Сёркиты

Очень классное видео о том, как влажная среда может вызвать короткое замыкание между обкладками MLCC конденсатора. Сначала я не понял, почему используется деионизированная вода, ведь в обычной влаге куча примесей. Автор канала любезно мне пояснил:

С обычной водой дендриты будут расти ещё быстрее.
Здесь деоинизированная вода, чтобы показать, что даже с ней происходит электрохимическая миграция, так как в процессе участвуют молекулы воды и ионы из металла обкладок

В последнее время я работаю с заказчиком, у которого есть линейка продукта, который много где установлен и широко используется большим количеством людей.
Но разработка относительная старая и они хотят ее немного диджитализировать.
Для начала - оцифровать аналоговое аудио и видео.

Собственно, именно этой диджитал трансформацией продукта мы занимаемся и порой я сталкиваюсь с очень необычными и интересными багами.
Об одном из них рассказываю в этой статье.

Вебинар Рика Хартли про землю в печатных платах — это своего рода база в среде продвинутых электронщиков.
Если у кого-то возникает какой-то вопрос, почти всегда находится человек, который рекомендует его посмотреть.

Я добрался до него совсем недавно (даже нашел русскую озвучку) и наконец-то осознал многие вещи, которые раньше не понимал.
Одно дело — читать, что для ЭМС лучше располагать GND via рядом с via цифрового сигнала, и совсем другое — понять, почему и как именно это помогает.

Ключевая мысль всего вебинара — ток это не просто движение электронов по дорожкам. Ток — это движение электромагнитной волны в диэлектрике между двумя проводниками.
Эта мысль не сразу укладывается в голове, но на ней строится практически весь вебинар: её подробно объясняют, иллюстрируют, разворачивают с разных сторон, и в какой-то момент всё становится интуитивно понятно.

В универе у нас был курс по электродинамике, где мы изучали распространение волн в волноводах (грубо говоря, это металлическая трубка).
Дорожка на печатной плате — это своего рода частный случай волновода, только без боковых стенок.
Верхняя стенка — дорожка на печатной плате, нижняя — полигон земли.
Однако если полигона нет, то волна будет распространяться между сигнальной дорожкой и дорожкой земли — где бы она ни находилась. Если дорожка земли на другом конце платы, то волна дойдет и до него.
Соответственно, электромагнитное поле сигнала будет распространяться по всей плате — со всеми вытекающими последствиями.

Отсюда и все эти странные stakup'ы печатных плат, где 2 внутренних слоя отданы под землю, а питание с сигналами разведены на внешних.
Свою последнюю 4-х слойную плату я пытаюсь спроектировать именно таким образом, и это намного сложнее, чем привычный стек: сигнал-земля-питание-сигнал.
Но, думаю, оно стоит того.

В даташите на один акселерометр увидел рекомендацию:

развязывающие конденсаторы по питанию (100нФ керамика, 10мкФ алюминий) должны быть как можно ближе...

Вроде стандартная рекомендация, но почему 10мкФ указан именно как алюминиевый? Даташит 17 года. Почему не керамика?

У меня было два разных предположения и я решил спросить у нейросетей.
Забавно, но ChatGPT и Claude дали два разных ответа, каждый из которых совпадал с одной из моих версий.

ChatGPT: Низкий ESR у керамического конденсатора может привести к возбуждению на внутреннем регуляторе датчика и ухудшению стабильности питания. Алюминиевый конденсатор имеет больше ESR, которое выступает как демпфер. Кроме того, у алюминиевого конденсатора 10мкФ стабильны и не снижаются от напряжения или температуры.

Claude: На момент написания большинства даташитов на подобные компоненты (и сейчас тоже) 10 мкФ керамика была либо дорогой, либо недоступной в малых корпусах. Функционально это рекомендация по ёмкости, а не по типу диэлектрика.

Как вы думаете, кто из них прав?
👾 - ChatGPT
🐳 - Claude

Лично я склоняюсь ко второй версии.

Защита от короткого замыкания кажется не очень сложной задачей.
С этим уже сталкивалось много людей в интернете - там полно схем, да и в добавок есть разного рода интегрированные решения на чипах.
Веселее становится, когда начинаются какие-то дополнительные детали.

Я думал над одной такой защитой, пытаясь сделать что-то в меру простое, в меру дешевое, в меру умное и достаточно надежное.
Получилось два варианта: один на дискретных компонентах (о нем я, кстати, рассказывал в этом посте) и один на микросхеме от TI.
Мой коллега, посмотрев на мои ухищрения, искренне удивился и сказал: "Че ты херней занимаешься, поставь резистор 1206 10 Ом, у тебя там потребление тока в нормальном режиме - пару десятков мА".
Аргументы с моей стороны, почему это не канает, не заставили себя ждать: нет контроля тока, нет прерывания для хоста, разное падение напряжения, да и вообще - это же РЕЗИСТОР.

Во время дебагинга по отдельности всё работало отлично. Но вот вся система в совокупности работала не так, как я ожидал. Одно тянуло за собой второе, второе - третье, а из-за третьего вся моя защита была бесполезна для типичного usecase.
После продолжительного времени, осознавая, что time-to-market сейчас важнее прерывания, а само КЗ можно задетектить с помощью софта, я сдался: снял обе свои защиты и поставил этот чертов резистор.

У нас вообще какое-то очень предвзятое отношение к резисторам, как будто они не наши бро. В вопросах протекания тока мы редко о них думаем, потому что подсознательно помним, что они греются, на них падает напряжение, а максимальный ток ограничен.

Так, недавно на другой моей плате был DC-DC на 7.5В для цифровой части, и с него же через LC фильтр шло 7.5В для аудиочасти.
Требований по чистоте звука позволяли не сильно заморачиваться с вопросами фильтрации.
Но DC-DC, как назло, при определенном соотношении входного и выходного напряжений, при низком потреблении выдавал большие пульсации.
Их удалось сгладить и уменьшить, но LC фильтр оказался бесполезен: его частота среза была вышел частоты пульсаций.
А чтоб ее срезать нужно либо сильно увеличивать индуктивность, либо - емкость.
Ничего из этого делать не хочется.

И вот я вспоминаю эту историю с 10 Ом резистором и понимаю, что тут это тоже будет идеальным решением: потребление тока - десятки мА, а частота среза будет с запасом. Не нужно будет даже емкость увеличивать.

В общем, зря я задвигал резисторы на задворки своего сознания. Надёжность часто живёт в простых вещах.