Elektronicy, szczególnie ci, którzy pracują z sygnałami analogowymi, tworzą dosyć hermetyczne środowisko. Jeśli zajmujecie się tym zawodowo, to z pewnością kiedyś byliście uczestnikami tego rodzaju dialogu, jaki przytacza autor tekstu, inżynier systemów analogowych z Texas Instruments.
- Czym się zajmujesz?
- Pracuję w Texas Instruments.
- Ooo, to robisz kalkulatory!
- Nie do końca, pracuje w analogu.
- Ale co to jest analog?
- Sygnałami analogowymi nazywamy takie, które są ciągłe.
- Ale po co?
- Ponieważ trzeba przetwarzać rzeczywiste sygnały analogowe, takie jak napięcia i prądy...
- Ale po co? Analog nie może przetwarzać się sam??
- Ech... żartowałem - robię kalkulatory
Szczególnie w dzisiejszych czasach technologia analogowa nie jest tak widoczna jak kiedyś. Dla wielu osób świat systemów analogowych jest tajemniczy i nie do końca zrozumiały. Mamy swój język, swoje koncepty, swoich 'guru' etc. Wszystko to nas jednoczy, ale i alienuje od innych, nawet elektroników. W poniższym tekście Matt Hein z TI wymienia siedem rzeczy, które zrozumiałe są tylko dla inżynierów analogowych - przynajmniej na pierwszy rzut oka.
1. Magiczny dymek.
Magiczny dym, dzięki któremu działają wszystkie układy elektroniczne, to prawda. Każdy układ scalony czy inny element urządzenia elektronicznego działa dzięki czemuś, co nazywa się "magicznym dymem" - naukowcy do dzisiaj nie wiedzą, co to jest i jak działa. Jest on w zasadzie niewykrywalny... dopóki nie uwolni się układu. Jest to krytyczny składnik każdego układu scalonego. Nie nauczysz się o nim z książek czy z żadnych wykładów, ale wszyscy w branży wiedzą, że bez niego układ nie działa.
Działanie magicznego dymku jest bardzo proste - układ scalony funkcjonuje poprawnie tak długo, jak dymek jest szczelnie zamknięty w obudowie, w której umieścił go producent. Jeśli dym ucieknie przez nieszczelności obudowy, to nasz układ przestanie działać. Częstymi przyczynami rozszczelnienia się obudowy jest zbyt wysokie napięcie lub prąd w układzie oraz przegrzanie danego elementu. Efekty ucieczki magicznego dymu widać na poniższym zdjęciu.
Magiczny dymek doskonale ukazał Dave Jones z EEVbloga na swoim kanale:
2. Jeśli pracujesz w układzie z izolacją galwaniczną, nigdy nie będziesz sam.
W wielu systemach elektronicznych mamy do czynienia z szeregiem "stref" w układzie, znajdujących się na różnym potencjalne. Na przykład w tak prostym układzie jak sprężarka, mamy strefę wysokiego napięcia, które zasila silnik elektryczny kompresora a także strefę niskiego napięcia, gdzie działa kontroler układu - na przykład mikrokontroler. Aby poprawić niezawodność tego rodzaju układów, wprowadza się izolację galwaniczną pomiędzy poszczególnymi strefami.
Izolacja galwaniczna umożliwia nam "transport" danych oraz mocy poprzez barierę izolacji galwanicznej, pomiędzy zupełnie odizolowanymi elektrycznie od siebie układami. Jednocześnie, tego rodzaju bariera nie transmituje niczego innego, na przykład przepięć itp. Izolacja pomaga chronić delikatne układy elektroniczne przed brutalnością wysokiego napięcia. Napięcie to jest niebezpieczne nie tylko dla układów elektronicznych - krzywdę zrobić może też człowiekowi. Większość poważnych laboratoriów elektronicznych zabrania pracy w pomieszczeniu samemu, jeżeli pracujemy nad układem, w którym występują wysokie, potencjalnie niebezpieczne napięcia. Jeśli więc pracujesz nad układem, w którym gdzieś znajduje się bariera izolacji, to nie będziesz robił tego sam - dla własnego bezpieczeństwa.
3. Pease to nie literówka w słowie Please
Świętej pamięci Robert (Bob) Pease jest jedną z legend świata analogowego. Zaprojektował on ponad 20 układów scalonych, część z nich używanych w przemyśle przez dziesięciolecia. Bob publikował co jakiś czas swoje doświadczenia w zakresie projektowania systemów analogowych w cyklu "Pease Porridge", który ukazywał się w czasopiśmie Electronic Design. Dodatkowo, Pease może poszczycić się pierwszym webcastem poświęconym sektorowi półprzewodnikowemu, jaki został transmitowany na świecie:
4. Zegar nie powie Ci, która jest godzina
Wszelkiego rodzaju układy elektroniczne nazywane zegarami w elektronice analogowej robić mogą wiele, ale nie powiedzą nam, która jest właśnie teraz godzina. W zasadzie zegar w elektronice analogowej to po prostu inna i popularna nazwa na oscylator - układ, który generuje stabilny przebieg o dokładnie zdefiniowanej częstotliwości.
Zegary są jednym z kluczowych elementów analogowych w urządzeniach, szczególnie, jeśli jest ich więcej. Sygnały zegarowe mogą interferować ze sobą, propagować w niekontrolowany sposób po płytce itp. zwiększając na różne sposoby poziom szumu w naszym czułym, analogowym systemie. Dodatkowo, aby uzyskać stabilne i precyzyjne oscylacje trzeba dokładnie zrozumieć, po co i jak generuje się dany przebieg, a także zaznajomić się z zjawiskami, takimi jak szum fazowy (jitter) itp., co umożliwi nam optymalizację systemu zegarowego.
5. Dużo się rysuje
Inżynierowie projektujący układy analogowe bardzo dużo rysują. Każdy z nich chętnie łapie za mazak, by kreślić po tablicy suchościeralnej czy też rysuje na kartce papieru. Ludzie posługujący się językiem elektroniki analogowej rysują schematy elektryczne, które często są nie do odszyfrowania dla osób, które nie poznały chociażby podstaw tego systemu znaków. Każdy komponent elektroniczny ma swój symbol - od prostych oporników i kondensatorów poprzez tak złożone elementy, jak przetworniki analogowo-cyfrowe. Takie schematy pozwalają tchnąć życie w pomysł danego układu i spisać go, zanim powstanie cokolwiek fizycznego. No i dobry schemat konieczny jest, aby dokończyć zdanie: "A to działa tak..."
6. Zawsze U = IR
Nieważne, co się dzieje, to prawo Ohma zawsze jest prawdziwe. To wręcz zabawne, że niektóre skomplikowane układy elektroniczne - przetworniki analogowo-cyfrowe sigma-delta, wzmacniacze RF, izolatory cyfrowe i inne - opisać można wykorzystując tylko i wyłącznie prawo Ohma - proste równanie, którego każdy uczy się jeszcze w szkole.
Prawo Ohma mówi, że prąd płynący przez dany element jest proporcjonalny do przyłożonego do niego napięcia. Współczynnikiem proporcjonalności jest opór elektryczny. Pewnie teraz Wam głupio, że zmarnowaliście dwa zdania czytania na coś tak podstawowego.
Gdzie ta wiedza może się nam przydać? Oto kilka przykładów:
* Opornik pomiarowy R = 10 mΩ przez który płynie prąd (maksymalnie I = 10 A) - możemy na nim zmierzyć spadek od 0 V do 0,1 V.
* Precyzyjny DAC z wyjściem prądowym; dla prądu wyjściowego I = 5 mA spadek napięcia na obciążeniu wynosi V = 120 mV. Oznacza to, że impedancja (rezystancja) obciążenia wynosi R = 24 Ω.
* W sterowniku bramki tranzystora polowego zabezpieczenie nadprądowe załącza się dla napięcia 0,5 V, co oznacza, że tranzystor MOSFET musi mieć rezystancję kanału na poziomie 20 mΩ, jeśli graniczny prąd wynosi 25 A.
7. Równania z kursu wprowadzającego do elektroniki też nadal są prawdziwe
Wszystko czego nauczyliście się w szkole i na studiach nadal jest prawdziwe - prawo Ohma jest chyba najlepszym tego przykładem, ale i inne równania opisujące analogowy świat są prawdziwe. Wiele problemów rozwiązać można wykorzystując prawo Ohma, ale dobrze jest też pamiętać inne podstawowe równania, takie jak te opisujące ładowanie kondensatora przez opornik w układzie RC czy też metody wyliczania pasma szumu.
Aby ułatwić inżynierom analogowym spamiętanie tych wszyscy informacji, Texas Instruments przygotował kieszonkowy poradnik dla inżynierów analogowych (na zdjęciu poniżej). Inne tego rodzaju poradniki dostępne są też w księgarniach specjalistycznych czy też w internecie. Dobra tablica z wzorami, to w zasadzie wszystko, co może być nam potrzebne.
Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/11/16/seven-things-that-only-an-analog-engineer-would-understand
- Czym się zajmujesz?
- Pracuję w Texas Instruments.
- Ooo, to robisz kalkulatory!
- Nie do końca, pracuje w analogu.
- Ale co to jest analog?
- Sygnałami analogowymi nazywamy takie, które są ciągłe.
- Ale po co?
- Ponieważ trzeba przetwarzać rzeczywiste sygnały analogowe, takie jak napięcia i prądy...
- Ale po co? Analog nie może przetwarzać się sam??
- Ech... żartowałem - robię kalkulatory
Szczególnie w dzisiejszych czasach technologia analogowa nie jest tak widoczna jak kiedyś. Dla wielu osób świat systemów analogowych jest tajemniczy i nie do końca zrozumiały. Mamy swój język, swoje koncepty, swoich 'guru' etc. Wszystko to nas jednoczy, ale i alienuje od innych, nawet elektroników. W poniższym tekście Matt Hein z TI wymienia siedem rzeczy, które zrozumiałe są tylko dla inżynierów analogowych - przynajmniej na pierwszy rzut oka.
1. Magiczny dymek.
Magiczny dym, dzięki któremu działają wszystkie układy elektroniczne, to prawda. Każdy układ scalony czy inny element urządzenia elektronicznego działa dzięki czemuś, co nazywa się "magicznym dymem" - naukowcy do dzisiaj nie wiedzą, co to jest i jak działa. Jest on w zasadzie niewykrywalny... dopóki nie uwolni się układu. Jest to krytyczny składnik każdego układu scalonego. Nie nauczysz się o nim z książek czy z żadnych wykładów, ale wszyscy w branży wiedzą, że bez niego układ nie działa.
Działanie magicznego dymku jest bardzo proste - układ scalony funkcjonuje poprawnie tak długo, jak dymek jest szczelnie zamknięty w obudowie, w której umieścił go producent. Jeśli dym ucieknie przez nieszczelności obudowy, to nasz układ przestanie działać. Częstymi przyczynami rozszczelnienia się obudowy jest zbyt wysokie napięcie lub prąd w układzie oraz przegrzanie danego elementu. Efekty ucieczki magicznego dymu widać na poniższym zdjęciu.
Magiczny dymek doskonale ukazał Dave Jones z EEVbloga na swoim kanale:
2. Jeśli pracujesz w układzie z izolacją galwaniczną, nigdy nie będziesz sam.
W wielu systemach elektronicznych mamy do czynienia z szeregiem "stref" w układzie, znajdujących się na różnym potencjalne. Na przykład w tak prostym układzie jak sprężarka, mamy strefę wysokiego napięcia, które zasila silnik elektryczny kompresora a także strefę niskiego napięcia, gdzie działa kontroler układu - na przykład mikrokontroler. Aby poprawić niezawodność tego rodzaju układów, wprowadza się izolację galwaniczną pomiędzy poszczególnymi strefami.
Izolacja galwaniczna umożliwia nam "transport" danych oraz mocy poprzez barierę izolacji galwanicznej, pomiędzy zupełnie odizolowanymi elektrycznie od siebie układami. Jednocześnie, tego rodzaju bariera nie transmituje niczego innego, na przykład przepięć itp. Izolacja pomaga chronić delikatne układy elektroniczne przed brutalnością wysokiego napięcia. Napięcie to jest niebezpieczne nie tylko dla układów elektronicznych - krzywdę zrobić może też człowiekowi. Większość poważnych laboratoriów elektronicznych zabrania pracy w pomieszczeniu samemu, jeżeli pracujemy nad układem, w którym występują wysokie, potencjalnie niebezpieczne napięcia. Jeśli więc pracujesz nad układem, w którym gdzieś znajduje się bariera izolacji, to nie będziesz robił tego sam - dla własnego bezpieczeństwa.
3. Pease to nie literówka w słowie Please
Świętej pamięci Robert (Bob) Pease jest jedną z legend świata analogowego. Zaprojektował on ponad 20 układów scalonych, część z nich używanych w przemyśle przez dziesięciolecia. Bob publikował co jakiś czas swoje doświadczenia w zakresie projektowania systemów analogowych w cyklu "Pease Porridge", który ukazywał się w czasopiśmie Electronic Design. Dodatkowo, Pease może poszczycić się pierwszym webcastem poświęconym sektorowi półprzewodnikowemu, jaki został transmitowany na świecie:
4. Zegar nie powie Ci, która jest godzina
Wszelkiego rodzaju układy elektroniczne nazywane zegarami w elektronice analogowej robić mogą wiele, ale nie powiedzą nam, która jest właśnie teraz godzina. W zasadzie zegar w elektronice analogowej to po prostu inna i popularna nazwa na oscylator - układ, który generuje stabilny przebieg o dokładnie zdefiniowanej częstotliwości.
Zegary są jednym z kluczowych elementów analogowych w urządzeniach, szczególnie, jeśli jest ich więcej. Sygnały zegarowe mogą interferować ze sobą, propagować w niekontrolowany sposób po płytce itp. zwiększając na różne sposoby poziom szumu w naszym czułym, analogowym systemie. Dodatkowo, aby uzyskać stabilne i precyzyjne oscylacje trzeba dokładnie zrozumieć, po co i jak generuje się dany przebieg, a także zaznajomić się z zjawiskami, takimi jak szum fazowy (jitter) itp., co umożliwi nam optymalizację systemu zegarowego.
5. Dużo się rysuje
Inżynierowie projektujący układy analogowe bardzo dużo rysują. Każdy z nich chętnie łapie za mazak, by kreślić po tablicy suchościeralnej czy też rysuje na kartce papieru. Ludzie posługujący się językiem elektroniki analogowej rysują schematy elektryczne, które często są nie do odszyfrowania dla osób, które nie poznały chociażby podstaw tego systemu znaków. Każdy komponent elektroniczny ma swój symbol - od prostych oporników i kondensatorów poprzez tak złożone elementy, jak przetworniki analogowo-cyfrowe. Takie schematy pozwalają tchnąć życie w pomysł danego układu i spisać go, zanim powstanie cokolwiek fizycznego. No i dobry schemat konieczny jest, aby dokończyć zdanie: "A to działa tak..."
6. Zawsze U = IR
Nieważne, co się dzieje, to prawo Ohma zawsze jest prawdziwe. To wręcz zabawne, że niektóre skomplikowane układy elektroniczne - przetworniki analogowo-cyfrowe sigma-delta, wzmacniacze RF, izolatory cyfrowe i inne - opisać można wykorzystując tylko i wyłącznie prawo Ohma - proste równanie, którego każdy uczy się jeszcze w szkole.
Prawo Ohma mówi, że prąd płynący przez dany element jest proporcjonalny do przyłożonego do niego napięcia. Współczynnikiem proporcjonalności jest opór elektryczny. Pewnie teraz Wam głupio, że zmarnowaliście dwa zdania czytania na coś tak podstawowego.
* Opornik pomiarowy R = 10 mΩ przez który płynie prąd (maksymalnie I = 10 A) - możemy na nim zmierzyć spadek od 0 V do 0,1 V.
* Precyzyjny DAC z wyjściem prądowym; dla prądu wyjściowego I = 5 mA spadek napięcia na obciążeniu wynosi V = 120 mV. Oznacza to, że impedancja (rezystancja) obciążenia wynosi R = 24 Ω.
* W sterowniku bramki tranzystora polowego zabezpieczenie nadprądowe załącza się dla napięcia 0,5 V, co oznacza, że tranzystor MOSFET musi mieć rezystancję kanału na poziomie 20 mΩ, jeśli graniczny prąd wynosi 25 A.
7. Równania z kursu wprowadzającego do elektroniki też nadal są prawdziwe
Wszystko czego nauczyliście się w szkole i na studiach nadal jest prawdziwe - prawo Ohma jest chyba najlepszym tego przykładem, ale i inne równania opisujące analogowy świat są prawdziwe. Wiele problemów rozwiązać można wykorzystując prawo Ohma, ale dobrze jest też pamiętać inne podstawowe równania, takie jak te opisujące ładowanie kondensatora przez opornik w układzie RC czy też metody wyliczania pasma szumu.
Aby ułatwić inżynierom analogowym spamiętanie tych wszyscy informacji, Texas Instruments przygotował kieszonkowy poradnik dla inżynierów analogowych (na zdjęciu poniżej). Inne tego rodzaju poradniki dostępne są też w księgarniach specjalistycznych czy też w internecie. Dobra tablica z wzorami, to w zasadzie wszystko, co może być nam potrzebne.
Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/11/16/seven-things-that-only-an-analog-engineer-would-understand
Fajne? Ranking DIY
