряжения на диоде. Думаю, где‑то примерно 3,3В получается

    • Предположу, что 3,6 В

    • Я не помню точную формулу для Sepic. Отвечу банально, что 12*0.3=3.6В После диода на выходе 3.6-0.6=3В

    • 5,15В

    • Это же надо формулу помнить… Там D и в числителе и в знаменателе. Исходя, что это вопрос на бриф, вероятно, на выходе будет также 12В

    • (участник использовал Гугл) Это опять вопрос на умение гуглить? Ну ок. Vout/Vin = γ/(1-γ) = 0.3/(1-0.3) = 0.43 => Vout = 5.14 В. Без учета падения на диоде и прочих потерь

    • Можно посчитать по формуле, а можно быстро прикинуть в Power stage designer (получится примерно 4,5В).
      Напряжение на выходе при неизменном коэфф-те заполнения зависит ещё от падения на диоде (здесь 0,65 В)

    

По правилам точное авторство вопросов и ответов не раскрывается. Но в целом авторами вопросов стали уважаемые:

@alcotel
@a-re-ja
@CitizenOfDreams
@COKPOWEHEU
@Flammmable
@Karlson_rwa
@Kopcheniy
@kt97679
@Kudriavyi
@MaFrance351
@Master_Georgy
@quaer
@RV3EFE
@Superzoos
@Theoristos

Сердечно благодарю всех за участие!

Традиционно, призываю всех заинтересовавшихся данным форматом присоединяться, вне зависимости от специализации и регалий. Пишите в личные сообщения на Хабре, либо на почту flammmable.habr@gmail.com