В этом цикле не будут описываться пресловутые законы Мерфи или две интересные истории трехпалого слесаря. В ней хочется осветить те грани компетенции в приборостроении, которые накапливаются поколениями инженеров и входят в так называемую конструкторскую школу приборостроения, посвящение в которую отличает вчерашнего студента технического вуза от инженера.
Начать хочется с защиты органов управления того или иного прибора. Собственно это именно та часть оборудования с которой конечный пользователь контактирует более всего и сбой со стороны которой наиболее вероятен.
Начну с одной истории (нет, одна все же будет), рассказанной мне одним моим коллегой. Банк, презентация нового банкомата для важного банкира. Помпезности придает ковровая дорожка оканчивающаяся венцом творения инженерной мысли - новеньким навороченным банковским терминалом с большой сенсорной панелью. Вот на дорожку выходит важный банковский начальник, и ,по протоколу, и под прицелом теле- и фоторепортеров направляется к заветной цели для совершения ритуала извлечения финансовых средств из его недр. Банкомат исправно работает, и ,как только начальник прикасается к его экрану безмолвно погасает без дальнейшей подачи признаков своей электронной жизни. Банкир какое-то время пытается выжать из него признаки жизни, но все тщетно. Второго дубля не будет. Протокол и фотоматериалы пришлось ужать. Как и оклад разработчикам сего изделия.
Инженеры-разработчики не сразу поняли в чем дело. Все оказалось в неправильно организованном заземлении корпуса аппарата и той самой ковровой дорожке по которой шел банковский начальник. Дорожка была новая и сухая и с каждым шагом по ней начальник накапливал электростатический заряд, который в конце пути был довольно большим и разрядился через сенсорный экран при касании его пальцем. Полученный в результате касания электромагнитный импульс прошел через недра аппарата и вызвал сбой в платах системы управления. Но должен был пройти по корпусу снаружи!
Конечно, проблему правильно давить в зародыше - а именно в системе человек-машина не допускать накопления заряда. Но в технической практике гораздо проще и дешевле бороться с последствиями формирования такого заряда, чем совсем исключать его формирование.
Одним из способов борьбы является разделение цепей корпуса аппарата от внутренней земляной шины с помощью высоковольтного конденсатора относительно небольшой емкости 100нФ или около того. Параметры конденсатора зависят от амбиций разработчика по защите оборудования и технического задания на разработку, конечно.
Суть этого метода сводится к работе с моделью человеческого тела по накоплению заряда. Под моделью понимается следующая RC - цепочка:
Суть защиты заключается в перераспределении напряжений в двух конденсаторах - в модельном для тела человека и конденсаторе в составе оборудования. Соотношение емкостей конденсаторов даст накопленный на цепях потенциал относительно общей земли. Чем больше отношение этих емкостей, тем меньше подпрыгнет потенциал защищаемой цепи при воздействии статического разряда. Чтобы гарантировать долгую и счастливую работу такого конденсатора параллельно ему ставятся газовые разрядники. Они позволяют "расщепить" энергию электромагнитного импульса на другие виды энергии: тепловую и электромагнитную с гарантированным снижением тока и крутизны его фронта. Это значительно уменьшает электромагнитную эмиссию такого импульса тока на остальные участки печатной платы.
Но зловредное влияние имеет не только электромагнитный импульс наводимый на чувствительные цепи плат, но и протекание его напрямую по незащищенным сигнальным цепям. Зачастую такой ток протекает краткосрочно, но вызывает летальные последствия в топологиях микросхем на его пути, иногда не просто выводя микросхему из строя, но и превращает несчастную в диод между полюсами + и - источника питания платы. Это приводит к небольшим или значительным пиротехническим эффектам и выключению части или всего прибора.
Для защиты сигнальных низкоскоростных линий используют малогабаритные RC-цепочки, включенные между линией и корпусом прибора. Для высокоскоростных линий используют специальные TVS-диоды.
Но все же основной мерой защиты от подобных неприятностей с оборудованием является правильно сделанное заземление прибора!
Продолжение следует.
Технознание. Эффект массовости. | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)
Технознание. Защита от "Дурака" ч.2 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)
Технознание. Защита от "Дурака" ч.3 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)
Технознание. Защита от "Дурака" ч.4 | Записки радиоконструктора | Яндекс Дзен (yandex.ru)