Электроника

Информация о материале: Обновлено: 04 ноября 2025; Просмотров: 5473

Печатная плата с микросхемами в DIP корпусе

Фото: не помню откуда

Электроника применительно к практике инженера-физика - это про разработку и производство «с нуля» устройств на базе аналоговой, цифровой и силовой схемотехники. Проектирование, моделирование, отладка и иные интеллектуальные этапы выполняются преимущественно в следующих САПР:

MATLAB - расчеты фильтров, обработка «сырых» данных, взаимодействие с «железом» и др.;
Altium Designer (+ P-CAD) - проектирование печатных плат;
MPLAB X IDE- разработка кода для микроконтроллеров Microchip (ассемблер и С/С++);
Keil µVision - разработка кода для микроконтроллеров на базе ARM (ассемблер и С/С++);
Quartus - разработка кода для матриц ALTERA (Verilog и VHDL);
Advanced Design System - проектирование ВЧ и СВЧ электронных устройств.

Печатные платы

Печатная плата является важнейшим компонентом электронного модуля, поэтому при проектировании своих изделий требования ГОСТов и стандартов IPC выполняются неукоснительно. Характеристики плат моих проектов: текстолит FR4, prepreg + до шести сигнальных слоёв, шелкография и паяльная маска, класс точности не выше четвёртого (по ГОСТ Р 53429-2009), в частотном диапазоне до одного гигагерца, преимущественно SMD-компоненты, минимальные и максимальные геометрические размеры определяются возможностями технологической линии (в России или за её пределами).

Эти характеристики продиктованы ограничениями для конечного изделия (лицензирование, стоимость комплектующих, сложность монтажа и др.), так как теоретические знания позволяют расширить этот диапазон. Например, для высоких частот необходимо учитывать, что диэлектрические свойства текстолита FR4 ограничивают скорость распространения сигнала величиной 20 см/нс, паразитные ёмкость и индуктивность приводят к резонансу на переходном отверстии, нарушение в электромагнитной совместимости слоёв печатной платы может заблокировать работу устройства в целом и так далее.

Физическое изготовление печатных плат (травление, лужение, сверление, фрезеровка) заказываю у сторонних производителей, причём в вариантах: только текстолит или модуль в сборе - текстолит, монтаж, электроконтроль и др. При заказе печатных плат в России кроме технологических файлов (фотошаблоны Gerber RS-274X, «сверловка» NC Drill и др.) необходимы ещё бухгалтерские документы (накладные, счёт-фактуры, акты сдачи-приёмки и др.), формирование которых осуществляется через ООО «АДРОНИКС».

Элементная база

В основном использую зарубежные компоненты: 8-, 16- и 32-х разрядные микроконтроллеры с архитектурой MIPS или ARM, матрицы CPLD и FPGA, встроенные и внешние ЦАП и АЦП, память разных типов (RAM, EEPROM, FLASH), операционные усилители, символьные и графические индикаторы на базе технологий LCD, TFT, OLED, силовые полупроводниковые компоненты, оптоэлектронику, а также всевозможные пассивные компоненты.

Среди этого «зоопарка» основополагающими для разработки систем автоматического регулирования (электроника с аппаратным интеллектом) являются программируемые микросхемы с энергонезависимой структурой, а если конкретнее, то по умолчанию (если нет возражений со стороны заказчика) применяю микроконтроллеры серий PIC16, PIC18, PIC24, dsPIC30, dsPIC33, PIC32 от Microchip и ПЛИС семейств MAX II, MAX V, MAX 10, Cyclone от Altera.

Есть практический опыт разработки устройств на базе CPLD, FPGA и микроконтроллеров других производителей (в том числе архитектурой ARM), но в связке «концепция + себестоимость» позиции Microchip вне конкуренции - при количестве выводов от 5 до 100+ микроконтроллеры на аппаратном уровне обладают внушительной специализированной периферией: встроенный ЦАП, мостовое ШИМ-управление двигателями, цифровая обработка сигналов, свёртки функций для спектрального анализа, а также реализации промышленных протоколов (CAN FD, LIN, USB 2.0, Ethernet 10/100 и др.) без оглядки на разрядность шины.

Протоколы передачи

Текущие проекты включают реализации на аппаратном или программном уровнях следующих стандартов: 1-Wire, порт PS/2, I²C (SMBus + PMBus, master + slave, 7 и 10 разрядная адресация), SPI (master + slave), RS232, RS422, RS485, Modbus (ASCII, RTU), USB (классы HID, MSD, CDC), Ethernet (TCP, IP, ARP, UDP, DHCP, HTTP, FTP), CAN (11 и 29 битный идентификатор, CAN FD, CANopen), а также реализация файловых систем (FAT12, FAT16, FAT32) внутри микроконтроллера и на внешних микросхемах памяти. Из беспроводных протоколов имеется практический опыт работы с RC-5 и диапазоном ISM: Bluetooth, Wi-Fi, RFID, 433 и 868 МГц.

Детекторы

В большинстве случаев применяю готовые измерительные модули с аналоговым или цифровым выходом: выносные или в исполнении «на печатную плату». Однако, в зависимости от характеристик остальной части схемы не всегда возможна установка детектора с унифицированным сигналом на выходе (со встроенным предусилителем), поэтому иногда приходится устанавливать только модуль с первичным преобразователем (тензометрический мост Уитсона, кварцевый резонатор и др.) и делать собственный аналоговый тракт + загружать в микроконтроллер таблицы калибровки.

Разработанная мной измерительная электроника участвует в ядерно-физических измерениях (фото-электронные умножители, полупроводниковые детекторы, нейтронные счётчики в токовом и счётном режимах), контроле температуры (термопара, термистор) и относительной влажности (емкостные, резистивные), измерении давления (жидкость, газ), магнитного поля (эффект Холла), а также для измерения перемещения и 3D-ускорения (на базе микроэлектромеханических систем).

Литература

Здесь представлены книги, составляющие основу моего академического фундамента по электронике. В список намеренно не включены прикладные труды (научно-популярные статьи, спецификации, журналы и др.), так как «Знание принципов легко возмещает незнание фактов»(C).

Книги представлены исключительно в ознакомительных целях - любое использование этой литературы кроме предварительного ознакомления запрещено. Если Вы являетесь правообладателем одной из них и считаете, что подобная реклама Ваших трудов не приемлема - прошу связаться со мной одним из вариантов.