Zaloguj się
Wszystkie
12 lipca 2024
321
Popularne taśmy (inaczej: przewody wstążkowe płaskie) produkowane w rastrze 1 mm lub 1,27 mm przeznaczone są do zagniatania na złączach IDC lub pokrewnych. Najczęściej mają szarą izolację z czerwonym paskiem na jednej krawędzi. Można też spotkać się z płaskimi taśmami FFC/FPC do złączy non-ZIF, które doskonale znamy z wyświetlaczy. W moim artykule skupię się na tych pierwszych, bowiem to je stosuję w swojej praktyce najwięcej, lecz ogólne zasady dotyczyć będą każdego połączenia wieloprzewodowego.
Najlepiej uczyć się na błędach, lecz niekoniecznie na swoich. Przekonałem się o tym boleśnie kilkanaście lat temu, kiedy – jako początkujący konstruktor – dostałem zlecenie na zaprojektowanie systemu sterowania wyposażonego w wyświetlacz matrycowy połączony z główną płytką właśnie taśmą o rastrze 1 mm. Obok wyświetlacza miał jeszcze stanąć scalony odbiornik podczerwieni oraz zworka do wyboru adresu urządzenia, która przełączała wyjście z rezystancyjnego dzielnika napięcia. Ot, banał, stwierdziłem lekkomyślnie.
Użyta matryca miała 5×7 punktów, zatem potrzebnych było 12 połączeń do sterowania nią w trybie multipleksowym. Uznałem, że 7 linii zasilających anody będzie sterowanych wprost przez mikrokontroler na płycie głównej, zaś 5 katod – poprzez popularny driver ULN2003. Do tego jedna linia wyjściowa z odbiornika IR, jedna linia wyjściowa z dzielnika napięciowego ustalającego adres, jedna linia zasilania +5 V do odbiornika IR i tego dzielnika oraz… jedna linia masy. Przecież nie chcę robić pętli masy, prawda? Wszystko zamknęło się w 16 żyłach taśmy o rastrze 1 mm, która łączyła te dwie płytki na dystansie około 30 cm i była zakończona zagniatanymi złączami IDC w rastrze 2 mm. Oj, jak szybko ta oszczędność na przewodach wyszła mi bokiem…
O ile sam wyświetlacz był w stanie działać, o tyle odbiornik IR czasem nie odbierał komend z pilota. Na wyjściu dzielnika napięcia natomiast działy się już cuda najróżniejsze: po stronie płyty głównej, już przy mikrokontrolerze mierzącym to napięcie – na składową stałą nakładały się impulsy szpilkowe i prostokątne o wartościach szczytowych rzędu setek miliwoltów, co miało wpływ na odczytany przez mikrokontroler adres układu. Można to, owszem, odfiltrować i uśrednić, ale taki „bałagan” nie jest zjawiskiem pożądanym. Powód pierwszy: zbyt duży spadek napięcia na jednej jedynej żyle masy. Powód drugi: wyjście z odbiornika IR było typu otwarty kolektor i czasem na generowany przez nie sygnał nakładały się zakłócenia od sąsiadujących żył, prowadzących prądy zasilające anody wyświetlacza.
Odebrałem to jako bolesny cios, zadany mi przez zwykły wyświetlacz, ale nie było innej rady – urządzenie musiało działać elegancko i musiałem przystosować je do działania z taśmami o różnych długościach (do 100 cm) w średnio zakłóconym środowisku, więc byle jakie załatanie problemu nie wchodziło w grę. Niezbędne okazało się przeanalizowanie popełnionych błędów i przygotowanie nowego prototypu, zanim klient dostał go do testów. Istna porażka!
Pierwszy problem został przeze mnie przeanalizowany na płaszczyźnie kierunku prądów, które płynęły przez poszczególne żyły taśmy. Okazało się, że płytka mikrokontrolera „wyrzuca” z siebie prąd o znaczącej wartości (około 10 mA na jedną anodę, czyli do 70 mA) do wyświetlacza, zaś jedyną drogą powrotną dla niego była pojedyncza, cienka żyła masy. Jeden przewód miał zatem stanowić drogę powrotną dla: 7 prądów bezpośrednio zasilających anody, 5 prądów sterujących driverami w ULN2003, prądu wypływającego z wyjścia odbiornika podczerwieni oraz znikomo małego prądu wypływającego z dzielnika napięciowego do ustawiania adresu. Nie mogło się to udać. Nasuwającą się myśl o tym, by zwiększyć liczbę linii masy, storpedował mój klient: szersza się nie zmieści. Musiałem mocno zmodyfikować układ. Och!
Przy okazji chciałem rozwiązać drugi kłopot, czyli przenikanie sygnałów między żyłami. Głównym problemem była relatywnie wysoka impedancja wyjściowa odbiornika IR (około 30 kΩ w stanie wysokim) oraz dzielnika napięcia (do kilkudziesięciu kiloomów, zależnie od wybranego stopnia podziału), zestawiona z niską impedancją sterującą liniami wyświetlacza po stronie mikrokontrolera (około 20 Ω – układ z serii ATmega zasilany napięciem 5 V). Pojemność między żyłami powodowała przenikanie szybkich zboczy sygnału sterującego, wytwarzając w zakłócanych żyłach impulsy o charakterze szpilkowym, będące zróżniczkowanym sygnałem prostokątnym. Trzeba było też zaradzić „sianiu” zakłóceniami elektromagnetycznymi, których źródło stanowiły żyły zasilane sygnałem prostokątnym o bardzo szybkich zboczach.
Doprowadziło to do całkowitej przebudowy układu. Doszedłem do wniosku, że problem będzie trudny do okiełznania, jeżeli przez taśmę płyną prądy impulsowe o relatywnie sporym natężeniu, sterowane przez niską impedancję. Szybkie zbocza wywołają problemy z EMC. Najlepiej, aby cały impulsowy pobór prądu na płytce wyświetlacza zamykał się w kondensatorach odsprzęgających na jej powierzchni. Ponadto trzeba zastosować wiele połączeń masy i odseparować nimi poszczególne sygnały. Drugi mój wniosek był taki, że nie powinienem obawiać się o pętle masy, ponieważ powierzchnia, jaką owa pętla obejmuje, jest relatywnie mała. W tej powierzchni znajduje się jedna żyła – i tak przewodzi ona prąd, dla którego owe żyły masy stanowią przewody powrotne, więc pętla masy, jak by to ująć, wypełnia się sama prądem, który i tak by tam płynął. Nie ma się zatem czego obawiać w kwestii pętli masy, o ile tylko odległość pomiędzy poszczególnymi żyłami nie będzie zbyt znacząca.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
