Программа для создания электронных схем. Лучшие программы для проектирования электронных схем: обзор популярных инструментов — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие программы используются для разработки электронных схем. Как выбрать подходящий симулятор электронных цепей. Чем отличаются платные и бесплатные решения для проектирования электроники.

Содержание

Программы для проектирования электронных схем: обзор популярных решений

Проектирование электронных схем — важный этап разработки любого электронного устройства. Современные программные инструменты значительно упрощают и ускоряют этот процесс. Рассмотрим наиболее популярные программы для создания и моделирования электронных схем.

Бесплатные программы для разработки схем

Для начинающих радиолюбителей и студентов отлично подойдут бесплатные решения:

TinyCAD — простая программа под Windows для рисования принципиальных схем
KiCad — профессиональный пакет с открытым исходным кодом для разработки печатных плат
CircuitMaker — бесплатная облачная САПР от Altium
EveryCircuit — онлайн-симулятор электронных схем

Платные профессиональные САПР

Для серьезных проектов используются мощные коммерческие системы:

Altium Designer — лидер рынка САПР печатных плат
OrCAD — популярный пакет для проектирования и моделирования
Cadence Allegro — профессиональная САПР для сложных многослойных плат
Proteus — система сквозного проектирования электроники

Симуляторы электронных схем: виды и особенности

Симуляторы позволяют проверить работу схемы без физической сборки. Различают следующие типы:

SPICE-симуляторы — высокоточное аналоговое моделирование
Цифровые симуляторы — для анализа логических схем
Смешанные симуляторы — объединяют аналоговое и цифровое моделирование

Популярные симуляторы: LTspice, Multisim, PSpice, Micro-Cap.

Как выбрать программу для проектирования электроники?

При выборе программы стоит учитывать следующие факторы:

Сложность проектируемых устройств
Необходимость 3D-моделирования
Поддержка библиотек компонентов
Возможности симуляции
Генерация производственных файлов

Совместимость с другим ПО

Для простых схем подойдут бесплатные редакторы. Сложные проекты требуют профессиональных САПР.

Преимущества использования САПР для разработки электроники

Современные программы для проектирования электронных схем обладают рядом важных преимуществ:

Ускорение процесса разработки
Снижение вероятности ошибок
Автоматическая проверка правил проектирования
Возможность моделирования и оптимизации
Генерация документации
Интеграция с производством

Использование специализированного ПО позволяет значительно повысить эффективность разработки электронных устройств.

Онлайн-инструменты для проектирования схем

Набирают популярность облачные сервисы для разработки электроники:

EasyEDA — бесплатный онлайн-редактор схем и плат
Upverter — профессиональная облачная САПР
CircuitLab — онлайн-симулятор электронных схем
TinkerCAD Circuits — простой редактор для обучения

Они не требуют установки и позволяют работать с любого устройства.

Программы для проектирования печатных плат

Разработка печатных плат — важный этап создания электронных устройств. Популярные программы:

Eagle — простая и функциональная САПР печатных плат
DipTrace — удобный редактор для небольших проектов
Sprint Layout — бюджетное решение для любителей
PCB Artist — бесплатная программа с широкими возможностями

Профессиональные САПР вроде Altium Designer и OrCAD также включают мощные редакторы печатных плат.

Выбор симулятора электронных схем

При выборе симулятора стоит обратить внимание на следующие аспекты:

Поддерживаемые виды анализа (DC, AC, переходные процессы)
Наличие моделей реальных компонентов
Возможность создания собственных моделей

Удобство построения и анализа графиков
Интеграция с САПР печатных плат

Для большинства задач отлично подойдет бесплатный LTspice. Сложные проекты могут потребовать коммерческих решений вроде PSpice или Multisim.

Особенности проектирования аналоговых и цифровых схем

Разработка аналоговых и цифровых схем имеет свои особенности:

Аналоговые схемы:

Требуют точного моделирования
Чувствительны к паразитным параметрам
Важен правильный выбор номиналов

Цифровые схемы:

Используют логическое моделирование
Важна синхронизация сигналов
Требуют анализа временных диаграмм

Современные САПР позволяют эффективно проектировать как аналоговые, так и цифровые схемы.

Заключение

Выбор программы для проектирования электронных схем зависит от сложности задач и бюджета. Для начинающих подойдут бесплатные редакторы, а профессионалам необходимы мощные коммерческие САПР. В любом случае, использование специализированного ПО значительно упрощает и ускоряет процесс разработки электронных устройств.

10 лучших бесплатных онлайн симуляторов электроцепи

Список бесплатных программ моделирования электронной цепи онлайн очень полезный для вас. Эти симуляторы электроцепи, которые я предлагаю, не нужно быть загружен в компьютере, и они могут работать непосредственно с веб-сайта.

1. EasyEDA — дизайн электронной цепи, моделирование цепи и PCB дизайн:

EasyEDA — удивительный бесплатный онлайн симулятор электроцепи, который очень подходит для тех, кто любит электронную схему. EasyEDA команда стремится делать сложную программу дизайна на веб-платформе в течение нескольких лет, и теперь инструмент становится замечательным для пользователей. Программная среда позволяет тебе самому проектировать схему. Проверить операцию через симулятор электроцепи. Когда вы убедитесь функцию цепи хорошо, вы будете создавать печатную плату с тем же программным обеспечением.

Есть более 70,000+ доступных диаграмм в их веб-базах данных вместе с 15,000+ Pspice программами библиотеки. На сайте вы можете найти и использовать множество проектов и электронных схем, сделанные другими, потому что они являются публичными и открытыми аппаратными оснащениями. Он имеет некоторые довольно впечатляющие варианты импорта (и экспорта). Например, вы можете импортировать файлы в Eagle, Kikad, LTspice и Altium проектант, и экспортировать файлы в .PNG или .SVG. Есть много примеров на сайте и полезных программ обучения, которые позволяют людей легко управлять.

Circuit Sims

2. Circuit Sims: Это был один из первых вебов исходя из эмуляторов электроцепи с открытым кодом я тестировал несколько лет назад. Разработчикам не удалось повысить качество и увеличить графический интерфейс пользователя.

DcAcLab

3. DcAcLab имеет визуальные и привлекательные графики, но ограничивается моделированием цепи. Это несомненно отличная программа для обучения, очень проста в использовании. Это делает вас видеть компоненты, как они сделаны. Это не позволит вам проектировать схему, но только позволит сделать практику.

EveryCircuit

4. EveryCircuit представляет собой электронный эмулятор онлайн с хорошими сделанными графиками. Когда вы входите в онлайн программу, и она будет просить вас создать бесплатный счет, чтобы вы можете сохранить ваши проекты и иметь ограниченную часть площади рисовать вашу схему. Чтобы использовать его без ограничений, требующих годовой взнос в размере $ 10. Он можно скачивать и использоваться на платформах Android и iTunes. Компоненты имеют ограниченную способность имитировать с небольшими минимальными параметрами. Очень просто в использовании, он имеет прекрасную систему электронного дизайна. Она позволяет вам включать (вставлять) моделирование в ваши веб-страницы.

DoCircuits

5.DoCircuits: Хотя она оставляет людям первое впечатление от путаницы о сайте, но она дает много примеров о том, как работает программа, можно видеть себя на видео «будет начать в пять минут». Измерения параметров электронной схемы продемонстрируют с реалистичными виртуальными инструментами.

PartSim

6. PartSim электронный симулятор схемы онлайн. Он был способным к моделированию. Вы можете рисовать электрические схемы и протестировать их. Он еще новый симулятор, так что есть несколько компонентов, чтобы сделать моделирования для выбора.

123DCircuits

7. 123DCircuits Активная программа разработана AutoDesk, она позволяет вам создавать схему, можно увидеть её на макетной плате, использовать платформу Arduino, имитировать электронную схему и окончательно создать PCB. Компоненты продемонстрируются в 3D в их реальной форме. Вы можете запрограммировать Arduino непосредственно из этой программы моделирования, (она) действительно производит глубокое впечатление.

TinaCloud

8. TinaCloud Эта программа моделирования имеет усовершенствованные возможности. Она позволяет вам моделировать, в дополнение к обычным схемам со смешанными сигналами, и микропроцессорами, VHDL, SMPS поставки электричества и радио частотных цепей. Расчеты для электронного моделирования выполняются непосредственно на сервере компании и позволяют отличную скорость моделирования

Spicy schematics

9. Spicy schematics является программой формы cross-plat, все формы платформы можно поддерживать, в том числе iPad.

Gecko simulations

10. Gecko simulations представляет собой программу моделирования, специализирующуюся на открытом исходном коде и питания цепей. С помощью этой программы вы также можете измерить потребляемую энергию схемы. Это программа является клоном программы ETH (ETH Zurich).

Программы для разработки электронных схем

В этой статье мы попробуем рассказать о некоторых отличных, а главное современных программах для разработки схем. Нужно учесть многие разные критерии при составлении такого списка. Есть бесплатные, платные и shareware-программы, и многие из них хороши в плане качества, дружественного интерфейса и широких возможностей. Попробуем перечислить здесь как можно больше таких программ. Вообще научиться рисовать схемы несложно, если выбрать подходящий инструмент и практиковаться.

Онлайн инструменты EDA – когда весь мир переходит на облачные технологии, мощные инструменты EDA также доступны в облаке. Вот несколько инструментов EDA, которые вы можете попробовать:

EasyEDA – отличный бесплатный инструмент EDA на облачной основе, позволяющий чертить схемы, разрабатывать печатные платы и проводить симуляцию их работы. Уже содержит более 70,000 схем в онлайновой базе данных и более 15,000 библиотек Pspice. Вы можете быстро чертить схемы в своём браузере, используя доступные библиотеки. Сохранённую работу можно оставить в персональном доступе, поделиться или выложить в публичный доступ. Можно импортировать схемы и библиотеки из Altium, Eagle, KiCad и Ltspice. Файлы можно экспортировать в различных форматах, включая JSO. За небольшую цену можно заказать изготовление печатной платы. Доступность программы в облаке обеспечивает мобильность и портативность, а также совместимость с разными устройствами и системами.

Бесплатные программы для разработки электронных схем

TinyCad – программа для черчения схем под Windows от SourceForge. Поддерживает рисование электронных схем, размещение деталей и симуляцию работы схемы. Можно скачать бесплатно.

Xcircuit – бесплатная программа для черчения схем от OpenCircuit Designs, сделанная под Unix/Linux. Можно запустить в Windows при наличии X-сервера или Windows API. Доступно много разных версий программы. Перед использованием следует подробно ознакомиться с инструкциями.

Dia – программа для черчения, позволяет рисовать блок-схемы. Доступна вставка различных полезных стандартных компонентов. Программа для новичков в создании схем. Хорошо подходит для создания блок-схем. Лицензия GPL, сделана под Mac и Linux. Не знаю, доступна ли версия для Windows.

Pspice – Student Version – возможно, вы слышали о Pspice – программа для симуляций. По этой ссылке можно загрузить бесплатную студенческую версию Pspice.

ProfiCAD – бесплатная чертёжная программа. Пока не пробовали – кто знаком с этой программой, можете рассказать.

SmartDraw – бесплатная программа для разработки электронных схем. Программа от SmartDraw LLC, разрабатывающей профессиональные программы для рисования и CAD-программы. Есть бесплатная версия, для продвижения платных. Особых возможностей от бесплатной версии ждать не стоит.

Платные программы для разработки электронных схем

Altera– предоставляет множество программ для различных целей. Есть программы для Embedded design (NIOS II), разработческая среда DSP (DSP Builder). Для логических схем – Quartus II и ModelSim.

CadSoft Eagle – ещё одна высококачественная программа для разработки печатных плат. Сокращение EAGLE – EasilyApplicable Graphical Layout Editor.

LTSpice– программа для симуляций от Linear. Разработка схем, spice-симуляции, осциллограф, и множество других функций.

Orcad– очень популярная программа от Cadence для черчения, разработки и симуляции работы схем.

Tina – Недорогое решение для мелких предприятий и фрилансеров. Поддерживает рисование и разработку схем, симуляцию их работы, и прочие функции. Позволяет вживую тестировать работу схем.

　　А что вы думаете об этих программах для разработки схем, печатных плат и схем соединения?

Проектирование электроники, симуляторы электронных схем

2022-04-15

Проектирование электронных схем — это процесс создания схем, состоящих из пассивных и активных компонентов. Их монтаж и соединение создает путь для электрического тока, который выполняет определенные функции. При проектировании такой схемы на компьютере ее представляют в виде схемы. Каждый физический компонент схемы идентифицируется соответствующим графическим символом и информацией о его параметрах. В компьютерном процессе проектирования электроники возможно редактирование отдельных выделенных частей и всей схемы даже на дальнейших этапах работы.

В вычислительном отношении это очень трудоемкая и сложная задача, поэтому мы начали создавать устройства, которые будут поддерживать процесс проектирования схем , а также такие, которые помогут проверить системы и их слабые места перед внедрением. Так были созданы симуляторы электронных схем

. С их помощью можно на основе наблюдений делать выводы о функционировании физических объектов в конкретных условиях (в хороших тренажерах можно изменять такие условия, как температура окружающей среды) и вносить изменения в схему до того, как она будет создана физически.

Проектирование схем – прорыв в SPICE

Первым широко используемым симулятором электронных схем был SPICE (Программа моделирования с акцентом на интегральные схемы). Первая демонстрация SPICE состоялась в Канаде на 16-м Среднезападном симпозиуме по теории цепей 12 апреля 1973 года. С речью выступил профессор Дональд О. Педерсон из Калифорнийского университета в Беркли. Разработчики программы возлагали скромные надежды на SPICE и его успех, поэтому все, что произошло потом, стало большим сюрпризом. В течение нескольких лет SPICE получил признание почти во всех областях электротехники. Школы и любители быстро начали производить производные SPICE, что, вероятно, подпитывалось расширяющейся индустрией интегральных схем. В настоящее время практически каждая программа для моделирования электронных схем создается на основе тех же математических основ, которые использовались разработчиками SPICE.

Моделирование цепи – что это такое? Проектирование электроники.

Моделирование схемы — это процесс, при котором модель электронной схемы создается и анализируется с использованием различных программных алгоритмов, которые прогнозируют и подтверждают поведение и характеристики схемы. Поскольку изготовление электронных схем, особенно интегральных схем (ИС), является дорогостоящим и трудоемким, быстрее, удобнее и, что наиболее важно, дешевле проверить поведение и производительность схемы с помощью симулятора схемы перед ее изготовлением. Существуют различные типы симуляторов цепей, отвечающие различным потребностям в диапазоне точности, производительности и производительности. На одном конце спектра находятся аналоговые симуляторы, благодаря которым можно получить точное представление электронных схем. Они обеспечивают высокую точность и обычно используются для моделирования небольших схем. На другом конце спектра находятся цифровые симуляторы, в которых используются функциональные представления электронных схем, обычно описываемые с помощью языков описания оборудования (HDL). Они обеспечивают наивысшую производительность и емкость, но при относительно более низком уровне точности. Цифровые симуляторы обычно используются для моделирования очень больших схем.

Типы моделирования цепей.

Программы для проектирования электроники.

Существует три основных типа моделирования цепей: аналоговое, цифровое и смешанное.

Моделирование аналоговых схем предполагает использование высокоточных моделей (т. е. представлений) электронных схем для достижения высокой точности. Модели включают нелинейные, линейные и простые табличные представления различных электронных устройств в схеме. Аналоговая симуляция может выполняться в различных режимах. К ним относятся переменный ток (частотная область), постоянный ток (нелинейный режим покоя) и переходный процесс (временная область). Все аналоговые симуляторы используют алгоритмы для математического анализа поведения электронной схемы в этих различных режимах. Все они разделяют качество решения матриц для прогнозирования производительности электронной схемы. Сигналы распространяются как постоянно меняющиеся значения. Есть два основных типа 9Симуляторы аналоговых схем 0011 : SPICE и FastSPICE. Симуляторы SPICE используют высокоточные нелинейные и линейные модели электронных устройств для анализа поведения схемы. Они используют множество различных методов интегрирования, таких как прямой Эйлер, обратный Эйлер и метод Ньютона-Рафсона, а также методы матричной декомпозиции для вычисления отклика всей схемы (т. е. математического представления) в каждый отдельный момент времени. Напротив, симуляторы FastSPICE используют более простые табличные представления моделей электронных устройств для анализа поведения схемы. Они используют сложные алгоритмы для уменьшения сложности схемы и разделения схемы на основе различных критериев, по существу создавая более простое и более модульное представление схемы. Затем это представление выборочно оценивается в заданный момент времени интересующего периода в рамках моделирования, что значительно повышает производительность и возможности моделирования. Симуляторы FastSPICE предлагают различные ручки моделирования, помогающие сбалансировать компромисс между точностью моделирования и производительностью.
Моделирование цифровых схем предполагает использование простых моделей электронных схем. Эти модели обычно создаются с использованием HDL. В цифровом моделировании распространяются несколько дискретных уровней напряжения (в основном логический 0 и логическая 1), а не постоянно меняющиеся сигналы. Методы распространения этих сигналов имеют разную степень точности в отношении задержки распространения логических уровней по цепи. С помощью этого метода можно моделировать гораздо большие схемы за более короткое время с меньшими вычислительными ресурсами по сравнению с аналоговым моделированием.

Смешанное моделирование схемы сочетает в себе аналоговый и цифровой подходы к моделированию. Цепь разделена между двумя системами для поддержки адекватного детального анализа каждой части цепи. Аналоговые симуляторы (SPICE и FastSPICE) используются для аналогового анализа, а цифровые симуляторы — для цифрового анализа. Этот метод моделирования позволяет моделировать гораздо большие схемы за меньшее время и с меньшими вычислительными ресурсами по сравнению с аналоговым моделированием.

Какой симулятор электронной схемы использовать?

Существуют как платные, так и бесплатные симуляторы. В случае анализа сложных схем для промышленного использования стоит рассмотреть платное программное обеспечение для профессионалов. Однако для любителя должно быть достаточно одного из бесплатных решений, которые все чаще доступны прямо из веб-браузера. Бесплатное и/или открытое программное обеспечение для моделирования электронных схем должно помочь пользователю проектировать электронику, анализировать и тестировать схемы виртуально на уровне браузера. В идеале инструмент должен предлагать функции аналогового или цифрового (или и того, и другого) моделирования, а также редактирования диаграмм, просмотра сигналов, вспомогательных резисторов, конденсаторов, светодиодов и т. д.

Преимущества моделирования схем

Моделирование схем позволяет получить критическое представление о поведении электронных схем. Учитывая затраты и время, связанные с производством электронных схем, особенно интегральных схем, гораздо практичнее проверить поведение и производительность схемы с помощью моделирования схемы до производства.

Использование симуляторов имеет несколько других преимуществ:

Построение схемы на симуляторе происходит значительно быстрее, чем реальное строительство;
Если схема не работает в начале, мы не несем никаких потерь;
Получаем доступ к любому узлу схемы всего в один клик, что значительно ускоряет отладку;
Мы можем опробовать компоненты, которых у нас пока нет физически.

Вас интересует электроника? Посетите Tech Master Event

Если это ваши первые шаги в мире электроники и вы строите свои первые схемы, Tech Master Event — это портал, который вам нужен. На платформе вы можете размещать собственные проекты и искать вдохновение в работах других пользователей.

Tech Master Event также является центром, в котором вы найдете множество соревнований для ваших инженеров-электронщиков со всего мира.

Посетите мероприятие Tech Master

Поделитесь этой статьей

10 Передовой опыт проектирования электронных схем

Внедрение схем развязки, эффективное заземление, меры безопасности цепи и создание принципиальной схемы — вот лишь некоторые из лучших приемов проектирования электронных схем. В этой статье мы обсудим лучшие методы проектирования схем, которые помогут создать хорошо спланированную плату.

Давайте углубимся в это с помощью блок-схем.

Определение спецификаций и построение блок-схем

Первым шагом в проектировании электронной схемы является разработка подробного технического задания, которое охватывает все аспекты проектирования схемы, включая:

Входные и выходные сигналы
Требования к напряжению/току/мощности
Рабочая температура и диапазоны частот
Методы радиационной защиты
Размер платы
Расстояние между компонентами и детали монтажа

Все это нужно делать с учетом имеющегося бюджета. Следующим шагом является построение блок-схем, которые обеспечивают обзор функционирования схемы и группировки компонентов. Блок-схемы имеют решающее значение для успешного проектирования электронных схем и служат справочным материалом для будущего анализа схем.

Они также позволяют использовать стратегию «разделяй и властвуй», когда диаграмма разбита на различные функциональные секции, каждая из которых выполняет определенную задачу, которую можно реализовать и протестировать изолированно. Необходимы знания и понимание работы каждого из этих блоков. Некоторые блоки могут иметь схемы формирования сигнала, чтобы система сбора данных могла легко считывать выходные данные. Например, выходной сигнал датчика LDR (светозависимого резистора) необходимо преобразовать в диапазон напряжения, который может быть легко считан АЦП микроконтроллера. Схемы в этих блоках также могут быть воспроизведены в других конструкциях, требующих аналогичных функций, что способствует повторному использованию конструкции. Дополнительные сведения о повторном использовании проекта см. в разделе Автоматическое группирование повторяющихся блоков проекта печатной платы.

Пример функциональной блок-схемы

Эффективное размещение развязывающих/развязывающих/шунтирующих конденсаторов

Источники питания не всегда стабильны из-за неидеальных условий эксплуатации, а выходное напряжение может колебаться или возникать шумы, что может привести к неправильной работе схемы или даже к отказу.

Развязывающие конденсаторы используются параллельно источнику питания для развязки входящих сигналов переменного тока от сигналов постоянного тока. Они отфильтровывают любые возникающие пики и защищают различные микросхемы в цепи. Конденсатор начинает заряжаться от источника питания, пока не достигнет напряжения питания и не удержит это значение. При падении напряжения питания значение, составляющее высокий (состояние высокий) уменьшится. В то же время эти пики приводят землю к небольшому положительному напряжению, вызывая увеличение значения того, что составляет низкий уровень (состояние низкий).

Это затрудняет различение 1 и 0, закрывая глазковую диаграмму. Это также негативно влияет на целостность питания вашей конструкции. Добавление подходящего конденсатора к источнику питания компенсирует падение напряжения. Это связано с тем, что напряжение на конденсаторе не изменяется мгновенно и обеспечивает питание микросхемы. Точно так же конденсатор заряжается от всплесков и разряжается, чтобы поддерживать постоянное напряжение на нем, гарантируя, что всплески не влияют на питание ИС. Они часто размещаются близко к точкам питания ИС и, как правило, должны располагаться как можно ближе.

Конденсатор связи используется на пути сигнала. Он пропускает нужный сигнал переменного тока и блокирует нежелательный элемент постоянного тока. Они распространены в аудио- и радиочастотных приложениях.

Шунтирующий конденсатор используется параллельно выходному сигналу для фильтрации низкочастотного шума путем его шунтирования на землю и обеспечения чистого сигнала постоянного тока.

Электролитические конденсаторы в основном хорошо подходят для низкочастотных приложений, где необходимо обеспечить больший заряд. Керамические конденсаторы и конденсаторы MLCC хорошо подходят для высокочастотных приложений. Танталовые конденсаторы обладают высокой стабильностью при высоких значениях емкости и чаще используются в устройствах связи. Выбор конденсатора должен быть сделан на основе требований к характеристикам схемы, ESR, ESL и стоимостных ограничений.

Хорошей практикой при проектировании схем является выбор подходящих конденсаторов в зависимости от области применения и обеспечение их идеального размещения.

Эффективное размещение подходящих конденсаторов

Использование подтягивающих, понижающих и нулевых резисторов

Цифровые ИС работают с определенными логическими уровнями, чтобы определить, интерпретируется ли вход как 0 или 1. Для VCC 5 В уровни напряжения от 5 В до 2,8 В считаются логической 1, а от 0 до 0,8 — как логический 0. Диапазон напряжения от 0,9 до 2,7 В будет неопределенной областью, и микросхема будет интерпретировать его либо как 0, либо как 1, что приведет к неправильному поведению ИС. Это называется плавающим состоянием.

Чтобы предотвратить это, при разработке электронных схем, использующих цифровые ИС, микроконтроллеры и переключатели, используются подтягивающие или подтягивающие резисторы. Подтягивающие резисторы используются для фиксации напряжения вблизи точки VCC, а подтягивающие резисторы — для подтягивания напряжения к точке GND. Современные микроконтроллеры теперь оснащены внутренними подтягивающими и подтягивающими резисторами, которые можно активировать с помощью кода. Пожалуйста, проверьте техническое описание и примите соответствующее решение, нужно ли использовать эти резисторы или исключить их.

Использование подтягивающих и подтягивающих резисторов

Каковы преимущества использования резисторов с нулевым сопротивлением?

Резисторы с нулевым сопротивлением можно использовать для модификации схемы даже после ее создания. Эти резисторы используются в качестве моста для оптимальной разводки дорожек на плате.

Как дизайнер, вы можете создавать печатные платы с различными конфигурациями и функциями. Чаще всего эти конфигурации мешают друг другу и не могут все сосуществовать в цепи. Следовательно, в зависимости от требований, различные участки печатной платы можно легко отключать или включать, отпаивая или добавляя нулевые резисторы соответственно.

Вы можете разделить цепь на несколько частей, используя нулевые резисторы. Это полезно для изоляции неисправных сегментов, требующих устранения неполадок. Например, легко найти зашумленные блоки и дорожки, вызывающие перекрестные помехи, без необходимости разрезать цепь.

Участку цепи может потребоваться последовательное сопротивление, значение которого требует корректировки и еще не зафиксировано. Пока значение не будет окончательно определено, можно временно использовать нулевые резисторы. Площадки с нулевым сопротивлением также служат в качестве точки тестирования или отладки для измерения различных параметров, таких как напряжение, ток и т. д.

Нулевые резисторы SMD облегчают непрерывное соединение и используются для замены перемычек. Это позволит создать эффективную однослойную конструкцию платы вместо двухслойной. Они намного дешевле, чем DIP-переключатели или перемычки berg. Резисторы с нулевым сопротивлением также используются в качестве автоматических выключателей при перегрузке питания, предотвращая повреждение цепи.

По причинам, упомянутым выше, использование нулевых сопротивлений во время прототипирования на начальном этапе проектирования является хорошей практикой.

В радиочастотных цепях нулевые резисторы могут быть вставлены в радиочастотный фидер последовательно с дорожкой антенны. По мере настройки антенны его можно заменить на другие значения. Он также используется в качестве согласующего элемента в некоторых радиочастотных приложениях.

Проводные сопротивления, т. е. дорожки, соединенные нулевым сопротивлением, хорошо подходят для цифровых цепей. Однако быстродействующие схемы работать не будут из-за большого значения их паразитной индуктивности. Максимально допустимый ток, тип корпуса, занимаемая площадь на печатной плате, паразитная индуктивность и емкость резистора — это разные параметры, на которые следует обратить внимание при выборе нулевого резистора.

Использование микроконтроллеров и схем со смешанными сигналами для повышения эффективности работы

Схемы со смешанными сигналами представляют собой гибридные схемы, сочетающие аналоговые и цифровые схемы в полупроводниковом кристалле. Это также называется системой в пакете. В зависимости от требований к конструкции вы должны использовать современные недорогие микроконтроллеры, поскольку они имеют несколько встроенных функций. Наиболее часто используемыми периферийными устройствами микроконтроллеров являются таймеры, широтно-импульсные модуляторы (ШИМ), аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и интерфейсы связи последовательный/SPI/I2C.

Их можно легко запрограммировать для работы в соответствии с требованиями. Это позволит избежать перегрузки вашей схемы слишком большим количеством дискретных компонентов для выполнения одной и той же задачи. Интеграция соответствующих цифровых ИС и секций аналоговой схемы с микроконтроллером повысит эффективность работы схемы при одновременном уменьшении ее размера и стоимости. Блок-схема микроконтроллера показана ниже.

Блок-схема микроконтроллера

Снижение энергопотребления с помощью ШИМ-сигналов

Важно построить схему, которая экономит энергию, особенно для тех, которые работают от батарей. ШИМ — это тип модуляции, при котором ширина импульса сигнала изменяется в зависимости от рабочего цикла.

ШИМ-сигнал с рабочим циклом 75% останется ВКЛ. для 75% и ВЫКЛ. Эти сигналы можно генерировать с помощью надежного микроконтроллера или микросхемы NE555. Его можно использовать для экономии энергии в простых схемах управления светодиодами и двигателями. Сигналы ШИМ также используются в топологии силового преобразователя (преобразователей) для разработки высокоэффективных, легких и недорогих импульсных источников питания.

ШИМ-сигнал для снижения энергопотребления
Обеспечьте стратегические обратные пути сигнала и заземление для предотвращения электромагнитных помех
Все опорные сигналы должны иметь отдельные проводники к общему заземлению. Как показано на схеме ниже. Заземляющие контакты разных микросхем в схеме должны быть подключены к общему узлу отдельно, а не соединять каждый из них между собой, а затем связывать его с общей землей. Это позволит избежать гудящего шума.
Отдельные дорожки к общему узлу заземления в электронной схеме
Любая сигнальная линия должна иметь соответствующий обратный путь тока в стеке вашей печатной платы. Если схемы высокой мощности и быстродействующие коммутационные цепи используют один и тот же путь заземления, это приведет к пикам, вызывающим искажение сигнала.
Одна из стратегий заключается в разделении путей заземления с высокой мощностью и высокой скоростью переключения. В печатной плате со смешанными сигналами всегда полезно разделить площадь платы; то есть изолировать цифровые и аналоговые участки схемы. Чувствительные цепи заземления подключаются к аналоговой земле, а шумящие — к цифровой земле. Затем оба заземления можно соединить, чтобы обеспечить обратный путь для сигнала, используя либо нулевое сопротивление, либо специальный компонент, называемый сеткой. Это обеспечивает наименьшие помехи, когда цифровая и аналоговая части взаимодействуют друг с другом.
Методы заземления для подключения аналоговых и цифровых цепей

Контуры заземления возникают, когда несколько точек заземления в цепи имеют разные потенциалы. Они являются основной причиной шума, гудения и помех в бытовой электронике. Этого можно избежать, обеспечив, чтобы все уязвимые сигнальные цепи были связаны с одной точкой заземления. Эти схемы работают на высоких скоростях и при низком напряжении, что делает их более восприимчивыми к шуму. Использование дифференциальной сигнализации также может обеспечить подавление помех, создаваемых землей.
Электромагнитные помехи можно уменьшить за счет оптимального разделения слоев заземления и кратчайших путей обратного сигнала. Ферритовые кольца и емкостные фильтры — это компоненты, которые могут обеспечить экранирование электромагнитных помех для повышения целостности сигнала. Экранированные катушки индуктивности обеспечат ЭМС, снизив резкие скачки тока.
Примите меры безопасности для защиты от электростатического разряда, обратной полярности, переходных процессов и перенапряжения
Защита соединений цепи от электростатического разряда чрезвычайно важна, если продукт используется в суровых условиях. Для защиты от электростатического разряда можно использовать металлооксидные варисторы, диодные матрицы TVS (подавитель переходного напряжения), фиксирующие диоды и GDT (газоразрядные трубки). Между диодами и ИС можно разместить сопротивление в несколько десятков Ом для рассеивания скачков напряжения. Это должно быть особенно реализовано на соединениях коммуникационного интерфейса, контактах кнопок пользователя и других чувствительных входных/выходных соединениях.
Защита от обратной полярности в цепи может быть обеспечена различными типами диодов или схемой на полевых транзисторах. Использование диодов в основном подходит для маломощных приложений.
Для защиты от перенапряжения можно использовать ограничители напряжения в сочетании с электронными предохранителями и термисторами. Современные ИС теперь имеют встроенные схемы защиты. Примерами ограничителей напряжения являются варисторы, TVS-диоды и диодные схемы (ограничение и ограничение). Плавкие предохранители могут быть либо микросхемами схемы горячей замены, либо контроллерами питания.
Защитные диоды также следует использовать, когда реле управляется полупроводниками. Если питание катушки реле внезапно отключится, катушка вызовет всплеск напряжения, который может повредить остальную часть цепи. Обратный диод действует как демпферная цепь, обеспечивая путь разряда для катушки, чтобы защитить вашу цепь. Следует избегать использования микроконтроллеров для схемы защитного отключения, так как они могут зависнуть.
Высоковольтные конденсаторы, используемые в цепи, должны иметь надлежащие пути разряда. Если устройства в цепи получают питание от сети, очень важно хорошо разбираться в защитных конденсаторах класса X/класса Y и их правильном размещении. Эти конденсаторы используются для фильтрации сигналов переменного тока и уменьшения электромагнитных помех, как показано на рисунке ниже. Они также смягчают неблагоприятные последствия переходных процессов и скачков напряжения.
Конденсаторы класса X обычно размещают между линией и нейтралью источника переменного тока для уменьшения электромагнитных/радиопомех из-за дифференциального шума. Конденсаторы класса Y идеально размещаются между источником переменного тока и землей для минимизации синфазных помех. Существуют различные стандарты и классификации предохранительных конденсаторов, в которых указывается их пороговая емкость. Вы должны выбрать правильные конденсаторы, исходя из потребностей конструкции.
Вы должны выбрать оптимальные комбинации вышеупомянутых схем защиты, принимая во внимание вероятность ошибок, требования к надежности, а также ограниченное пространство и стоимость печатной платы.
Классификация безопасных конденсаторов
При работе с высоким напряжением необходимо обеспечить надежную гальваническую развязку и заземление во избежание поражения электрическим током. Это предотвращает прохождение потенциально опасных токов через тело оператора или другие части цепи.
Гальваническая развязка также используется, когда два участка цепи имеют разные потенциалы земли и между ними необходимо передать сигнал. Это предотвращает протекание нежелательных токов переменного и постоянного тока между двумя частями. Изоляция разрывает эти контуры заземления, которые вызывают неточности сигналов между двумя системами, сохраняя целостность связи. Популярным вариантом является использование трансформаторов для повышения / понижения напряжения вместе с электрическими предохранителями. Обмен информацией между изолированными секциями обеспечивается с помощью оптоизоляторов, датчиков Холла, конденсаторов или реле.

Электронная книга о целостности сигнала
3 главы — 12 страниц — 20 минут чтения

Выберите компоненты соответствующим образом
Выбор компонентов для вашего проекта
Компоненты должны быть выбраны на основе проектных требований и достаточных запасов. На рынке доступно множество различных комплектаций — сквозное отверстие, монтаж на поверхность, монтаж на панели и монтаж на шасси, чтобы воспользоваться преимуществами различных требований.
Учтите эти советы при выборе компонентов для своей электронной схемы:
Внимательно изучите технические описания компонентов и включите их в проект на основе указанных в них эталонных схем или расчетов.
Убедитесь, что вы используете детали, которые не устареют и останутся доступными в течение следующих 5-7 лет как минимум .
Уменьшите номинальные характеристики деталей, чтобы избежать их эксплуатации на пределе своих возможностей, что в конечном итоге может привести к отказу.
Выбрать детали, номинальные значения которых в 1,5-2 раза превышают фактически требуемые значения. Например, номинальная мощность резистора должна быть такой, чтобы в нем рассеивалось только 50% номинальной мощности. Точно так же транзисторы, диоды, микросхемы, источники входного сигнала, разъемы и т. д. следует выбирать с учетом аналогичного завышения характеристик.
Сохраните электронную таблицу с расчетами рассеиваемой мощности для каждой детали вместе с ее значениями, типами и упаковками, чтобы подготовить четкую спецификацию материалов.
Максимально используйте стандартные номиналы компонентов, чтобы снизить стоимость схемы. Также хорошо избегать частей, которые имеют большое время выполнения заказа.

Эффективное создание схемы и ее проверка с помощью инструментов EDA
Передовой опыт проектирования схем
Следующей важной частью процесса проектирования электронной схемы является построение принципиальной схемы с использованием инструментов EDA, таких как Altium, KiCAD и Cadence Allegro. Эти инструменты предоставляют несколько функций, таких как создание схем, создание электронных компонентов, моделирование функций сложных схем и создание спецификаций. Они также включают в себя пакеты компоновки печатных плат, посадочные места компонентов, 3D-виды и выходные файлы производственных файлов. Выберите инструмент EDA, который удобен и обеспечивает адекватную поддержку проектирования.
Запись схем формирует основу, на которой строится остальная проектная документация. Должна быть синхронизирована информация между схемой, списком соединений и компоновкой. Чтобы узнать о лучших методах проектирования схем, см. статью о том, как рисовать и проектировать схемы.

Справочник по проектированию для производства
10 глав — 40 страниц — 45 минут чтения

Проведение моделирования и функциональных испытаний
Проверка и тестирование отдельных блоков схемы, имеющих решающее значение, с помощью программного обеспечения для моделирования — это следующий шаг в проектировании электронных схем. Многие EDA предоставляют эту опцию, где можно проверить правильную функциональность блока. Вы можете внести необходимые изменения, если схема не работает в соответствии с требованиями.
Программное обеспечение для моделирования имеет ограничения, и иногда хорошая схема может не давать точных результатов в системе. Поэтому рекомендуется физически собрать часть схемы на макетной плате, чтобы проверить ее функциональность. Если в каком-либо блоке схемы есть какие-либо ошибки, вы можете найти и устранить проблему на следующей итерации проекта.
Моделирование цепей с использованием NI Multisim
Еще одним очень важным приемом проектирования является документирование каждого шага процесса проектирования. Это включает в себя все детали, такие как причины выбора решения, компонента, логической таблицы и принятия специальных соображений.
Ведение заметок имеет следующие преимущества:
Эффективное решение проблем проектирования
Лучшие решения для текущей конструкции на основе предыдущих работ
Простая передача знаний между командами.
После моделирования и функционального тестирования вы можете развести топологию печатной платы. Перед созданием списка соединений необходимо использовать/создать соответствующие посадочные места для частей и связать их с компонентом. Затем список соединений импортируется в редактор компоновки для маршрутизации.
Необходимо обеспечить эффективное размещение и группировку компонентов для облегчения оптимизации трассировки. Это должно быть сделано с учетом мощности, тепловых и электрических изменений схемы. Ознакомьтесь с основами проектирования печатных плат, чтобы узнать о подготовке сборки, проверке посадочных мест, трассировке, изготовлении и монтажных чертежах.