การคำนวณการออกแบบสำหรับ EE ตามฤดูกาล

นักออกแบบที่มีประสบการณ์มีแนวโน้มที่จะทำการคำนวณอย่างยุติธรรมหรือเป็นส่วนใหญ่ของวงจรที่ออกแบบมาโดยสัญชาตญาณหรือไม่? ฉันถามเพราะดูเหมือนว่าวิศวกรออกแบบมักจะมีความรู้สึกว่ามูลค่าสูงสุดที่คุณต้องการมีที่นี่ต้านทานที่นั่นสำหรับส่วนทั่วไปของวงจร หากเป็นเช่นนั้นเพราะพวกเขาเพียงรีไซเคิลการออกแบบ? สำหรับมือใหม่นี่คือการเป่าใจ แม้ว่าหนังสือเช่น Art of Electronics ดูเหมือนจะสนับสนุนวิธีการคำนวณโดยประมาณได้ทันที

ฉันเป็นวิศวกรไฟฟ้ามืออาชีพที่ออกแบบวงจรใหม่เป็นประจำเพื่อการผลิตในปริมาณมากและใช้งานมานานกว่า 35 ปี

ใช่ฉันมักจะคำนวณเพื่อตรวจสอบรายละเอียดชิ้นส่วนที่แน่นอน นอกจากนี้ยังมีอีกหลายกรณีที่ประสบการณ์และสัญชาตญาณดีพอและข้อกำหนดต่าง ๆ หลุดพ้นที่ฉันเพิ่งเลือกค่า อย่าสับสนกับค่าที่สุ่ม

ตัวอย่างเช่นสำหรับตัวต้านทานแบบเลื่อนลงบนสาย MISO ของบัส SPI ฉันจะระบุ 100 kΩและทำกับมัน 10 kΩก็ทำงานได้ดีเช่นกันและมีคนอื่นเลือกที่จะไม่ผิดเช่นกัน หากฉันใช้ตัวต้านทาน 20 kΩที่อื่นฉันอาจระบุอีกอันหนึ่งในบรรทัด MISO เพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มอีกส่วนหนึ่งลงใน BOM ประเด็นคือบางครั้งคุณมีระยะเวลามากและสัญชาตญาณและประสบการณ์ก็ดีพอ

ในอีกทางหนึ่งการดูแผนผังของการออกแบบล่าสุดของฉันซึ่งฉันกำลังนำบอร์ดแรกขึ้นมาตอนนี้ฉันเห็นกรณีที่ฉันใช้เวลาบางครั้งไม่เพียง แต่ระบุค่าชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ยังคำนวณผลลัพธ์ของความแปรปรวน ในส่วนที่เหลือของระบบ มีสามกรณีของตัวต้านทานสองตัวที่ใช้ในการตอบกลับไปยังแหล่งจ่ายไฟสลับ นี่คือปัญหาที่ใช้คำเหมือนการบ้าน:

ชิปอินพุตข้อเสนอแนะ powersupply ป้อนเป็น 800 mV ± 2% คุณใช้สามอินสแตนซ์ของชิปนี้เพื่อสร้างแหล่งจ่ายไฟ 12 V, 5 V และ 3.3 V ก่อนหน้านี้คุณตัดสินใจที่จะใช้ประมาณ 10 kΩสำหรับตัวต้านทานด้านล่างของตัวแบ่งแรงดันแต่ละตัว กำหนดรายละเอียดตัวต้านทานแบบเต็มในแต่ละกรณีและกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด / ต่ำสุดที่เป็นผลลัพธ์ ยึดติดกับค่าตัวต้านทานที่หาได้ง่าย ใช้ 1% ถ้าเหมาะสมและสเป็คตาม

นั่นเป็นปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริงที่ใช้เวลาไม่กี่นาทีกับเครื่องคิดเลข โดยวิธีการที่ฉันระบุว่าตัวต้านทาน 1% ดีพอ นั่นคือสิ่งที่ฉันคาดหวัง แต่ทำการคำนวณเพื่อให้แน่ใจ ฉันยังกล่าวถึงช่วงที่ระบุเต็มสำหรับแต่ละการจัดหาที่เหมาะสมบนแผนผัง ไม่เพียง แต่จะเป็นประโยชน์ในการอ้างถึงในภายหลัง แต่ยังแสดงให้เห็นว่าปัญหานี้ได้รับการพิจารณาและการคำนวณเสร็จแล้ว ฉันหรือคนอื่นจะไม่ต้องสงสัยอีกหนึ่งปีต่อมาว่าค่าความทนทานของแหล่งจ่าย 3.3 V คืออะไรและทำการคำนวณอีกครั้ง

นี่คือตัวอย่างจากแผนผังแสดงกรณีที่อธิบายข้างต้น:

ฉันเพิ่งเลือก R2, R4 และ R6 แต่ทำการคำนวณเพื่อกำหนด R1, R3 และ R5 และช่วงกำลังไฟที่ระบุ

เพิ่มเกี่ยวกับชิ้นส่วน SHx (ตอบกลับความคิดเห็น)

ส่วน SH คือสิ่งที่ฉันเรียกว่า "กางเกงขาสั้น" นี่เป็นเพียงทองแดงบนกระดาน จุดประสงค์ของพวกเขาคือเพื่ออนุญาตให้ฟิสิคัลเน็ตเวิร์กเดียวถูกแบ่งออกเป็นสองโลจิคัลเน็ตเวิร์กในซอฟต์แวร์ซึ่งก็คือ Eagle ในกรณีนี้ ในทั้งสามกรณีข้างต้นชิ้นส่วน SH เชื่อมต่อกราวด์โลคัลของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งกับระนาบกราวด์บอร์ดแบบกว้าง

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสามารถมีกระแสสำคัญไหลผ่านบริเวณของพวกเขาและกระแสเหล่านี้สามารถมีส่วนประกอบความถี่สูง

ส่วนใหญ่ของกระแสนี้เพิ่งไหลเวียนในพื้นที่ ด้วยการทำให้พื้นดินเป็นที่แยกออกจากกันเชื่อมต่อกับพื้นหลักเพียงที่เดียวกระแสน้ำที่ไหลเวียนเหล่านี้จะอยู่ในตาข่ายท้องถิ่นเล็ก ๆ และไม่ข้ามระนาบพื้นหลัก ตาข่ายพื้นดินขนาดเล็กแผ่รังสีน้อยกว่าและกระแสไม่ก่อให้เกิดการชดเชยในพื้นดินหลัก

ในที่สุดพลังงานก็ต้องไหลออกจากแหล่งจ่ายไฟและกลับผ่านพื้นดิน อย่างไรก็ตามกระแสนั้นสามารถกรองได้มากกว่ากระแสภายในความถี่สูงของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง หากทำถูกต้องเฉพาะกระแสเอาต์พุตที่มีการทำงานที่ดีของตัวสลับทำให้มันอยู่นอกบริเวณใกล้เคียงกับส่วนอื่น ๆ ของวงจรโดยรวม

คุณต้องการป้องกันไม่ให้กระแสความถี่สูงในท้องถิ่นหลุดออกจากระนาบกราวน์หลัก ไม่เพียง แต่จะหลีกเลี่ยงแรงดันไฟฟ้าที่พื้นดินที่ทำให้กระแสเหล่านั้นลดลงเท่านั้น แต่ยังป้องกันไม่ให้สายดินหลักกลายเป็นเสาอากาศปะต่ออีกด้วย โชคดีที่กระแสน้ำบนพื้นดินที่น่ารังเกียจหลายแห่งก็อยู่ในท้องถิ่นเช่นกัน นั่นหมายความว่าพวกเขาสามารถเก็บไว้ในพื้นที่โดยการเชื่อมต่อตาข่ายพื้นท้องถิ่นกับพื้นหลักเพียงจุดเดียว

ตัวอย่างที่ดีของสิ่งนี้รวมถึงเส้นทางระหว่างด้านกราวด์ของตัวบายพาสแบบบายพาสและพินกราวน์ของ IC ที่มันกำลังบายพาส นั่นคือสิ่งที่คุณไม่ต้องการให้วิ่งข้ามพื้นดินหลัก อย่าเพิ่งเชื่อมต่อด้านกราวด์ของหมวกบายพาสกับพื้นหลักผ่านทาง เชื่อมต่อกลับไปที่กราวด์ IC ผ่านแทร็กของตัวเองหรือกราวด์ท้องถิ่นจากนั้นเชื่อมต่อกับกราวด์หลักในที่เดียว

ฉันทำตลาดการค้าและอุตสาหกรรมในปริมาณต่ำเป็นหลักดังนั้นสิ่งนี้อาจแตกต่างจากที่อื่น

อย่างน้อย 75% ของแผนผังทั่วไปมักจะสร้างตึกแบบวิศวกรรม "ฉันต้องการรถไฟ 5V ที่ 3A, 5% tol, ฉันมี 15V" มีเกือบไม่มีจุดในการออกแบบนั้นเมื่อ Ti / Linear / Micrel มี ทั้งหมดได้รับการออกแบบที่ดีอย่างสมบูรณ์แบบในเอกสารข้อมูลของพวกเขามันเป็นเพียงกรณีของการเลือกหนึ่ง (และตัวเลือกมักจะไม่สำคัญมาก) ฉันสามารถออกแบบหลักสูตรจากหลักการแรกได้ แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่ฉันได้รับ

สิ่งเดียวกันใช้กับระบบย่อยอื่น ๆ อีกมากมาย

จากนั้นมีกรณี "เพียงต้องการลำดับความสำคัญที่ถูกต้อง" ดึงและดึงลงสำหรับ cmos ตัวต้านทานแบบอนุกรมสำหรับไฟ LED แสดงสถานะสิ่งนั้น การปฏิบัติตามปกติของฉันที่นี่คือการหาสิ่งเหล่านี้จนกว่าฉันจะเห็นคุณค่าที่ฉันต้องการในสถานที่ไม่กี่แห่งที่มันสำคัญจริงๆจากนั้นเลือกบางสิ่งจากค่าเหล่านั้นถ้าเป็นไปได้ "เปิดไฟ LED, สีเขียว, ราง 12V หรือไม่โอเคไฟจะลดลงสองหรือสามโวลต์และฉันอาจต้องการที่อยู่ในช่วง 1 - 10mA หรือมากกว่านั้นดังนั้นทุกที่ในภูมิภาค K จะโอเคเลย ดูฉันต้องการตัวต้านทาน 3k9 สำหรับตัวกรองนั้นซึ่งหนึ่งในนั้นจะทำให้เสร็จ "

เคล็ดลับที่แท้จริงคือการรู้ว่าเดา 'นิ้วในอากาศ' จะไม่ตัดมันมักจะสิ่งต่าง ๆ เช่นตัวกรองการจับคู่เครือข่ายและวงจรเวลา PLL และสิ่งที่ข้อเสนอแนะอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงเฟสที่สำคัญ สถานที่เช่นที่ที่คุณไม่จำเป็นต้องใช้คณิตศาสตร์ (ปกติแล้ว matlab / scilab / โฆษณาจะทำงานให้เสร็จโดยไม่จำเป็นต้องจำตารางมาตรฐานอินทิกรัลมากเกินกว่าตรีโกณพื้นฐานทั่วไป)

จริงๆแล้วมันค่อนข้างหายาก (และดีมากเมื่อมันเกิดขึ้น) เพื่อที่จะจบลงในสถานที่ที่อิเล็คทรอนิกส์ตรงกับฟิสิกส์ตรงกับคณิตศาสตร์แน่ใจว่ามันเกิดขึ้นการสูญเสียเส้นทาง calcs, calcs เสียงรบกวนเมื่อทำแบบอะนาล็อก อาจจะเป็น 10% ของการออกแบบส่วนที่เหลือมักจะเป็นสิ่งที่ตัดคุกกี้

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ IC แบบอะนาล็อกโดยทั่วไปจะมีวงจรแอปพลิเคชันที่แนะนำอย่างน้อยหนึ่งรายการในแผ่นข้อมูล ตัวอย่างเช่นฉันกำลังออกแบบตัวรับ Qiสำหรับโครงการ ตัวเก็บประจุในวงอุปนัยขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัวและแผ่นข้อมูลมีสมการบางอย่างสำหรับการกำหนดค่าของพวกเขา:

ดังนั้นมันเป็นเพียงเรื่องของการเสียบหมายเลขเขียงหั่นขนมวงจรและลอง

สำหรับการออกแบบอะนาล็อกเราทำการคำนวณส่วนใหญ่ บางอย่างเช่นข้อต่อและตัวเก็บประจุบายพาส / ฟิลเตอร์เราอาจเลือกค่า "ปกติ" โดยรู้ว่ามันจะใช้งานได้กับแอปพลิเคชัน แต่โปรดทราบว่า "ทั่วไป" จะแตกต่างกันสำหรับวงจร DC, เสียงและวิทยุ - นี่คือสิ่งที่เราต้องคุ้นเคย

สำหรับตัวต้านทานอคติและรับผลกำไรเรามักจะทำการคำนวณ ฉันทำได้ด้วยมือเนื่องจากสมการนั้นง่าย บ่อยครั้งที่เราต้องการวงจร "เพิ่มขึ้นประมาณ 10" ดังนั้นอัตราส่วนจะง่ายพอที่จะทำในหัวของคุณและเลือกค่า (1K กับ 1Meg) สำหรับประเภทของวงจร

ความถูกต้องจำเป็นโดยโปรแกรมประยุกต์ของคุณคือสิ่งที่สั่งจำนวนเงินที่นำมาใช้ในการออกแบบที่ใช้งานง่ายและ / หรือการออกแบบอย่างเป็นทางการว่าจะใช้ ตัวอย่างหนึ่งคือ: เครื่องขยายเสียงเครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำสำหรับโทรทัศน์และเครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำพิเศษสำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุตามลำดับ ควรชัดเจนว่าการออกแบบของคุณ "เป็นทางการ / ถูกต้อง" นั้นขึ้นอยู่กับว่า "สำคัญ" แอปพลิเคชันคืออย่างไร (รวมถึงระยะเวลาและเงินสำหรับการออกแบบ)