ベテランEEの設計計算

熟練した設計者はかなりの量の計算を行う傾向がありますか、または回路の大部分は直感的に設計されていますか？設計エンジニアは、回路の一般的な部分について、ここでどのような値のキャップ、抵抗器を持ちたいのかという感覚を持っているように見えるので、私は尋ねています。もしそうだとすれば、それは単にデザインをリサイクルしているからです。初心者にとって、これは心を吹くものです。ただし、Art of Electronicsのような本は、その場でおおよその計算を行うアプローチを奨励しているようです。

私は、量産向けに新しい回路を定期的に設計するプロの電気技師であり、35年以上にわたっています。

はい、正確な部品仕様を決定するために頻繁に計算を行います。また、経験と直感が十分であり、要件が十分に緩いために値を選択する場合も多くあります。ただし、これをランダムな値と混同しないでください。

たとえば、SPIバスのMISOラインのプルダウン抵抗の場合、100kΩを指定して完了です。10kΩも正常に機能し、他の誰かがそれを選択しても間違っていません。他の場所で20kΩの抵抗を使用している場合は、BOMに別の部品を追加しないように、MISOラインで別の抵抗を指定することがあります。重要なのは、時には十分な余裕があり、直感と経験で十分なことです。

一方、現在の最初のボードを作成している最中の最新の設計の回路図を見ると、部品の値を指定するだけでなく、分散の結果を計算するのに時間がかかった場合がありますシステムの残りの部分。スイッチング電源へのフィードバックに使用される2つの抵抗の3つのケースがありました。ここに宿題のような言葉で表現された問題があります：

電源チップのフィードバック入力しきい値は800 mV±2％です。このチップの3つのインスタンスを使用して、12 V、5 V、および3.3 Vの電源を作成しています。以前は、各分圧器の下部抵抗に約10kΩを使用することに決めました。それぞれの場合の完全な抵抗器の仕様を決定し、結果として生じる公称供給電圧の最小/最大を決定します。すぐに利用可能な抵抗値に固執します。適切であれば1％を使用し、それに応じて仕様を設定します。

それは電卓で数分かかった真の現実世界の問題です。ところで、1％の抵抗で十分だと判断しました。それは実際私が期待したことですが、とにかく計算を行って確認しました。また、回路図上で各電源の公称範囲全体に注目しました。これは後で参照するのに役立つだけでなく、この問題が考慮され、計算が行われたことも示しています。たとえば、私や他の誰かが、1年後に3.3 Vの電源の許容範囲を知り、計算をやり直す必要はありません。

上記のケースを示す概略図の抜粋を次に示します。

R2、R4、およびR6を選択しましたが、R1、R3、およびR5を決定する計算を行い、結果の電源の公称範囲を決定しました。

SHxパーツについて追加（コメントへの応答）

SHパーツは、私が「ショーツ」と呼んでいるものです。これらはボード上の単なる銅です。その目的は、ソフトウェアで単一の物理ネットを2つの論理ネットに分割できるようにすることです。この場合はEagleです。上記3つすべてのケースで、SH部品はスイッチング電源のローカルグランドをボード全体のグランドプレーンに接続します。

スイッチング電源には、グランドを流れる大きな電流が流れる可能性があり、これらの電流には高周波成分が含まれる場合があります。

この電流の多くは、単にローカルに循環します。ローカルアースを1箇所のみでメインアースに接続された別のネットにすることにより、これらの循環電流は小さなローカルネットに留まり、メインアースプレーンを横切らない。小さなローカルアースネットの放射ははるかに少なく、電流がメインアースにオフセットを引き起こすことはありません。

最終的に、電力は電源から流れ出て、地面を経由して戻らなければなりません。ただし、その電流は、スイッチング電源の高周波内部電流よりもはるかに多くフィルタリングできます。適切に行われた場合、スイッチャの正常に動作する出力電流のみが、回路全体の他の部分のすぐ近くから外れます。

メインのグランドプレーンからローカルの高周波電流を遮断する必要があります。これらの電流が引き起こす可能性のある接地電圧オフセットを回避するだけでなく、メイン接地がパッチアンテナになるのを防ぎます。幸いなことに、厄介な地上電流の多くも局所的です。つまり、ローカルアースネットを1箇所でメインアースに接続するだけで、ローカルに維持できます。

これの良い例には、バイパスキャップのグランド側とバイパスするICのグランドピン間のパスが含まれます。それはまさにあなたがメイングラウンドを走りたくないのです。バイパスキャップのグラウンド側をビアを通してメイングラウンドに接続するだけではいけません。独自のトラックまたはローカルグランドを介してICグランドに接続し、それを1つの場所でメイングランドに接続します。

私は主に少量の商業および産業市場の仕事をしていますので、これは他の場所で異なる場合があります。

典型的な回路図の少なくとも75％は通常、エンジニアリングのビルディングブロックのようなものです。「3Aで5Vのレールが必要で、5％tol、15Vがあります」、Ti / Linear / Micrelがすべてがデータシートで完全に優れたデザインを取得しましたが、これは1つを選択した場合にすぎません（通常、選択はそれほど重要ではありません）。もちろん、最初の原則から設計することはできますが、それは私が支払われるものではありません。

同じことが他の多くのサブシステムにも当てはまります。

それから、「適切な大きさだけが必要」なケース、cmosのプルアップとプルダウン、インジケータLEDの直列抵抗などがあります。ここでの私の通常のプラクティスは、これらの少数の場所で本当に重要な値がわかるまで、これらの値を把握せず、可能な限りそれらの値から何かを選択することです。「電源オンLED、緑、12Vレール？わかりました、LEDは2〜3ボルト低下します。おそらく1〜10mA程度の範囲にしたいので、2、3 K領域のどこでもいいでしょう。そのフィルターに3k9の抵抗が必要だったように見えますが、そのうちの1つがそれを成し遂げます」。

本当の秘Theは、「空中の指」の推測がいつそれをカットしないかを知ることです。通常、フィルター、マッチングネットワークとタイミング回路、pll、および重要な位相シフトを含むその他のフィードバックのようなものは推測するのに悪い場所です。あなたが実際に数学を取得する必要があるような場所（通常、matlab / scilab / adsは仕事を成し遂げます、非常に基本的なtrig以外の積分の標準的なテーブルの多くを実際に覚える必要はありません）。

エレクトロニクスが物理学と物理学を満たし、数学を満たしている場所で終わることは、実際には非常にまれです（そして非常にいいです）、それを確実に、パス損失計算、アナログを行うときのノイズ計算、そのようなことですが、おそらくデザインの10％で、残りは通常クッキーカッターのものです。

特にアナログICを使用する場合、通常、データシートには1つ以上の推奨アプリケーション回路があります。たとえば、私は現在、プロジェクトのQi受信機を設計しています。誘導ループのコンデンサは多くの変数に依存しており、データシートにはその値を決定するためのいくつかの方程式があります。

したがって、数字を差し込んで、回路をブレッドボード化して試してみるだけです。

アナログ設計では、ほとんどの部分で計算を行います。カップリングコンデンサやバイパス/フィルターコンデンサなど、アプリケーションで機能することがわかっている「標準的な」値を選択する場合があります。ただし、DC、オーディオ、および無線回線では「標準」とは異なることに注意してください。これは、よく知っておく必要のあることです。

バイアス抵抗とゲイン抵抗については、通常計算を行います。方程式は単純なので、私はそれらを手作業で行います。多くの場合、「約10倍のゲイン」回路が必要なため、比率は頭の中で十分に単純であり、値（1K対1Meg）は回路のタイプに選択されます。

精度アプリケーションで必要とされるが、何で決まり、再利用量、直感的なデザインを、および/または1つが使用することを正式なデザイン。それぞれの例として、オーディオアンプ、テレビ用の低ノイズアンプ、電波望遠鏡用の超低ノイズアンプがあります。設計がどの程度「形式的/正確」であるかは、アプリケーションがどの程度「重要」であるか（および設計にどれだけの時間とお金を利用できるか）に依存することは明らかです。