Схема плата. Разработка печатных плат для аналоговых схем: ключевые аспекты и рекомендации

Схема устройства

   Форум по самостоятельной сборке плат

   Форум по обсуждению материала РАЗВОДКА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

КАК ПО ПЛАТЕ С ДЕТАЛЯМИ НАРИСОВАТЬ СХЕМУ

Человек надумал разобраться с работой электронного устройства. В принципе в этом нет ничего предосудительного.  Однако он даже ещё не «чайник», он только «кандидат в чайники». До сих пор не слышал про такой «титул», но надо вводить. Если раньше сначала ходили в радиокружок, слушали, что там говорят, а потом уже задавали  вопросы, то сейчас включают компьютер и сразу задают вопросы. Например, по фото печатной платы просят объяснить, как работает данная схема. Винить человека нельзя. Его увлекла электроника. Вся такая изящная, современная и доступная. А ему кроме возможности ею обладать захотелось ещё её  и понять, заглянуть в «душу».

И тут человек вспоминает про существование сайта «Радиосхемы» не только объединяющего радиолюбителей самого разного профиля и уровня, но и славящегося своей лояльностью к новичкам. Да милости просим, всегда рады. Только одно маленькое условие: на первых порах надо делать, как скажут. Причём неукоснительно и не откладывая на потом. В противном случае, как говаривало одно недоразумение, некогда возглавляющее целое государство, консенсуса мы не достигнем))

Для достижения понимания того как работает электронное устройство необходима его принципиальная электрическая схема. Рассматриваем вариант, когда в готовом виде схему найти не удалось, зато есть в наличии печатная плата. Не буду предлагать фотографировать эту плату хорошим цифровым фотоаппаратом, причем, строго в проекции «ось объектива, перпендикулярна плоскости платы», с обеих сторон, габариты платы по размеру кадра.

Так же как и скачать программу Sprint-Layout (ссылки будут ниже), в которую затем можно вставить сделанные фото и отрисовать, сначала со стороны печатных проводников, затем рисунок зеркально перевернуть и «расставить» по местам изображения электронных компонентов. Хочется-то, прямо сейчас, ничего не скачивая, не изучая и дополнительно не во что, не вникая взять и нарисовать. 

Как действовать — нужны лист тетрадной бумаги в клеточку, карандаш, ластик и линейка.

Рисование начинаем со стороны печатных проводников платы. В первую очередь изображаем размещённые там смд компоненты. Их и расстояние между ними рисуем с четырёхкратным увеличением (иначе потом там ничего не разглядишь), также должно быть сохранено их взаимное расположение и пропорциональное расстояние на плоскости. Затем жирными точками отмечаются контакты пайки.

Соединения контактов между собой прорисовываем не спеша, толстыми линиями. Тут лучше вообще использовать карандаш с мягким грифелем. На этом этапе стирательная резинка очень пригодится.

Теперь нужно отзеркалить изображение. Лист переворачивается рисунком вниз и кладётся на стекло, снизу стекло подсветить фонариком (в дневное время можно  просто прислонить  его к оконному стеклу) и обвести просвечивающиеся контуры  смд деталей и печатных проводников. Здесь уже лучше использовать шариковую авторучку.

Теперь к полученной картинке необходимо дорисовать внешние электронные компоненты (желательно выполнить их другим цветом) и указать их порядковые обозначения, приведённые на плате. Полученное уже в полной мере отображает порядок размещения деталей на печатной плате и соединение их между собой. По проводникам не лишним будет еще, и пройтись не толстым фломастером. Осталось составить список электронных компонентов, в котором будут указаны их номиналы и можно смело обращаться к знатокам за разъяснениями. В помощи, поверьте не откажут.

В заключении сделал ещё полшажка вперёд, получилась вот такая принципиальная схема, конечно же, не идеальная, но не это стояло на повестке дня. Рисовал её в программе Splan, можно конечно было это сделать и от руки, но не хватило выдержки. Даже для показательного действа.

А это плата отрисованная в Sprint-Layout, если делать наперегонки с рисованием в ручную, то успею отработать только две (против одной от руки), потому как редко рисую, кто занимается этим чаще сделает четыре.

Мораль: если это для вас действительно разовое мероприятие, то сделать всё можно и на тетрадном листочке (один раз попробовать даже надо). Во второй же раз, большая просьба, не будьте мазохистом. Автор инструкции — Babay iz Barnaula.

   Форум по схемам

   Форум по обсуждению материала КАК ПО ПЛАТЕ С ДЕТАЛЯМИ НАРИСОВАТЬ СХЕМУ

Электрическая схема по печатной плате

Самым распространенным вопросом при ремонте любого электронного прибора является «а есть ли схема?». Действительно, если прибор незнакомый или схематехника его ставит в тупик, то нужна схема. Конечно, если банально сгорел предохранитель или выгорел транзистор – тогда все понятно и без схемы. Но существует масса глюков, которые можно найти только при помощи отключения разных участков схемы или замены одних блоков другими заведомо исправными. Схемы обычно гуглятся благодаря огромной армии радиолюбителей, но встречаются платы по которые совсем ничего не удается найти. Метод который описан в этой статьи банален и неинтересен, но поможет тем, кто в лоб составляет принципиальную электрическую схему имея под рукой только плату с деталями. Сразу оговорюсь, что этот метод подходит для однослойных печатных плат. Самым распространенным методом составления схемы в лоб является верчение платы вокруг своей оси и постоянной зарисовкой дорожек и элементов. Для людей с хорошей зрительной памятью и пространственным мышлением составление таких схем не представляет трудностей. Для всех остальных процесс верчения платы можно оптимизировать в программе photoshop.

Для образчика я взял небольшую схему управления скоростью комповского кулера. Схему нужно сфоткать с обеих сторон – это итак понятно. Проблемы возникающие при этом все же встречаются. Первая проблема – закрытость отдельных деталями либо другими деталями, либо радиаторами. Если это так, то придется снять радиаторы и подогнуть все элементы так, чтобы при взгляде они были все видны. Вторая проблема – сделать снимки с одинакового расстояния. Эту проблему можно обойти при помощи инструментов фотошопа, но нужно стараться фотографировать с одной высоты и под одним ракурсом. Это все нужно чтобы обе фотки наложились друг на друга достаточно точно.

Фотки получились вот такого вида. Когда фоткал, то смотрел чтобы плата влезала ровно в одну ячейку решетки на экране фотика.

Схема содержит немного деталей, один транзистор скрыт электролитическим конденсатором.

Вначале нужно немного подстроить под себя photoshop. Идея в том чтобы иметь под рукой инструменты, которые нужны для работы. У меня shop CS3 английский. Для тех у кого закладки на русском в скобках приведу порядковый номер закладок, а то русские переводчики часто вообще все никак переводят.

Windows(9)-tools(23) – слева отобразится вертикальная полоска с инструментами.

Windows(9)-layers(14) – справа отобразиться панель слоев.

После всех настроек можно перетянуть в окно программы две обрабатываемые фотки.

Одну из фоток нужно отобразить по горизонтали. Это необходимо чтобы наложить одну фотку на другую.

Теперь нужно перетянуть фотку с элементами на фотку печатной платы. При этом печатная плата будет внизу и просвечивать через верхнюю плату с элементами.

При этом образуется одна фотка с двумя слоями. При этом один слой оказывается заблокированным – в панели слоев напротив одного слоя светится замочек. Чтобы замочек убрать нужно в панели слоев мышой два раза тиснуть на слое и в открывшейся панели согласится с тем, что предлагает программа. После этого замочек пропадет, а слой разблокируется.

Получилось одна фотка с двумя слоями. При этом отображается та фотка, которая сверху. Задача в том, чтобы сделать прозрачной фотку с деталями, чтобы сквозь детали проступили дорожки нижней платы. Это можно сделать при помощи панели слоев (layers). Нужно выделить слой с элементами и при помощи ползунка Opacity меняем прозрачность слоя. Лучше выставить 50% Opacity.

При съемке размеры обоих плат могут плавать. Следовательно, при наложении не будет четкого соответствия. Для изменения размеров одного слоя нужно воспользоваться Edit(2)-free transform(15) {Ctrl+T}. Размеры самой платы будут плавать. Чтобы размеры подгонялись пропорционально нужно удерживать кнопку shift. Для подтверждения изменений нужно нажать enter.

Когда оба платы наложены друг на друга и ножки элементов совпадают с точками на схеме, тогда можно перерисовать дорожки. Для этого нужно выставить opacity 0, отобразиться только слой с дорожками и на нем при помощи line tool {U} нарисовать линии и кружки.

Затем нужно вывести opacity 100%, отобразиться слой с элементами и нарисованными дорожками. После этого получившееся изображение можно сохранять и перерисовывать схему в более удобный для понимания вид.

Материнская плата (схема). Устройство и назначение материнской платы

Компьютер имеет много составляющих. Одной из самых важных деталей, без которых невозможно представить его работу, является материнская плата. Схема данного устройства весьма сложна, а оно само включает в себя несколько составных частей. Что в него входит?

Что такое материнская плата

Так называют устройство, которое является основой построения вычислительной системы в технике. Монтируется материнская плата внутри корпуса вместе со своей системой охлаждения и блоком питания. Для классификации используют различные стандарты, что определяют размер данного устройства, место его крепления, размещение портов ввода/вывода, шин и разъемов (для процессора и оперативной памяти). Схема материнской платы в рамках статьи будет обрисовываться постепенно. И начнём мы с самой основы.

Печатная плата

На ней располагаются сигнальные линии, которые соединяют все элементы между собой. Если их разместить слишком близко, то будут создаваться помехи для сигналов. Чем большая длина линии и передача данных по ней осуществляется, тем будет выше уровень нестабильности. Поэтому могут возникать сбои даже в работе очень дорогих и надёжных ЭВМ. Для минимизации этого эффекта печатную плату создают многослойной, при этом многократно увеличивая её полезную площадь, а также расстояние между линиями. В современных устройствах используют чаще всего шесть слоев: три являются сигнальными, один заземляет и два питают. На печатных платах размещаются все элементы, которые превращают её в неотъемлемую часть компьютера. Сюда относят и компоненты, и порты. Схема подключения материнской платы позволяет судить нам, что в будущем можно будет присоединить. Так, на современных устройствах есть с полдесятка разъемов для различных устройств, кроме тех, что будут рассмотрены в рамках статьи. Стоит отметить, что большинство разработчиков материнских плат лояльно относятся к желанию пользователей своей продукции усовершенствовать её путём добавления новых составляющих (например, оперативной памяти).

Чипсет

Также называется набором системной логики. Так называют микросхемы, которые вместе обеспечивают беспроблемное функционирование ОЗУ, центрального процессора, контроллеров периферийных устройств, видеокарты и других компонентов, что подключаются к материнской плате. Благодаря им определяются основные параметры, которыми владеет данное устройство. Современные наборы системной логики, как правило, строят на базе двух компонентов. Каждый из них является отдельным чипсетом. Но они соединены с помощью высокоскоростной шины. Но схема материнской платы имеет такую тенденцию, что они постепенно объединяются. Благодаря этому происходит разгрузка каналов связи с различными дополнениями и периферийными устройствами. Также по мере развития технологии интеграции схемы получаются более маленькими, дешевыми и уменьшается потребление энергии ими.

Северный мост

Он контролирует и направляет данные, получаемые из четырех шин:

1. Системной.
2. Связанной с памятью.
3. Обменивающейся данными с графическим адаптером.
4. Связанной с южным мостом.

Данное устройство состоит из контроллера памяти и ряда интерфейсов. Хотя первую функцию можно считать морально устаревшей из-за того, что такое же устройство имеется во всех современных компьютерах. Это же можно сказать и про интерфейс, что отвечает за графику.

Южный мост

Это тоже важная часть, которую имеет практически любая материнская плата. Схема устройства в данном случае значительно больше. Так, в неё входят такие шины:

1. Отвечающие за поддержку связи с северным мостом.
2. Соединяющие мост с платами расширения.
3. Отвечающие за обмен данными с другими ЭВМ или периферийными устройствами.
4. Занимающиеся связью с жесткими дисками.
5. Обслуживающие обмен данными с медленными устройствами.

Базовая система ввода/вывода (БИОС)

BIOS – это специальная программа, которая прошивается в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). БИОС есть и в материнской плате, и в других элементах ЭВМ (видеокартах, контроллерах и так далее). Рассматриваемая нами версия имеет важность благодаря тому, что при включении компьютера она проверяет большинство подключенных к ней устройств (память, жесткие диски, процессор и прочее). Потом БИОС инициализирует контроллеры, которые имеет материнская плата. Схема, размещённая в статье, позволяет понять, что вместе с ними запускаются и некоторые устройства и происходит процесс установления их базовых параметров. Если всё работает без проблем, то БИОС передаёт управление операционной системе.

Генератор тактовой частоты

Это устройство необходимо для формирования высокостабильного периодического сигнала, который синхронизирует работу элементов ЭВМ. Он состоит из тактового генератора и кварцевого резонатора. Последний сам по себе может создавать сигналы. Но они не могут получаться с частотой, какая требуется для функционирования современной памяти, шин и процессора. Поэтому для усиления и используется тактовый генератор. От частоты импульсов во многом зависит скорость, с которой будут совершаться вычисления. Так, на любую операцию требуется определённое количество тактов. Соответственно, чем их больше в секунду, тем выше производительность. Но это утверждение является верным только для устройств, у которых одинаковая микроархитектура. Показатель тактовой частоты может быть увеличен, благодаря чему возрастёт производительность ЭВМ. Но здесь есть и минусы. Так, уменьшится стабильность работы компонентов компьютера, поэтому после такой операции всегда необходимо проверять работоспособность. Ещё один минус – вследствие тяжелых условий работы могут повредиться различные элементы. Причём характер повреждений будет нарастающим.

Другие элементы, которыми обладает материнская плата

Схема данного устройства помогает понять, что перечисленные выше компоненты – это не всё. Что же есть ещё кроме этого? Важным является и большое количество конденсаторов, задача которых – обеспечивать ровный поток напряжения. Они необходимы из-за того, что уровень потребления энергии может резко измениться (что происходит при остановке работы или её возобновлении). Конденсаторы сглаживают скачки напряжения. Благодаря этому повышается стабильность работы техники, а также увеличивается срок службы всех элементов, которые есть в ЭВМ.

Конкретный пример

Давайте посмотрим, что собой являет схема материнской платы Asus. Как видите, на рисунке четко виден большой контроллер, который занимается широким спектром действий. Да, следует отметить, что схема материнской платы ноутбука и компьютера будет немного различаться. Так, на первом мало места, из-за чего приходится всё размещать как можно кучнее. Конечно, на компьютере не разбрасываются местом, но там эта проблема не стоит так остро. Чтобы понять это, вам нужна схема подключения материнской платы Asus и произвольного компьютера. Сравните, как и что размещено. В ноутбуке всё оптимизировано, любое пространство на счету. Тогда как в компьютерах, благодаря наличию системного блока, где больше свободного места, над этим особенно не задумываются.

Заключение

Что ж, сейчас, думаем, у вас есть хорошее представление о том, чем является данное устройство. Нами была рассмотрена даже схема материнской платы Asus. Хорошо дополняют картину предоставленные в рамках статьи рисунки.

Сборка простых резисторных схем

Добавлено 6 января 2021 в 21:50

Сохранить или поделиться

Изучая электричество, возможно, вы захотите собирать свои собственные схемы, используя резисторы и батареи. Некоторые варианты сборки схем доступнее, а некоторые проще, чем другие. В данном разделе я исследую пару методов сборки, которые помогут вам собирать схемы, не только показанные в этой главе, но и более сложные схемы.

Использование для сборки схемы перемычек с зажимом типа «крокодил»

Если всё, что мы хотим собрать, – это простая схема с одним аккумулятором и одним резистором, мы можем легко использовать перемычки с зажимом типа «крокодил»:

Провода перемычек с пружинными зажимами типа «крокодил» на каждом конце обеспечивают безопасный и удобный метод электрического соединения компонентов.

Если бы мы хотели собрать простую последовательную схему с одной батареей и тремя резисторами, можно было бы применить ту же технику сборки «точка-точка» с использованием перемычек:

Использование беспаечной макетной платы для более сложных схем

Однако этот метод оказывается непрактичным для гораздо более сложных схем из-за неудобства перемычек и физической хрупкости их соединений. Более распространенным методом временной сборки у любителей является беспаечная макетная плата, устройство из пластика с сотнями подпружиненных соединительных разъемов, соединяющих вставленные концы компонентов и/или отрезки проводов. Ниже показана фотография реальной макетной платы, за которой следует иллюстрация, показывающая простую последовательную схему, построенную на ней:

Под каждым отверстием на макетной плате находится металлический пружинный зажим, предназначенный для захвата вставленного провода или вывода компонента. Эти металлические пружинные зажимы соединяются под лицевой стороной макетной платы, обеспечивая соединение между вставленными выводами. Пять отверстий в каждом вертикальном столбце соединены между собой внутри платы (рисунок ниже):

Сборка последовательной схемы на макетной плате

Таким образом, когда провод или вывод компонента вставляется в отверстие на макетной плате, в этом столбце появляются еще четыре отверстия, обеспечивающие потенциально возможные точки подключения к другим проводам и/или выводам компонентов. В результате получается чрезвычайно гибкая платформа для временной сборки схем. Например, схема с тремя резисторами, показанная на рисунке 4, может быть собрана на макетной плате следующим образом:

Сборка параллельной схемы на макетной плате

На беспаечной макетной плате так же легко собрать и параллельную схему:

Ограничения в использовании беспаечных макетных плат

Однако у беспаечных макетных плат есть свои ограничения. В первую очередь, они предназначены только для временной сборки. Если вы возьмете макетную плату, перевернете ее и встряхнете, любые подключенные к ней компоненты обязательно расшатываются и могут выпасть из соответствующих отверстий.

Кроме того, эти макетные платы ограничены схемами с довольно низкими токами (менее 1 А). Их пружинные зажимы имеют небольшую площадь контакта и поэтому не могут выдерживать высокие токи без перегрева.

Пайка или обмотка проводов

Для большей надежности можно выбрать пайку или обмотку проводов. Эти методы включают прикрепление компонентов и проводов к какой-либо конструкции, обеспечивающей надежную механическую установку (например, на гетинаксовой или стеклотекстолитовой плате с просверленными в ней отверстиями, почти как на беспаечной макетной плате, но без внутренних пружинных зажимов), а затем подключение проводников к закрепленным выводам компонентов.

Пайка – это форма низкотемпературной сварки с использованием сплава олово/свинец или олово/серебро, который при плавке электрически связывает медные объекты (выводы компонентов, провода и т.п.). Для соединения компонентов вместе служат припаянные к выводам этих компонентов концы проводов или маленькие медные «контактные площадки», прикрепленные к поверхности печатной платы.

При обмотке проводов небольшой провод плотно наматывается на выводы компонентов, а не припаивается к выводам или медным площадкам; и натяжение этого намотанного провода обеспечивает надежное механическое и электрическое соединение компонентов вместе.

Печатные платы (PCB)

Ниже показан пример макетной печатной платы (PCB, printed circuit board), предназначенной для сборки макетов схем:

Эта плата показана медной стороной вверх: стороной, на которой выполняется вся пайка. Каждое отверстие для пайки окружено небольшим металлическим слоем меди. Все отверстия на этой конкретной плате независимы друг от друга, в отличие от отверстий на беспаечной макетной плате, которые соединены вместе группами по пять штук.

Но также существуют и доступны печатные макетные платы с той же схемой подключения с 5 отверстиями, что и беспаечные макетные платы.

Промышленные печатные платы содержат медные дорожки, нанесенные на подложку из гетинакса или стеклотекстолита, чтобы сформировать заранее спроектированные пути соединения, которые работают как провода в цепи. Ниже показан пример такой платы, это устройство фактически представляет собой схему «источника питания», предназначенную для получения переменного напряжения 120 вольт от бытовой розетки и преобразования его в низковольтное постоянное напряжение.

Вид на нижнюю часть платы показывает медные «дорожки», соединяющие компоненты вместе, а также серебристый припой, прикрепляющий выводы компонентов к этим дорожками:

Спаяная или обмотанная проволокой схема считается постоянной: то есть она вряд ли случайно развалится. Однако эти методы сборки иногда считаются слишком постоянными. Если кто-то захочет заменить компонент или существенно изменить схему, он должен потратить немало времени на разборку соединений. Кроме того, как пайка, так и обмотка проводов требуют специальных инструментов, которые могут быть недоступны сразу.

Клеммные колодки

Альтернативная технология сборки, используемая повсеместно, – это клеммные колодки. Клеммные колодки состоят из отрезка непроводящего материала с несколькими небольшими металлическими стержнями, встроенными внутрь. Каждый металлический стержень имеет, по крайней мере, один крепежный винт или другой крепеж, под которым может быть закреплен провод или вывод компонента.

Несколько проводов, скрепленных одним винтом, электрически являются общими друг с другом, как и провода, прикрепленные к нескольким винтам на одной шине. На следующей фотографии показан один из вариантов клеммной колодки с несколькими подключенными проводами.

Еще одна клеммная колодка меньшего размера показана на следующей фотографии. У этого типа, иногда называемого «европейским», винты немного утоплены, чтобы предотвратить случайное замыкание между клеммами отверткой или другим металлическим предметом:

Сборка схемы на клеммной колодке

На следующем рисунке показана схема с одной батареей и тремя резисторами, собранная на клеммной колодке:

Если в клеммной колодке для фиксации компонентов и концов проводов используются крепежные винты, то для закрепления новых соединений или разрыва старых соединений не потребуется ничего, кроме отвертки. В некоторых клеммных колодках используются подпружиненные зажимы (аналогичные беспаечной макетной плате, но с повышенной прочностью), которые зажимаются и отжимаются с помощью отвертки в качестве толкателя (без завинчивания). Электрические соединения, устанавливаемые клеммной колодкой, достаточно надежны и подходят как для постоянной, так и для временной сборки.

Перевод принципиальной схемы в компоновку схемы

Один из важных навыков для любого, кто интересуется электричеством и электроникой, – уметь «переводить» принципиальную схему в реальную компоновку схемы, где компоненты могут быть ориентированы по-разному.

Принципиальные схемы обычно рисуются для максимальной удобочитаемости (за исключением тех немногих примечательных примеров, нарисованных так, чтобы создать максимальную путаницу!), но при практической сборке схем часто требуется другая ориентация компонентов. Сборка простых схем на клеммных колодках – это один из способов развить навык пространственного мышления «растягивать» провода для создания тех же соединительных путей.

Преобразование простой параллельной схемы в компоновку схемы

Рассмотрим случай параллельной схемы с одной батареей и тремя резисторами, построенной на клеммной колодке:

Переход от красивой, аккуратной принципиальной схемы к реальной схеме (особенно когда подключаемые резисторы физически расположены линейно на клеммной колодке) для многих не очевиден, поэтому я опишу этот процесс шаг за шагом. Во-первых, начните с чистой принципиальной схемы и всех компонентов, прикрепленных к клеммной колодке, без соединительных проводов:

Затем проследите соединение от одной стороны батареи к первому компоненту на принципиальной схеме, закрепив соединительный провод между теми же двумя точками на реальной цепи. Думаю, полезно перерисовать этот провод на принципиальной схеме другой линией, чтобы указать, какие соединения выполнены в реальности:

Продолжайте этот процесс, провод за проводом, пока не будут пройдены все соединения на принципиальной схеме. Было бы полезно рассматривать общие провода в стиле SPICE: сделайте все соединения с общим проводом в схеме за один шаг, убедившись, что каждый компонент, подключенный к этому проводу на схеме, действительно имеет соединение с этим проводом на макете, прежде чем перейти к следующему. На следующем рисунке показано, как верхние стороны двух оставшихся резисторов соединяются вместе, что является электрически общей точкой с проводом, закрепленным на предыдущем этапе:

Когда верхние стороны всех резисторов (как показано на схеме) соединены вместе и к положительной (+) клемме батареи, всё, что нам нужно сделать, это соединить нижние стороны вместе и с другой стороной батареи:

Обычно в промышленности все провода маркируются цифровыми бирками, а электрически общие провода имеют одинаковые номера бирок, как и при моделировании SPICE. В этом случае мы можем пометить провода, как 1 и 2:

Еще одно промышленное соглашение – немного изменить принципиальную схему, чтобы указать фактические точки подключения проводов на клеммной колодке. Это требует системы маркировки для самой колодки: номер «TB» («terminal block», номер клеммной колодки) для самой колодки, за которым следует другой номер, представляющий конкретную металлическую полосу на колодке.

Таким образом, принципиальную схему теперь можно использовать в качестве «карты» для определения точек в реальной цепи, независимо от того, насколько запутанной и сложной может казаться соединительная проводка. Это может показаться излишним для простой схемы с тремя резисторами, показанной здесь, но такая деталь абсолютно необходима для сборки и обслуживания больших схем, особенно когда эти схемы могут охватывать большое физическое расстояние, используя более одной клеммной колодки, расположенной в более чем одном шкафу или распределительном щите.

Резюме

• Беспаечная макетная плата – это устройство, используемое для быстрой сборки временных схем путем подключения проводов и компонентов к электрически общим пружинным зажимам, расположенным под рядами отверстий на пластиковой плате.
• Пайка – это процесс низкотемпературной сварки, в котором используется сплав свинец/олово или олово/серебро для соединения проводов и выводов компонентов вместе; обычно компоненты крепятся к плате из стеклотекстолита.
• Обмотка проводов – это альтернатива пайке, при которой провод небольшого сечения плотно наматывается вокруг выводов компонентов.
• Клеммная колодка – еще одно устройство, используемое для монтажа компонентов и проводов при сборке цепей. Винтовые клеммы или усиленные пружинные зажимы, прикрепленные к металлическим стержням, обеспечивают точки соединения для концов проводов и выводов компонентов; эти металлические стержни устанавливаются отдельно в кусок непроводящего материала, такого как пластик, бакелит или керамика.

Оригинал статьи:

Теги

Сохранить или поделиться

«Изучение системной платы» Системная плата

Внешне материнская плата представляет собой текстолитовую пластину с разъемами, на которую припаяны различные детали.

В имеющиеся разъемы вставляются остальные комплектующие компьютера, а именно – процессор, оперативная память, накопители, платы расширения и периферийные устройства, такие как клавиатура, мышь, монитор и пр.

Отдельный разъем предназначен для блока питания.

Не нужно быть заядлым технарем, чтобы знать: многие устройства классифицируются по принципу «мама-папа», т.е. «мама» — это гнездо, а «папа» — штеккер. Плату называют материнской именно потому, что в нее вставляются остальные детали компьютера. Для полноты картины можно сказать, что роль «папы» в данном случае отводится процессору.

На школьных уроках информатики преподаватели объясняют некоторую странность названия следующим образом. Проводится параллель с семьей, в которой мама играет очень важную роль – хозяйственную, обеспечивая в этом направлении нужную взаимосвязь между остальными членами семьи.

В самых первых персональных компьютерах к материнской плате крепились все комплектующие, за исключением и привода. В современных моделях компьютерной техники многие из них отделены от «материнки», а название осталось прежним.

Роль материнской платы в компьютере равносильна той, что выполняет сердце в живом организме. Точно так же, как «пламенный мотор» заставляет все органы и системы работать и взаимодействовать друг с другом, материнская плата обеспечивает взаимодействие всех компонентов ПК, подключаемых к ее разъемам, и управляет их совместной работой.

В самом деле, для того, чтобы вводимые нами посредством клавиатуры и мыши данные отобразились на мониторе, необходимо, чтобы они попали в оперативную память, а процессор их обработал, преобразовал в изображение и показал нам на экране компьютера. Всеми этими операциями заправляет именно «материнка».

Материнская плата – важнейшая деталь компьютера, от которой зависит его мощность, производительность и дополнительные возможности. Различные типы «материнок» могут отличаться друг от друга чипсетом, встроенными устройствами, типом поддерживаемого процессора, числом слотов расширения и множеством других характеристик. Иными словами, для конкретного компьютера следует подбирать определенную материнскую плату.

Самыми популярными на текущий момент типами материнских плат являются:

Mini-ITX — применяется с 2001 года;
Extended-ATX – выведена на рынок в 2004 году;
Micro-ITX – разработана в далеком 1996 году;
ATX – самая простая и доступная модель «материнки», используемая с 1996 года;
SSi-CEB/EEB – используется в крупных интернет-серверах.

Понятием «чипсет» обозначают набор микросхем системной логики. ПК состоит из ряда комплектующих, которые прямо или опосредованно подключены к материнской плате и выполняют свою часть работы по приему, обработке и передаче информации.

Чипсет играет роль связующего звена, обеспечивающего совместное функционирование всех перифирийных устройств, подключаемых к процессору. Чипсет (его еще называют «северный мост») влияет на скорость обработки информации, видео-шину, память процессора и взаимодействие между ними.

На каждый чипсет в заводских условиях наносится порядковый номер разработки (чем он выше, тем шире возможности для подключения периферии) и буквенный префикс, указывающий сектор целевой аудитории сбыта.

Данный термин используется для обозначения разъема на материнской плате, служащего для присоединения процессора. Внешне он представляет собой площадку прямоугольной формы с множественными контактами, фиксатором для крепления процессора и отверстиями, в которые крепится система охлаждения.

Компьютерные комплектующие непрерывно модернизируются, и сокеты не являются исключением. Едва ли не ежегодно появляются новые стандарты сокетов, более производительные и современные. Поэтому на рынке имеют хождение материнские платы как с новыми разъемами, так и со старыми.

Системная (материнская) плата является главным элементом любого современного компьютера и объединяет практически все устройства, входящие в его состав.
Основой материнской платы является набор ключевых микросхем системной логики (чипсет).
Тип чипсета целиком и полностью определяет тип и количество комплектующих, из которых состоит компьютер, а также его потенциальные возможности.

На системной плате имеются:

Cлоты DIMM для установки модулей памяти типа SDRAM/DDR/DDR2/DDR3 (разные для каждого типа памяти).
Чаще всего их 3-4, хотя на компактных платах можно встретить только 2 таких слота.

Специализированный разъем типа AGP или PCI-Express х16 для установки видеокарты.
Встречаются платы с двумя и более видеоразъемами.
Также встречаются системные платы (из самых дешевых) без видеоразъемов вообще — их чипсеты имеют встроенное графическое ядро, и внешняя графическая карта для них необязательна.

Рядом со слотами для видеокарт обычно находятся слоты для подключения дополнительных карт расширения стандартов PCI или PCI-Express х1.

Важная группа разъемов — интерфейсы (IDE и/или более современный Serial ATA) для подключения дисковых накопителей — жестких дисков и оптических приводов.
Также там находится разъем для floppy-дисковода (3,5” дискеты), хотя все идет к тому, что от него в скором времени окончательно откажутся.

Все дисковые накопители подключаются к системной плате с помощью специальных кабелей (шлейфы).

Разъемы для подключения питания (чаще всего двух типов — 24-контактный ATX и 4-контактный ATX12V для дополнительной линии +12 В) и двух-, трех- или четырехфазный модуль регулирования напряжения VRM (Voltage Regulation Module), состоящий из силовых транзисторов, дросселей и конденсаторов.
Этот модуль преобразует, стабилизирует и фильтрует напряжения, подаваемое от блока питания.

На задней части системной платы находится панель с разъемами для подключения дополнительных внешних устройств: монитора, клавиатуры и мыши, сетевых, аудио и USB-устройств и т.п.

На любой системной плате имеется большое количество вспомогательных джамперов (перемычек) и разъемов.
Это могут быть и контакты для подключения системного динамика и кнопок и индикаторов на передней панели корпуса, и разъемы для подключения вентиляторов, и контактные колодки для подключения дополнительных аудиоразъемов и разъемов USB и FireWire.

На каждой системной плате в обязательном порядке имеется специальная микросхема памяти, чаще всего установленная в специальную панельку (кроватку), содержащая прошивку BIOS, и батарейка, которая обеспечивает питание при пропадании внешнего напряжения.

Таким образом, с помощью всех этих слотов, разъемов и дополнительных контроллеров, системная плата объединяет все устройства, входящие в состав компьютера в единую систему.

Дебют линейки твердотельных накопителей Intel Optane 900p с памятью 3D XPoint

Корпорация Intel официально представила первые твердотельные накопители для ПК и рабочих станций, созданные на основе перспективной памяти 3D XPoint.
Устройства вошли в линейку Optane 900p, доступны в версиях объёмом 280 и 480 Гбайт, а их главными преимуществами над решениями конкурентов, как и в случае серверных аналогов, являются высокое быстродействие при работе с мелкими файлами наряду с большим ресурсом записи.

Накопители Intel Optane 900p доступны как в виде низкопрофильных карт расширения PCI-E, так и в виде 2,5-дюймовых устройств с разъёмом U.2 (только 280-гигабайтные модели).
В обоих случаях каналом передачи информации выступают четыре линии интерфейса PCI Express 3.0.
Максимальные скорости последовательного чтения и записи составляют 2500 и 2000 Мбайт/с соответственно, а быстродействие при работе со случайными 4-килобайтными блоками достигает 550 тыс. IOPS при чтении и 500 тыс. операций при записи.

Одним из достоинств представленных NVMe-накопителей является их ресурс.
Параметр TBW (суммарное число записываемых байтов) для 480-гигабайтной модели составляет 8760 Тбайт, а у модели объёмом 280 Гбайт он равен 5110 ТБ.
Таким образом, данные накопители можно гарантированно перезаписать свыше 18 тысяч раз.

Что касается рекомендованной стоимости, то накопитель Intel Optane 900p объёмом 480 Гбайт обойдётся минимум в $600, а 280-гигабайтная модель была оценена чипмейкером в 390 долларов.
На все устройства распространяется пятилетняя гарантия производителя.

Новые наборы драйверов GeForce 388.10 и Radeon Crimson ReLive 17.10.3

Выход Wolfenstein: The New Colossus подтолкнул AMD и Nvidia выпустить свежие пакеты драйверов, призванные решить проблемы, связанные с нестабильной работой нового шутера.
Оба выпуска носят статус бета-версий и не несут в себе новых игровых оптимизаций.

Пакет драйверов Radeon Software Crimson ReLive Edition 17.10.3 исправляет «зависания» и «вылеты» в играх Wolfenstein: The New Colossus и Destiny 2 на графических адаптерах серии Radeon RX Vega.
Игровые оптимизации для данных проектов включены в «красный» набор драйверов, начиная с предыдущей версии (17.10.2).

Тем временем Nvidia, дабы не заставлять геймеров ждать выхода Game Ready драйвера, оптимизированного специально для нового шутера от MachineGames, выпустила небольшую «заплатку» в виде GeForce 388.10 Hotfix.
Ключевой задачей нового релиза стало обеспечение стабильной работы Wolfenstein: The New Colossus на видеокартах поколения Kepler.
Выход полноценного Game Ready драйвера намечен на следующую неделю.

Новый зловред для хищения денег из банкоматов

«Лаборатория Касперского» обнаружила новую вредоносную программу, позволяющую злоумышленникам красть деньги из банкоматов.

Сообщается, что зловред носит имя Cutlet Maker.
Для осуществления атаки на банкомат преступнику необходимо получить доступ к его USB-порту.
После этого нужно последовательно использовать ряд программных инструментов.

В состав Cutlet Maker входит специальный модуль Stimulator, который отображает количество и номинал банкнот в кассетах банкомата.
Это позволяет злоумышленнику изначально выбрать ячейку, содержащую самую большую сумму денег, а не действовать «вслепую», перебирая кассеты одну за другой.
Таким образом, сокращается время на проведение атаки, а следовательно, снижаются шансы на поимку преступников на месте ограбления.

Ситуация ухудшается ещё и тем, что зловред Cutlet Maker предлагается любому желающему на подпольном интернет-рынке.
Вредоносная программа стоит $5000, причём набор включает пошаговую инструкцию.
Таким образом, совершить преступление сможет даже самый неопытный злоумышленник.

Пока не ясно, кто именно стоит за разработкой Cutlet Maker.
Но анализ показывает, что для создателей вредоносной программы английский язык не является родным.

Apple может блокировать смартфоны с неоригинальным дисплеем

С выходом iOS 11.0.3 у компании Apple появилась возможность блокировать смартфоны и планшеты с установленным неоригинальным дисплеем.

Следовательно, теперь «яблочный» производитель может удаленно управлять девайсами и отслеживать, какие в них используются компоненты.

Apple прокомментировала обновление:

«Решена проблема неработающего сенсорного ввода на iPhone 6S, из-за которой экраны некоторых устройств не реагировали на прикосновения, получив контрафактные комплектующие.
Замена неисправных дисплеев на неоригинальные может стать причиной ухудшения качества изображения и неполадок в работе.
Ремонт, сертифицированный Apple, выполняется экспертами, которые используют оригинальные детали.»

Ранее от владельцев iPhone 6S поступали жалобы на брак дисплея.
Некоторые пользователи отремонтировали свои гаджеты не в сертифицированных сервисных центрах.
В какой-то момент у них перестал работать сенсорный ввод.
Затем Apple выпустила обновление, удалённо устранив проблему.
Также производитель настоятельно рекомендовал ремонтировать iPhone только в авторизированных сервисных центрах.

Таким образом, в какой-то момент миллионы iPhone, iPad и прочих продуктов Apple способны перестать работать, если они были отремонтированы сторонними специалистами.

В Chrome для Windows появился антивирус

Компания Google выпустила новую версию десктопного браузера Chrome для Windows.
Обновление приносит встроенные возможности для борьбы с вредоносным кодом.

Так, теперь Chrome определяет были ли изменены настройки браузера без ведома пользователя и предлагает в случае изменения вернуть настройки к прежнему виду.

Также в браузере появился своего рода встроенный антивирус.
Он будет предлагать удалить любую подозрительную или вредоносную программу с ПК, в том числе при незаметной инсталляции.
Для определения вредоносное используется движок компании ESET.

Обновление начало постепенно распространяться для пользователей Chrome для Windows.

Системная плата – основа компьютера. На ней находятся основные электронные элементы: процессор, память, BIOS, набор микросхем и др.

Типы системных плат

All-In-One – плата, на которой размещены все необходимые для работы компьютера элементы. Motherboard (материнская) – плата, содержащая основные узлы и разъемы расширения для установки дочерних плат.

Состав материнской платы

На материнской плате расположены:

1. Наборы больших однокристальных электронных микросхем – чипов (центральный процессор, другие процессоры, интегрированные контроллеры устройств и их интерфейсы)

2. Микросхемы оперативной памяти и разъемы их плат

3. Микросхемы электронной логики

4. Простые радиоэлементы (транзисторы, конденсаторы, сопротивления и др.)

5. Разъемы системной шины (стандартов ISA, EISA, VESA, PCI и др.)

6. Слоты для подключения плат расширений (видеокарт или видеоадаптеров, звуковых карт, сетевых карт, интерфейсов периферийных устройств IDE, EIDE, SCSI…)

7. Разъемы портов ввода/вывода (COM, LPT)

Общая характеристика

Материнская плата предназначена для размещения или подключений всех остальных внутренних устройств компьютера – служит своеобразной платформой, на базе которой строится конфигурация всей системы.

Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы, как правило, определяется типом и архитектурой центрального процессора (материнские платы на базе процессоров фирм Intel, AMD, Cyrix и др. – 8086/8088/80188, 286, 386, 486/586/686, Pentium, Pentium II-V. Как правило, именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы.

По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами.

Настройка материнской платы на конкретные электронные компоненты осуществляется с помощью перемычек (jumpers). В частности, этими перемычками устанавливается настройка на конкретную модель процессора – регулируются тактовая частота и напряжение питания.

Материнская плата крепится к шасси корпуса системного блока, как правило, двумя винтами с изолирующими пластмассовыми креплениями.

Современные требования к материнским платам

Современные материнские платы соответствуют требованиям программы Energy Star. Это энергосберегающая программа, введенная американским Агенством защиты окружающей среды (EPA – Environment Protection Agency). Согласно этим требованиям, плату относят к разряду «зеленых» (green motherboard), если ее энергопотребление в режиме холостого хода не более 30 Вт, в ней не используются токсичные материалы, допускается 100-процентная утилизация после истечения срока службы.

Рассмотрим устройство типичной материнской платы Pentium-класса с набором микросхем 430HX (плата АSUS P55T2P4).

1 – разъем USB (USB header), 2 – установочное отверстие, 3 – контроллер клавиатуры (keyboard controller), 4 – микросхема BIOS (flash BIOS ROM), 5 – разъем шины ISA (ISA bus slot), 6 – разъем шины PCI (PCI bus slot), 7 – разъем расширения мультимедиа (mediabus slot), 8 – установочное отверстие, 9 – микросхема часов с элементом питания (real-time clock/CMOS), 10 – разъем процессора (CPU socket),

11 – регулятор напряжения, 12 – разъемы подключения индикаторов корпуса,

13 – конденсаторы, 14 – антистатическое покрытие, 15 – переключатели (jumpers),

16 – микросхемы Кэш-памяти 2 уровня (cache chips), 17 – разъем расширения Кэш-памяти, 18 – разъем расширения Tag-памяти (Tag RAM expansion socket), 19 – набор микросхем Intel 430 HX (chipset chips), 20 – разъемы модулей памяти (SIMM sockets), 21 – разъем дисковода (floppy header), 22 – разьем первого IDE устройства (primary IDE header), 23 – разъем второго IDE устройства (secondary IDE header), 24 – разъем питания (power connector), 25 – контроллер ввода-вывода (I/O controller), 26 – разъем параллельного порта (LPT header), 27 – разъем 1 последовательного порта (COM1 header), 28 – разъем 2 последовательного порта (COM2 header), 29 – разъем порта PS2 (PS2 mouse header), 30 – разъем клавиатуры (keyboard connector)

Материнская плата компьютера это тот фундамент, на котором выстроены все компоненты системного блока .

Роль материнской платы компьютера нельзя переоценить. Ведь только от нее зависит сможете ли Вы в будущем расширить функциональность Вашего ПК или нет? Увеличить количество оперативной памяти , поставить более производительную видеокарту? Будет ли позволять дальнейшее расширение («upgrade» — апгрейд) всей системы наличие дополнительных, первоначально не используемых, слотов и разъемов? Это как фундамент дома: сделаете его не качественно и, со временем, конструкция может обрушиться.

Материнская плата представляет собой многослойный «пирог» из однослойных (односторонних или двусторонних) печатных плат. Каждый из слоев и представляет собой такую отдельную плату. Многослойность, прежде всего, нужна для борьбы с перекрестными наводками и помехами, создаваемыми сигнальными линиями (дорожками) платы, близко друг к другу расположенными. Чтобы увеличить это расстояние и изолировать сигнальные линии одного слоя от другого и придумывался весь этот «бутерброд». Каждый слой отделяется друг от друга специальными прокладками из стеклоткани (адгезивом) и после все это дело запрессовывается в специальной печи.

Графически внутренне строение изделия можно изобразить примерно так:

Как бонус, дополнительно возрастает и общая механическая прочность подобной конструкции. Количество отдельных слоев в современных брендовых продуктах может доходить до десяти, а то и больше! После чего уже почти готовую материнскую плату с обеих сторон покрывают диэлектрическим защитным лаком нужного цвета, просушивают, насверливают в ней необходимые отверстия под крепеж, установку разъемов и других компонентов, металлизируют отверстия по краям и изделие практически готово! Конечно, после этого нужно установить сами разъемы и всю элементную базу радиоэлектронных компонентов, осуществить их пайку, контроль качества, произвести всеобъемлющее тестирование под нагрузкой, но этот процесс наглядно показан в видео под статьей, поэтому не вижу смысла лишний раз его описывать.

Примечание: печатная плата или PCP (Printed Circuit Board) — пластина из диэлектрика на которой химическим или механическим способом сформированы электропроводящие дорожки. Они могут формироваться как классическим методом их травления на плате, так и с применением технологии лазерной гравировки.

Поскольку нас, в первую очередь, интересуют именно качественные материнские платы компьютера, давайте обратим свое внимание на полноразмерную плату от фирмы-производителя «Asus». Большое количество расположенных на ней элементов и слотов расширений позволяет нам надеяться на хорошую перспективу апгрейда, а качественная элементная база компонентов и разводка платы, — на длительный срок ее эксплуатации.

Давайте, как обычно, пройдемся по порядку по всем обозначениям и выясним, из каких компонентов состоит материнская плата компьютера:

1. сокет CPU (разъем, куда устанавливается процессор компьютера)
2. обозначены два слота под PCI Express видеокарты (в дорогих материнских платах можно устанавливать две дискретные видеокарты одновременно)
3. четыре слота под оперативную память стандарта DDR2
4. северный мост чипсета материнской платы компьютера
5. южный мост чипсета материнской платы
6. радиаторы системы охлаждения для цепей питания (фаз питания) процессора
7. четыре USB выхода (выводятся на заднюю стенку корпуса компьютера)
8. выходы встроенной звуковой карты
9. интерфейс флоппи диска 3,5 (дисковода) FDC controller
10. четыре выхода SATA для подключения жестких дисков
11. три PCI слота для подключения дополнительных плат расширения (ТВ тюнера, сетевой или звуковой карты, платы видеозахвата и т.д)
12. батарейка «BIOS»
13. четырех-контактный 12-ти вольтовый разъем питания процессора
14. 24-х контактный разъем для подключения блока питания и подачи напряжения на материнскую плату
15. два разъема для подключения жестких дисков или CD-DVD-ROM старого образца «IDE»
16. сама микросхема «BIOS»

Давайте остановимся с Вами на наиболее важных моментах, требующих отдельных комментариев. На изображении мы четко видим систему охлаждения в центре, с расходящимися от него медными трубками. Центральный радиатор прикрывает собой «северную» микросхему чипсета платы. Она включает в себя такие немаловажные компоненты как встроенная видеокарта , контроллер оперативной памяти и контроллер системной шины (сейчас эти элементы активно переносятся в ЦПУ) и, естественно, поддерживает интерфейс взаимодействия с «южной» микросхемой.

Названия «северный» и «южный» мост обозначают лишь географическое расположение этих элементов относительно слотов PCI (севернее — выше или южнее — ниже). Микросхема южного «моста» также прикрыта радиатором. Она, как правило, содержит в себе контроллер встроенной сетевой карты компьютера, шины USB, интегрированный звук, отвечает за работу шины PCI, различных датчиков на плате и т.д.

Примечание: чипсет (chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы по выполнению каких-либо задач. Второе название — набор системной логики.

Применимо к компьютерам, классический чипсет на материнской плате состоит из двух больших микросхем:

• северный мост (Northbridge)
• южный мост (Southbridge)

Северный «мост» связывает (посредством интегрированных в него контроллеров) ЦПУ с высокопроизводительными устройствами, расположенными на материнской плате компьютера (память, видеоадаптер). Южный «мост» отвечает за поддержку более «медленных» периферийных устройств (USB, звуковая и сетевая карта, жесткие диски, различные платы расширения и т.д.)

Вот, к примеру, как выглядит набор системной логики («северный» — больший и «южный» — меньший мост) производства компании «VIA».

Двигаемся дальше. Под номерами «6» (см. первое фото статьи) на материнской плате у нас — два радиатора, которые охлаждают цепи питания процессора. Элементы, расположенные под радиаторами (конденсаторы и транзисторы) предотвращают сильные перепады напряжения питания CPU при изменении его нагрузки. Качественное их исполнение — один из показателей хорошей материнской платы. Согласитесь, если работа компьютера окажется нестабильной просто по причине некачественного электропитания — будет обидно!

Отдельно отметим, что элементная база цепей питания на современных материнских платах достаточно разнообразна: в нее входят ШИМ-контроллер, преобразователи напряжения, транзисторы, резисторы, дроссели, конденсаторы и т.д.

На фото ниже представлена типовая многофазная схема питания современного процессора:

Например, преобразователи напряжения нужны для того, чтобы подавать на тот или иной элемент строго нужное для его штатной работы питание. Одно дело, что на входе преобразователя от блока питания «приходит» 12 вольт, но не всем элементам именно двенадцать нужно! Вот преобразователи и понижают его до нужного значения и «отдают» конечному «потребителю» (конкретной микросхеме, или другому элементу).

Предлагаю более подробно поговорить о том, для чего все эти фазы нужны и как они работают? Считаю, что это нужно знать! В роли понижающего преобразователя может выступать VRM (Voltage Regulation Module — модуль регулирования напряжения) или VRD (Voltage Regulator Down — модуль понижения напряжения). Особо не зацикливайтесь на этом, достаточно будет, если запомните эти аббревиатуры и будете знать, к чему они относятся.

Как правило, в схему преобразователя также включены несколько полевых МОП-транзисторов. Они управляются электрическим полем, поэтому их называют «полевыми» (полевиками). Аббревиатура МОП происходит от «металл-оксид-полупроводник», в английском варианте: «metal-oxide-semiconductor field effect transistor» или сокращенно — MOSFET. Поэтому можно встретить название, как mosfet-транзисторы (в народе — «мосфеты»).

В основе управления фазами питания на материнской плате компьютера, как правило, находится PWM-контроллер. У аббревиатуры PWM тоже есть свое значение и это «Pulse Wide Modulation» — широтно-импульсная модуляция, по русски ШИМ. Поэтому подобные компоненты часто называют ШИМ-контроллерами.

Вот как он может выглядеть:

О требуемом для процессора в данный момент питании ШИМ-контроллер «узнает» с помощью специального 8-ми битного сигнала, который и «говорит» ему о том, какое напряжение нужно подать на ЦП в тот или иной момент времени.

В очень старых компьютерах все схемы регуляторов напряжения были однофазными, однако со временем (с ростом потребляемой процессорами мощности) они стали неэффективными и производителям пришлось использовать несколько фаз для регулировки напряжения, подаваемого на ЦП. Отсюда и появилось понятие «многофазности». Четырехфазное питание восьмифазное и т.д… Сейчас есть, вроде бы, даже 24-х фазное! 🙂

Что же стоит за этим понятием? Попробуем разобраться! В чем основное ограничение однофазного регулятора? Прежде всего, в максимальном токе, который можно пропустить через те элементы, которые его формируют: мосфеты, катушки индуктивности (дроссели), конденсаторы. Их ограничение составляет около тридцати ампер, в то время, как современные CPU могут потреблять ток свыше ста ампер! Понятно, что при таких «запросах» одна фаза «закипит» очень быстро:) Вот именно для компенсации этого ограничения, на материнских платах и начали использовать многофазное питание.

При использовании многофазного регулятора общий ток нагрузки можно распределить по N-ному количеству отдельных фаз, которые в сумме будут выдавать нужную (номинальную) мощность! Например: при шестифазном питании на каждую из шести фаз будет приходиться по 30 Ампер (помним про ограничение по максимальному току), в то время, как суммарно все наши фазы могут при пиковой нагрузке «пропустить» через себя целых180 Ампер!

Примечание: для процессоров Intel поколения Core i7 с энергопотреблением свыше 130-ти Ватт (даже учитывая возможность разгона), вполне достаточно шестифазного питания! Все что больше — от лукавого маркетолога:)

Также нужно иметь в виду, что элементная база не стоит на месте и вместо обычных электролитических конденсаторов сейчас широко используются, так называемые, твердотельные полимерные, срок службы которых превышает 50 000 часов, дроссели с ферритовым сердечником и т.д. Все это вкупе, позволяет пропускать через них максимальный ток уже не 30, а 40 Ампер. Поэтому такая шестифазная схема (цепь) питания процессора вполне сможет обеспечить ток на процессор около 240 Ампер (энергопотребление более 200 Ватт)! Какой домашний CPU такое потребляет, кроме AMD ?! 🙂

Последнее что хотелось бы добавить, сейчас на материнских платах компьютеров часто применяется такая вещь, как динамическое переключение фаз питания. Это значит, что по мере необходимости (потреблении процессором большего тока) в работу включается все большее количество фаз, а при снижении нагрузки некоторые из них отключаются. По идее, слабенький ЦП можно запустить только при одной рабочей фазе. Другое дело, долго ли он так протянет? Но для старта в режиме тестирования этот метод может вполне сгодиться!

Итак, возвращаемся к нашему основному материалу! Если попытаться схематично изобразить расположение всех основных элементов и разъемов на материнской плате компьютера, то получится приблизительно вот такая картина:

Вот еще одно (графическое) воплощение этой идеи:

Давайте несколько слов скажем о системной шине платы — FSB (Front Side Bus — фронтальная системная шина). Это скоростной интерфейс взаимодействия между процессором и северным «мостом» чипсета материнской платы. Чем больше ее частота, тем выше скорость передачи данных и скорость всей системы в целом. Частота FSB измеряется в мегагерцах.

Примечание: что такое частота, какие значения может принимать и в чем измеряется мы с Вами разбирали вот в этой статье.

Непосредственно к самой системной шине подключен только ЦПУ, остальные устройства подключаются к ней через специализированные контроллеры, которые интегрированы в микросхему северного «моста».

Справедливости ради стоит отметить, что сейчас наблюдается тенденция к высокой интеграции основных контроллеров и даже целых устройств (графический ускоритель) непосредственно в ядро центрального процессора.

Одним из первых из чипсета был перенесен контроллер оперативной памяти, что позволило сократить временные задержки, неизбежные при передаче данных и команд по системной шине. К примеру, в процессор на базе «Intel LGA1156» были перенесены практически все основные контроллеры, до этого располагавшиеся на материнской плате. В результате, FSB в ней, фактически, отсутствует!

Разработчики компании «AMD» используют свою фирменную технологию для замены системной шины. Она называется «Hyper Transport». Данная разработка пережила уже несколько ревизий и успешно используется не только в персональных компьютерах, но и в таких высокопроизводительных устройствах, как сетевые маршрутизаторы фирмы «Cisco».

Еще одним из «кандидатов» на перенос непосредственно в ядро CPU оказалось встроенное видео, которое раньше весьма комфортно «чувствовало» себя в северном мосту чипсета материнской платы. И, казалось, куда оно оттуда может деться?! А прошло некоторое время и — пожалуйста: видеоядро на одном кристалле с процессором. Фантастика! 🙂

Как подобное стало возможным? Прежде всего, в силу того, что постоянно уменьшается техпроцесс изготовления всех основных элементов компьютера. К примеру, процессор семейства Intel Core i7 сделан с использованием 22-х нанометрового техпроцесса, что позволило разместить на той же площади кристалла примерно 1,4 миллиарда транзисторов!

Примечание: 22 нанометра соответствуют, в данном случае, линейному разрешению литографического оборудования, которое используется при изготовлении конечного устройства. А «нанометр» (нм или nm) — это одна миллиардная часть метра (миллимикрон)!

Что у нас получается? С уменьшением техпроцесса уменьшается и размер основных элементов (транзисторов), которые мы можем разместить на кристалле. Следовательно, этих самых транзисторов на той же площади мы можем разместить больше! И, как результат, — построить на их базе встроенное в ЦП графическое ядро или любой другой элемент. Собственно, этим активно и пользуются разработчики, стараясь постоянно уменьшать технологический процесс производства.

Со временем, это привело к тому, что все основные высокоскоростные интерфейсы и контроллеры «перекочевали» под крышку процессора, а многие материнские платы современных компьютеров лишились не только южного, но иногда и северного моста! Так как все контроллеры периферии переместились в северный мост, то южный просто отпал за ненадобностью. Сегодня еще можно встретить материнские платы с классическим расположением элементов системной логики (чипсета), но это происходит все реже.

Итак, продолжим! Для более дешевых материнских плат характерна ситуация, когда производители набирают все ее элементы на уже укороченной (снизу или — сбоку) пластине текстолита. В результате, все элементы материнской платы расположены очень близко друг к другу и о каких-то дополнительных разъемах или выходах приходится забыть (тут бы основное все уместилось!).

Запомните: соотношение сторон у хорошей материнской платы должно быть таким же, как на фото (она не должна быть маленькой квадратной или прямоугольно-вытянутой) и места на ней должно быть много! До сих пор — это мое ИМХО, несмотря на 2015-й год:) Хорошо зарекомендовавшими себя производителями материнских плат для десктопных компьютеров являются компании: «Msi», «Asus» «Gigabyte» и «Intel».

Например, фирма «Gigabyte» дополнительно «прокладывает» между слоями печатной платы несколько тонких слоев меди. Эта фирменная технология даже получила собственное название: «Ultra Durable» (фото в начале статьи). Медь выступает дополнительным радиатором, отводящим тепло от самых горячих зон материнской платы: процессора с его цепями питания и микросхем чипсета.

Также разные производители плат чтобы выделить свою продукцию добавляют к ней всякие улучшения: наподобие двойного биоса (чтобы в случае сбоя не использовать программатор), датчика пост-кодов, кнопок включения и перезагрузки на самой плате и т.д.

Вот — один из примеров того, как на качественные материнские платы устанавливают дополнительные улучшения.

Внизу красным обведен датчик POST кодов, о котором мы упоминали выше. Он может «сказать» нам о проблеме в работе компьютера посредством цифровых комбинаций на табло. Их расшифровка, как правило, прилагается к самой материнской плате в виде маленькой книжки.

А вот какие еще бывают материнские платы. Фото ниже — форм фактор «micro ATX» с процессором «Atom 550» на пассивном охлаждении.

В завершении статьи, хочу показать Вам свое рабочее место и, как тестируется на нем очередная материнская плата:

Сейчас я устанавливаю Windows. Подобный вариант подключения позволяет исключить случаи короткого замыкания платы на корпус компьютера, да и визуальный осмотр и общий контроль за процессом намного удобнее.

Бывают и серверные материнские платы. Чем отличаются серверные решения от обычных (десктопных)? Прежде всего, повышенной надежностью! Ведь серверам приходится работать в режиме 24/7 (как супермаркету) 🙂 Сервера обычно комплектуются дорого регистровой оперативной памяти с контролем четности (ECC), также они могут поддерживать несколько физических процессоров. На фото ниже мы видим плату, в которую может быть установлено четыре физических ЦПУ.

Это уже продукция никак не относящаяся к сегменту SOHO (Small Office/Home Office — малый офис/домашний офис), а серьезные корпоративные решения. Естественно, здесь тоже есть свои Lov-End (дешевые) и Hi-End (дорогие) продукты, но это уже другая история. Также на серверах, как правило, устанавливаются аппаратные рейд (RAID) контроллеры, выполненные в виде отдельной печатной платы, на десктопах подобный функционал можно получить только программным способом.

Примечание: RAID (Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков). Технология надежного хранения данных основанная на избыточности хранимой информации. Когда несколько жестких дисков объединяются в один виртуальный логический элемент для обеспечения надежности и повышения производительности.

Отдельно можно выделить геймерский сегмент материнских плат. Как правило, подобные решения стоят на порядок дороже и имеют кучу дополнительных опций: в виде продвинутых возможностей по разгону, расширенного управления питанием и охлаждением, различных датчиков индикации соcтояний, усиленной элементной базы и т.д. Одним из таких примеров являетcя изделие от фирмы Asus (Asus Maximus 7):

Крутая «игрушка», правда? Напоследок, — мысль статьи, сформированная на основе личного опыта: хорошая (качественная) вещь не может стоить 30-50 долларов. Ну, вот не может и все тут! 🙂

В процессе эксплуатации компьютера пользователи сталкиваются не только с программной, но и с аппаратной частью системы. Основная и главная составляющая каждого компьютера, смартфона или планшета — это его материнская плата (mother board — другое название).

Понятие материнской платы, ее функции

Материнская (системная) плата — главное устройство компьютера, которое обеспечивает функциональность всех дочерних компонентов и связь между ними. Открыв крышку системного блока компьютера, заметить mother board очень просто, ведь она является самым трудоемким и большим компонентом. Главная компьютерная схема выглядит следующим образом:

МП имеет множество разъемов, благодаря которым к ней можно подключить жесткий диск, процессор, оперативную память, видеокарту и другие не менее важные аппаратные компоненты компьютера.

В физическом плане стандартная МП напоминает сложную плату с множеством различных микросхем и разъёмов. При выборе составляющих компонентов компьютера в первую очередь обращайте внимания на характеристики системной платы, ведь она определяет, компоненты какой мощности к ней можно подключить. От mother board зависит быстродействие и мультизадачность компьютера.

Если в компьютере потребовалось, к примеру, сменить видеокарту, то в первую очередь нужно определить, какая материнская плата (схема) стоит в системном блоке. Например, схема типа AGP является давно устаревшей и найти к ней видеокарту с мощными характеристиками практически невозможно.

Где посмотреть информацию о том, какая главная схема используется на конкретном компьютере? Это можно сделать двумя способами:

1. Прочитать непосредственно на самой схеме.
2. В документации к устройству (при условии, что с момента покупки никакие аппаратные компоненты не менялись и не поддавались модификации).
3. Воспользоваться специальным программным обеспечение, которое способно показать информацию обо всем оборудовании. Например, программа под названием «CPU-Z» способна предоставить пользователю информацию о модели материнской платы. Для этого следует установить и запустить программу. На вкладке Maindoard выбрать поле модель. В котором указан тип и вся нужная информация о схеме.

Для того, чтобы все компоненты МП могли иметь связь между собой, используют так называемые шины связи — структурная единица всех mother board. Шины бывают двух типов:

1. Главная компьютерная шина — это компонент МП с помощью которого функционирует cache-память и Central Processing Unit (центральный процессор).
2. Системная компьютерная шина. Оперирует информацией всех составляющих материнской платы.

Компоненты материнской платы

Более подробно узнать о том, то такое материнская плата компьютера можно, вникнув в ее составляющие компоненты. Схема компонентов, подключаемых к mother board:

Вышеуказанная схема очень упрощена, однако, с помощью нее можно получить понимание того, как устроена материнская плата любого компьютера.

Характеристики материнской платы состоят из таких основных пунктов:

1. Форма и тип. Этот пункт определяет размер схемы и виды разъемов, расположенных на ней.
2. Тип питание главной системной схемы. Эта характеристика подразумевает различные типы разъема, к которому подключается блок питания компьютера.
3. Гнездо для процессора. Важный этап в выборе любой материнской платы — это подбор процессора и схемы, которые будут взаимосвязаны между собой. Разъем для гнезда процессора должен соответствовать конкретной модели и функционалу ЦП. Стоит заметить, что практически всегда в документации к материнской плате указываются все совместимые с ней марки и модели ЦП, поэтому подобрать данный компонент не составит большого труда даже для неопытных пользователей.
4. Слоты оперативной памяти. Эта характеристика измеряется количественно, то есть на каждой схеме есть определенное количество слотов для ОП — они определяют максимальное количество оперативки, которую можно установить на компьютер. Заметьте, что чем больше слотов поддерживает материнская плата, тем выше будет ее стоимость.
5. Частота шины. Речь идет о системном типе шины. Эта характеристика подразумевает наличие определенной скорости, с которой будут работать компоненты платы. Измеряется она в гигагерцах.

Во многих случаях материнская схема может содержать встроенную видеосистему (видеокарту). В таком случае покупка отдельной видеокарты не требуется. Конечно же, такие платы будут стоять несколько дороже, чем аналогичные варианты без встроенных видеосистем. Однако, есть один минус в таком типе видеокарт — если вы часто меняете аппаратные компоненты или со временем понадобится улучшить видеокарту, то сделать это будет крайне сложно или совсем невозможно.

Также на схеме может быть встроена аудиосистема. В таком случае нет потребности покупать и устанавливать аудиокарту. Дисковые контроллеры схемы показывают пользователю какие варианты съемных и жестких дисков можно подключить к mother board.

Современные микросхемы оснащены технологией Bluetooth, именно она позволяет работать с беспроводными мышками, мониторами, клавиатурами и другими устройствами. Таким же образом некоторые схемы поддерживают технологию Wi-Fi.

Современные платы и рейтинг лучших производителей. Советы, как выбрать хорошую материнскую плату

Советы подобраны исходя из последних компьютерных характеристик современных компьютеров. Правильно подобранная mother board позволит компьютеру работать максимально стабильно и без сбоев в системе.

Так как каждая главная компьютерная микросхема имеет свой процессор (то есть чипсет), то важным фактором в выборе всей платы является правильный подбор ее чипсета.

Самые популярные в мире компании, которые разрабатывают чипсеты к материнским платам — это компании AMD и Intel:

1. Чипсеты AMD подходят для офисных моделей и предназначены в основном для корпоративного использования.
2. Чипсеты от Intel прекрасно подойдут для игровых, домашних или офисных устройств.

Как работают печатные платы

Технология — одно из самых глубоких изобретений человечества, преобразующих наше существование во всех аспектах нашей жизни.История — прекрасное свидетельство этого факта. От начала «Старого каменного века» до сегодняшнего «Нового века» мы прошли долгий путь. «Эволюция технологий» — это путь нашего социального и культурного роста с момента открытия огня, который стал важным катализатором в формировании того, как мы живем, действуем и думаем. В нашей технологической эволюции было много этапов, которые привели нас к нынешнему состоянию комфорта и удобства.

Но, если продолжить историю, этот комфортный образ жизни, возможно, был бы невозможен без печатных плат.Это означает, что без печатных плат наша жизнь была бы совсем другой. От средств связи до развлекательных технологий, от обороны до транспорта, здравоохранения, образования и во всех сферах нашей жизни печатные платы играют жизненно важную роль в современной жизни. Эти небольшие платы не только составляют основу каждого электронного устройства, но и играют динамичную роль в каждой отрасли, которая опирается на технологии или определяется технологиями.

Что такое монтажная плата?

Проще говоря, печатная плата — это печатная плата, имеющая электропроводящие пути, называемые «дорожками», которые соединяют электронные компоненты друг с другом.Печатные платы — одно из самых важных изобретений, ознаменовавших появление электронных технологий. С развитием технологий сложность этих плат также изменилась, но основная концепция осталась прежней.

в том виде, в каком мы их знаем сегодня, являются результатом многих изобретений, открытий и улучшений, которые обозначили ход современных технологий.

Упростите процесс

значительно упрощают процесс электромонтажа, заменяя многие компоненты, которые когда-то приходилось соединять припоем или кабелем, на более простые и легкие в сборке печатные платы.Печатные платы состоят из множества компонентов и сами стали сложными и сложными, иногда с 30 или более слоями. Слои печатной платы связаны между собой дорожками, при этом некоторые слои предназначены, например, для обеспечения питания, а другие — для усиления электронных сигналов.

Эти компоненты могут быть простым транзистором или такими сложными, как микропроцессор, который представляет собой сложную интегральную схему с миллиардами транзисторов. Следы на печатных платах должны быть как можно короче, чтобы предотвратить потери энергии, поэтому печатные платы построены на плоской поверхности, покрытой медью для обеспечения проводящих путей.Эти дорожки находятся либо сверху, либо снизу платы, в зависимости от того, как нужно сократить длину дорожки. Важным преимуществом печатных плат является то, что они обеспечивают простой способ добавления и замены компонентов без особых хлопот. Это достигается за счет использования разъемов на печатных платах, которые обеспечивают среду, в которой печатные платы могут быть вставлены в материнскую плату. Точно так же в печатные платы можно вставить несколько печатных плат. Печатные платы — основа всей электроники.Работа балансировщиков нагрузки, источника питания, принтеров, лифтов, телефонов, фонарей и почти всего электронного оборудования зависит от печатных плат.

Подробная история печатной платы

Как работают печатные платы

с фиксированными контактами существуют с 1800-х годов. Одна из самых первых известных печатных плат была произведена Владимиром Зворыкиным еще в 1924 году. Однако он не запатентовал ее, поэтому она стала общественным достоянием. Другие изобретатели также разработали печатные платы.

Примерно в 1927 году была разработана концепция «сварки»; сварка соединений на печатной плате считалась более простой, дешевой и имела более высокий стандарт качества, чем ручная двухточечная разводка. Примерно в 1940 году производители радио, такие как RCA и Philco, увидели коммерческий потенциал печатных плат и начали использовать их в своих схемах.

Между 1940 и 1970 годами признание печатных плат увеличилось, особенно в военных приложениях, компании, занимающиеся электроникой, производили свои собственные печатные платы в соответствии с потребностями своих клиентов.Примерно в 1971 году печатные платы использовались более чем в 80% всех радиоприемников и телевизоров. Интересно отметить, что клавиатура пишущей машинки IBM Selectric была сделана на печатных платах, а затем припаяна и установлена ​​на место. В ходе этого процесса было обнаружено, что технология сборки с защелкой позволяет значительно дешевле и с жесткими допусками производить печатные платы. В 1974 году Бревет Хевнеру было предоставлено право на разработку и производство «технологической печати», а в 1976 году С. Филип Вуд изобрел технологию «поверхностного монтажа».Эти изменения привели к тому, что к 1990 году технология печатных плат (ПП) была обнаружена в большинстве бытовых электронных товаров, компьютеров и телекоммуникационных продуктов.

Печатные платы сегодняшнего дня

Сегодня существуют технологии, которые позволяют производителям изготавливать даже меньшие печатные платы с значительно увеличенной вычислительной мощностью и электронными деталями. Миллиарды долларов вкладываются в новые виды схемных плат, многие по-прежнему основаны на проверенных технологиях, но отрасль прогрессирует.Промышленность беспроводных, миллиметровых и микроволновых плат сейчас работает на гигабитных скоростях, и многие такие разработки возможны.

Следовательно, печатные платы со временем эволюционировали от простых к сложным, но их важность в нашей повседневной жизни нельзя недооценивать, поскольку они сыграли важную роль в формировании нашей сегодняшней жизни. До изобретения печатных плат все электронные машины были автономными, и несколько электронных машин были собраны вместе и затем соединены друг с другом с помощью того, что сейчас называется «патчем» или «кабелем».Но сегодня, благодаря развитию печатных плат, электроника стала дешевле, меньше, эффективнее, проще в производстве и даже быстрее в использовании. А с ускорением темпов технологического развития и развитием технологических знаний, инноваций и прогресса в ближайшие годы будет наблюдаться все больше и больше таких изменений.

Как работают схемы?

Технология печатных плат родилась в эпоху пара и никогда не оказывала большего влияния на человеческую жизнь, чем сегодня.

Схема может показаться сложной, но, говоря простым языком, схемы переводят инструкции в электронном виде в механическое действие — например, двигатель или свет. На начальных этапах нашего технологического существования схемы были очень простыми. Однако по мере развития науки и изобретений все изменилось. Наш технологический словарь расширился, и мы научились использовать многие другие слова, такие как «оборудование», «программное обеспечение», «кэш-память», «аналоговый» и, что наиболее важно, «электроника».Работа электроники заключается в переводе информации из одной формы в другую и в упрощении процесса одновременного использования множества точек для выполнения одной функции. Со временем печатные платы позволят нам это сделать.

Общие сведения об электронных схемах

Чтобы понять электронные схемы, нам нужно вкратце понять, как они работают. Все, что знают электрики, все их правила (основанные на теории) сводятся к четырем фундаментальным законам переноса заряда.

Прежде всего, это принцип непрерывности — поток энергии между двумя точками.

Во-вторых, у нас есть принцип сохранения заряда — общее количество электричества постоянно.

В-третьих, у нас есть принцип свободы заряда — электрические заряды могут добавляться и удаляться из материалов. Наконец, у нас есть принцип передачи энергии — электрические заряды могут передавать энергию. Эти основные законы являются основой каждой известной нам цепи, а также объясняют простые принципы, которые мы обсуждали ранее.

Любая схема состоит из трех частей.Есть источник питания, и от этого источника идут два провода. Следуйте за проводами, и вы придете к резистивной нагрузке; эта нагрузка — это то, что мы обычно видим в цепях питания — двигатели, фонари и т. д. По сути, цепь состоит из проводников, которые являются либо проводами в случае меди, либо медью и пластиком в случае печатной платы, нагрузки, и переключатель. Кроме того, в силовой цепи есть еще и выключатель.

Первый закон электричества — это принцип непрерывности. Электричество следует по пути наименьшего сопротивления; если есть единственный провод, нет более легкого пути для электричества, скажем, кроме пути.Это означает, что электричество проходит через весь провод и выходит на другом конце. Это называется «непрерывным» или «фиксированным» контуром.

В более сложных цепях электричество проходит по нескольким путям, и именно здесь законы электричества становятся очень важными. Можно ограничить поток электроэнергии в любой цепи, чтобы передавалась только определенная сумма.

Принцип сохранения говорит нам простой ответ на этот вопрос — провод должен выдержать такое количество, чтобы возникло продолжительное короткое замыкание.Это называется «делением напряжения». Мы также можем помещать в металл примеси, которые действуют как резисторы. Это позволяет напряжению проходить, но только до определенной точки, и когда примеси не позволяют электричеству достигать конца провода, создается «замкнутая» цепь. В замкнутой цепи ток меняет направление, но напряжение остается прежним.

могут использоваться для передачи большого количества энергии. Процесс «деления напряжения» делает это безопасным, поскольку только часть мощности проходит через провод в любой момент времени.Кроме того, при обрыве цепи питание нагрузки не поступает. Также важно отметить, что во всех типах цепей ток ограничен. Это ограничивает продолжительность подключения схемы, а схемы, которые предназначены для жесткой проводки, имеют максимальную длину, которую можно подключать.

Последний процесс — это создание замкнутого цикла. Это называется принципом передачи энергии и представляет собой незначительную вариацию принципа непрерывности. Если петля из проволоки сформирована правильно, ток будет непрерывно течь через петлю.Можно преобразовать энергию в тепло и другие коммунальные услуги, как в электрическом тостере, чтобы сам провод мог удерживать большое количество энергии.

Этот принцип также объясняет, почему эту энергию можно передавать обратно по проводу. Это происходит по принципу непрерывности. До сих пор мы обсуждали только сопротивление в металлической проволоке, но также можно использовать резисторы из твердых материалов, таких как стекло. Сопротивление у каждого разное, и при соблюдении принципа непрерывности ток может проходить по проводу.Даже если провод может не выполнять желаемую задачу, при правильных условиях он потенциально может быть использован для получения другого эффекта. Изобретение графита и углеродных волокон произвело революцию в способах передачи энергии из одного места в другое, и теперь они используются в компьютерных платах.

8 типов печатных плат

имеют печатные платы и предназначены для использования в электронике. Самые первые печатные платы, когда они были изобретены, производились для военных целей.Но теперь они встречаются повсюду: в радиоприемниках, хитроумных устройствах, машинах и даже в наших телефонах и компьютерах. Чтобы понять, как работают эти печатные платы, нужно понять, как они сделаны. Сырьем, используемым для производства некоторых печатных плат, является материал G10 или эпоксидная смола, армированная стекловолокном класса FR4. Однако обратите внимание, что не все типы печатных плат используются во всех вышеупомянутых приложениях. Существует восемь различных типов печатных плат, которые различаются по своему применению в электронной промышленности.Давай обсудим их.

1. Односторонние печатные платы:

Эти типы печатных плат очень универсальны. Односторонняя печатная плата — это, вероятно, то, к чему большинство из нас привыкло. Он очень распространен и используется практически в любых электронных схемах. В односторонней печатной плате есть два слоя проводящего материала, которые проложены взад и вперед для соединения с электронными частями используемого устройства. Толщина печатной платы играет большую роль в определении электронных компонентов, которые могут быть в ней использованы.Затем на эти два слоя накладывается изоляция, которая затем помещается в фрезерный станок для печатных плат. Фрезерный станок для печатных плат вырезает необходимые отверстия и формы в печатной плате, создавая электронную плату, которую можно использовать в любом устройстве или машине, в которой пользователь хочет, чтобы она находилась.

2. Двусторонние печатные платы:

Двусторонние печатные платы — это печатные платы с обеих сторон, то есть на обеих сторонах печатной платы имеются одинаковые компоненты. Процесс изготовления односторонней печатной платы также может быть адаптирован для двусторонней платы.Материалы, используемые для этого типа платы, немного дороже, но они более эффективны в своем применении, чем простая плата, поскольку ее можно использовать в более сложных схемах. Такие технологии, как технология сквозных отверстий и технология поверхностного монтажа, широко используются в двусторонних печатных платах, чтобы соответствовать всем компонентам с двух сторон.

3. Многослойные печатные платы:

Многослойная печатная плата (PCB) изготавливается путем объединения двух или более двухсторонних схем на одной печатной плате.Эти печатные платы с 4L, 6L, 8L и даже 12L имеют разные компоненты на всех уровнях и выглядят очень иначе, чем обычная двусторонняя печатная плата. Состоящие из нескольких слоев изоляционного материала и меди, многослойные печатные платы чаще всего используются в реальном мире и встречаются практически во всех типах электронных устройств. В этих печатных платах используются технологии как поверхностного монтажа, так и сквозные отверстия для соединения компонентов с металлическими слоями.

4. Жесткие печатные платы:

Печатные платы такого типа являются самыми прочными типами печатных плат.Они используются во многих различных приложениях. Жесткие печатные платы, обычно изготовленные из термопласта, используются для обеспечения прочности и долговечности. Эти печатные платы используются в аэрокосмической промышленности и в некоторых из самых передовых военных технологий. Они также используются на коммерческих предприятиях и используются для выполнения многих задач.

5. Гибкие цепи:

похожи на печатные платы, но они сделаны из другого материала, который более гибок, чем другие типы печатных плат.Эти схемы используются в небольших сборках и обычно используются для соединения с простым электронным устройством. Эти типы печатных плат очень гибкие и могут выдерживать даже очень высокие температуры.

6. Жесткие гибкие печатные платы:

Эти печатные платы представляют собой гибрид жестких и гибких печатных плат. По прочности они не уступают жесткой печатной плате, а также очень гибкие, как гибкие печатные платы. Таким образом, они используются в схемах, требующих гибкости и долговечности. Эти печатные платы с жестким сердечником и гибкой полиимидной пленкой предназначены для использования в определенных технологических приложениях, требующих обоих вариантов.

7. Высокочастотные печатные платы:

Эти типы печатных плат используются в схемах с очень быстрыми микропроцессорами, работающими на очень высоких скоростях. Эти печатные платы могут работать на частоте до 2 ГГц, что очень быстро для печатной платы и часто используется в высокопроизводительных компьютерах, предназначенных для быстрых вычислений и прочего. Они используются во многих сетевых приложениях, поскольку используются для максимально быстрого доступа в Интернет.

8. Печатные платы с алюминиевой основой:

Эти печатные платы предназначены для использования в конструкциях, использующих большое количество электромагнитной энергии.Алюминиевая основа в печатных платах этого типа является причиной их прочности. Они очень распространены и используются во многих приложениях. Их можно использовать даже при очень высоких температурах, и они очень прочные. Есть также несколько сборников сэндвич-панелей с алюминиевой подложкой, которые используются для придания еще большей прочности этим типам печатных плат.

Как сделать печатную плату?

Платы

Печатная плата или печатная плата является сердцем электронной схемы, которая управляет схемой устройства и обеспечивает питание устройства.Теперь вы можете подумать, что две токопроводящие пластины или квадраты металла, обрезанные до определенного размера, с определенным количеством меди в каждой, звучат как печатная плата. Но причина, по которой печатные платы называются печатными платами, заключается в их сложности и точности. Печатные платы — это сложные научные творения, на которых собрано множество электронных компонентов. Хотя точное количество слоев печатной платы варьируется, факт остается фактом: всегда есть несколько слоев. Перечислены шаги, для которых необходимо выполнить монтажную плату:

Первый шаг:

Выбор количества слоев и размера печатной платы — это первый шаг.Студия дизайна печатных плат — идеальное место для начала, если вы хотите создать дизайн своей печатной платы.

Второй шаг:

Вы должны выбрать желаемый тип платы, а также стиль монтажных отверстий и пассивов. На доску нанесена металлическая обшивка. Он обладает высокой проводимостью, а также блокирует электромагнитное поле даже над отверстиями.

Третий шаг:

Подготовка платы для компонентов, после чего начинается разводка и установка печатной платы.Этот процесс продолжается до завершения маршрутизации.

Четвертый шаг:

После завершения компоновки голая плата протравливается, что подразумевает удаление частей, которые не нужны в почти пустой печатной плате. Каждое отверстие проделывается с помощью лазерного сверла. Эти отверстия предназначены для размещения электронных компонентов. Просверленные отверстия снова протравливаются химикатами, и нежелательный резистивный материал растворяется.

Пятый шаг:

Затем плата моется и сушится, после чего компоненты припаиваются к плате в автоматизированном процессе.Затем он проверяется, чтобы убедиться, что он работает должным образом. Как только это будет сделано, ваша печатная плата будет готова.

Помните, что это лишь верхушка айсберга, поскольку одна из жизненно важных функций печатной платы — сделать возможным легкое соединение различных частей устройства. Все, что воспринимается людьми, является продуктом их мыслей. Итак, если мы будем думать, исследовать и искать больше, мы обязательно найдем новые и улучшенные способы создания все более и более совершенных вещей, включая печатные платы.А с развитием технологий схемотехнике не будет конца.

Вывод:

представляют собой сложные специализированные платы массового производства, которые имеют много известных и регулярно используемых разновидностей. Печатные платы используются практически во всех известных нам электронных устройствах. Это то, как работают наши электронные устройства, и они позволяют нам использовать те удивительные технологии, которые мы имеем сегодня.

Позвоните нам сегодня, чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ консультацию по вашему проекту. У нас есть команда опытных инженеров, способных разработать проект для решения вашей следующей сложной производственной задачи.

Что такое печатная плата (PCB)?

| & nbsp Создано: 5 октября 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 28 августа 2021 г.

Печатная плата (PCB) — это электронный блок, в котором используются медные проводники для создания электрических соединений между компонентами.Печатные платы обеспечивают механическую опору для электронных компонентов, так что устройство может быть установлено в корпусе. Печатная плата должна быть спроектирована с особым набором шагов, который согласуется с производственным процессом, упаковкой интегральной схемы и структурой пустой печатной платы.

Проводящие элементы на печатной плате включают медные дорожки, контактные площадки и проводящие плоскости. Механическая конструкция состоит из изоляционного материала, проложенного между слоями проводников.Вся структура покрыта гальваническим покрытием и покрыта непроводящей паяльной маской, а поверх паяльной маски напечатан шелкографический материал, чтобы обеспечить легенду для электронных компонентов. После завершения этих этапов изготовления голая плата отправляется в сборку печатной платы, где компоненты припаиваются к плате, и печатная плата может быть протестирована.

Дизайн печатных плат превратился в отдельную вертикаль в электронной промышленности. Печатные платы играют важную роль в том, что они обеспечивают электрические соединения между компонентами, жесткую опору для удержания компонентов и компактный корпус, который можно интегрировать в конечный продукт.Печатные платы должны быть тщательно спроектированы с использованием специализированных пакетов программного обеспечения, а лучшее программное обеспечение может помочь разработать дизайн от концепции до всего процесса производства. В этой статье мы подробнее рассмотрим, что такое печатная плата, и некоторые важные моменты, которые следует понимать при разработке печатных плат.

АЛЬТИУМ-КОНСТРУКТОР

Самый мощный, современный и простой в использовании инструмент для проектирования печатных плат для профессионального использования.

Все печатные платы состоят из чередующихся слоев проводящей меди со слоями электроизоляционного материала.Во время изготовления внутренние медные слои протравливаются, оставляя намеченные следы меди для соединения компонентов на печатной плате. Множественные протравленные слои ламинируются последовательно до тех пор, пока не будет собрана стопка печатной платы. Это общий процесс, используемый при изготовлении печатных плат, когда голая плата формируется перед прохождением процесса сборки.

Прежде чем мы сможем ответить, что такое печатная плата, лучше всего понять, откуда появились печатные платы.В прошлом электроника проектировалась и собиралась из небольших интегральных схем и дискретных компонентов, которые соединялись вместе с помощью проводов. Сегодня стандартные конструкции могут иметь компоненты с большим количеством выводов, множество интегральных схем и очень маленькие пассивные компоненты, что делает невозможным ручное соединение компонентов вместе с припаянными проводами. Вместо этого медные соединения наносятся непосредственно на изолирующие подложки для формирования электрических соединений, а процессы производства печатных плат развивались вместе с требованиями к конструкции для электронных блоков и межсоединений.Многие из сегодняшних устройств представляют собой усовершенствованные конструкции HDI с тысячами подключений и множеством электрических интерфейсов, питающих все, от смартфонов до мониторов сердечного ритма и ракет.

До появления печатных плат компоненты упаковывались путем прикрепления отдельных проводов к компонентам и путем установки компонентов на жесткую подложку. Первоначально эта подложка представляла собой бакелит, который использовался для замены верхнего слоя фанеры. Проводящие пути были сформированы путем пайки металлических компонентов к проводам, а более крупные схемы могли содержать множество электронных компонентов с большим количеством проводов.Количество проводов было настолько велико, что они могли запутаться или занять большое пространство внутри конструкции. Отладка была сложной, а надежность пострадала. Производство также было медленным: несколько компонентов и их проводные соединения паялись вручную.

Типы печатных плат

В предыдущем разделе я сосредоточился на типичных печатных платах, которые собираются на жестких подложках, поскольку они наиболее распространены. Однако есть и другие типы печатных плат, которые изготавливаются из различных возможных материалов.Распространенные типы печатных плат:

• Односторонняя — На этой плате компоненты установлены только на одной поверхности. Задняя поверхность обычно полностью медная (заземленная) и покрыта паяльной маской.
• Двусторонняя — На печатных платах этого типа установлены компоненты на обеих поверхностях. Каждая поверхность определяется как сигнальный слой в стеке печатной платы, поэтому поверхности будут содержать дорожки, по которым сигналы передаются между компонентами.
• Многослойные печатные платы — Эти платы имеют проводники на внутренних слоях, которые передают электрические сигналы между компонентами, или внутренние слои могут быть проводящими плоскими слоями.Многослойные печатные платы могут быть односторонними или двусторонними.
• Жесткие печатные платы — Эти платы изготавливаются и собираются на жестком ламинатном материале, таком как стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой класса FR4. Также доступны другие типы жестких ламинатных материалов, которые обеспечивают различные свойства материала для использования в некоторых специализированных приложениях.
• Жесткие гибкие печатные платы — Жесткие гибкие печатные платы используют гибкую полиимидную ленту, которая соединяет две или более жестких секций в сборке печатной платы (PCBA).Жестко-гибкая плата может использоваться, когда в конструкции должен быть какой-либо подвижный элемент, например, складывающийся или изгибающийся корпус.
• Гибкие печатные платы — Полностью гибкие печатные платы не используют никаких жестких материалов для печатных плат и полностью изготовлены из гибкой полиимидной ленты. На этих платах могут быть установлены и припаяны компоненты, как на жестких и жестко-гибких печатных платах.
• Печатные платы с металлическим сердечником — В этих платах используется металлическая пластина в слое сердечника (обычно алюминий), чтобы обеспечить гораздо большую жесткость и рассеивание тепла, чем в типичной жесткой печатной плате.Процесс производства печатных плат с металлическим сердечником сильно отличается от стандартного процесса производства жестких печатных плат, и есть несколько конструктивных моментов, которые следует учитывать, чтобы обеспечить возможность решения. Эти платы широко используются в освещении высокой мощности и в некоторых промышленных приложениях.
• Керамические печатные платы — Эти платы менее распространены и используются в приложениях, требующих очень высокой теплопроводности, так что плата может рассеивать большое количество тепла от компонентов.

Процессы изготовления и сборки для этих типов печатных плат различаются, но современное программное обеспечение ECAD может помочь дизайнерам создать любую из этих плат, если в программном обеспечении соблюдаются правильные правила проектирования печатных плат.

На изображении выше мы видим более старую печатную плату, в которой в основном используются сквозные компоненты для обеспечения необходимой функциональности. Современные печатные платы перешли на компоненты для поверхностного монтажа (SMD), поскольку они более полезны в двухслойных конструкциях с высокой плотностью. Компоненты SMD теперь являются стандартным типом компонентов, используемым в большинстве приложений, требующих малого форм-фактора, низкого энергопотребления и низкой стоимости.Однако в некоторых приложениях по-прежнему используются компоненты со сквозным отверстием, поскольку они более надежны и легче собираются, в том числе вручную. На изображении ниже показан пример современной печатной платы с SMD-компонентами высокой плотности.

Структура и применение печатных плат

Многие важные рабочие характеристики печатной платы определяются в наборе или расположении слоев на печатной плате.Набор слоев состоит из чередующихся слоев проводящего и изоляционного материала, а также из чередующихся слоев сердцевины и препрега (два типа диэлектриков, используемых в наборе слоев). Диэлектрические и механические свойства сердечника и препрега будут определять надежность и целостность сигнала / мощности в конструкции, и их следует тщательно выбирать при проектировании для высоконадежных приложений. Например, военным и медицинским приложениям требуются высоконадежные конструкции, которые можно было бы использовать в суровых условиях, для которых для печатной платы телекоммуникационной системы может потребоваться ламинат из ПТФЭ с низкими потерями в небольшом корпусе.

Пример стека печатной платы показан ниже. В этом примере стек реализует четырехуровневую структуру с двумя внутренними плоскими слоями (L02_GND для земли и L03_PWR для питания). Этот тип стека подходит для устройств IoT, облегченных встроенных систем и многих других проектов, в которых используются высокоскоростные протоколы. Расположение внутренней плоскости помогает обеспечить целостность питания, а также обеспечивает некоторую защиту от внешних электромагнитных помех. Внутренние плоские слои также обеспечивают согласованный эталон для сигналов контролируемого импеданса.Этот тип стека типичен для многих проектов и часто является отправной точкой для многих современных печатных плат.

Когда пришло время начать новый дизайн, печатная плата пройдет несколько этапов. Печатные платы промышленного уровня разрабатываются с использованием программного обеспечения ECAD или приложения САПР, которое включает в себя множество утилит, специализирующихся на проектировании и компоновке печатных плат. Программное обеспечение ECAD создано, чтобы помочь дизайнерам пройти определенный процесс проектирования печатной платы, начиная с основных электрических чертежей и заканчивая подготовкой производственных файлов.Печатная плата конструируется в соответствии с основным процессом:

1. Интерфейсная разработка — На этом этапе выбираются основные компоненты и обычно создаются некоторые базовые принципиальные схемы, чтобы можно было спроектировать функциональные возможности платы.
2. Захват схемы — Это этап, на котором программное обеспечение ECAD используется для преобразования простых принципиальных схем в электронные чертежи, определяющие электрические соединения между компонентами. Схематические символы используются для обозначения компонентов конструкции.
3. Выбор материала и разработка набора печатных плат — На этом этапе выбираются ламинатные материалы, и наложение конструируется с учетом потребности в плоских слоях, сигнальных слоях, выделенных каналах маршрутизации и определенных свойствах материала.
4. Размещение компонентов — После того, как форма платы задана и компоненты импортированы в новую компоновку печатной платы, компоненты располагаются в компоновке в соответствии с механическими требованиями конструкции.
5. Маршрутизация — После утверждения размещения компонентов пора провести трассировки между компонентами.Инструменты маршрутизации в программном обеспечении ECAD используются для настройки геометрии трассы, которая может быть определена на этом этапе с целью обеспечения контроля импеданса (для высокоскоростных сигналов).
6. Обзор и проверка проекта — После завершения трассировки всегда рекомендуется проверить и оценить проект, чтобы убедиться в отсутствии ошибок или нерешенных проблем. Это можно сделать с помощью ручной проверки или с помощью инструментов моделирования после макета.
7. Подготовка к производству — После завершения проектирования пора подготовиться к производству путем создания стандартных производственных файлов.Эти файлы используются в автоматизированном производственном и сборочном оборудовании.

Если вы хотите легко пройти все эти этапы в процессе проектирования печатной платы, вам необходимо использовать лучшее программное обеспечение для проектирования с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом и полным набором функций проектирования печатной платы.

Используйте Altium Designer для создания печатных плат

Лучшее в отрасли программное обеспечение ECAD должно быть простым в использовании и изучении, а также должно включать полный набор конструктивных особенностей.Altium Designer — единственное приложение, которое включает в себя все в одной программе, никаких внешних программ не требуется для завершения проектирования и подготовки его к производству.

Унифицированная среда Altium Designer включает в себя все необходимое для проектирования и производства высококачественных сборок печатных плат. Другие программы разделяют ваши важные инструменты проектирования на разные программы с разными рабочими процессами, что затрудняет работу и увеличивает ваши затраты на лицензирование.Altium Designer постоянно оценивается как самый простой в изучении и использовании, что делает его идеальным для начинающих дизайнеров и опытных профессионалов.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный объем интеграции с электронной промышленностью, которая до сих пор была отнесена к сфере разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентного уровня эффективности.

Мы только прикоснулись к тому, что можно делать с Altium Designer на Altium 365.Начните бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.

Три способа взлома печатной платы

В 2018 году в статье в Bloomberg Businessweek было сделано громадное утверждение о том, что китайские шпионские службы открыли лазейки к серверам, созданным для Amazon, Apple и других, путем вставки в них микросхем миллиметрового размера. печатные платы.

Это утверждение было категорически и решительно опровергнуто заинтересованными компаниями и U.С. Департамент внутренней безопасности. Даже в этом случае возможность проведения такого грандиозного взлома вполне реальна. И было зарегистрировано более десятка задокументированных примеров подобных атак на системном уровне.

Мы много знаем о вредоносных программах и поддельных ИС, но уязвимости самой печатной платы только сейчас начинают привлекать к себе то внимание, которого они заслуживают. Мы познакомим вас с некоторыми из наиболее известных слабых мест в производстве печатных плат. К счастью, способы укрепить эти точки относительно просты, и многие из них просто сводятся к хорошей инженерной практике.

Чтобы понять, как можно взломать печатную плату, стоит рассмотреть, как они сделаны. Печатные платы обычно содержат тысячи компонентов. (Они также известны как печатные монтажные платы или PWB, прежде чем они будут заполнены компонентами.) Целью печатной платы, конечно же, является обеспечение структурной поддержки для удержания компонентов на месте и обеспечения проводки, необходимой для подключения сигналы и питание компонентов.

Разработчики печатных плат начинают с создания двух электронных документов, схемы и макета.Схема описывает все компоненты и то, как они связаны между собой. На макете изображена готовая голая плата и расположены объекты на плате, включая компоненты и их метки, называемые позиционными обозначениями. (Обозначение чрезвычайно важно — большая часть процесса сборки, а также большая часть процесса проектирования и закупки привязана к указателям.)

Не вся печатная плата занята компонентами. Большинство плат содержат пустые посадочные места для компонентов, называемые незанятыми компонентами.Это связано с тем, что платы часто содержат дополнительные схемы для отладки и тестирования или потому, что они производятся для нескольких целей и, следовательно, могут иметь версии с большим или меньшим количеством компонентов.

После проверки схемы и компоновки компоновка преобразуется в набор файлов. Самый распространенный формат файла называется «Гербер» или RS-274X. Он состоит из команд в формате ASCII, которые заставляют фигуры появляться на доске. Второй файл в формате ASCII, называемый файлом сверления, показывает, где разместить отверстия на печатной плате.Затем производитель использует файлы для создания масок для травления, печати и сверления досок. Затем платы тестируются.

Затем машины «выбирают и помещают» компоненты для поверхностного монтажа на место на плате, а печатные платы проходят через печь, которая плавит весь припой сразу. Компоненты со сквозными отверстиями устанавливаются, часто вручную, и платы проходят через машину, которая наносит припой на все контакты со сквозными отверстиями. Это сложная работа: сеть с восемью выводами и четырьмя резисторами может покрывать всего 2 миллиметра на 1.3 мм, а площадь основания некоторых компонентов составляет всего 0,25 мм на 0,13 мм. Затем платы проверяются, тестируются, при необходимости ремонтируются и собираются в рабочие изделия.

Атаки могут быть выполнены на каждом из этих этапов проектирования. При первом типе атаки к схеме добавляются дополнительные компоненты. Эту атаку, вероятно, труднее всего обнаружить, потому что схема обычно считается наиболее точным отражением намерений дизайнера и, таким образом, имеет вес авторитета.

Вариант этой темы включает добавление безобидного компонента в схему, а затем использование злонамеренно измененной версии компонента в рабочей среде. Этот тип атаки, при которой на кажущихся легитимных компонентах присутствуют аппаратные трояны, выходит за рамки данной статьи, но, тем не менее, к нему следует отнестись очень серьезно.

В любом случае контрмерой является тщательный анализ схемы, что следует делать в любом случае. Одна из важных мер предосторожности — запускать его сотрудниками из других дизайнерских групп, используя «свежий взгляд», чтобы обнаружить посторонний компонент.

Во втором типе атаки в макет могут быть добавлены дополнительные компоненты. Это простой процесс, но поскольку существуют специальные проверки процесса для сравнения макета со схемой, от него сложнее отказаться: как минимум, специалисту по макету придется фальсифицировать результаты сравнения. И бороться с этой формой атаки очень просто: попросите инженера или, лучше сказать, группу инженеров наблюдать за этапом сравнения компоновки со схемой и подписать его.

При третьем типе атаки файлы Gerber и Drill могут быть изменены.С точки зрения безопасности есть три важных момента в файлах Gerber и Drill: во-первых, они имеют формат ASCII и, следовательно, их можно редактировать в очень распространенных инструментах редактирования текста; во-вторых, они удобочитаемы; и, в-третьих, они не содержат встроенных средств криптографической защиты, таких как подписи или контрольные суммы. Поскольку полный набор файлов Gerber может состоять из сотен тысяч строк, это очень эффективный способ атаки, который легко пропустить.

В одном примере злоумышленник может вставить то, что выглядит как диод электростатического разряда.Файлы проекта этой схемы состоят из 16 файлов Гербера и сверла. Из 16 файлов девять потребуется изменить; из этих девяти семь будут иметь в общей сложности 79 строк, а два файла требуют изменений примерно по 300 строк в каждом. Последние два файла определяют плоскости питания и заземления. Более умелая атака, такая как добавление вертикальных соединений, называемых переходными отверстиями, резко сократит количество строк, которые необходимо переписать.

Незащищенные файлы Gerber уязвимы даже для одного злоумышленника, который пробирается в любой момент между проектной компанией и производством фотолитографических масок.Поскольку файлы Gerber основаны на отраслевом стандарте, получение знаний для внесения изменений относительно несложно.

Кто-то может возразить, что стандартные криптографические методы защиты файлов также защитят файлы Gerber. Хотя ясно, что такие средства защиты будут охранять файл Gerber при передаче, неясно, сохранятся ли эти средства защиты, когда файлы достигнут места назначения. Изготовление печатных плат почти всегда происходит вне компании, которая их разрабатывает.И хотя большинство сторонних производителей являются компаниями с хорошей репутацией, меры, которые они предпринимают для защиты этих файлов, обычно не документируются для их клиентов.

Одним из способов защиты файлов является добавление цифровой подписи, криптографического хэша или какого-либо другого кода аутентификации к внутреннему содержимому файла в виде комментария. Однако эта защита эффективна только в том случае, если процесс создания маски аутентифицирует файл довольно поздно; В идеале машины, которые создают маски для фотолитографии, должны иметь возможность аутентифицировать файл.В качестве альтернативы, машина может сохранить криптографический хэш файла, который фактически использовался для создания маски, чтобы производитель мог провести аудит процесса. В любом случае сама машина для изготовления масок потребует безопасного обращения.

Знать, как саботировать компьютер, — это только половина дела. Злоумышленники также должны знать, какие цели находятся на материнской плате компьютера.

Если злоумышленники преуспеют в одной из этих трех атак, они могут добавить реальный физический компонент к собранной печатной плате.Это может происходить тремя способами.

Во-первых, дополнительный компонент может быть добавлен в производство. Это сложно, потому что требуется изменить цепочку поставок, чтобы добавить компонент в процесс закупки, запрограммировать машину для подбора и размещения для размещения детали и прикрепить катушку с деталями к машине. Другими словами, это потребует сотрудничества нескольких злоумышленников, заговора, который может указывать на работу корпорации или государства.

Во-вторых, дополнительный компонент может быть добавлен в зоне ремонта и доработки — задача намного проще, чем производство.Собранные печатные платы обычно требуют ручной доработки. Например, на плате из 2000 компонентов выход за первый проход — доля плат без дефектов — может быть ниже 70 процентов. Дефектные платы отправляются технику, который затем вручную добавляет или удаляет компоненты; один технический специалист может легко добавить десятки скрытых компонентов в день. Хотя не каждая плата будет иметь дополнительный компонент, атака все равно может быть успешной, особенно если в зоне отгрузки есть сотрудник, который отправляет взломанные платы целевым клиентам.Обратите внимание, что для успеха этой атаки (измененные файлы Gerber, часть вставлена ​​в ремонт, устройство выборочно отправлено) требуется всего три человека.

В-третьих, компонент может быть добавлен к плате вручную после производства — например, на складе. Тот факт, что возможна атака при передаче, может потребовать от компаний проверки входящих плат, чтобы убедиться, что незанятые части остаются незанятыми.

Знать, как саботировать печатную плату, — это только половина дела. Злоумышленники также должны знать, какие цели находятся на материнской плате компьютера.Они попробуют шины данных, особенно те, у которых есть две общие черты — низкая скорость передачи данных и малое количество выводов. Высокоскоростные шины, такие как SATA, M.2 и DDR, настолько чувствительны к скорости передачи данных, что задержка дополнительного компонента, скорее всего, помешает им работать правильно. А компонент с меньшим количеством выводов проще внедрить в конструкцию; поэтому автобусы с малым количеством выводов — более легкие цели. На материнской плате ПК таких шин три.

Первый — это шина управления системой (SMBus), которая контролирует регуляторы напряжения и тактовую частоту на большинстве материнских плат ПК.Он основан на двухпроводном стандарте Inter-IC (I2C), созданном Philips Semiconductor еще в 1982 году. Этот стандарт не имеет шифрования и позволяет ряду подключенных устройств напрямую обращаться к критически важным встроенным компонентам, таким как источник питания, независимо. процессора.

Скрытый компонент на шине SMBus может обеспечить два типа атак на систему. Это может изменить настройки напряжения регулятора и повредить компоненты. Он также может мешать обмену данными между процессором и бортовыми датчиками, выдавая себя за другое устройство или намеренно вмешиваясь в поступающие данные.

Вторая цель — шина последовательного периферийного интерфейса (SPI), четырехпроводная шина, созданная Motorola в середине 1980-х годов. Он используется большинством современных частей флэш-памяти, и поэтому, скорее всего, это шина, по которой осуществляется доступ к важному коду, например к BIOS (базовой системе ввода-вывода).

Gif: Дэн Сэлингер

Хорошо продуманная атака на шину SPI может изменить любую часть данных, считываемых с подключенной микросхемы памяти. Внесение изменений в BIOS при доступе к нему может привести к изменению конфигурации оборудования, выполняемой во время процесса загрузки, оставляя путь для вредоносного кода.

Третьей целью является шина LPC (Low Pin Count), и она особенно привлекательна, поскольку атака может нарушить работу компьютера, предоставить удаленный доступ к питанию и другим жизненно важным функциям управления и поставить под угрозу безопасность процесса загрузки. Эта шина передает семь обязательных сигналов и до шести дополнительных сигналов; он используется для подключения ЦП компьютера к устаревшим устройствам, таким как последовательные и параллельные порты, или к физическим переключателям на шасси, а во многих современных ПК его сигналы управляют вентиляторами.

Шина LPC является такой уязвимой точкой, потому что многие серверы используют ее для подключения к системе отдельного процессора управления. Этот процессор, называемый контроллером управления основной платой (BMC), может выполнять основные служебные функции, даже если основной процессор вышел из строя или операционная система не была установлена. Это удобно тем, что позволяет удаленно управлять, ремонтировать и диагностировать компоненты сервера. Большинство BMC имеют выделенный порт Ethernet, поэтому атака на BMC также может привести к доступу к сети.

BMC также имеет сквозное соединение с шиной SPI, и многие процессоры загружают свои BIOS через этот канал. Это целенаправленное дизайнерское решение, поскольку оно позволяет удаленно обновлять BIOS через BMC.

Многие материнские платы также используют шину LPC для доступа к оборудованию, реализующему стандарт Trusted Platform Module (TPM), который предоставляет криптографические ключи и ряд других служб для защиты компьютера и его программного обеспечения.

Начните поиск скрытых компонентов с этими автобусами.Вы можете искать их с помощью машины: на дальнем конце автоматизации стоит система, разработанная Марком М. Тегеранипуром, директором Флоридского института исследований кибербезопасности в Гейнсвилле. Он использует оптическое сканирование, микроскопию, рентгеновскую томографию и искусственный интеллект для сравнения печатной платы и ее компонентов с предполагаемой конструкцией. Или вы можете выполнить поиск вручную, который состоит из четырех раундов проверок. Хотя эти ручные методы могут потребовать времени, их не нужно применять на каждой доске, и они не требуют особых технических навыков.

В первом раунде проверьте плату на наличие компонентов, у которых отсутствует условное обозначение. Это ярко-красный флаг; нет никакого способа, чтобы изготавливать такую ​​доску с помощью обычного производственного процесса. Обнаружение такого компонента является убедительным признаком атаки на файлы макета платы (то есть файлы Gerber и Drill), потому что этот шаг — наиболее вероятное место для добавления компонента без добавления позиционного обозначения. Конечно, компонент без условного обозначения — это серьезная ошибка дизайна, которую стоит уловить при любых обстоятельствах.

Во втором раунде проверок убедитесь, что все позиционные обозначения присутствуют на схеме, компоновке и ведомости материалов. Поддельное ссылочное обозначение — еще одно явное указание на то, что кто-то подделал файлы макета платы.

В третьем раунде сосредоточьтесь на форме и размере посадочных мест компонентов. Например, если на схеме присутствует четырехконтактная деталь, а на макете или плате имеется восьмиконтактный разъем, это явное свидетельство взлома.

Четвертый раунд проверок должен исследовать все незанятые части доски.Хотя размещение компонентов в незаселенном месте вполне может быть результатом настоящей ошибки, это также может быть признаком саботажа, поэтому его необходимо проверять по обеим причинам.

Как видите, современные материнские платы с их тысячами компонентов, иногда даже размером с крошку, весьма уязвимы для подрывной деятельности. Некоторые из этих эксплойтов позволяют получить доступ к жизненно важным функциям системы. Простые методы могут обнаружить и, возможно, предотвратить большинство этих атак. Как и в случае с вредоносными программами, повышенная чувствительность к проблеме и хорошо спланированная проверка могут сделать атаки маловероятными и безуспешными.

Об авторе

Сэмюэл Х. Расс — доцент кафедры электротехники Университета Южной Алабамы. Джейкоб Гатлин — доктор философии. кандидат в вуз.

Что такое печатная плата (PCB)?

Базовые знания — PCB Что такое печатная плата (PCB)?

09.01.2020 Редактор: Эрика Гранат

Многие технологии, которые мы используем ежедневно, были бы невозможны без изобретения печатной платы (PCB).Печатная плата не только позволила уменьшить размеры электронного оборудования, но и сделала производство мощных схем более рентабельным. Сегодня печатные платы можно найти повсюду, и, хотя их физические характеристики сильно различаются, они по-прежнему соответствуют нескольким основным принципам проектирования.

Связанные компании