Раскоксовка поршневых колец двигателя своими руками: водой, керасином и раскоксовывателем
Эксплуатация автомобиля исключительно в городских условиях может приводить к образованию нагара в цилиндрах. Этому способствует также регулярное потребление транспортным средством некачественного топлива и частые перегревы мотора. В этом случае требуется раскоксовка поршневых колец.
Такую операцию можно самостоятельно выполнить в гаражных условиях. Однако, для ее выполнения потребуется разборка блока цилиндров. Основными признаками для выполнения этой процедуры являются:
- увеличенный расход масла, при этом выхлопные газы будут значительно задымлены;
- пониженная компрессия в цилиндрах мотора, проверяется специальным прибором.
Основное понятие
Удаление образовавшегося нагара называют раскоксовкой. Такой нежелательный продукт горения (нагар или кокс) формируется при сжигании масел или топлива. Поступать в камеру сгорания масло может через зазоры поршневых колец или под маслоотражательные колпачки.
Нагар на головке блока цилиндров
Оба варианта «лечатся». В первом случае чаще всего потребуется капремонт, а во второй ситуации достаточно будет заменить колпачки. Хотя чаще всего проводится раскоксовка колец своими руками без участия специалистов с СТО.
Процедура помогает отсрочить «капиталку» еще на 30-35 тысяч км пробега.
Суть проблемы заключается в том, что кроме нагара, образовавшегося на стенках цилиндра, есть кокс в канавках поршней. Он блокирует эластичность колец, за счет чего образуются зазоры. Масло неэффективно снимается с поверхности цилиндров и попадает в камеру. Процесс повторяется и усугубляет последствия.
Причины возникновения нагара
Список усугубляющих факторов:
- кратковременные поездки на небольшие расстояния;
- эксплуатация силовой установки с низкокачественным моторным маслом;
- нерегулярная замена масла;
- значительный перегрев мотора.
Последствия неправильной эксплуатации мотора
Визуально необходимость раскоксовки можно определить по таким признакам:
- увеличившийся расход топлива или масла при одинаковых режимах эксплуатации;
- появившийся дым черного цвета из выхлопной трубы;
- явное падение мощности автомобиля.
Применение спецсредств
Сформировавшийся в цилиндрах нагар требуется срочно удалять. Для этого применяется специальное средство для раскоксовки поршневых колец. Наиболее эффективной технологией работы с такими реагентами принято считать заливку в цилиндры блока. Там эти вещества разрыхляют кокс, а затем смывают его с поверхности.
Средство для раскоксовки Лавр
Иногда реактивы домешивают в топливо или масло. Но такой вариант нежелателен для топливной системы и применяется в крайних случаях. Из наиболее популярных средств выделяют Хадо, Лавр, Титан.
Алгоритм выполнения операции
Прежде чем приступить к очистительным манипуляциям на моторе, необходимо его прогреть. Все операции нужно проводить с теплым двигателем. Заранее потребуется приобрести раскоксовыватель.
- Выкручиваем свечи из цилиндров.
- Выставляем все поршни примерно в одно положение. Обычно для этого в гаражных условиях поднимают домкратом ведущие колеса и устанавливают рычаг переключения передач на повышенную. После этого прокручивают колесо до установки в нужную позицию коленвала.
- Медицинским шприцем впрыскивают в отверстие от свечи необходимую дозу химического реактива. Пропорции по каждому веществу указаны на этикетках или в инструкциях.
- Для более эффективного взаимодействия очистителя с нагаром рекомендуется прокручивать колесо на несколько градусов от точки заливки в разные стороны. Общий процесс растворения занимает обычно около четверти часа. За это время 3-5 раз в течение 1-2 минут нужно вращать колесо.
- «Откидываем» от распределителя зажигания высоковольтный кабель, а наконечники его фиксируем в нескольких мм от «массы».
- Вращаем с помощью стартера коленвал 10-15 секунд. Делается это обязательно, чтобы избавиться от лишней жидкости из цилиндров. Если пропустить такую операцию, то после закручивания свечей может произойти гидроудар.
- Избавившись от реактива, ввинчиваем свечи на свои места.
После этого прокручивают колесо до установки в нужную позицию коленвала.Теперь можно вернуть подключение катушки на место и заводить двигатель.
Непродолжительное время нужно прогреть мотор на холостых оборотах 15-20 минут.
За этот интервал может появляться дым со специфическим запахом из выхлопной трубы.
Другие варианты обработки мотора
До появления спецсредств на прилавках проводилась раскоксовка поршневых колец керосином. Для этого создавалась его смесь с ацетоном в пропорциях 1:2 или 1:3.
Самостоятельная раскоксовка мотора
Для четырехцилиндрового мотора необходимо было 200-300 мл такого «коктейля». Заливка также проводилась через свечные отверстия. Срок при этом был гораздо дольше. Приходилось ждать от 8 до 12 часов. Завершающие проводятся процедуры так же, как и при использовании автомобильной «химии».
Еще одним вариантом для очистки от нагара является дистиллированная вода. Такая раскоксовка двигателя водой начинается при подключении медицинской капельницы в блок дроссельной заслонки. Частота падения капель устанавливается примерно 2-3 в секунду.
С такой компоновкой можно проезжать несколько сотен километров, а затем проверять степень очистки, убрав свечи.
Раскоксовка водой
В качестве водной емкости некоторые владельцы авто используют расширительные бачки. Дневной расход воды при такой конструкции составляет около 10 литров. Не все используют дистиллированную жидкость. Но чтобы отфильтровать мусор достаточно фильтрационной сетки в самой капельнице.
Интересное по теме:
загрузка…
Вконтакте
Одноклассники
Google+
Как сделать раскоксовку поршневых колец без разборки двигателя?
Объясняем: как промыть двигатель автомобиля от нагара без его разборки собственными силами
Ключевое рабочее место ДВС – камера сгорания.
Здесь при высокой температуре и дефиците воздуха образуется кокс, а с него – нагар. Соли в воду добавляют изношенные поршневые кольца и маслосъемные колпачки – через них в процесс горения рабочей смеси попадает масло.
Симптоматика
Прежде, чем промыть двигатель от нагара внутри, стоит разобраться, а есть ли он вообще. На наличие инородных включений в камере сгорания указывают:
- затрудненный холодный пуск;
- троение мотора;
- дым из выхлопной трубы синего или черного цвета;
- пониженная компрессия;
- перерасход горючего;
- детонация и перегрев ДВС на высоких оборотах.
На наличие проблемы также указывает невнятная реакция ДВС на интенсивное дросселирование и загрязненный выхлоп. В запущенных случаях из трубы могут вылетать частицы гари. Но это возможно только при отсутствии катализатора.
При выявлении такой симптоматики однозначно нельзя медлить. Усугубление чревато возникновением критических ситуаций:
- коксуются клапана;
- загрязняются кольца;
- возникает воспламенение не от свечи, а от тления гари (калильное зажигание).
Опытные механики рекомендуют к применению двухэтапную чистку: очищение от нагара и вычищение масляной системы. Однако с последней не все так просто.
Очистка глубоких загрязнений в системе смазки
При запущенных обстоятельствах необходима тщательная чистка масляной системы. Вполне естественно, что она не обойдется без легкой разборки мотора. В целом же процедура делится на три эпизода:
- Снятие поддона и клапанной крышки. Механическая очистка с применением агрессивной химии и шлифовального инструментария.
- Обратная сборка и промывка силовой установки в сборе специальным маслом или добавленной в обычную смазку жидкости.
- Демонтаж поддона с целью повторной ручной чистки.
Поддон – это, прежде всего, сборник всякой смолянистой грязи. Что будет, если сразу залить в ДВС с неизвестной историей моющее средство, миновав очистку маслосборника. Все очевидно – шлам поднимется и забьет сетку маслозаборника. На щите приборов загорится красненькая масленка – двигатель будет работать в условиях масляного голодания.
Придется все разбирать и чистить вручную.
Чистка
Вышеописанные действия, по словам специалистов, касаются только серьезно загрязненных моторов. Если использовалась высококачественная смазка, и соблюдался интервал ее замены, то технология, как промыть двигатель от нагара без разборки, вполне применима:
- Приготовить моющую смесь.
- Демонтировать свечи зажигания.
- Выставить поршни вровень друг с другом.
- Залить в каждую камеру сгорания по 50 кубиков моющего.
- Закрутить свечи.
- Оставить на 7-10 часов.
- Снять «зажигатели смеси».
- Долить 25-50 мл очистительного средства в каждый цилиндр.
- Покрутить мотор стартером.
- Поставить обратно свечи.
- Завести силовую установку.
- Залить ускоренную промывку маслосистемы на определенное инструкцией время.
- Заглушить мотор.
- Заменить масло и фильтр.
Внимание! Ни в коем случае не пускать ДВС с наполненной чистящим составом камеры сгорания и вкрученными свечами.
Будет гидроудар, а двигатель придется капиталить
Описанная процедура способна вывести из строя катализатор.
Очистка поршней от нагара без разборки
Многие выбирают второй метод очистки поршней от нагара — без разборки. При раскоксовке и залегании поршневых колец используют метод без демонтажа деталей двигателя.
Принцип такой очистки — использование специальных средств, которые способны растворить образовавшийся кокс и налет.
Заливают такие растворители коксов напрямую через отверстия для свеч зажигания (через отверстия для свеч накаливания — для дизельных агрегатов) или через систему смазки (горловина для заливки моторного масла). Залитая жидкость должна растворить образовавшийся черный нагар.
Минусы:
- не удаляется нагар с поверхностей рабочей камеры сгорания, поршней и клапанов;
- с сильно закоксованным двигателем не справится.
Очистка и раскоксовка бывают двух видов:
- Мягкая. Если заливать растворитель через свечные отверстия — этот способ называется «твердая» очистка.
- Твердая. Если через отверстие для заливки масла — это «мягкая» очистка.
Мягкая раскоксовка
Суть данного способа заключается в том, что перед тем, как заменить моторное масло, в двигатель заливают промывочную жидкость с эффектом раскоксовки поршневых колец (например, Ликвид Моли, XADO / Ксадо).
При использовании такого способа, надо изучить особенности эксплуатации двигателя после добавки этой жидкости в моторное масло. Как правило, нельзя давать большие нагрузки мотору (использование прицепа, большого багажа, пробуксовок, превышать средние обороты). Это связано с тем, что масло стало разбавленным, физико-химические характеристики масла изменились.
Данный способ очистки, то есть не разбирая двигатель, а используя специальную жидкость для раскоксовки и удаления нагара с деталей ЦПГ через маслозаливочное отверстие надо использовать для профилактики. Тогда будет эффект.
Твердая очистка от нагара
Если налеты на деталях цилиндро-поршневой группы и клапанах большие, тогда можно использовать неразборный метод с заливкой в цилиндры через отверстия для свечей.
Залив специальный растворитель нагара напрямую в камеру сгорания, происходит размягчение и отклеивание нагара и кокса от детали. Далее, во время работы двигателя размягченные частицы налета сгорают.
Для заливки через свечные отверстия используют агрессивные растворяющие жидкости для получения максимального эффекта. Это, например, фирма Lavr / Лавр.
Правила использования специального чистящего средства через свечные отверстия:
- Измерить компрессии всех цилиндров. Это необязательно, но полезно узнать потом, получилась ли разница в значениях давления до и после очистки.
- Нагреть мотор до рабочей температуры.
- Выкрутить свечи зажигания или калильные свечи.
- Выставить все поршни в среднее положение. Для это крутить за шкив генератора на нейтралке или приподнятом домкрате на 4 или 5 скорости крутить ведущее колесо. Рулеткой или отверткой проверить расположение поршней.
- Через отверстия для свечей залить во все цилиндры жидкость для раскоксовки и удаления нагара.
- Подождать 30 минут.
- Покрутить туда-сюда за шкив генератора в нейтральном положении коробки передач или на 4 или 5 скорости за колесо, чтобы жидкость попала в гнезда для колец, чтобы их раскоксовать, если они залегли. Смещать поршни через каждые несколько минут.
- Повернуть ключ зажигания и заводить с выкрученными свечами для того, чтобы поршни выбросили остатки жидкости через отверстия. Делать это секунд 20. Если останется много жидкости, может произойти гидроудар двигателя.
- Закрутить свечи.
- Завести двигатель автомобиля. После очистки от нагара и кокса поршней, колец, стенок цилиндра, клапанов методом жидкостной очистки двигатель автомобиля может сразу не завестись.
- После пуска мотора дать поработать на холостом ходу около 15 минут. Сразу после запуска двигателя из глушителя будет выходить черный выхлопной газ и едким запахом.
- Проехать пару километров пока цвет выхлопных газов не станет нормальным.
- Проверить масло, если не чистое, заменить масло и масляный фильтр.
Поршневые кольца, бывает, сразу после раскоксовывания их не стают подвижными, однако, через небольшой пробег кольца стают рабочими.
Очистка поршневых колец.
Трущиеся поверхности поршней и цилиндров, а также канавки для поршневых колец подвергаются образованию на них лаков. Так как отложения нагара и лака могут закупорить пазы для поршневых колец. Из-за того, что паз будет забит, поршневое кольцо будет расширено, что приведет к порче цилиндров (появятся задиры, царапины). Поэтому, если есть нагар и лаки на верхних боковых частях поршней, то эксплуатация автомобиля при таком раскладе дел приведет к преждевременному износу цилиндров, ремонт которых обойдется намного дороже. Такие причины приводят к капитальному ремонту двигателя автомобиля.
При эксплуатации, если поршневые кольца расширены, с поверхности цилиндров будет сдираться защитный слой — хон, гильза цилиндра подвергнется быстрому износу и сами поршневые кольца износятся.
Забивка зазора или паза для колец, из-за чего само кольцо расширяется, может также привести к поломке кольца.
Соответственно, если поршневое кольцо сломалось, то цилиндр и другие детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) подвергнутся огромному износу.
Также, может быть и такое, что наличие нагара и лака в пазу для поршневого кольца может закоксовать кольца (они станут неподвижными). Это явление называют закоксовкой или залеганием колец ДВС.
Если поршневое кольцо стало залегло, стало неподвижным, то компрессия будет меньше, чем при исправно-работающем кольце. А, как мы уже знаем, низкая компрессия цилиндра ДВС повышает расход топлива, образует большие слои нагара и кокса, повышает вероятность отказа мотора при пуске и создаст перебои в работе двигателя. Из-за того, что герметичность нарушена по причине залегания поршневого кольца, в цилиндр попадает масла в большем количестве, отсюда и увеличенный расход моторного масла (жрет масло). Превышенное количество масла на поршне и стенках цилиндра не сгорает и делает слой нагара все больше и больше. Каждая последующая эксплуатация такого двигателя без ремонта приведет к закоксовке всего двигателя.
Двигатели с турбокомпрессором обеспечивают более качественное сгорание топлива, повышают мощность и уменьшают расход. Устройство и принцип работы турбокомпрессоров не так сложно изучить.
Появившийся нагар на клапанах способствуют их заклиниванию в направляющих втулках, уменьшаются отверстия подачи и выпуска клапанов.
Процесс очистки поршневых колец также может производиться с разборкой и без. Не разбирая двигатель для очистки поршневых колец применяются такие жидкости, как LAVR, XADO. Порядок выполнения работ тот же, который рассмотрели выше.
Откуда берется и что представляет собой нагар на поршне двигателя
Если заглянуть в двигатель изнутри, можно увидеть, что со временем на многих его деталях скапливаются различные отложения. Такие отложения принято условно делить на лаковые образования, нагар, шламы. Одной из основных причин появления такого рода отложений является распад моторного масла в двигателе. Дело в том, что смазка имеет свойство стареть, окисляться и разлагаться.
В результате продукты распада оседают на деталях, формируя слой отложений.
Что касается поршней, нагар на них появляется в результате того, что топливо в цилиндрах не всегда сгорает полноценно, а также в горючем содержится большое количество добавок и примесей. В результате контакта топлива с разогретым поршнем, стенками цилиндров, клапанами и другими элементами на их поверхности постепенно накапливается слой отложений. Обычно нагаром покрывается впускной клапан, днище поршня, стенки камеры сгорания.
Нагар представляет собой отложения, которые состоят из золы, а также имеют в себе углеродистые соединения. Другими словами, неорганические остатки, которые остаются в цилиндре после сгорания топлива, различные несгоревшие добавки в горючее, а также частицы моторного масла, проникающие в камеру сгорания во время работы ДВС формируют стойкие отложения. Указанный нагар в камере сгорания еще называется кокс, а его скопление принято называть закокосовкой двигателя. На интенсивность закоксовки влияет качество используемого масла и топлива в двигателе, особенности эксплуатации и исправность самого мотора.
Если с качеством смазки и горючего все понятно, то интервалы замены масла достаточно сильно влияют на степень закоксовки. Чем лучше и чище масло, тем двигатель коксуется меньше. Что касается качества топлива, в нем в большей или меньшей степени присутствуют смолы. Также следует учитывать, что любые неполадки мотора, которые влияют на полноту и эффективность сгорания смеси, играют огромную роль. Например, загрязненные форсунки влияют на качество распыла топлива в камере сгорания на моторах с прямым впрыском, износ поршневых колец приводит к низкой компрессии и попаданию лишнего масла в камеру сгорания, неработающие или дефектные свечи зажигания вызывают сбои воспламенения, течь масла в результате неисправных сальников клапанов также позволяет лишней смазке попасть в цилиндр и т.п.
В этом случае создается сильное давление на стенки цилиндра, в результате изнашивается стенка, исчезает хон, происходит выработка гильзы цилиндра, быстро приходят в негодность сами кольца. В ряде случаев на стенках цилиндров с распертыми от нагара кольцами появлялись задиры, бывало и так, что кольца ломались, нанося стенкам цилиндров и другим элементам ЦПГ повреждения.
Еще отметим, что даже если кольцо не распирает, отложения все равно уменьшают подвижность или приводят к полному залеганию поршневых колец, то есть указанные кольца коксуются. В результате, после потери подвижности компрессия по цилиндрам снижается, двигатель начинает работать с перебоями, плохо заводится, перерасходует топливо и покрывается нагаром еще сильнее. Моторное масло начинает в избытке проникать в камеру сгорания, начинается перерасход масла, остатки несгоревшей смазки усиленно загрязняют поршень, кольца, стенки камеры сгорания и т.д. Получается, проблема только усугубляется, а коксование мотора прогрессирует.
Нагар также может стать причиной, по которой заклинивают клапана в направляющих втулках, сильно уменьшается проходное сечение впускных и выпускных клапанов. Иногда хорошо известный черный нагар на поршне может приводить таким неприятным последствиям, как детонация двигателя или калильное зажигание, что фактически разрушает ЦПГ, приводит к локальным перегревам и т. д. Например, тление нагара в камере сгорания вызывает неконтролируемое воспламенение топлива (калильное зажигание), нарушается температурный режим, бензиновый силовой агрегат может не глохнуть после выключения зажигания ( дизелинг). При таком аномальном сгорании горючего нагрузки на мотор растут, что значительно сокращает ресурс его узлов.
Как избежать образование нагара
Во избежание образования налета, нагара, закоксовывания подвижных и неподвижных деталей двигателя внутреннего сгорания следует проводить профилактику:
- Заливать качественное моторное масло.
- Должно быть правильно отрегулировано и зажигание, и клапана, и все, что нужно для корректной работы ДВС. Чем полностью будет сгорать подаваемое топливо, тем меньше будет нагара на поршнях, клапанах и камерах сгорания. Не должно быть пересоса и перелива. Поэтому состояние поршней, цилиндров, шатунов, форсунок, свечей зажигания, клапанов, сальников клапанов увеличит срок образования нагара и кокса.
- Своевременно менять масло и фильтры. Если заливать самое дешевое масло, то, хотя бы надо менять почаще (например, через 7 тысяч км пробега). Чем чище масло в двигателе, тем, соответственно, будут чище детали (нет нагара и кокса). При использовании качественных дорогих моторных масел график замены 15 тысяч километров пробега.
- Своевременно проходить ТО.
- Заправлять качественным топливом. В топливной жидкости содержатся смолы, содержание их должно соответствовать нормам. Поэтому, лучше заправлять автомобили в крупных заправках.
Если заливать самое дешевое масло, то, хотя бы надо менять почаще (например, через 7 тысяч км пробега). Чем чище масло в двигателе, тем, соответственно, будут чище детали (нет нагара и кокса). При использовании качественных дорогих моторных масел график замены 15 тысяч километров пробега.Также, по желанию, можно перед обновлением моторного масла по графику, делать «мягкую» очистку для предупреждения возникновения слоев нагара и кокса.
Когда начинается большой расход масла, то уже начались проблемы с двигателем, например, это признаки того, что:
- залегли поршневые маслосъемные кольца или износились;
- не рабочие маслосъемные колпачки;
- прогар клапанов или закоксовка клапанов;
Вывод из всего выше описанного в том, что затраты усилий и денег на профилактику намного меньше, чем делать ремонт закоксованного двигателя.
В этом видео рассказывается о способах раскоксовки деталей цилиндро-поршневой группы.
Автомобиль с должным пробегом и неизвестной историей.… Ездим, заправляемся, ни о чем плохом не думаем. Визит в масленку, слив-залив, заключение механика – масло стало сразу грязным. Неизвестно, то ли это от большого срока эксплуатации двигателя или просто нарушен срок замены смазочного состава… или оно посредственного качества? А может и вовсе отработка не полностью слилась. Однозначно, расстраиваться не стоит – выход есть.
Методы и средства раскоксовки
Существует несколько методик. Раскоксовка двигателя своими руками может выполняться механическим или химическим способом. Мы подробно расскажем о каждом из них, а также некоторых других методах.
«Народный» метод
Если планируется скорая замена моторного масла, то данную процедуру можно совместить с раскоксовкой мотора. Суть этого метода довольно проста. Водителям следует выполнить следующие действия:
- Прогрейте мотор до рабочих температур.
- Демонтируйте свечи зажигания.
- Установите поршни цилиндров в среднее положение, а затем в каждый цилиндр залейте около 150 сантиметров кубических состава 4/5 керосина + 1/5 моторного масла.
- За ремень генератора или шкив проверните мотор несколько раз.
- Оставьте автомобиль на 10-12 часов.
- Установите свечи на место и заведите авто. Дайте ему проработать на холостом ходу 10-15 минут.
- Выполните полную замену масла.
После этого, конечно же, машину можно эксплуатировать в обычном режиме.
Механический способ
Этот метод является самым трудозатратным и качественным. Предполагается частичная или полная разборка агрегата. Удаление нагара производится с помощью керосина или аналогичного растворителя, например, ацетона. Также рекомендуем подготовить мягкую щетку или ветошь. При чистке необходимо тщательно убрать налет со следующих мест:
- юбка поршней и стенки камеры;
- отверстия отвода жидкой смазки;
- боковые поверхности поршней;
- лицевые плоскости клапанов с внутренними поверхностями;
- канавки для поршневых колец.
Методика позволяет лично очистить каждый сантиметр рабочей поверхности, но предполагает разбор мотора. Если вы не имеете опыта в подобных процедурах, есть смысл использовать химические составы.
Используем химию
Средство для раскоксовки двигателя представляет собой сильнодействующий химический реактив, который удаляет нагар без разборки мотора. Качество раскоксовки и продолжительность очистки зависят напрямую от используемого состава. Существуют средства, предназначенные для мягкой и жесткой очистки. Первый метод позволяет лишь частично удалить нагар, при этом характеризуется простотой. Водителям достаточно добавить очистителя в моторное масло и проехать на нем до 200 километров. После следует полностью заменить масло. Эта мера больше является профилактической.Избавиться от нагара полностью позволяет жесткая раскоксовка. Методика включает в себя следующие шаги:
- Прогрейте мотор до рабочих температур.
- Выкрутите свечи (форсунки, если дизель) и включите передачу.
- Установите поршни в среднем положении. Можно использовать для определения проволоку, установив ее в свечной колодец.
- В каждый из цилиндров мотора необходимо залить очищающее средство. Объем можно почитать в инструкции к химии. Наживите свечи/форсунки, но не затягивайте.
- Оставьте машину в таком состоянии на определенное время, указанное в инструкции к средству.
- Удалите оставшуюся жидкость из цилиндров, провернув несколько раз ведущее колесо.
- Установите на место форсунки/свечи.
- Запустите мотор, при этом дайте ему поработать на холостых около одного часа.
При работе из выхлопной трубы может обильно идти дым. Но его концентрация по мере вывода нагара будет уменьшаться. Окончательное удаление нагара будет выполнено после 100-200 километров пробега.
Используем гидроперит
Распространенным методом среди водителей является раскоксовка перекисью водорода (гидроперита) или просто водой. На 5 литров воды разводят 6 таблеток гидроперита, а затем проливают состав через мотор. Пар от воды достаточно хорошо удаляет нагар с клапанов, со стенок камеры сгорания и колец. На старых автомобилях рекомендуется после процедуры заменить масло.
Метод достаточно прост, но неопытные автомобилисты могут «словить» гидроудар двигателя. В этом случае вам придется раскошелиться на ремонт.
Очистка камеры сгорания
Способов очистки камеры сгорания много. Самый трудоёмкий и затратный способ — это раскоксовка при снятой головке двигателя. В этом случае все детали чистят механическим способом. Однако этот процесс очень трудоёмкий, поэтому и дорогой. Стоимость такой операции, кроме того, повышает необходимость замены прокладок впускного коллектора и головки блока. К счастью, с недавнего времени можно очистить двигатель намного дешевле и быстрее.
Профилактика значительно продлевает срок службы колец и клапанов. Промышленные предприятия выпускают очищающую жидкость, которую водители добавляют в бензин при заправке. Норма указана в инструкции. Есть жидкие средства для снятия нагара без разборки двигателя. Процесс выглядит следующим образом:
- Прогреть двигатель.
- Выставить поршни в среднее положение.
- Вывернуть свечи.
- Залить средство для снятия нагара.
- Установить свечи на место.
- Оставить на сутки.
- Снять свечи и продуть цилиндры, работая стартером.
- Завернуть свечи и завести двигатель.
- После процедуры сменить масло.
Как удалить нагар из двигателя не разбирая его, признаки закоксованности двс
Со временем в двигателе появляются различные отложения(нагар), которые мешают его нормальной работе. Избавится от нагара довольно просто, нужно…
Здравствуйте! Насколько бы часто вы не меняли масло в ДВС, насколько качественное бы топливо вы не использовали, нагар все равно будет появляться в ДВС. Но это отличная профилактика.
Нагар образовывается почти везде: на клапанах, поршневых кольцах, поршнях и т.д. Нагар на кольцах приводит к ограничению их подвижности, как говорят в народе: «кольца залегли».
Из-за чего нагар образуется существенно больше? Некачественное топливо, которое частично не сгорает, неправильно подобранное масло, либо масло низкого качества.
Очень вредно подвергать нагрузке еще холодный двигатель. Прогревать нужно обязательно!
Как узнать, что двигатель значительно загрязнен?
Машина перегревается по непонятным причинам.
То есть, антифриз в норме, вентилятор охлаждения срабатывает, течи нигде нет. Машина греется намного быстрее, вентилятор охлаждения стал срабатывать намного чаще.
Это происходит по причине ухудшения теплообмена.
Запустив двигатель после длительной стоянки (от 5 часов летом и от 3 часов зимой), из выхлопной трубы какое-то время идет черный дым(5-30 секунд). После запуска двигатель работает не ровно, пока не прогреется. После прогрева его работа улучшается.
В салоне, после запуска ДВС, можно ощущать неприятный запах чего-то подгоревшего. Такой же запах может появляться, когда двигатель испытывает нагрузки.
Ухудшается «тяга» -машина дольше набирает скорость. Повышается расход топлива на 15-20%.
В момент выключения зажигания, периодически происходит детонация. Ощущается секундная сильная вибрация. Это происходит из-за сгорания остатков топлива, которое воспламеняется не от свеч зажигания, а от раскаленного нагара.
Это были признаки закоксованности ДВС, как же удалить нагар из двигателя не разбирая его?
Итак, нам потребуется приобрести сжатый воздух в баллончике, шприц с трубкой и специальную жидкость для раскоксовки. Эти вещи могут продаваться как раздельно, так и сразу-комплектом. Выглядит комплект примерно так:
Теперь наша задача выкрутить все свечи и выставить поршня примерно на один уровень. Это будет сделать просто, соорудив четыре равные тонкие и длинные палочки(я использую ветки деревьев) и опустить их в свечные колодцы. Теперь можно специальным ключом прокручивать шкив коленвала, либо поднять переднее колесо(если передний привод), включить 5 передачу и прокручивать колесо.
С помощью шприца и трубки заливаем в каждый колодец приобретенную нами специальную жидкость. Сколько заливать? -Читайте в инструкции. Поставьте свечи на место, сильно не затягивайте, только наживите.
Теперь нужно дать средству время на раскоксовку. Эффект будет уже через два часа, но в идеале, нужно подождать 10-12 часов. При этом можно несколько раз прокрутить шкив, изменив положение поршней.
По прошествии нужного времени, с помощью того же шприца с трубкой удалите жидкость из колодцев.
После удаления жидкости, в ход идет сжатый воздух. Тщательно продуйте им свечные колодцы, куда вы заливали жидкость.
Не ставя свечи на место, сядьте в машину, включите зажигание, нажмите педаль газа в пол и крутите стартер 3-5 сек. Повторите 1-3 раза.
Ставьте свечи на место, запускайте двигатель. Дайте ему поработать 5-10 минут. В первое время можете наблюдать нестабильную работу ДВС и черный дым из выхлопной, это прогорает оставшееся в ДВС средство, которое мы заливали.
Таким образом, мы очистили от нагара камеры сгорания, поршня. Чтобы очистить остальной ДВС нужно:
Есть разнообразные средства, которые можно и в бензобак добавлять и в масло.
Я предпочитаю использование промывочного масла. Сливаете старое масло, заливаете промывочное. На нем нужно проехать определенное количество километров. Обычно от 50 до 150.
Ездить на промывочном масле нужно крайне аккуратно, не подвергая ДВС нагрузкам, по причине того, что данное масло обладает низкой эффективностью смазывания трущихся деталей, у него же другая цель, помните?
После чего сливаем промывочное масло, заливаем два-три литра обычного, запускаем ДВС и даем ему поработать 5 минут. После чего снова его сливаем. Теперь заливаем нужное количество обычного масла и спокойно эксплуатируем автомобиль, промывка закончена. Грубо говоря, прополоскали ДВС.
Если ваш двигатель действительно был закоксован и вы правильно его промыли, результаты вам очень понравятся!
Информация о нагаре
Образование нагара в камере сгорания бензинового двигателя — это естественный процесс, но его нужно контролировать. Причин этого процесса много: некачественное машинное масло, постоянная езда в городском режиме, образование конденсата в зимний период и его смешивание с маслом, нарушение инструкции замены масла и многие другие.
В карбюраторных двигателях нагар откладывается на поршнях и поршневых кольцах. Впускные клапаны омываются воздушно-бензиновой смесью и самоочищаются. В двигателях с непосредственным впрыском горючей смеси на клапанах коксуется нагар, так как они не омываются горючей смесью. Симптомы загрязнения впускных каналов и клапанов могут возникнуть после 50 тысяч километров пробега автомобиля:
- Падение мощности до 40%.
- Неустойчивая работа двигателя.
- Снижение приёмистости мотора при ускорении.
- Больший расход топлива.
- Проблема с детонацией двигателя.
Причин загрязнения поршней и дроссельной заслонки много, но наиболее явные — это частые поездки на небольшие расстояния, движение в пробках, негативные привычки во время езды, такие как длительная работа двигателя на холостом ходу. Оседающий нагар на клапанах приводит к их деформации, выгоранию и неплотному прилеганию к гнезду, снижая тем самым степень сжатия в камере сгорания.
Снятие поршневой группы
Эту процедуру нужно выполнять аккуратно, чтобы не повредить посторонние детали. Автовладелец, желающий сделать все в домашних условиях, должен заранее позаботиться о наборе инструментов и подготовить место для разборки в гараже.
Предварительно сливается масло с силового агрегата. Затем можно удалить с прокладки головки все кусочки, прилипшие к этой запчасти. Следует внимательно следить, чтобы они не попали в крепежное отверстие. Затем специальным треугольным напильником снимается нагар с верхней части блока цилиндров. Если этого не сделать, то не получится вытащить сам поршень. После того как сделаны необходимые замеры изношенности цилиндров, можно извлекать поршневую группу. Если понадобилось также вытащить шатуны, то придется снимать поддон двигателя.
Способы промывки мотора от нагара и кокса
Сейчас читают
Начнем с того, что двигатель можно очистить двумя способами, которые можно условно разделить на такие:
- чистка двигателя при помощи активных химических средств;
- механическое удаление коксовых отложений после разборки ДВС и последующую промывку;
Сразу отметим, что на промывочных маслах и различных добавках в топливо (вплоть до подключения мотора к отдельному резервуару со спецсредством для очистки в обход топливного бака) мы акцентировать внимание не будем. Дело в том, что данные решения помогают поддерживать топливную систему, систему смазки, камеру сгорания и другие «внутренности» движка в относительной чистоте только в случае с новыми или изначально чистыми моторами (например, агрегаты после полного капремонта)
Если же двигатель уже был закоксован, тогда подобные способы не принесут желаемого эффекта и могут только ухудшить ситуацию.
Для очистки ДВС от нагара необходимо провести более «жесткую» процедуру раскоксовки поршневых колец и двигателя, максимально качественно очистить камеру сгорания и т.д. Добавим, что такой способ очистки мотора от кокса и отложений пользуется большой популярностью среди автолюбителей по причине того, что позволяет избежать разборки двигателя.
- В начале потребуется выкрутить свечи зажигания на бензиновых ДВС или калильные свечи на дизеле.
- Далее нужно залить специальную жидкость (так называемую раскоксовку) в цилиндры мотора через свечные колодцы.
- Затем агрегат с залитой очисткой оставляют на несколько часов. В результате очиститель кокса и нагара делает отложения в двигателе мягкими.
- После вкручивания свечей и дальнейшего запуска двигателя после раскоксовки отмытый нагар попросту выгорает в цилиндрах.
Завершающим этапом промывки ДВС является обязательная замена моторного масла и масляного фильтра, так как агрессивный состав попадает в картер двигателя и делает залитое масло непригодным для использования.
Более подробно о процедуре раскоксовки мотора вы можете прочитать в нашей отдельной статье, где подробно описан процесс очистки мотора от нагара на примере дизельного двигателя. Также отметим, что в свободной продаже представлены различные средства для раскоксовки поршневых колец и очистки камеры сгорания. Среди отечественных потребителей широкую популярность приобрел состав под названием «Lavr».
Теперь поговорим о механической очистке. Данный способ позволяет добиться максимальной чистоты двигателя, а также лишен тех минусов, которые присутствуют при очистке «химией». Другими словами, мотор разбирается, после чего кокс и нагар удаляется с поверхностей вручную, при помощи инструментов методом шлифовки, а также с использованием активных моющих средств. Такой подход позволяет очистить не только кольца и отдельные участки камеры сгорания, но и клапаны, а также другие труднодоступные элементы. Параллельно с этим промываются масляные каналы системы смазки двигателя, очищаются полости в картере, маслоприемник, сетка-фильтр маслоприемника и т.д.
Раскоксовка колец двигателя Субару и повышенный расход топлива subsuz.ru
Немного о раскоксовке колец двигателя Субару и повышенном расходе топлива. Откуда растут ноги и как с этим бороться. В интернете много написано, но зачастую мнения расходятся. Кто то пишет , что раскоксовать двигатель субару нельзя, кто пишет состав для раскоксовки, который содержит керосин и ацетон в равных пропорциях. Давайте разберемся по порядку с самого начала.
Основная причина закоксовывания колец это бензин, а точнее повышенное содержание смол и серы. По этой же причине закоксовываются и клапана, а также образуется нагар в камере сгорания двигателя субару. В результате чего, объем камеры уменьшается, что в свою очередь приводит к уменьшению теплопроводности и к увеличению температуры. Так выглядит камера сгорания перегретого мотора Субару Легаси, стуканувшего в последствии:
Внутренний перегрев не фиксируется датчиком температуры субару, и постепенно приводит к выходу из строя маслосъемных колпачков и поршневых колец.
Последствиями перегрева и использования некачественного топлива также приводят к появлению микротрещин в головке блока субару в свечном отверстии, а также в райлне седла клапана, что хорошо видно на примере двигателя субару легаси B4, вот фото ГБ:
Маслосъемные кольца двигателя Subaru закоксовываются, перестают выполнять свою функцию. Вот наглядный пример закоксованных колец:
При этом они могут лежать на «асфальте» и их будет распирать, в этом случае показания компрессии будут завышены или же в норме, все зависит от степени текущего износа и пробега. Или же они могут залечь, как с одной стороны, а с другой выпирать, так и полностью по поршню вследствие прихватывания от внутреннего перегрева. С причинами все понятно, а вот как с эти бороться, можно ли раскоксовать маслосъемные кольца субару, ведь он оппозитный.
Можно, скажем мы. Для этого потребуется снять двигатель и установить на стенд, затем перевернуть в вертикальное положение, выставить поршни в одно положение, залить жидкость для раскоксовки , вкрутить свечи и оставить на 6-8 часов. Затем перевернуть двигатель и повторить процедуру для двух или трех, в случае трехлитрового мотора, оставшихся поршней. Жидкость, которую используем мы это не Лавр, и состоит она из трех компонентов, а не из двух, и пропорции ее не равные. Все имеет значение. А есть ли смысл снимать двигатель, спросите вы, когда двигатель жрет масло а с ним и бензин, машина работает неровно, троит. Выбор всегда есть. Можно продать машину, но в таком состоянии вы потеряете деньги. Можно купить двигатель субару б/у, но это кот в мешке. Можно провести капитальный ремонт, но это дорого. Кстати в последних двух случаях двигатель все равно придется снимать.
Мы предлагаем провести компрессионно-вакуумную диагностику. По результатам, которой дадим заключение о состоянии цилиндра — поршневой группы двигателя, а именно поршневых колец, гильзы, клапанов и дадим рекомендации о целесообразности проведения раскоксовки и последующего восстановления параметров двигателя. Диагностика заключается в следующем:
В свечное отверстие двигателя устанавливается переходное устройство , к которому подсоединяется анализатор. Производится прокручивание коленчатого вала пусковым устройством. На такте сжатия выдавливаемый из цилиндра поршнем воздух через редукционный комбинированный клапан выходит в атмосферу. При этом в конце такта сжатия избыточное давление в камере сгорания не превышает 2 кг/см2. На такте расширения открывается вакуумный клапан от воздействия разряжения в цилиндре.
В момент открытия выпускного клапана двигателя вакуумный клапан закрывается, и вакуумметр фиксирует величину максимального разряжения в цилиндре. В зависимости от величины полного вакуума можно сделать вывод о состоянии гильзы цилиндра (эллиптичность, наличие задиров) и сопряжения «клапан – седло» ГРМ. Второе значение разряжения получают при изоляции надпоршневого пространства от атмосферы на такте сжатия.
Для этого заменяют комбинированный клапан на вакуумный. При удовлетворительном состоянии гильзы цилиндра и герметичности клапанов величина остаточного вакуума характеризует состояние поршневых колец Субару — степень износа, залегание (коксование), поломку перемычек на поршне, поломку колец.
Таким образом, при проведении замеров компрессии, полного и остаточного вакуума, можно судить о техническом состоянии двигателя , его текущем износе, и целесообразности проведения ремонта. В случае, если текущий износ двигателя не превышает 60%, наши специалисты предложат вам провести безразборный ремонт двигателя Субару, в результате которого заводские параметры двигателя будут восстановлены при минимальных затратах и в сжатые сроки. Но об этом в следующей статье.
Что такое развязывающие конденсаторы за 5 минут | ОРЕЛ
Начинающие разработчики электроники часто забывают, насколько нестабильными могут быть входные напряжения, несмотря на то, насколько прочным может выглядеть источник питания. А когда вы работаете с микроконтроллерами или микропроцессорами в своей цифровой схеме, малейшее колебание напряжения может привести к нежелательным результатам. Итак, что вы можете сделать, чтобы ваши микросхемы работали с ровным и чистым напряжением? Используйте развязывающие конденсаторы! Вот что это такое и как их использовать в сегодняшнем электронном байте.
Что такое развязывающие конденсаторы
Развязывающий конденсатор, также называемый шунтирующим конденсатором, действует как своего рода резервуар энергии. Вы обнаружите, что эти ребята обычно располагаются как можно ближе к интегральной схеме (ИС) на топологии печатной платы. После полной зарядки их задача состоит в том, чтобы просто противодействовать любым неожиданным изменениям входного напряжения от источника питания. Если установлен развязывающий конденсатор, он выполняет одно из двух действий:
- Если входное напряжение падает, то развязывающий конденсатор сможет обеспечить достаточную мощность для ИС, чтобы поддерживать стабильное напряжение.
- Если напряжение увеличится, то развязывающий конденсатор сможет поглотить избыточную энергию, пытающуюся пройти через микросхему, что опять же сохранит стабильное напряжение.
Все это необходимо, потому что на типичной печатной плате много электрических помех, а постоянные 5 В, которые, как мы думаем, текут повсюду, на самом деле прыгают, переходя от компонента к компоненту.
Некоторые компоненты, такие как интегральные схемы, полагаются на максимально стабильное входное напряжение, поэтому, поместив развязывающий конденсатор рядом с микросхемой, вы сможете защитить эти чувствительные микросхемы, отфильтровав любой лишний шум и создав приятный, постоянный источник питания.Что произойдет, если вы не используете развязывающие конденсаторы рядом с микросхемой? Что ж, вы, скорее всего, столкнетесь с процессором, который начнет пропускать инструкции и вести себя ненормально.
Посмотрите на микросхему на любой печатной плате, и вы обязательно найдете поблизости несколько конденсаторов. (Источник изображения)
Как использовать развязывающие конденсаторы
Ознакомьтесь со схемой ниже; он демонстрирует типичное применение развязывающих конденсаторов, размещенных рядом с ИС. Как видите, у вас есть конденсатор емкостью 10 мкФ, расположенный дальше всего от микросхемы, что помогает сгладить любые низкочастотные изменения входного напряжения.
Типичное применение развязывающих конденсаторов рядом с ИС. (Источник изображения)
И тогда у вас есть конденсатор 0,1 мкФ, расположенный ближе всего к ИС. Это поможет сгладить любые высокочастотные шумы в вашей схеме. Когда вы объедините эти два конденсатора вместе, вы будете подавать на вашу ИС плавное, бесперебойное напряжение для работы. При работе с развязывающими конденсаторами собственной конструкции помните о следующих трех вещах:
- Размещение. Вы всегда захотите подключить развязывающие конденсаторы между источником питания, будь то 5 В или 3,3 В, и землей.
- Расстояние . Вам всегда нужно размещать развязывающие конденсаторы как можно ближе к микросхеме. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.
- Рейтинги. В качестве общей рекомендации мы всегда рекомендуем добавлять один керамический конденсатор емкостью 100 нФ и электролитический конденсатор большей емкости 0,1–10 мкФ для каждой интегральной схемы на вашей плате.
Спасение жизни вашей интегральной схемы
Вот и все, что вам нужно знать о развязывающих конденсаторах, всего за 5 минут в сегодняшнем выпуске Electronic Byte. Интегральные схемы — это чувствительный узел, и без бесперебойного источника питания вы, вероятно, будете устранять неполадки с пропущенными инструкциями и другими странными действиями. Установив ряд развязывающих конденсаторов рядом с одной из ваших ИС, вы гарантируете, что они всегда получают плавное входное напряжение, независимо от того, какой электрический шум присутствует на вашей печатной плате.
Готовы начать свой следующий проект по разработке электроники с развязывающими конденсаторами? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня!
Конденсаторы — Learn.sparkfun.com
Избранное Любимый 77Примеры применения
Для этого изящного маленького (на самом деле они обычно довольно большие) пассивного компонента существует масса приложений. Чтобы дать вам представление об их широком спектре применения, вот несколько примеров:
Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы
Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно с интегральной схемой, являются развязывающими.Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотного шума в сигналах источника питания. Они устраняют крошечные пульсации напряжения, которые в противном случае могли бы быть вредными для чувствительных ИС, из источника питания.
В некотором смысле, развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для ИС (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если источник питания очень временно падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), развязывающий конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением.Вот почему эти конденсаторы также называют конденсаторами bypass ; они могут временно действовать как источник питания, обходя источник питания.
Развязывающие конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. д.) и землей. Нередко используются два или более конденсатора с разными номиналами, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что конденсаторы одних номиналов будут лучше других при фильтрации определенных частот шума.
На этой схеме три развязывающих конденсатора используются для уменьшения шума в источнике питания акселерометра.Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ с раздельной развязкой.Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, через конденсатор на землю могут проходить только высокочастотные сигналы. Сигнал постоянного тока будет поступать на ИС, как и требуется. Еще одна причина, по которой они называются байпасными конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят микросхему, вместо этого проходя через конденсатор, чтобы попасть на землю.
При физическом размещении развязывающих конденсаторов их всегда следует располагать как можно ближе к ИС.Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.
Вот физическая компоновка цепи из приведенной выше схемы. Крошечная черная микросхема окружена двумя конденсаторами емкостью 0,1 мкФ (коричневыми крышками) и одним электролитическим танталовым конденсатором емкостью 10 мкФ (высокая черно-серая прямоугольная крышка).
В соответствии с надлежащей инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой ИС. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ, или даже добавьте несколько конденсаторов 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается большим провалам или скачкам напряжения.
Фильтрация блока питания
Диодные выпрямителиможно использовать для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но диоды сами по себе не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! Если добавить параллельный конденсатор к мостовому выпрямителю, выпрямленный сигнал будет таким:
Может быть преобразован в сигнал постоянного тока ближнего уровня следующим образом:
Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут сопротивляться внезапным изменениям напряжения.Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее на конденсатор, начинает быстро падать, конденсатор получает доступ к своему банку накопленной энергии и очень медленно разряжается, подавая энергию на нагрузку. Конденсатор не должен полностью разряжаться до того, как входной выпрямленный сигнал снова начнет увеличиваться, перезаряжая конденсатор. Этот танец повторяется много раз в секунду, снова и снова, пока используется источник питания.
Цепь питания переменного тока в постоянный.Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.
Если вы разберете любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете по крайней мере один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там какие-нибудь конденсаторы?
Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических, похожих на консервные банки, конденсатора емкостью от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — это высоковольтный 0.Крышка из полипропиленовой пленки 1 мкФ. Синяя крышка в форме диска и маленькая зеленая посередине — керамические.
Хранение и поставка энергии
Кажется очевидным, что если конденсатор накапливает энергию, то одним из многих его применений будет подача этой энергии в цепь, точно так же, как батарея. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут упаковать столько же энергии, сколько химические батареи того же размера (но этот разрыв сокращается!).
Преимущество конденсаторов в том, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их более экологичным выбором. Они также способны отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, что делает их подходящими для приложений, требующих короткого, но мощного всплеска мощности. Вспышка камеры могла получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от батареи).
Аккумулятор или конденсатор?| Батарея | 4 | |
|---|---|---|
| ✓ | ✓ | |
| плотность энергии | ✓ | |
| Коэффициент заряда / выгрузки | ✓ | |
| Продолжительность жизни | ✓ |
Фильтрация сигналов
Конденсаторыобладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты.Они могут блокировать низкочастотные или постоянные компоненты сигнала, пропуская при этом более высокие частоты. Они как вышибала в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.
Фильтрация сигналов может быть полезна во всех приложениях обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для подавления нежелательных частот.
Другим примером конденсаторной фильтрации сигнала являются пассивные кроссоверные схемы внутри громкоговорителей, которые разделяют один звуковой сигнал на несколько.Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут попасть на твитер динамика. В низкочастотной цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.
Очень простой пример схемы аудиокроссовера. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них можно использовать для подачи надлежащего сигнала на настроенные аудиодрайверы.
Снижение номинальных характеристик
При работе с конденсаторами важно проектировать схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.
Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не снижаете номинал своих конденсаторов и превышаете их максимальное напряжение. Подробнее о его экспериментах можно прочитать здесь.
← Предыдущая страница
Конденсаторы последовательно/параллельно
Соединение и развязка | Приложения
Развязывающие конденсаторы
При разработке схемы многие начинающие инженеры и любители воспринимают стабильный и хорошо отрегулированный источник питания как нечто само собой разумеющееся, но обнаруживают, что их схемы не работают должным образом во время тестирования или после того, как сборка уже завершена.Аналоговые схемы, такие как аудиоусилители или радиоприемники, могут издавать странный гул или потрескивание, слышимые на заднем фоне, а цифровые схемы, такие как микроконтроллеры, могут стать нестабильными и непредсказуемыми. Причина такой низкой производительности часто заключается в том, что на практике входное напряжение редко бывает стабильным. Вместо этого при просмотре с помощью осциллографа источник питания постоянного тока часто показывает множество сбоев, скачков напряжения и компонентов напряжения переменного тока.
Что такое развязывающий конденсатор?
Развязывающий конденсатор действует как локальный резервуар электроэнергии.Конденсаторам, как и аккумуляторам, требуется время для зарядки и разрядки. При использовании в качестве развязывающих конденсаторов они препятствуют быстрым изменениям напряжения. Если входное напряжение внезапно падает, конденсатор обеспечивает энергию для поддержания стабильного напряжения. Точно так же, если есть всплеск напряжения, конденсатор поглощает избыточную энергию.
Развязывающие конденсаторы используются для фильтрации скачков напряжения и пропускания только постоянной составляющей сигнала. Идея состоит в том, чтобы использовать конденсатор таким образом, чтобы он шунтировал или поглощал шум, делая сигнал постоянного тока как можно более плавным.Из-за этого развязывающие конденсаторы также называют шунтирующими конденсаторами, поскольку при необходимости они шунтируют источник питания. Их можно рассматривать как небольшие источники бесперебойного питания, предназначенные для одной печатной платы или даже одного компонента на плате. Нередко для каждой используемой интегральной схемы используется один конденсатор. На самом деле, в цифровых системах почти все конденсаторы на плате могут использоваться для развязки.
Развязка источника питания
Развязывающие конденсаторы часто используются для развязки цепи от источника питания.Некоторым компонентам для правильной работы требуется строго регулируемый источник питания. Хорошим примером являются микроконтроллеры и микропроцессоры. В случае скачка напряжения программа, загруженная в процессор, может пропустить инструкции и начать вести себя непредсказуемо. Цифровые логические схемы также чувствительны к напряжению питания. Поэтому он должен быть хорошо отрегулирован для стабильной работы.
По этой причине в схему добавлены развязывающие конденсаторы, чтобы сгладить напряжение питания.Хорошее эмпирическое правило для цифровых схем — использовать один керамический конденсатор емкостью 100 нФ для каждой логической интегральной схемы, а также один электролитический конденсатор большей емкости (до нескольких сотен мкФ) на плату или сегмент схемы. Электролитический конденсатор большего размера хранит большую часть энергии в цепи и развязывает более низкие частоты. Однако электролитические конденсаторы имеют плохие высокочастотные характеристики, а логические элементы могут работать на очень высоких частотах — процессоры компьютеров могут иметь рабочие частоты в гигагерцовом диапазоне.На этих более высоких частотах керамические конденсаторы обеспечивают лучшую развязку. Для достижения наилучших результатов развязывающий конденсатор следует размещать как можно ближе к микросхеме.
Следующая схема иллюстрирует использование развязывающих конденсаторов с логическим элементом И-НЕ 7400 (контакт 14 используется для положительного напряжения питания, а контакт 7 подключен к земле):
Развязка переходной нагрузки
В цифровых схемах источник питания может быть «загрязнен шумами, исходящими от логических схем или других устройств.Логические схемы состоят из миллионов логических элементов, которые постоянно меняют свое выходное состояние между ON и OFF, а это означает, что многие транзисторы включаются и выключаются бесчисленное количество раз в секунду. При каждом переключении эти транзисторы генерируют так называемую переходную нагрузку. В результате ток, потребляемый устройством, колеблется, создавая шум, который распространяется обратно к источнику питания. Когда конденсаторы используются для развязки источника питания, они выполняют две функции: защищают источник питания от электрических помех, создаваемых в цепи, и защищают цепь от электрических помех, создаваемых другими устройствами, подключенными к тому же источнику питания.
Конденсаторы связи
В то время как развязывающие конденсаторы подключаются параллельно к сигнальному тракту и используются для фильтрации составляющей переменного тока, разделительные конденсаторы, с другой стороны, подключаются последовательно к сигнальному тракту и используются для фильтрации постоянной составляющей сигнала. . Они используются как в аналоговых, так и в цифровых схемах.
Аналоговые приложения
В аналоговых схемах в усилителях широко используются разделительные конденсаторы. Напряжение смещения транзистора имеет решающее значение для нормальной работы усилителя.Роль разделительных конденсаторов заключается в том, чтобы предотвратить влияние входящего сигнала переменного тока на напряжение смещения, подаваемое на базу транзистора. В таких приложениях сигнал подается на базу транзистора через последовательно соединенный разделительный конденсатор. Значение емкости должно быть выбрано таким образом, чтобы полезный сигнал, например голос, мог свободно распространяться, блокируя постоянную составляющую.
Цифровые приложения
В цифровых схемах, особенно в системах связи, конденсаторы связи используются для блокирования сигнала постоянного тока в линии передачи.Наличие сигнала постоянного тока в линии передачи означает, что часть энергии тратится впустую в виде рассеивания тепла на сопротивлении линии передачи. Это также может вызвать другие проблемы, такие как проблемы с заземлением или проблемы с накоплением заряда между двумя удаленными подключенными цепями.
Как отделить стену
06 декабря 2019 г.
Когда дело доходит до науки о звукоизоляции, важное значение имеет развязка.Развязка — это процесс разделения двух частей стены с целью подавления передачи вибрации и предотвращения прохождения через стену громких шумов.
Шум возникает, когда звуковые волны ударяются о твердый объект, например стену. Этот вибрирующий звук легко передается между соединенными объектами. Если звуковые волны достигают одной стороны стены, они без проблем переходят на другую сторону и создают нежелательный шум.
Как отделить стену
Развязка стены помогает уменьшить количество звука, проходящего через стены в вашем здании.Большинство стен строятся путем соединения двух кусков гипсокартона одной стойкой. В этих случаях любой вибрационный шум проходит через стойку на другую сторону.
В несвязанной или расположенной в шахматном порядке стене из стоек каждая часть гипсокартона соединяется с материалом стены с помощью собственной стойки. Шпильки не соединяются, поэтому вибрационный шум не имеет канала для прохождения через стену. Вместо этого он проходит через собственную стойку и останавливается на материале внутренней стены.
Чтобы улучшить звукоизоляционные свойства вашей конструкции, вы хотите, чтобы ваши стены были развязаны.В тройку самых популярных вариантов развязки стены входят:
- Создайте стену из двойных каркасов: Постройте одну стену из одинарных каркасов, оставьте место и затем поставьте рядом с ней еще одну стену из одинарных каркасов. Это очень эффективный метод, так как воздушный зазор практически исключает проникновение вибрационного шума между стенами.
- Настройка стены со смещенными стойками: Используйте более широкую плиту подоконника и разместите стойки так, чтобы ни одна из них не касалась обеих сторон стены.
- Используйте упругие зажимы и канал для шляпы: Этот метод помогает поглощать любые вибрации, направленные на гипсокартон.
Чтобы блокировать как высокочастотные, так и низкочастотные звуки, мы рекомендуем утяжелить стену, чтобы улучшить ее звукопоглощающую способность. Добавление правильной звукоизоляции или других звукоизоляционных материалов в интерьер поможет защитить вас от шума.
Получите бесплатный акустический анализ от Soundproof Cow
Если вы хотите звукоизолировать свой дом или новую постройку, доверьтесь команде Soundproof Cow.Мы упрощаем покупку акустических панелей, материалов для акустической развязки, звукоизоляционной пены и других решений с полной уверенностью. Это потому, что мы стремимся к 100% удовлетворенности клиентов — если что-то не так, мы это исправим.
Чтобы начать работу, запросите бесплатный акустический анализ, и мы вышлем вам подробный отчет о вашем помещении с решениями, адаптированными к вашим потребностям. Есть еще несколько вопросов о развязке стен? Свяжитесь с нами сегодня!
Развязывающий конденсатор — обзор
4.3 Цифровые устройства
Многие люди считают, что использование цифровой схемы, а не аналогового решения, может обойти некоторые из их проблем с ЭМС, поскольку ВЧ и ЭМС считаются аналоговыми темами. К сожалению, эта точка зрения очень ошибочна, поскольку одна из характерных черт цифровых схем — острые края и прямоугольные импульсы — может генерировать большое количество электромагнитных помех (ЭМП) с большим содержанием гармоник.
Разработчик может многое сделать со многими цифровыми схемами для минимизации проблем с электромагнитной совместимостью, таких как фильтрация и ограничение скорости нарастания, даже если острые фронты и быстрое время нарастания могут быть необходимы для функционирования схемы или являются особенностью устройств. в использовании.Есть приемы и методы, которые полезно знать, и если возникает выбор между потенциальной угрозой EMC и потенциально безопасным компонентом, некоторые базовые знания могут помочь сделать правильный выбор.
Основные соображения будут основываться на рабочей скорости и времени нарастания или спада цифровых цепей (в основном это время нарастания, поскольку большинство переходов цифровых цепей происходит на переднем фронте тактового сигнала). Уравнение для использования при оценке потенциальной гармонической угрозы острых фронтов импульса было введено в емкостной секции.Уравнение дает частотный состав гармоник ( f фронт ) импульса с быстрым нарастанием (τ r ) и/или спадом (τ f ) времени:
4,1f фронт 1πτrorfedge=1πτf
Это уравнение следует использовать для определения частотной характеристики, необходимой для развязывающих конденсаторов (см. раздел о конденсаторах), и его можно использовать для определения наихудшей длины отслеживания корпуса при разводке печатной платы. Все еще могут присутствовать гармоники на частоте до 10 раз выше этой, если сигнал особенно прямоугольный, а выбросы и звон могут добавить дополнительную гармоническую сигнатуру.Приведенное выше уравнение действительно начнет предсказывать значительное содержание гармоник только по фронтам, когда время нарастания и спада превысит 10 нс. Обычно это происходит, когда тактовые частоты превышают 10 МГц, и к тому времени, когда используются тактовые частоты 50 МГц, уравнение становится важным для прогнозирования содержания гармоник. Одной из проблем оценки необходимости уравнения является то, что многие спецификации цифровых ИС указывают только максимальное время нарастания или спада. Что касается характеристик ЭМС или проблем, связанных с ЭМС, разработчик редко знает худшие условия для используемой ИС (т.е. минимальное время нарастания/спада). Например, HC CMOS имеет заявленное максимальное время нарастания 10 нс, в действительности более типичным является 4 нс, что означает, что логика, способная работать на максимальной частоте 32 МГц, может вводить в свои сигналы гармоники до 80 МГц.
В некоторых цифровых схемах можно избежать многих проблем, связанных с этими краевыми гармониками, за счет схемы с запуском по уровню (т. е. запуск только тогда, когда тактовый сигнал находится на стабильном уровне, а не на нарастающем фронте). Помимо высокого содержания гармоник в переходе, фронты тактовых импульсов также являются относительно шумными из-за того, что они подключены к нескольким устройствам, которые переключаются одновременно, влияя на форму фронта.При наличии логической схемы, работающей на стабильных уровнях, влияние фронтов на функциональность схемы сводится к минимуму, и хотя излучаемые и кондуктивные помехи могут оставаться незатронутыми, сама схема менее чувствительна. Логика с запуском по уровню не так популярна, как запуск по фронту, поскольку ее не так просто реализовать, поэтому, хотя это хорошая идея с точки зрения ЭМС, она может быть непрактичной во многих схемах из-за наличия микросхем с запуском по уровню.
Из-за пороговых уровней переключения, используемых в цифровых схемах (обычно от 100 мВ до нескольких вольт), компоненты, как правило, обладают присущим уровнем устойчивости к электромагнитным помехам, что не всегда возможно в аналоговых схемах.Высоковольтные колебания как сигналов, так и тактовых фронтов при относительно высоких скоростях действительно увеличивают потенциальные выбросы по сравнению с непрерывным аналоговым сигналом.
4.3.1 Цепи часов
Потенциально цепи часов представляют наибольшую угрозу электромагнитной совместимости в системе. Это может быть несколько несправедливо, поскольку проблема не всегда в часах, а в цепях, которые они пытаются управлять, включая разводку печатной платы для этих схем. Тем не менее, наиболее распространенная проблема шума от цифровой схемы, как кондуктивного, так и излучаемого, обычно возникает на той же частоте, что и часы (или дискретная гармоника).
Есть некоторые специфические проблемы компоновки, которые рассматриваются в разделе о печатных платах, но хорошее заземление и адекватная развязка — это два пункта, которые нельзя повторять в достаточной мере. Часто другие передовые методы проектирования ЭМС нарушаются из-за простых ошибок в системах заземления или неадекватной развязки. Кроме того, небольшой блокировочный конденсатор должен быть расположен рядом с схемой драйвера тактового генератора, чтобы уменьшить его нагрузку на источник питания; значение всего 100 нФ должно быть достаточным для большинства линий питания генераторов и цепей резонаторов.
Нет необходимости указывать, что разработчик должен использовать максимально возможную тактовую частоту, это общее утверждение для любого коммутационного или логического устройства. Если возможно, используйте первичные кристаллы или генераторы, производные или разделенные частотные части будут иметь первичную частоту кристалла, наложенную на часы, а также на линию питания, что вносит ненужные дополнительные высокочастотные компоненты шума с гораздо более высокой спектральной мощностью в гармониках, чем это могло бы быть. с более медленными первичными часами.
Желательна скорость нарастания, ограничивающая тактовый сигнал, большинство логических ИС имеют на борту тактовый буфер, и сигнал с ограничением по скорости нарастания будет восстанавливаться в виде прямоугольной волны на интерфейсе ИС. Ограничение скорости нарастания становится проблемой только при использовании логических ИС смешанной технологии (например, CMOS и TTL), которые имеют разные пороги переключения. Проблема не в самом пороговом уровне, а в том, что устройства могут иметь несколько разные точки переключения во времени от одного и того же такта. В некоторых случаях смещение точек переключения может снизить уровень излучения, поскольку переходы вызывают разброс потребляемой мощности, подобно методам расширения спектра (см. ниже).Однако синхронизация с расширенным спектром и переключение устройств с расширенным спектром — это не одно и то же, и последнее может вызвать функциональные проблемы (целостность сигнала) и джиттер на сигнальных линиях. Хотя ограничение скорости нарастания само по себе является хорошей идеей для снижения кондуктивных помех и содержания гармоник, его следует избегать для смешанных логических типов (хотя предпочтительнее избегать семейств смешанных логических систем).
Ограничение доступного привода по току известным числом ответвлений также помогает уменьшить проблемы с шумом, если необходимо использовать доступные детали привода с низкой выходной мощностью.Перегрузка тактовой линии тратит энергию впустую, и эта мощность неизбежно находит свое отражение в шуме или нагреве, вызывая проблему где-то в цепи. Распределение тактовых импульсов на локальные буферы с высоким импедансом также может помочь, поскольку низкие циркулирующие токи распределяются по цепи с более высоким потреблением тока, локализованным для каждой подсистемы или функциональной области. Линия синхронизации должна быть согласована с линией приема, и могут потребоваться оконечные цепи, но это должно уменьшить отражения и звонки и, следовательно, общие электромагнитные помехи.
Специализированные схемы драйверов тактовых импульсов также помогают уменьшить шум, создаваемый тактовыми генераторами. Самый простой пример для рассмотрения — это выходная схема с несколькими тактовыми вентилями, которая обеспечивает достаточное количество независимых драйверов и позволяет управлять несколькими независимыми линиями. Такая компоновка позволяет согласовать импеданс каждой отдельной линии и снижает вероятность перекрестных помех от одной синхронизируемой линии, мешающей другим линиям. Набор независимых драйверов тактовых импульсов с согласованными линейными импедансами также снижает вероятность рассогласования тактовых импульсов в цепях, наиболее удаленных от тактового генератора, и, следовательно, помогает поддерживать функциональную синхронность и целостность сигнала в системе.
Рисунок 4.3. Буферы распределения тактовых импульсов
Новый подход к сокращению излучений тактовых импульсов — это часы с расширенным спектром (SSC). Это устройство дает небольшой разброс абсолютной частоты часов на несколько процентов вокруг основной частоты часов. Разброс часов на несколько процентов не вызывает проблем с цифровой схемой, поскольку разница составляет всего несколько процентов, и все устройства видят эти небольшие сдвиги одновременно и, следовательно, остаются синхронными.Общая скорость системы не изменяется, так как среднее значение по времени совпадает с основной частотой. Преимущество этого метода заключается в том, что он уменьшает количество мощности на абсолютной частоте примерно на 10 дБ (опять же рассчитывается как усредненное по времени значение), но падающая мощность в любой данный момент времени остается на том же уровне, что и при стандартной частоте. Часы. Недостатком является то, что в систему вводится несколько более широкий диапазон частот, не только вокруг основной частоты, но и вокруг ее гармоник.Размеры элементов, которые будут резонировать при этих небольших изменениях частоты, могут стать проблемами, которых не было с исходной тактовой частотой и гармониками. Средняя мощность основной гармоники снижается, но гармоники частоты фронтов остаются незатронутыми, поскольку время нарастания и спада оригинальных часов сохраняется.
Одним из наиболее полезных типов драйвера или устройства локального буфера для снижения электромагнитной совместимости высокоскоростных тактовых сигналов является буфер с фазовой автоподстройкой частоты (PLL). Схема PLL может использоваться для синхронизации двух часов, если это необходимо, но, что более важно с точки зрения электромагнитной совместимости, PLL позволяет использовать тактовый сигнал с низкой скоростью и даже с медленным временем нарастания для синхронизации более быстрых локальных часов.Использование этой схемы позволяет низкоскоростному сигналу, скажем, 1 МГц, синхронизировать ряд цепей, работающих локально, с высокоскоростным тактовым сигналом, скажем, 50 МГц. Преимущества относительно очевидны: распределенный синхронизирующий импульс с низкой скоростью означает, что более длинные дорожки несут только сигналы с более низкой скоростью, тогда как каждая цепь имеет локализованные короткие дорожки, несущие более быстрые шины и локальную высокоскоростную синхронизацию. Основным недостатком являются дополнительные затраты на добавление устройств PLL к каждой печатной плате или сложность конструкции, связанная с добавлением схемы PLL к локальному программируемому устройству или ASIC.Существует много доступных схем PLL, которые могут синхронизировать высокоскоростные часы с помощью довольно медленных синхронизирующих импульсов, и эту идею следует иметь в виду при использовании множества схем обработки в одной системе и при необходимости синхронизации между схемами.
Рисунок 4.4. Выбросы часов с расширенным спектром
Рисунок 4.5. Синхронизация PLL
4.3.2 Комбинационные логические устройства
Возможно, это та область проектирования цифровых схем, в которой разработчик может наиболее активно влиять на характеристики ЭМС схемы.Комбинационные логические схемы в настоящее время используются в основном для того, что называется «склеивающей логикой», то есть для соединения небольших частей цифровых схем вместе, создавая либо декодеры адреса, битовые счетчики, либо периферийные функции, недоступные напрямую ни в программном обеспечении, ни на одной ИС. и где программируемая логика либо слишком сложна, либо слишком дорога. Обычно на печатной плате требуется относительно большое количество отслеживаний и межсоединений, учитывая уровень функции, и разработчик имеет ряд логических семейств, из которых он может выбирать свои компоненты.
Существует одно основное правило для выбора подходящего семейства логических цепей (как и для всех цифровых схем), которое заключается в использовании наиболее медленного подходящего типа. Это хорошее эмпирическое правило, и его следует учитывать при выборе всех компонентов; однако есть оговорка, что запас по шуму также значительно влияет на характеристики электромагнитной совместимости с точки зрения восприимчивости. Чем ниже запас по шуму, тем более восприимчив компонент к внешнему шуму и срабатыванию по электромагнитным помехам. Следовательно, два семейства выделяются как особенно хорошие с точки зрения электромагнитной совместимости: CMOS и HC CMOS.Использование этих двух типов логики дает дополнительные конструктивные преимущества: оба являются потребителями с низким энергопотреблением, поэтому требования к питанию при переключении очень малы, особенно по сравнению с типами TTL и LS. Также можно использовать КМОП и КМОП HC до шины питания 3,3 В, следовательно, этот тип логического элемента можно использовать без изменений с последними поколениями микропроцессоров с низким напряжением питания.
Конечно, у всех ситуаций, связанных с EMC, есть обратная сторона, когда кажется, что у вас явный победитель! КМОП-устройства более чувствительны к статическому электричеству с точки зрения обращения, чем биполярные технологии (TTL, LS), но, поскольку большинство микропроцессоров изготавливаются по КМОП-технологиям, это не должно требовать дополнительных мер предосторожности для существующего требования производственной линии к электростатическому разряду (ЭСР).Конечно, работа с использованием CMOS ограничена тактовой частотой до 6 МГц и до 32 МГц с HC CMOS, поэтому спектр приложений может показаться весьма ограниченным, когда процессоры с тактовой частотой более 200 МГц являются обычным явлением.
При использовании в схеме комбинационной логики она всегда должна принадлежать к одному семейству. Смешение семейств логики может вызвать чрезмерную асимметрию и дрожание на линиях синхронизации и дополнительные гармоники на сигнальных линиях и линиях питания. При смешивании комбинационной логики существует вероятность функционального сбоя, а также увеличения гармоник.С точки зрения восприимчивости схема невосприимчива настолько, насколько ее самый слабый компонент, использование всех HC CMOS с одним затвором TTL по-прежнему обеспечивает только тот же уровень устойчивости, который может выдержать затвор TTL (запас шума 0,4 В по сравнению с 1,0 В для HC КМОП).
Таблица 4.2. Сравнение общей логики семейных параметров
| Logic Family | Время подъема / падения (NS) | пропускная способность (МГц) | Шум (MHZ) | Шум (V) | Развязка конденсатора (NF) |
|---|---|---|---|---|---|
| CMOS | 100 | 6.3 | 1.0 | 1.0 | 0.47 |
| LTTTL | 20/10 | 20 | 90129 | 0.4 | 0.33 |
| TTL | 10 | 32 | 0,4 | 2.2 | HC CMOS | 10 | 32 | 1.0 | 0.33 |
| LS | |||||
| LS | 10/6 | 40 | 0.3 | 3.3 | |
| ALS | 4 | 100 | 0.4 | 2.2 | 2.2 |
| S | 3/25 | 120 | 0.3 | 1.5 | |
| F | |||||
| F | 1.75 | 180 | 0.3 | 1.5 | ECL-10K | 2 | 160 | 0.125 | 0.125 | 0.22 |
| ECL-100K | 1 | 1 | 320 | 0,125 | 0.22 |
Иммунитет могут быть улучшены во многих комбинационных цепях, просто, имея все неиспользуемые булавки высокими или низкий, обычно через резистор.Это особенно верно для строк ввода, которые можно оставить открытыми, но это повлияет на функциональность (например, строки ENABLE, PRESET и CLEAR). Когда логические линии не нагружены, входы часто плавают примерно на половине линии питания, во многих случаях уменьшая запас по шуму наполовину, поскольку отклонение напряжения, необходимое для изменения состояния, уменьшается вдвое. Если добавить дополнительное смещение постоянного тока, например, из-за падающей радиочастотной демодуляции, фактическое шумовое напряжение, необходимое для срабатывания вывода, может составлять всего несколько десятков милливольт.Чтобы свести к минимуму энергопотребление из-за оконечной нагрузки, неподключенные контакты обычно подключаются к шине заземления через резистор высокого номинала (например, 4,7 кОм).
4.3.3 Микропроцессоры
Существует множество типов и конструкций микропроцессоров, и не все изложенные здесь идеи применимы ко всем вариантам. В частности, для типов микроконтроллеров со встроенной памятью и функциями интерфейса могут быть доступны дополнительные методы, которые не рассматриваются в этом разделе. При использовании микроконтроллеров или встроенных микропроцессоров с другими встроенными функциями также ознакомьтесь с разделом, описывающим дополнительные встроенные функции, обсуждаемые здесь как отдельные устройства ИС (например,грамм. память, аналого-цифровые преобразователи или АЦП).
Использование процессора с минимальной тактовой частотой обычно возможно в приложениях, где устройство используется в качестве интеллектуального контроллера, а не в базовых конструкциях компьютеров (т.е. универсальные или персональные компьютеры, ПК). Возможно, это несколько очевидный выбор, поскольку более медленные процессоры обычно также являются более дешевыми типами. Выбор скорости процессора не всегда может быть легко определить, поскольку некоторые производители могут продавать более быстрые версии, чтобы сместить запасы, под этикеткой более медленной версии, поскольку эти более быстрые устройства соответствуют спецификации более медленного продукта.Другая возможная проблема при попытке использовать конструкцию с более низкой скоростью заключается в том, что многие процессоры уменьшаются в размерах производителями для достижения более высокого выхода деталей на кремниевую пластину. Уменьшенные размеры элементов обычно приводят к более быстрым транзисторам; следовательно, хотя тактовая частота процессора может не увеличиваться, время нарастания и спада может быть увеличено, и поэтому содержание гармоник будет двигаться вверх по шкале частот. Поставщик может не уведомлять о многих из этих изменений, поэтому сначала микропроцессор может быть в порядке, а затем в течение его производственного жизненного цикла начинают возникать проблемы с электромагнитной совместимостью.Несмотря на то, что деталь по-прежнему продается с той же спецификацией, по-прежнему маркируется и упаковывается, внутреннее время нарастания уменьшилось, а затем повысились уровни высокочастотного шума и восприимчивость. Если возможно и доступен процессор с более высокой скоростью, полезно попробовать более быстрое устройство в конструкции с более низкой тактовой частотой, чтобы оценить, как более быстрое время нарастания/спада повлияет на общую ЭМС схемы. Надеюсь, что если следовать разводке печатной платы и другим рекомендациям по компонентам, это не будет проблемой.
Во многих приложениях может отсутствовать возможность использования более медленных микропроцессоров, особенно там, где речь идет о работе в реальном времени или где важным фактором является скорость обработки. Существует еще много способов уменьшить вероятность возникновения проблем с электромагнитной совместимостью.
Микропроцессоры с внешней кэш-памятью должны располагаться очень близко к устройству кэш-памяти, как и сопроцессоры. Микропроцессор, внешний кэш и сопроцессор обмениваются данными с очень высокой скоростью, поэтому длина отслеживания печатной платы должна быть минимизирована, чтобы уменьшить излучаемый шум.Любая тактовая схема также должна быть расположена близко, и всем этим ИС потребуются развязывающие конденсаторы.
Потребляемая микропроцессорами электрическая мощность увеличивается по мере увеличения их вычислительной мощности, и нередко требуется функция питания (например, регулятор) очень близко к микропроцессору IС с отдельным шунтирующим конденсатором для уменьшения его влияния на постоянный ток питания других цепей.
Микропроцессоры и другие ИС, которые имеют несколько линий питания, либо несколько шин напряжения, либо несколько шин, соединенных внутри и/или на печатной плате, должны иметь отдельный развязывающий конденсатор на каждый контакт питания.Значение может быть довольно низким, скажем, 4,7 нФ на контакт. Если также имеется несколько заземляющих шин, соедините их вместе непосредственно с заземляющей пластиной и/или поместите заземляющую плоскость изображения (покрытая металлизация) на поверхность непосредственно под ИС, это уменьшит сопротивление земли и излучаемый шум на ИС.
При наличии микропроцессора, который будет генерировать тактовый сигнал на кристалле из внешнего кристалла или генератора, обычно предпочтительнее отдельной схемы драйвера тактового сигнала. Процессор обычно является устройством с самым высоким энергопотреблением на тактовой частоте, поэтому расположение тактового генератора рядом с процессором обеспечивает минимальное энергопотребление привода на тактовой частоте, распределенной по печатной плате.Это также снижает вероятность искажения шума из-за неправильной синхронизации микропроцессора. Шум на часах вызовет более серьезные проблемы для процессора, чем для любой другой схемы в большинстве конструкций.
Рисунок 4.6. Несколько развязывающих конденсаторов
Как и в большинстве цифровых устройств, контакты, которые являются входными или смешанными входными/выходными, обычно имеют контакты с высоким импедансом. Эти штыри часто либо плавают в средней точке шин питания, либо находятся под неопределенным напряжением из-за внутренних путей утечки.В любом случае выводы с высоким импедансом чувствительны к шуму и могут регистрировать ложные уровни, если они не подключены должным образом. Выводы, которые являются входными и не имеют внутренней терминации или терминированы через внешне подключенные ИС, нуждаются в некотором высоком сопротивлении (скажем, резисторе 4,7 кОм или 10 кОм), подключенном к каждому контакту и заземлению, чтобы гарантировать наличие известного состояния. Это особенно верно для запросов на прерывание (IRQ) и выводов сброса, поскольку ложное состояние на этих выводах из-за шума будет иметь катастрофические последствия для поведения схемы.Часто наблюдается повышенное потребление тока, особенно в КМОП-устройствах, когда входные контакты не заделаны, так как входная защелка наполовину открыта, наполовину закрыта, что приводит к току утечки внутри ИС. Таким образом, подключение входных контактов с высоким импедансом может привести к снижению потребляемого тока, что является еще одним преимуществом как с точки зрения ЭМС, так и с точки зрения функциональности.
Из-за влияния прерываний на работу микропроцессора эти контакты являются одними из самых чувствительных на устройстве. IRQ также может быть опрошен от устройств на расстоянии до микропроцессора на печатной плате или даже на сменном адаптере или платах подсистемы.Следовательно, важно убедиться, что любая линия, подключенная к запросу на прерывание, защищена от переходных процессов ESD. Если возможно, микропроцессор должен иметь прерывания, запускаемые по уровню, поскольку они менее чувствительны к шуму и, если они не синхронизированы намеренно для конкретной функции прерывания, не должны быть синхронизированы с часами. Двунаправленные диоды, трансорбы или металлооксидные варисторы на линии IRQ обычно подходят для защиты от электростатического разряда и помогают уменьшить перерегулирование и звон, не создавая значительной нагрузки на линию.Опять же, резистивная терминация также будет поддерживать линию IRQ в фиксированном состоянии, когда она не опрашивается.
Рисунок 4.7. Двунаправленная диодная защита IRQ
Микропроцессор может быть подключен к драйверу линии для связи с шиной. Шина является вторым наиболее вероятным источником (после линии питания) переходного процесса от электростатического разряда, достигающего микропроцессора, и, следовательно, если микроконтроллер напрямую подключен к шине, гарантируется адекватная защита от электростатического разряда на этих соединениях.Если процессор не имеет адекватной встроенной защиты, используйте защищенный буфер в качестве промежуточного интерфейса или диодную матрицу защиты шины. Защита должна быть ближе к линиям шины, а не к самому процессору. Этот тип защиты имеет коммерческий смысл, а также ЭМС, поскольку обычно микропроцессор является самым дорогим компонентом на печатной плате, несколько сотен долларов микропроцессора можно защитить с помощью диодов стоимостью в несколько центов.
Рисунок 4.8. Буфер шины с защитой от электростатического разряда
4.3.4 Сторожевые схемы
Сторожевой таймер — это схема, которая отслеживает состояние цифровой линии, чтобы определить, произошел ли сбой в системе или произошел ли замкнутый цикл. Схема обычно используется со схемами микропроцессора или микроконтроллера, где процессор отслеживается на предмет аппаратного или программного сбоя (см. главу 8).
Схема работает как аппаратный таймер, требуя тактового сигнала для синхронизации и контролируемой линии для выполнения сброса счетчика до истечения времени ожидания. Когда сторожевой таймер достигает состояния тайм-аута, устройство опрашивает линию сброса микропроцессора или контролируемой цифровой схемы.Установка периода ожидания сторожевого таймера является сложной задачей и зависит от системного приложения, обычно это время составляет от 10 мс до 2 с.
Схема сторожевого устройства на самом деле не улучшает помехоустойчивость или восприимчивость цифровой схемы, но может обеспечивать управляемое восстановление, если система выходит из строя из-за переходного процесса электростатического разряда или другого шумового сигнала, связанного с электромагнитными помехами, переводящего систему в неопределенный режим работы . Схема сторожевого таймера — это функция безопасности для восстановления системы в случае проблем с помехоустойчивостью, она по-прежнему полезна в случае избыточных электромагнитных помех от сред, в которых система не предназначена для работы (например,грамм. удары молнии, короткие замыкания на периферийных платах).
Микропроцессоры со встроенными сторожевыми таймерами потенциально проще всего использовать, все, что требуется, — это несколько строк дополнительного кода для обработки программы синхронизации и установки необходимых счетчиков. Некоторые микропроцессоры могут иметь функцию сторожевого таймера, запрограммированную на кристалле, если доступен таймер автономной работы, и в код добавлено соответствующее программирование сброса.
Рисунок 4.9. Встроенный сторожевой счетчик
Если не предусмотрена встроенная сторожевая функция, для большинства схем и микропроцессоров потребуется некоторое программирование и выходной контакт, предназначенный для обновления сторожевого таймера.Слабость внешних сторожевых схем заключается в том, что они предполагают, что ошибка возникает внутри контролируемого микропроцессора или цифровой схемы. Избыточная проблема электромагнитных помех, вызывающая ложное срабатывание тактового генератора, может привести к сбросу сторожевого таймера или ложному тактированию (т. е. проблема электромагнитных помех с самим сторожевым таймером). Время ожидания сторожевого таймера может истечь быстрее, чем предполагалось, в то время как контролируемая цифровая схема (микропроцессор) может фактически быть невосприимчивой к этим проблемам шума благодаря другим мерам защиты от ЭМС. ИС сторожевого таймера
доступны как дискретные функции с программируемыми или фиксированными периодами времени ожидания.Схема также может быть изготовлена с использованием простой схемы делителя с линией сброса. Схемы сторожевого таймера должны быть максимально надежными, поэтому программируемые типы не рекомендуются для обеспечения максимальной надежности, поскольку их программа также может быть повреждена и привести к ложным сбросам сторожевого таймера. Триггер для переключения сторожевого таймера (часы) не обязательно должен исходить от системных часов, фактически в большинстве случаев предпочтительнее более низкая скорость переключения. Преимущество более медленного переключения для сторожевого устройства состоит в том, что линия переключения может быть отфильтрована от высокоскоростных переходных процессов с помощью простого RC- или LC-фильтра нижних частот, не влияя на системные часы.
Другим преимуществом сторожевых схем является фиксированный переключатель сброса выхода (защелка). Если линия сброса привязана к тактовой частоте основной системы, длительность сброса в шумной системе может оказаться недостаточной для активации линии сброса микропроцессора. Однако схема сброса с фиксацией выходного сигнала потребует, чтобы условие сброса было подтверждено микропроцессором, а затем также был сброшен сторожевой таймер. Если обратная связь для сброса сторожевого таймера не инициирована, микропроцессор немедленно снова увидит сброс после перезапуска.
В качестве альтернативы методу обратной связи можно использовать нестабильный выходной сигнал сторожевого устройства. Это легко и просто достигается при использовании стандартной схемы делителя. В этой схеме нестабильная выходная линия сброса сторожевого устройства постоянно переключается на высокий уровень, а затем на низкий уровень, пока микропроцессор не перезапустится. Линия сброса фактически задерживает запуск микропроцессора на фиксированный период (обычно период тайм-аута), пока линия не переключится и процессор не сможет перезапуститься.
Цепь сторожевого таймера, чувствительная к уровню, имеет то преимущество, что она более устойчива к тактовым помехам, чем устройства с запуском по фронту; однако недостатком является то, что сторожевой таймер контролирует сигнальную линию, которая застряла в фиксированном состоянии.При сбросе сторожевого таймера, запускаемом фронтом, это не вызовет проблем, так как таймер будет сброшен только на фронте и, как обычно, истечет время ожидания. При срабатывании сторожевого устройства по уровню фиксированный уровень сброса не позволит сторожевому устройству сбросить микропроцессор, и, следовательно, сброс сторожевого устройства должен быть связан по переменному току с контролируемым сигналом.
Рисунок 4.10. Внешняя схема сторожевого устройства, связанная по переменному току
Хорошим решением для функции сторожевого устройства является использование выделенного выходного порта микропроцессора и добавление в систему кода для его установки и сброса по мере выполнения программы.Затем его следует соединить с линией сброса сторожевого устройства через цепь связи по переменному току. Преимущество здесь в том, что самой системе требуется две команды для сброса сторожевого таймера, как установка, так и сброс, поэтому, если возникает ошибка цикла, которая включает только одну из этих команд, сторожевой таймер все равно будет работать эффективно.
Схема сторожевого устройства часто используется поставщиками микропроцессоров как способ проектирования с учетом ЭМС, но следует помнить, что они не улучшают фактические характеристики ЭМС схемы.Ошибки, вызванные проблемами программного обеспечения или неисправностями оборудования, также могут вызывать сброс сторожевого устройства, поэтому схема не является исключительно устройством защиты от электромагнитных помех. Преимущество схемы сторожевого таймера заключается в том, что система не должна переходить в аварийный режим работы в случае возникновения ошибки (электромагнитные помехи, аппаратная или программная ошибка), а восстанавливается до известного состояния сброса (дальнейшее обсуждение см. в главе 8). Схема сторожевого таймера также может быть объединена с задержкой сброса при включении питания, сбросом при отключении питания и другими функциями сброса системы без дополнительных программных издержек, поскольку все эти функции имеют цикл восстановления, который фактически представляет собой программный или системный сброс.
4.3.5 Программируемые устройства
Сегодня на рынке представлено множество программируемых устройств, которые лучше всего рассматривать в других разделах этой главы. Например, микроконтроллеры с одноразовым программированием (OTP) рассматриваются в примечаниях к микропроцессорам. Программируемые логические матрицы (PLA) и программируемые вентильные матрицы (FPGA), вероятно, лучше всего решать с помощью секции комбинационной логики.
Еще одной функцией, которую некоторые разработчики включают в программируемые устройства, являются тестовые векторы, подведенные к внешним контактам, используемым исключительно для тестирования.Если эти контакты не подключены должным образом, они могут действовать как непреднамеренные излучатели; однако подключение согласующих резисторов может существенно повлиять на внутренние задержки распространения. Было бы рекомендовано, чтобы проектировщики подключали эти векторы только во время оценки и удаляли вывод вектора или отключали его внутри в производственных единицах.
Тактовые сигналы должны приниматься только через один контакт, если нет двух разных тактовых частот. Введение одних и тех же тактовых импульсов через разные дорожки на печатной плате может нарушить синхронизацию и внести шум частоты тактовых импульсов в сигналы и линии питания.
4.3.6 Память
Помимо минимизации скорости памяти (ПЗУ или ОЗУ), используемой для соответствия схеме, и размещения памяти рядом с процессором для минимизации длины дорожек печатной платы, мало что можно сделать для улучшения характеристик электромагнитной совместимости. запоминающих устройств.
Память для чтения/записи (ОЗУ), возможно, является одной из наиболее восприимчивых ИС к воздействию переходных процессов, искажающих данные. Как правило, данные хранятся в виде заряда на затворе транзистора внутри устройства, поэтому вероятность того, что данные, адрес или переходный процесс в линии питания вызовут повреждение ячейки данных, может быть довольно высокой.Динамическое ОЗУ (DRAM) немного более восприимчиво, чем статическое (SRAM), поскольку ячейки регулярно перезаписываются, помогая поддерживать заряд, но это допускает потенциальное повреждение через линии питания во время множественного доступа обновления к каждой ячейке. Разница в восприимчивости DRAM и SRAM к электромагнитным помехам очень незначительна, и обе из них выиграют от устройств защиты от переходных процессов на линиях данных и питания, особенно если они подключены к шинным линиям данных и адресным линиям без ИС буферизованного доступа.
404 Ошибка — Страница не найдена
Страна COUNTRYAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCaribbean NetherlandsCayman IslandsChadChileChinaChristmas IslandCocos IslandsColombiaComorosCongo, Демократическая RepublicCook IslandsCosta RicaCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyIvory CoastJamaicaJapanJerseyJordan KazakhstanKenyaKiribatiKosovoKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfork IslandNorwayOmanPakistanPalauPalestinian TerritoryPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairn IslandPolandPortugalPuerto RicoQatarRepublic из CongoReunionRomaniaRussiaRwandaSaint HelenaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSaint Пьер и MiquelonSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint MaartenSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Грузии и Южные Сандвичевы IslandsSouth KoreaSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyriaTaiwanTajikistanTanzaniaThaila нд ТогоТокелауТонгаТринидад и ТобагоТунисТурцияТуркменистанОстрова Теркс и КайкосТувалуУгандаУкраинаОбъединенные Арабские ЭмиратыВеликобританияСоединенные ШтатыОтдаленные малые острова СШАУругвайУзбекистанВануатуВатиканВенесуэлаВьетнамВиргинские острова, Британские Виргинские острова, СШАЗападная СахараЙеменЗамбияЗимбабве
Роль развязки, индуктивности и сопротивления в PDN | Блог
Захария Петерсон|  Создано: 1 июля 2019 г.  |  Обновлено: 8 апреля 2021 г.
Вы можете добавить один из этих компонентов в свою развязывающую сеть
В предыдущей статье мы рассмотрели роль развязывающих конденсаторов, а также разницу между развязкой и шунтированием.Развязывающий конденсатор выполняет те же функции, что и обходной конденсатор, но он также выполняет еще одну важную функцию, заключающуюся в том, что он компенсирует изменения потенциала земли при переключении ИС.
Существует еще один важный момент, связанный с проектированием PDN для обеспечения целостности электропитания. Это роль индуктивности при проектировании вашей PDN. В высокоскоростных конструкциях (которые в настоящее время есть во всех конструкциях) цепь развязки, как правило, чисто емкостная, пока вы не начнете смотреть на достаточно высокие частоты.Теперь есть индуктивность, которая может создавать большую переходную характеристику в PDN. Это поднимает два вопроса:
- Поскольку мощность на PDN может демонстрировать некоторую переходную характеристику с индуктивностью, можем ли мы убедиться, что характеристика критически затухает?
- Если ответ на вопрос №1 «Нет», можем ли мы гарантировать, что возмущение напряжения из-за тока, протекающего через сеть PDN, будет сведено к минимуму?
Ответ на вопрос № 1 — «Да», но, как мы увидим, путь № 2 более практичен и является стандартной практикой в отрасли.Как мы увидим, попытка № 1 дает нам возможность много узнать о реальных конденсаторах, индуктивности в PDN и о том, что такое развязка.
Цель развязывающей сети PDN
Проектирование развязывающей сети — непростая задача. В низкочастотных цепях для развязки было достаточно использовать развязывающий конденсатор. Частота собственного резонанса многих меньших конденсаторов все еще была несколько выше, чем частота колена для многих логических семейств, поэтому было бы трудно привести силовую шину в резонанс во время переключения.Кроме того, развязывающие конденсаторы также будут действовать как шунтирующие конденсаторы для компенсации изменений потенциала при переключении ИС.
В семействах более быстрой логики частоты колена теперь могут совпадать с частотой собственного резонанса эквивалентной схемы, образованной шунтирующим/развязывающим конденсатором, шиной питания, любыми соседними шунтирующими/развязывающими конденсаторами, проводниками, соединяющими компоненты, и самими компонентами . Это создает возможность звона в шине питания с высокоскоростными цепями при переключении логических вентилей.При многократном переключении это вызовет возбужденные резонансные колебания в силовой шине с большой амплитудой. Как и в случае с дребезгом земли, один коммутирующий выход на ИС может не иметь большого эффекта, но одновременное переключение многих компонентов может вызвать значительный звон в шине питания и большие изменения уровня напряжения, наблюдаемые на выводах питания ИС. .
По этой причине индуктивность в PDN считается плохой вещью: она создает более высокий импеданс во всем спектре импеданса PDN за пределами определенного диапазона частот.Высокое широкополосное сопротивление плохо для широкополосных цифровых сигналов, поскольку эти сигналы будут преобразовывать переходный ток в большее напряжение во всей полосе пропускания сигнала. При большом потреблении тока звон в шине питания может превышать допуски по уровням напряжения ядра вблизи одной из резонансных частот в PDN. Есть некоторые рекомендации, которые предлагают добавить катушку индуктивности, конденсатор, а иногда и резистор , чтобы снизить уровень звона в определенных пределах. Стоит посмотреть, как именно индуктивность влияет на шину питания и вызывные сигналы, и как может выглядеть «критически демпфированная» PDN.
Подавление звонков PDN с помощью развязывающей сети
Как обсуждалось в предыдущей статье, эквивалентная модель RLC для развязывающего конденсатора может иметь недостаточное демпфирование, и вы можете попытаться приблизить эту схему к случаю с критическим демпфированием, насколько это возможно. Однако вам нужно будет рассмотреть всю эквивалентную схему для развязывающего конденсатора и остальной части системы.
В идеале вы хотите подавить звонок несколькими способами:
- Критическое демпфирование или избыточное демпфирование отклика на шине питания.Это довольно просто, поскольку требует добавления некоторых пассивных элементов (катушки индуктивности, резистора или того и другого) для изменения условий резонанса.
- Добавьте компоненты, которые сдвигают резонансную частоту в любой части схемы до значений, выходящих за пределы спектра мощности сигнала переключения. Подкованный читатель, вероятно, заметит, что это просто переформулировка пункта № 1 .
- Добавьте параллельно конденсаторы с разными резонансными частотами, чтобы попытаться сгладить весь спектр импеданса PDN.Перекрывающиеся участки с низким импедансом должны объединяться, чтобы обеспечить достаточно низкий импеданс по всей ширине полосы сигнала.
№ 1 и № 2 могут подойти для аналогового PDN, поскольку вам следует заботиться только о том, что происходит в очень узкой полосе пропускания. #3 более важен для цифровых компонентов, которые имеют широкую полосу пропускания.
Перспектива демпфирования
Эти три метода несколько взаимоисключающие. Добавление катушки индуктивности последовательно между развязывающим конденсатором и микросхемой увеличит импеданс любых высокочастотных сигналов (включая сигнал вызова), распространяющихся к нагрузке, но также снизит резонансную частоту.Кроме того, это уменьшит постоянную демпфирования на более высокий уровень, поскольку резонансная частота только обратно пропорциональна квадратному корню из индуктивности. Следовательно, если отклик развязывающего конденсатора уже слишком демпфирован, добавление последовательной катушки индуктивности между развязывающим конденсатором и нагрузкой может приблизить отклик к критическому демпфированию.
Если ответ, наблюдаемый на шине питания, уже недостаточно демпфирован, вам необходимо увеличить константу демпфирования и уменьшить амплитуду звона.Одним из простых способов является использование конденсатора с большим эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Обратите внимание, что электролитические конденсаторы, как правило, имеют более высокие значения ESR. Другой вариант — добавить резистор и катушку индуктивности перед соответствующей ИС, как показано на схеме ниже:
Сеть полной развязки с шунтирующим конденсатором
Обратите внимание, что L в приведенной выше модели равен индуктивности проводника (например, индуктивности силовой плоскости), ведущего к нагрузке, плюс значение развязывающего индуктора.Постоянная демпфирования в эквивалентной цепи RLC, образованной нагрузкой, развязывающим конденсатором, L и R, равна обычному значению для последовательной цепи RLC. Добавление катушки индуктивности снижает частоту собственного резонанса, а добавление небольшого резистора R может увеличить затухание в цепи. Когда R равно критическому значению, показанному выше, переходная характеристика в этой схеме может быть критически затухающей.
Резисторыотлично подходят для добавления демпфирования. К сожалению, вы теряете мощность, поэтому резистор хорош только тогда, когда он имеет низкое значение, чтобы на нем не падало слишком много напряжения.Альтернативный способ взглянуть на демпфирование — убрать резистор и просто рассмотреть емкость развязки / байпаса с любой индуктивностью между ними и нагрузкой.
Альтернативная сеть развязки
Сеть, показанная выше, увеличит падение напряжения постоянного тока во всей PDN, поэтому существует альтернативная развязывающая сеть, которая приближается к критическому демпфированию:
Альтернативная развязывающая сеть с шунтирующим конденсатором
Эти уравнения сообщают вам, каковы пределы емкости байпаса и развязки для заданных значений ESR, ESL и L, которые дадут вам критическое демпфирование.Обратите внимание, что L не обязательно может быть реальной катушкой индуктивности; мы могли бы смотреть на индуктивность шины питания, хотя в таком случае у нас было бы R, приближающееся к нулю, и ESR, контролируемое ниже определенного значения.
В этой сети критическое сопротивление такое же, как и в предыдущей сети. Однако существует также ограничение на номиналы развязывающего и шунтирующего конденсаторов (показано выше). Увеличение демпфирующего сопротивления в пределах, указанных выше, приведет к переходу отклика в режим передемпфирования, что замедлит общий отклик от развязывающего конденсатора.
Заключительные мысли об импедансе PDN
Важно помнить о роли индуктивности в любом ПДН, будь то паразитный элемент или намеренно размещенный. С точки зрения схемы утверждается, что шунтирующий конденсатор, помещенный между контактами питания и заземления на нагрузке, обеспечит путь к земле с низким импедансом для высоких частот, в основном снижая общий импеданс PDN ниже частоты собственного резонанса конденсатора и делая PDN похожим на фильтр нижних частот. Индуктивность контрпродуктивна и в конечном итоге делает импеданс чисто индуктивным.
Это должно проиллюстрировать смысл размещения развязывающих конденсаторов на PDN вместе с блокировочными конденсаторами рядом с крупными ИС. Развязывающие конденсаторы представляют собой набор элементов с низким импедансом, включенных параллельно, с целью создания общего низкого импеданса в PDN.
При проектировании PDN для вашей печатной платы вам потребуются инструменты компоновки и моделирования в Altium Designer, чтобы убедиться, что ваша плата не имеет проблем с целостностью питания и целостностью сигнала. Использование симуляций цепей поможет вам правильно выбрать и разместить компоненты, а также позволит вам визуализировать поведение электрических сетей в PDN во время переходного процесса.
Свяжитесь с нами или загрузите бесплатную пробную версию, если хотите узнать больше об Altium Designer. У вас будет доступ к лучшим в отрасли инструментам маршрутизации, компоновки и моделирования. Поговорите с экспертом Altium сегодня, чтобы узнать больше.
.