Probar un circuito de manera sistemática y eficiente.

Necesito determinar la respuesta de un circuito a las variaciones en los valores de los componentes. ¿Cuáles son los métodos comunes de acceso para esto?

Antecedentes : soy un novato en crecimiento en diseño electrónico. Entonces, mi pregunta es sobre las estrategias comunes y de facto aceptadas tanto por aficionados experimentados como por profesionales. ¿Para qué? Analizar cómo se comporta un circuito para diferentes combinaciones de los valores de sus componentes (y otros parámetros). Y hacerlo de forma estructurada, sistemática y eficiente.

Mi primer pensamiento es una simulación SPICE. Pero me gustaría confirmar si esto es 'eso' o si hay otros enfoques que desconozco.

Contexto : tengo un circuito optoacoplador simple como se muestra a continuación. El lado izquierdo (1) opera con un potencial diferente al derecho (2). Y una MCU a la derecha necesita leer una señal analógica a la izquierda ( V_ana_1). De ahí el optoacoplador. Lo uso para convertir V_ana_1a V_ana_2lo que luego se alimenta a la MCU.

Ahora la respuesta del optoacoplador no es lineal. Así que me gustaría elegir R1y R2tal que V_ana_2 el rango caiga dentro de la región sensible (a diferencia de la saturada) de esta respuesta para un V_ana_1rango dado de, digamos, 2-3 V.

¿Cuál es una buena manera de hacer esto sin probar física y manualmente diferentes valores de resistencia? (Que es lo que hice, por eso estoy haciendo esta pregunta, eso fue un dolor).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Woah, eso es mucho para asimilar todo en una pregunta. Consulte electronics.stackexchange.com/help/how-to-ask . En el futuro, mantenga las preguntas específicas y no amplias. La última pregunta es buena.
Este es un ejemplo bastante malo. Eche un vistazo a la hoja de datos de un optoacoplador típico. Verá variaciones masivas en las especificaciones eléctricas. No importa qué resistencia seleccione, solo será buena para una sola placa. Si desea transferir señales analógicas con un optoacoplador, usaría dos emparejados, para que pueda tener alguna retroalimentación.
O un optoacoplador lineal: (como este)[ vishay.com/docs/83622/il300.pdf] , para lo que fueron diseñados. Este tiene dos optoacopladores en el mismo paquete para permitir la retroalimentación.
@ laptop2d: ese enlace no dice nada sobre la brevedad. Y con respecto a la especificidad, el caso del optoacoplador es solo un ejemplo ilustrativo de una pregunta general más amplia que estoy haciendo.
@pipe: en el lado izquierdo hay un tablero de terceros que estoy 'hackeando'. No tengo control sobre él, entonces, ¿funcionaría insertar un mecanismo de retroalimentación aquí?
@AndrewSpott: vea el comentario anterior, por favor.
@oswinium, no tiene que ser breve, pero esta pregunta se basa en la opinión "¿Cuáles son los métodos comunes para esto?" y vago. Por lo general, es bueno mantener la cantidad de preguntas para promover respuestas específicas, si hubiera hecho solo la primera pregunta, esta publicación podría haberse cerrado (lo cual no es malo, solo significa que las personas no pueden responderla)
Bueno, puedes tener un +1 de mí de todos modos para preguntas defensivas; Creo que la gente es demasiado crítica con las preguntas aquí.

Respuestas (3)

En general, es preferible usar la intuición y los cálculos básicos en lugar de cambiar ciegamente los componentes dentro y fuera.

Para su ejemplo, tiene un optoacoplador y desea tomar un voltaje en un lado y transferirlo a otro. Como mencioné en los comentarios, esta no es la mejor herramienta para esto (un optoacoplador lineal sería mucho mejor), y las variaciones de parte a parte hacen que esto probablemente no funcione.

Aquí está el optoacoplador FOD852. Fue la primera hoja de datos que apareció cuando busqué optoacoplador. En la cuarta página hay una serie de figuras que muestran las características de un dispositivo en particular.

La Figura 8 muestra un gráfico de la tensión del colector al emisor en función de la corriente del colector, para varias corrientes directas diferentes del diodo. Sabemos que queremos que algún rango de corrientes a través del diodo sea igual a algún rango de corrientes (o voltaje) a través del transistor:

Figura 8

Podemos entrecerrar los ojos y ver que una corriente de ~3-10 mA conducirá a una corriente de colector de ~80-100 mA.

Por lo tanto, queremos generar una corriente de 3 a 10 mA a través del diodo y queremos una corriente de 80 a 100 mA a través de una resistencia para obtener una Vce de ~1 V.

Los 3-10mA se logran con una resistencia de (Avg(V_ana1) - V_f)/6mA, Los 80-100mA se logran con una resistencia de valor (Vcc2 - 1V)/90mA.

Al pensar un poco y usar los datos disponibles, podemos hacer una suposición bastante buena.

¿Es práctica común, entonces, tomar el promedio/punto medio de los rangos de voltaje o corriente?
Sin duda, es mejor comenzar cerca del medio en lugar de en un extremo: las cosas pueden volverse no lineales en los bordes o se queda sin gráfico.
Ampliando lo que dijo @pjc50, debe asegurarse de que todo el rango que le interesa sea apropiado: querrá asegurarse de que tanto (max(V_ana1) - V_f)/R como (min(V_ana1) - V_f)/ R están dentro del rango actual que le interesa.

  • La mejor manera es aplicar tolerancias en el peor de los casos sobre T y V con cierto margen para la variación del proveedor, se debe realizar el envejecimiento para diseños de producción confiables.

  • A menudo, las especificaciones para el peor de los casos V se dan para CMOS a Vcc-10% a 25'C y sobre el rango T.

  • si el diseño no puede cumplir con el peor de los casos, entonces los métodos de Monte Carlo para parámetros como la constante dieléctrica de PCB en impedancias controladas, precisión de seguimiento, etc. o pagar las pruebas de cupón TDR realizadas para Zo.

  • La mejor manera de verificar un diseño es la prueba de falla funcional (HASS) durante la TVP para determinar los márgenes y la causa principal. ej., varíe Xtal f sobre el rango de especificaciones, incluida la tolerancia a 25'C y temp. por inyección y Vmin a temperaturas de ciclo con alta HR con vibración a bordo.

  • Cada prueba debe tener un presupuesto de margen verificado, por ejemplo, asimetría del comparador, margen de error del regulador, etc., corriente/valor nominal de sobretensión o ondulación, margen de ruido, margen de tiempo, margen de pila en tiempo real, margen de desbordamiento del búfer, etc.

  • el mejor diseño tiene DFT y estos parámetros definidos en la especificación de diseño. entonces la TVP es más fácil de realizar. TVP= Prueba de Validación de Diseño. DFT = Diseño para Testabilidad). Esto permite una buena detección/aislamiento de fallas para la autocomprobación, la prueba funcional (FT) y en el cct (ICT) y luego la prueba del sistema.
  • Una vez que se verifica el diseño funcional, la soldabilidad es la causa número 1 de los bajos rendimientos, lo que genera un mal diseño, proceso o procedimiento.
  • Cada prueba debe caber en 1 página con el método ilustrado y equipado. usado
+1 para Montecarlo. Eso sí, hay que tener cuidado con los resultados. La media medida sigue una distribución normal y la varianza medida una de chi cuadrado, siempre que tenga parámetros distribuidos normalmente.
Sí, entonces cuando los métodos de Monte Carlo no logran rendimientos óptimos, use los métodos de Taguchi y DoE variando todos los parámetros de las variables pertinentes +/- 10 % simultáneamente en una pequeña cantidad de experimentos para determinar los márgenes y la sensibilidad de cada parámetro con un resultado funcional general.

El método más común es usar el simulador SPICE. Ven aquí,

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

Descargar e instalar. Es gratis. Tiene muchos ejemplos para principiantes, incluidos optoacopladores.

Brevemente, cada elemento de los esquemas se puede representar mediante un modelo de parámetro realista (SPICE), extraído por el fabricante de la pieza. Luego, el simulador calcula TODO según el tipo de estímulo aplicado a las entradas del circuito. Para un simulador de grado comercial, calcularía todo para todas las esquinas de temperatura y voltaje de las piezas. LTspice le dará resultados para parámetros típicos. Lee tutoriales y disfruta del viaje.

Probar un circuito de manera sistemática y eficiente.
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