Eine Schaltung systematisch und effizient testen

Ich muss die Reaktion einer Schaltung auf Schwankungen der Komponentenwerte bestimmen. Was sind gängige Go-to-Methoden dafür?

Hintergrund : Ich bin ein wachsender Anfänger im Elektronikdesign. Meine Frage bezieht sich also auf gängige De-facto-Strategien, die von erfahrenen Bastlern und Profis gleichermaßen akzeptiert werden. Wozu? Analysieren, wie sich eine Schaltung für verschiedene Kombinationen der Werte ihrer Komponenten (und anderer Parameter) verhält. Und das strukturiert, systematisch und effizient.

Mein erster Gedanke ist eine SPICE-Simulation. Aber ich möchte bestätigen, ob dies "es" ist oder ob es andere Ansätze gibt, die mir nicht bekannt sind.

Kontext : Ich habe eine einfache Optokopplerschaltung wie unten gezeigt. Die linke Seite (1) arbeitet auf einem anderen Potential als die rechte (2). Und eine MCU auf der rechten Seite muss ein analoges Signal auf der linken Seite lesen ( V_ana_1). Daher der Optokoppler. Ich benutze es zum Konvertieren V_ana_1, V_ana_2was dann in die MCU eingespeist wird.

Jetzt ist die Antwort des Optokopplers nicht linear. Ich möchte also wählen , dassR1R2 V_ana_2 der Bereich in den empfindlichen (im Gegensatz zum gesättigten) Bereich dieser Antwort für einen bestimmten V_ana_1Bereich von beispielsweise 2-3 V fällt.

Was ist ein guter Weg, dies zu tun, ohne physisch und manuell verschiedene Widerstandswerte auszuprobieren? (Das habe ich getan, weshalb ich diese Frage stelle - das war ein Schmerz.)

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Woah, das ist eine ganze Menge in einer Frage. Weitere Informationen finden Sie unter electronic.stackexchange.com/help/how-to-ask . Halten Sie die Fragen in Zukunft spezifisch und nicht breit. Die letzte Frage ist gut.
Das ist ein ziemlich schlechtes Beispiel. Werfen Sie einen Blick auf das Datenblatt eines typischen Optokopplers. Sie werden massive Unterschiede in den elektrischen Spezifikationen feststellen . Egal welchen Widerstand Sie wählen, er wird nur für eine einzelne Platine gut sein. Wenn Sie analoge Signale mit einem Optokoppler übertragen möchten, würden Sie zwei angepasste verwenden, damit Sie eine gewisse Rückkopplung haben können.
Oder ein linearer Optokoppler: (wie dieser) [ vishay.com/docs/83622/il300.pdf] , wofür sie entwickelt wurden. Dieser hat zwei Optokoppler im selben Gehäuse, um eine Rückkopplung zu ermöglichen.
@laptop2d - Dieser Link sagt nichts über die Kürze aus. Und in Bezug auf die Spezifität ist der Fall des Optokopplers nur ein anschauliches Beispiel für eine größere, allgemeine Frage, die ich stelle.
@pipe - Auf der linken Seite ist ein Board eines Drittanbieters, in das ich "hacke". Ich habe keine Kontrolle darüber, würde das Einfügen eines Feedback-Mechanismus hier funktionieren?
@AndrewSpott - siehe Kommentar oben, bitte.
@oswinium Sie müssen sich nicht kurz fassen, aber diese Frage basiert auf Meinungen. "Was sind gängige Methoden dafür?" und vage. Es ist normalerweise gut, die Anzahl der Fragen beizubehalten, um spezifische Antworten zu fördern. Hätten Sie nur die erste Frage gestellt, wäre dieser Beitrag möglicherweise geschlossen worden (was keine schlechte Sache ist, es bedeutet nur, dass die Leute ihn nicht beantworten können).
Nun, Sie können trotzdem eine +1 von mir für defensive Fragen haben; Ich denke, die Leute sind hier zu kritisch mit Fragen.

Antworten (3)

Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, Intuition und grundlegende Berechnungen zu verwenden, anstatt Komponenten blind auszutauschen.

Für Ihr Beispiel haben Sie einen Optokoppler und möchten eine Spannung auf einer Seite nehmen und auf eine andere übertragen. Wie ich in den Kommentaren erwähnt habe, ist dies nicht das beste Werkzeug dafür (ein linearer Optokoppler wäre viel besser), und die Abweichungen von Teil zu Teil führen dazu, dass dies wahrscheinlich nicht funktioniert.

Hier ist der Optokoppler FOD852. Es war das erste Datenblatt, das auftauchte, als ich nach Optokopplern suchte. Auf der 4. Seite finden Sie eine Reihe von Abbildungen, die die Eigenschaften eines bestimmten Geräts zeigen.

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Kollektor-Emitter-Spannung als Funktion des Kollektorstroms für eine Reihe unterschiedlicher Durchlassströme der Diode. Wir wissen, dass wir wollen, dass ein bestimmter Bereich von Strömen durch die Diode einem bestimmten Bereich von Strömen (oder Spannungen) durch den Transistor entspricht:

Abbildung 8

Wir können ein bisschen schielen und sehen, dass ein Strom von ~ 3-10 mA zu einem Kollektorstrom von ~ 80-100 mA führt.

Wir wollen also einen Strom von 3-10 mA durch die Diode erzeugen, und wir wollen einen Strom von 80-100 mA durch einen Widerstand, um uns eine Vce von ~ 1 V zu geben.

Die 3-10mA werden mit einem Widerstand von (Avg(V_ana1) - V_f)/6mA erreicht, die 80-100mA werden mit einem Widerstand mit einem Wert von (Vcc2 - 1V)/90mA erreicht.

Indem wir ein wenig nachdenken und die uns zur Verfügung stehenden Daten verwenden, können wir eine ziemlich gute Vermutung anstellen.

Ist es also üblich, den Durchschnitt / Mittelpunkt der Spannungs- oder Strombereiche zu nehmen?
Es ist sicherlich am besten, eher in der Mitte als an einem Ende zu beginnen - die Dinge können an den Rändern nichtlinear werden oder Ihnen geht der Graph aus.
Ausgehend von dem, was @pjc50 gesagt hat, sollten Sie sicherstellen, dass der gesamte Bereich, an dem Sie interessiert sind, angemessen ist: Sie sollten sicherstellen, dass sowohl (max(V_ana1) - V_f)/R als auch (min(V_ana1) - V_f)/ R innerhalb des aktuellen Bereichs liegen, an dem Sie interessiert sind.

  • Der beste Weg besteht darin, Worst-Case-Toleranzen über T und V mit einem gewissen Spielraum für Herstellerabweichungen anzuwenden. Für zuverlässige Produktionsdesigns muss eine Alterung durchgeführt werden.

  • Oft werden Spezifikationen für V im schlimmsten Fall für CMOS bei Vcc-10% bei 25 ° C und über dem T-Bereich angegeben.

  • Wenn das Design den schlimmsten Fall nicht erfüllen kann, dann Monte-Carlo-Methoden für Parameter wie die Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte bei kontrollierten Impedanzen, Spurgenauigkeit usw. oder die für Zo durchgeführten TDR-Coupontests bezahlen.

  • Der beste Weg, ein Design zu verifizieren, ist der Test auf Funktionsausfall (HASS) während der DVT, um Spielräume und Grundursachen zu bestimmen. zB Xtal f über Spezifikationsbereich inkl. Toleranz bei 25°C und Temp. variieren. durch Einspritzung und Vmin bei Zyklustemperaturen mit hoher RH mit Vibration an Bord.

  • Bei jedem Test sollte ein Margenbudget verifiziert werden, z. B. Komparatorasymmetrie, Reglerfehlermarge usw., Stoß- oder Welligkeitsstrom/Rating, Rauschmarge, Zeitmarge, Echtzeit-Stack-Marge, Pufferüberlaufmarge usw. usw.

  • Das beste Design hat DFT und diese Parameter sind in der Designspezifikation definiert. dann ist die DVT einfacher durchzuführen. DVT= Designvalidierungstest. DFT=Design für Testbarkeit). Dies ermöglicht eine gute Fehlererkennung/-isolierung für Selbsttest, Funktionstest (FT) und In-cct-Test (ICT) und dann Systemtest.
  • Sobald das funktionale Design verifiziert ist, ist die Lötbarkeit die häufigste Ursache für schlechte Ergebnisse, was sich in schlechtem Design, Prozess oder Verfahren niederschlägt
  • Jeder Test sollte auf 1 Seite mit illustrierter Methode passen und ausgestattet sein. gebraucht
+1 für Monte Carlo. Sie müssen jedoch mit den Ergebnissen vorsichtig sein. Der gemessene Mittelwert folgt einer Normalverteilung und die gemessene Varianz einer Chi-Quadrat-Verteilung, vorausgesetzt, Sie haben normalverteilte Parameter.
Ja, wenn Monte-Carlo-Methoden keine optimalen Ergebnisse liefern, verwenden Sie Taguchi-Methoden und DoE, indem Sie alle relevanten Variablenparameter +/-10 % gleichzeitig in einer kleinen Anzahl von Experimenten variieren, um die Spannen und die Empfindlichkeit für jeden Parameter mit dem funktionellen Gesamtergebnis zu bestimmen.

Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung des SPICE-Simulators. Gehe hier hin,

http://www.linear.com/designtools/software/#LTspice

Herunterladen und installieren. Es ist frei. Es hat viele Beispiele für den Anfang, einschließlich Optokoppler.

Kurz gesagt, jedes Schaltplanelement kann durch ein realistisches Parametermodell (SPICE) dargestellt werden, das vom Teilehersteller extrahiert wird. Der Simulator berechnet dann ALLES abhängig von der Art des Stimulus, der an die Schaltungseingänge angelegt wird. Für einen kommerziellen Simulator würde es alles für alle Temperatur- und Spannungsecken der Teile berechnen. LTspice gibt Ihnen Ergebnisse für typische Parameter. Lesen Sie Tutorials und genießen Sie die Reise.

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