Оптимизация в схемотехнике

В статье рассмотрены причины и преимущества проведения оптимизации в узлах электроники и печатных плат.

Что считать оптимизацией и так ли часто она нужна? Любая оптимизация электроники, будь то оптимизация схемы или программы требует немалых усилий для её внедрения, а при просчетах может привести к дестабилизации работы устройства. Настолько ли полезно проводить оптимизацию? Часто ли разработчики, используя готовые модули, задумываются об их внутренней структуре и алгоритмах работы? Ведь в результате так называемого "быстрого проектирования" в конечном устройстве может оказаться, что гальваническая развязка на выходе одного блока дублирует гальваническую развязку на входе другого блока, производится стабилизация уже стабилизированного напряжения, или появляется излишнее двойное преобразование интерфейсов. Такие избыточные результаты не только увеличивают стоимость оборудования и его габариты, но и (…что важнее) снижают надежность устройства. Невозможно получить принципиально новый конкурентоспособный продукт, не поднимая вопрос его оптимизации.

Проектирование устройства путем разработки печатных плат вместо использования модульных конструкций значительно расширяет возможности разработчика. Грамотно оптимизированная схема печатной платы всегда будет надежной и недорогой в исполнении. Под грамотной оптимизацией подразумевается совмещение нескольких функций в одном элементе или замена сложных элементов схемы более простыми без нарушения логики работы.

Один о тот же резистор в схеме может одновременно являться балластом параметрического стабилизатора и быть ограничителем тока для светодиода. Один и тот же транзистор может усиливать выходной сигнал и являться элементом дизъюнкции нескольких источников. Умение использовать диодно-транзисторную логику часто позволяет отказаться от сложных, чувствительных к помехам и точности стабилизации входного напряжения микросхем, и повышает надежность устройства.

Стоит ли задумываться об оптимизации и экономить на установке лишнего резистора стоимостью 40 копеек? Для ответа на этот вопрос перечислим все затраты и проблемы, которые дает этот лишний резистор:

• стоимость пайки резистора может быть гораздо выше стоимости самого резистора особенно при ручном монтаже;
• под резистор нужно выделить место на печатной плате, которое так же может стоить недешево;
• наличие лишнего элемента приведет к удалению друг от друга «нужных» элементов схемы, т. е. увеличению длины дорожек – снизится помехозащищенность и быстродействие схемы, появятся недопустимые в некоторых случаях паразитные индуктивности и емкости;
• Если номинал сопротивления резистора не совпадет ни с одним, используемым в схеме, то придется его покупать отдельно при каждой партии изделий или выделить место для хранения на складе;
• каждый лишний элемент увеличивает объем документооборота и учета;
• лишний элемент может быть по ошибке установлен не соответствующего номинала, запаян некачественно, оказаться бракованным, поврежденным или перегореть в самый неподходящий момент;
• как правило, после монтажа печатной платы производится визуальный контроль и контрольный тест, и лишний элемент здесь уже будет головной болью контролера, который должен обеспечить его в тестирование;
• чем массивнее схема, тем сложнее в будущем её совершенствовать, добавлять новые функции и возможности;
• мы же забыли включить сюда 40 копеек – стоимость резистора (или 400 руб. стоимость 1000 резисторов).

Согласитесь, достаточно много причин для того, чтобы проводить тщательную оптимизацию схемы, выявлять и удалять ненужные детали. Этот принцип оптимизации действует только для серийных изделий. Нет смысла тратить время и тщательно оптимизировать схему, которая выпускается в единичном экземпляре. Зато при серийном выпуске благодаря оптимизации можно получить качественный недорогой продукт с конкурентным преимуществом.

Логинов Д. В.