Виды внимания схема: Виды и свойства внимания — Богема бильярдный центр в Барнауле

Содержание

Виды и свойства внимания

Внимание — это направленность и сосредоточенность сознания на каком-либо реальном или идеальном объекте, предполагающие повышение уровня сенсорной, интеллектуальной или двигательной активности индивида.

Внимание имеет свою органическую основу, которая представляет собой структуры мозга, обеспечивающие функционирование внимания и отвечающие за внешние проявления его различных характеристик. Среди нескольких миллиардов нервных клеток, из которых состоит головной мозг человека, есть такие, которые особенно тесно связаны с работой внимания. Их называют нейронами — детекторами новизны. Такие нервные клетки отличаются от других тем, что включаются в активную работу лишь тогда, когда человек в своих ощущениях и восприятии сталкивается с некоторыми новыми для него предметами и явлениями, которые приковывают к себе его внимание.

Раздражители, ставшие привычными, обычно не вызывают реакции клеток — детекторов новизны. Такие клетки, по-видимому, отвечают за непроизвольное внимание человека.

Общее состояние внимания, в частности, такая его характеристика, как устойчивость, связана, по-видимому, с работой ретикулярной формации. Она представляет собой тончайшую сеть нервных волокон, которая располагается в глубине центральной нервной системы между головным и спинным мозгом, охватывая нижние отделы первого и верхние отделы второго. Через ретикулярную формацию проходят нервные пути, ведущие от периферических органов чувств к головному мозгу и обратно. Ретикулярная формация также регулирует тонус коры головного мозга и чувствительность рецепторов, изменяя динамические характеристики внимания: его концентрацию, устойчивость и т. п.

Функции и виды внимания

Внимание в жизни и деятельности человека выполняет много различных функций. Оно активизирует нужные и тормозит ненужные в данный момент психологические и физиологические процессы, способствует организованному и целенаправленному отбору поступающей в организм информации в соответствии с его актуальными потребностями, обеспечивает избирательную и длительную сосредоточенность психической активности на одном и том же объекте или виде деятельности.

Рассмотрим основные виды внимания. Таковыми является природное и социально обусловленное внимание, непроизвольное, произвольное и послепроизвольное внимание, чувственное и интеллектуальное внимание.

По активности человека в организации внимания различают три вида внимания: непроизвольное, произвольное и послепроизвольное.

Непроизвольное внимание — это сосредоточение сознания на объекте в силу его особенности как раздражителя.
Произвольное внимание — это сознательно регулируемое сосредоточение на объекте, направляемое требованиями деятельности. При произвольном внимании сосредоточение происходит не только на том, что эмоционально приятно, а в большей мере на том, что должно делать. Примерно через 20 минут человек утомляется, используя этот вид внимания.

Непроизвольное внимание не связано с участием воли, а произвольное обязательно включает волевую регуляцию. Наконец, произвольное внимание в отличие от непроизвольного обычно связано с борьбой мотивов или побуждений, наличием сильных, противоположно направленных и конкурирующих друг с другом интересов, каждый из которых сам по себе способен привлечь и удерживать внимание.

Человек же в этом случае осуществляет сознательный выбор цели и усилием воли подавляет один из интересов, направляя все свое внимание на удовлетворение другого. Но возможен и такой случай, когда произвольное внимание сохраняется, а усилий воли для его сохранения уже не требуется. Это бывает, если человек увлечен работой. Такое внимание называется послепроизвольным.

По своим психологическим характеристикам послепроизвольное внимание имеет черты, сближающие его с непроизвольным вниманием, но между ними есть и существенное отличие. Послепроизвольное внимание возникает на основе интереса, но это не заинтересованность, стимулированная особенностями предмета, а проявление направленности личности. При послепроизвольном внимании сама деятельность переживается как потребность, а ее результат личностно значим. Послепроизвольное внимание может длиться часами.

Рассмотренные три вида внимания в практической деятельности человека тесно переплетены взаимными переходами и опираются один на другой.

Природное внимание дано человеку с самого его рождения, в виде врожденной способности избирательно реагировать на те или иные внешние или внутренние стимулы, несущие в себе элементы информационной новизны. Основной механизм, обеспечивающий работу такого внимания, называется ориентировочным рефлексом. Он, как мы уже отмечали, связан с активностью ретикулярной формации и нейронов — детекторов новизны.

Социально обусловленное внимание складывается прижизненно в результате обучения и воспитания, связано с волевой регуляцией поведения, с избирательным сознательным реагированием на объекты.

Непосредственное внимание не управляется ничем, кроме того объекта, на который оно направленно и который соответствует актуальным интересам и потребностям человека.

Опосредствованное внимание регулируется с помощью специальных средств, например, жестов, слов, указательных знаков, предметов.

Чувственное внимание

по преимуществу связано с эмоциями и избирательной работой органов чувств.
Интеллектуальное внимание связано с сосредоточенностью и направленностью мысли.
При чувственном внимании в центре сознания находится какое-либо чувственное впечатление, а в интеллектуальном внимании объектом интереса является мысль.

Свойства внимания

Внимание обладает определенными параметрами и особенностями, которые во многом являются характеристикой человеческих способностей и возможностей. К основным свойствам внимания обычно относят следующие.

1. Концентрированность. Это показатель степени сосредоточенности сознания на определенном объекте, интенсивности связи с ним. Концентрированность внимания означает, что образуется как бы временный центр (фокус) всей психологической активности человека.

2. Интенсивность внимания — это качество, определяющее эффективность восприятия, мышления, памяти и ясность сознания в целом. Чем больше интерес к деятельности (чем больше сознание ее значения) и чем труднее деятельность (чем она менее знакома человеку), чем больше влияние отвлекающих раздражителей, тем более интенсивным будет внимание.

3. Устойчивость. Способность длительное время поддерживать высокие уровни концентрированности и интенсивности внимания. Определяется типом нервной системы, темпераментом, мотивацией (новизна, значимость потребности, личные интересы), а также внешними условиями деятельности человека. Устойчивость внимания поддерживается не только новизной поступающих стимулов, но и их повторением. Устойчивость внимания связана с динамическими характеристиками его: колебаниями и переключаемостью. Под колебаниями внимания понимают периодические кратковременные непроизвольные изменения степени интенсивности внимания. Колебания внимания проявляются во временном изменении интенсивности ощущений. Так, прислушиваясь к очень слабому, едва слышному звуку, например, тиканью часов, человек то замечает звук, то перестает его замечать. Такие колебания внимания могут осуществляться с разными периодами, от 2-3 до 12 секунд. Наиболее длительные колебания наблюдались при предъявлении звуковых раздражителей, затем при зрительных и наиболее короткие — при осязательных.

4. Объем — показатель количества однородных стимулов, находящихся в фокусе внимания (у взрослого человека от 4 до 6 объектов, у ребенка не более 2-3). Объем внимания зависит не только от генетических факторов и от возможностей кратковременной памяти индивида. Имеют также значения характеристики воспринимаемых объектов (их однородность, взаимосвязи) и профессиональные навыки самого субъекта.

5. Переключение внимания понимается как возможность более или менее легкого и достаточно быстрого перехода от одного вида деятельности к другому. С переключением функционально связаны и два разнонаправленных процесса: включение и отключение внимания. Переключение может быть произвольным, тогда его скорость — это показатель степени волевого контроля субъекта над своим восприятием и непроизвольным, связанным с отвлечением, что является показателем либо степени неустойчивости психики, либо свидетельствует о появлении сильных неожиданных раздражителей.

Эффективность переключения зависит от особенностей выполнения предыдущей и последующей деятельности (показатели переключения значительно снижаются при переходе от легкой деятельности к трудной, а при обратном барианте они возрастают). Успех переключения связан с отношением человека к предыдущей деятельности, чем интереснее предшествующая деятельность и менее интересна последующая, тем труднее происходит переключение. Имеются значительные индивидуальные различия в переключаемости, что связано с такой особенностью нервной системы, как подвижность нервных процессов.

Многие современные профессии (ткачихи, механики, менеджеры, операторы и др.), где человек имеет дело с частыми и внезапными изменениями в объектах деятельности, предъявляют высокие требования к способности переключать внимание.

Большое значение имеет переключение внимания и в учебном процессе. Необходимость переключения внимания студентов, учащихся обусловлена особенностями самого процесса: сменой различных предметов в течение дня, последовательностью этапов изучения материала на занятиях, что предполагает смену видов и форм деятельности.

В отличие от сознательного переключения внимания, отвлечение — это непроизвольное отключение внимания от основной деятельности на посторонние объекты. Отвлечение отрицательно сказывается на выполнении работы. Отвлекающее действие посторонних раздражителей зависит от характера выполняемой работы. Очень сильно отвлекают внимание раздражители внезапные, прерывистые, неожиданные, а также связанные с эмоциями. При длительном выполнении однообразной работы действие побочных раздражителей усиливается по мере нарастания утомления. Отвлекающее воздействие посторонних раздражителей больше сказывается в мыслительной деятельности, не связанной с внешними опорами. Оно сильнее при слуховом восприятии, чем при зрительном.

Способность противостоять отвлекающим воздействиям называется помехоустойчивостью. В развитии этой способности у людей наблюдаются значительные индивидуальные различия, обусловленные как различиями нервной системы, а именно — ее силой, так и специальной тренировкой, направленной на повышение помехоустойчивости.

6. Распределение, то есть способность сосредоточивать внимание на нескольких объектах одновременно. При этом формируется как бы несколько фокусов (центров) внимания, что дает возможность совершать несколько действий или следить за несколькими процессами одновременно, не теряя ни одного из них из поля внимания.

В сложных современных видах труда деятельность может складываться из нескольких различных, но одновременно протекающих процессов (действий), каждый из которых отвечает различным задачам. Например, ткачиха, работающая на станке, должна осуществлять многочисленные операции контроля и управления. Это характерно и для деятельности швей, водителей, операторов и других профессий. Во всех таких деятельностях рабочему необходимо распределять внимание, т.е. одновременно сосредоточивать его на различных процессах (объектах). Исключительную роль играет способность к распределению внимания и в деятельности преподавателя. Так, например, объясняя материал на уроке, преподаватель должен одновременно следить за своей речью и логикой изложения и наблюдать за тем, как воспринимают материал студенты.

Уровень распределения внимания зависит от ряда условий: от характера совмещаемых видов деятельности (они могут быть однородными и различными), от их сложности (и в связи с этим от степени требуемого психического напряжения), от степени знакомства и привычности их (от уровня овладения основными приемами деятельности). Чем сложнее совмещаемые виды деятельности, тем труднее распределить внимание. При совмещении умственной и моторной деятельности продуктивность умственной деятельности может снижаться в большей степени, чем моторной.

Трудно совмещать два вида умственной деятельности. Распределение внимания возможно в том случае, если каждый из выполняемых видов деятельности знаком человеку, причем один — до некоторой степени привычен, автоматизирован (или может быть автоматизирован). Чем менее автоматизирован один из совмещаемых видов деятельности, тем слабее распределение внимания. Если один из видов деятельности полностью автоматизирован и для ее успешного выполнения требуется лишь периодический контроль сознания, отмечается сложная форма внимания — сочетание переключения и распределения.

Развитие внимания

Внимание как психический процесс, выражающийся в направленности сознания на определенные объекты, часто проявляясь, постепенно превращается в устойчивое свойство личности — внимательность. При этом круг объектов может ограничиваться тем или иным видом деятельности (и тогда говорят о внимательности личности в данном виде деятельности, чаще всего это деятельность профессиональная), может распространяться на все виды деятельности (в этом случае говорят о внимательности как общем свойстве личности). Люди различаются степенью развития этого свойства, крайний случай часто называют невнимательностью. Инженеру практически важно знать не только, каков уровень сформированности внимательности у рабочих, но и причины, обусловливающие его невнимательность, поскольку внимание связано с познавательными процессами и эмоционально-волевой сферой личности.

В зависимости от форм невнимательности можно говорить о трех ее типах. Первый тип — рассеянность — возникает при отвлекаемости и очень малой интенсивности внимания, чрезмерно легко и непроизвольно переключающееся с объекта на объект, но ни на одном не задерживаясь. Этот тип невнимательности образно называют «порхающим» вниманием. Подобная невнимательность у человека — результат отсутствия навыков к сосредоточенной работе. Другой тип невнимательности определяется высокой интенсивностью и трудной переключаемостью внимания. Такая невнимательность может возникнуть вследствие того, что внимание человека сосредоточено на каких-то событиях или явлениях, ранее происходящих или встречающихся ему, которые он эмоционально воспринял. Третий вид невнимательности — результат переутомления, этот тип невнимательности обусловливается постоянным или временным снижением силы и подвижности нервных процессов. Он характеризуется весьма слабой концентрацией внимания и еще более слабой его переключаемостью.

Формирование внимательности заключается в управлении вниманием человека в процессе его трудовой и учебной деятельности. При этом необходимо создавать условия, которые способствовали бы формированию его внимания: приучать работать в разнообразных условиях, не поддаваясь влиянию отвлекающих факторов; упражнять произвольное внимание; добиваться осознания общественной значимости осваимого вида труда и чувства ответственности за выполняемую работу; связывать внимание с требованиями дисциплины производственного труда и т. п.

Объем и распределение внимания следует формировать как определенный трудовой навык одновременного выполнения нескольких действий в условиях нарастающего темпа работы.

Развитие устойчивости внимания нужно обеспечивать формированием волевых качеств личности. Для развития переключения внимания необходимо подбирать соответствующие упражнения с предварительным объяснением «маршрутов переключения». Обязательное условие при формировании у человека внимательности — ни при каких обстоятельствах не позволять ему любую работу делать небрежно.

Схема территориального планирования Ямало-Ненецкого автономного округа

СХЕМА ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА

I. Цели и задачи Схемы территориального планирования Ямало-Ненецкого автономного округа

Главной целью территориального планирования субъекта Российской Федерации (в данной работе – Ямало-Ненецкого автономного округа (далее – автономный округ)) является обеспечение устойчивого развития территории через формирование правовых документов, направленных на реализацию полномочий органов государственной власти.

Схема территориального планирования является важной частью стратегического управления развитием автономного округа совместно со Стратегией социально-экономического развития автономного округа на период до 2020 г., Комплексной программой развития и размещения производительных сил автономного округа до 2025г.

Одновременно Схема территориального планирования является важным условием реализации Программного блока системы управления. С ее учетом должны разрабатываться комплексные и целевые (отраслевые) программы окружного и аналогичные программы муниципального уровней.
Предложения по территориальному планированию направлены на достижение устойчивого социально-экономического развития путем последующей реализации мероприятий органами управления автономного округа через градостроительную, земельную, инвестиционную и экономическую политики.
Предложения территориального планирования имеют правовой характер и должны учитываться в конкретной правоприменительной практике при решении вопросов установления вида целевого использования земель, представления земельных участков для государственных и муниципальных нужд.

Задачами территориального планирования являются:

— оценка современного уровня социально-экономической и территориальной развитости автономного округа, выявление ресурсных потенциалов для определения стратегических направлений развития;
— формирование единого регионального планировочного каркаса на базе перспективной транспортной схемы, оптимизации систем расселения и развития городских и сельских населенных пунктов;
— взаимоувязка градостроительных решений и землепользования, в том числе целесообразность изменения:
— границ муниципальных образований и статуса населенных пунктов;
— границ земель лесного фонда;
— границ земель сельскохозяйственного назначения и сельскохозяйственных угодий в их составе;
— границ зон с особыми условиями использования территории;
— границ земель особо охраняемых природных территорий регионального значения;
— границ земельных участков, предоставляемых для размещения объектов капитального строительства федерального и регионального значения;
— создание устойчивой и надежной инженерной инфраструктуры регионального и межселенного значения во взаимосвязи с федеральной инфраструктурой;
— улучшение экологической обстановки с выделением зон, выполняющих средозащитные и санитарно-гигиенические функции;
— сохранение и расширение особо охраняемых природных территорий, зон и объектов историко-культурного наследия;
— разработка мероприятий по активизации градостроительной и хозяйственной деятельности регионального уровня посредством целенаправленного развития зон и точек роста и определения для них приоритетных инвестиционных направлений.
Для выполнения задач Схемы территориального планирования необходимы:
— увязка мероприятий по территориальному планированию и землепользованию. Определение зон размещения объектов капитального строительства должно учитывать категории земель, на которых предлагается их размещение, а изменение границ земель различных категорий связано с размещением объектов капстроительства;
— выявление ограничений комплексного развития, которые утверждаются в составе положений о территориальном планировании, включая зоны с особыми условиями использования территории;
— необходимо обосновать предложение по размещению особо охраняемых природных территорий регионального значения, изменению границ земель сельскохозяйственного назначения, границ муниципальных образований;
Важными из них являются обоснования границ зон размещения объектов капитального строительства в области энергетики, транспорта, путей сообщения, информатики и связи; линейных объектов, обеспечивающих деятельность естественных монополий (газоснабжение, объектов социальной инфраструктуры, промышленности, материально-технического снабжения, коммунальных хозяйств, туристско-рекреационной деятельности).

Миграция в облако виды, примеры — «ИТ-ГРАД»

Термин «миграция» встречается в повседневной жизни достаточно часто и означает процесс перемещения населения внутри страны или из одного региона, местности в другую по отдельности или большими группами.

Миграция в облако – это перемещение данных, настроек, сервисов, операционных систем и приложений из локальной площадки организации в виртуальный дата-центр публичного облачного провайдера.

Виды миграции в облако

При переносе ИТ-инфраструктуры в облако приложения, сервисы и данные меняют место своего обитания. Но прежде чем запустить процесс миграции, следует выбрать один из нескольких миграционных путей.

Итак, подытожим: в зависимости от размера организации и сложности инфраструктуры определяется, какой вид миграции следует выбрать:

Частичная (постепенная) миграция	Полная миграция

Выбирать постепенную, или частичную, миграцию следует тогда, когда в облако переезжает крупная компания с разветвленной инфраструктурой. Нескольких дней на переезд будет точно мало. В этом случае составляется дорожная карта, с указанием критичных и важных сервисов, учитывается приоритет переноса: какой сервис мигрирует первым, какой вторым, какие сервисы переносятся сразу, а какие могут подождать.	Полная миграция предусматривает перенос инфраструктуры компании за несколько дней. Здесь хоть и нет необходимости составлять дорожную карту, все же требуется определить главные или критичные сервисы. В этом случае составляется план работ, которого необходимо придерживаться. Как правило, процедура такой миграции занимает несколько дней.

В случае с малым и средним бизнесом, ИТ-инфраструктура которых достаточно простая, подойдет полная миграция.
В случае с крупным бизнесом и сложной ИТ-инфраструктурой следует использовать вариант частичной миграции, в основе которой лежит принцип последовательного и постепенного переноса сервисов с обязательным использованием дорожной карты миграции.

Перед любой организацией, вставшей на путь переезда в облако, стоит единственная задача – повышение качества сервисов и снижение затрат на эксплуатацию. А поскольку миграция в большинстве своем возможна без остановки сервиса, это является ее выгодным преимуществом. Бесшовность, отсутствие шероховатости и прозрачность, достигаемая в условиях грамотно спланированного процесса переезда на облачную площадку, делают облако не решением, а настоящей стратегией.

Примеры миграции в облако

Сегодня можно найти большое количество кейсов, демонстрирующих успешную миграцию ИТ-инфраструктуры в облако IaaS-провайдера. В своих статьях мы часто публикуем истории успеха компаний, клиентов «ИТ-ГРАД», использующих облачные технологии для решения актуальных и востребованных задач. Одни используют облако в качестве дополнительной площадки, где размещены некритичные сервисы, другие – наоборот, полностью переносят инфраструктуру в облако с размещением жизненно важных для компании решений.

Delivery Club, абсолютный лидер российского рынка по заказу доставки еды, является примером компании, осуществившей перенос всех сервисов в облако провайдера. Поскольку заказ еды через интернет является достаточно востребованной услугой, наблюдался постоянный рост нагрузок на сервисы Delivery Club, что требовало быстрой реакции. Миграция в облако решила проблему. Теперь все сервисы компании виртуализированы и полностью отсутствует связка используемых серверов с физическими.

Миграция инфраструктуры компании Delivery Club в облако IaaS-провайдера

Для Delivery Club облако оказалось выгоднее и удобнее в плане администрирования, поддержки и обеспечения отказоустойчивости. Миграция в облако позволила компании не задумываться о замене или покупке новых серверов, а динамическое управление всем пулом выделенных ресурсов оказалось не только выгодным, но и надежным решением.

Подробнее о миграции в облако IaaS компании Delivery Club

Автомобильный холдинг «Терра-авто» тоже выполнил последовательную, постепенную миграцию в облако провайдера.

Миграция инфраструктуры компании «Терра-авто» в облако IaaS-провайдера

Компания считает себя полностью облачным холдингом, ведь, помимо миграции серверной инфраструктуры, в облаке поставщика разместили телекоммуникационную составляющую, включая почтовые сервисы, а также реализовали фильтрацию трафика.

Подробнее о миграции в облако IaaS компании «Терра-авто»

Еще один яркий пример постепенной миграции в облако – поэтапная трансформация инфраструктуры компании NETFLIX , о которой мы рассказывали в одной из предыдущих статей . Процесс миграции занял несколько лет, поскольку пришлось полностью пересмотреть концепцию предоставления сервиса и отказаться от решений, размещенных в локальном ЦОД копании.

Миграция инфраструктуры NETFLIX в облако провайдера

В результате планового и поэтапного перехода с локальных серверов NETFLIX перенесли платежную и биллинговую инфраструктуру, платформу больших данных, службы видеотрансляции, систему управления данными клиентов и сотрудников. И это далеко не полный список.

Подробнее о миграции в облако IaaS компании NETFLIX

Ошибки и подводные камни миграции

Нередко при миграции в облако компании допускают ошибки, а все потому, что не уделяют должного внимания некоторым важным деталям. Но если соблюдать установленные рекомендации и действовать по плану, конечный результат будет оправданным и ожидаемым.

Ошибка 1. Отсутствие схемы зависимости приложений

При миграции в облако следует уделить внимание схеме зависимости приложений друг от друга и инфраструктуры в целом. Результаты лучше всего отражать визуально в виде карты зависимостей. Допустим, приложения A, B, C используют одну и ту же базу данных. Следовательно, необходимо учесть это и проработать механизм комбинированного перемещения в облако. Если этого не сделать, велика вероятность некорректной работы приложения.

Пример схемы зависимости приложений

Ошибка 2. Отсутствие плана миграции

Что вы будете переносить в облако, в какой последовательности, в какой момент, в какие сроки? До начала миграции подготовьте ответы на эти и другие вопросы, отобразив основные шаги в плане миграции. План позволяет прописать каждый этап переезда, избавляя от хаотичных действий и необдуманных шагов. Если в инфраструктуре компании существуют приложения, перенос которых невозможно разделить на части, следует придерживаться варианта единовременного, неделимого переноса и максимального контроля каждого выполненного шага. Анализ ситуации и выявление ошибок на ранних этапах помогут сэкономить время и добиться желаемых результатов.

Ошибка 3. Запуск миграции без предварительных тестов

Прежде чем мигрировать в облако, выберите надежного и проверенного хостинг-провайдера. В одной из статей мы уже рассказывали, как это делать. Выбрав поставщика, запросите тестовый доступ к облачной площадке и проработайте процессы миграции. Сначала перенесите в облако «легкий» сервис, оцените потраченное время, проверьте, как все работает, проанализируйте, нет ли ошибок, и перейдите к следующему сервису. Последовательно выполненные мероприятия по переносу инфраструктуры в дальнейшем дадут хорошие результаты.

Общепринятая схема миграции в облако

Чтобы миграция прошла успешно, следует придерживаться общепринятой схемы, которая включает в себя разработку плана, создание инфраструктуры в облаке, миграцию данных, тестирование инфраструктуры и запуск сервисов в облаке. Помните, что для каждой компании переезд в облако – процесс индивидуальный и требующий отдельного внимания. Каждый этап подразумевает решение как технических, так и организационных вопросов.

Шаг 1.

На первом этапе требуется выполнить инвентаризацию существующего ИТ-окружения и определиться с моделью облака.

Инвентаризация позволит оценить текущую картину имеющейся инфраструктуры. Сюда входит определение компонентов, какие из них являются важными, какие вспомогательными, как компоненты взаимодействуют друг с другом и так далее. Наличие такой документации облегчит процесс миграции и упростит задачу тестирования всех перенесенных в облако систем.
Кроме того, необходимо заранее решить, какая облачная модель лучше подойдет для реализации проекта: публичное, частное или гибридное облако. Наиболее востребованной моделью использования облачного окружения среди большинства компаний является гибридное облако.

Шаг 2. На этом этапе происходит поиск, оценка и выбор облачного провайдера с последующим тестированием возможностей облачной площадки и выполнением тестовой миграции.

Поиск и выбор поставщика услуг – достаточно серьезная задача, отнестись к которой необходимо со всей ответственностью. Вам необходимо удостовериться в надежности облачной площадки провайдера, убедиться, что она соответствует всем необходимым для реализации проекта требованиям.
Тестирование облачной площадки и запуск процесса тестовой миграции – это то, чему следует уделить отдельное внимание. На этом этапе необходимо проверить функционал облака, выполнить частичную миграцию сервисов и убедиться в их стабильном, корректном функционировании. Частичный перенос и последующее тестирование приложений помогут оперативно выявить и устранить возникшие ошибки.

Шаг 3. План или дорожная карта миграции позволяют контролировать все выполняемые шаги на пути переезда в облако.

Важно определиться со стратегией миграции, которая будет отражать детализированную информацию о переносимых в облако сервисов на всех этапах перехода с возможностью проверки и оценки каждого выполненного шага.
Кроме того, следует определиться со временем миграции, что зачастую гарантирует успех всей деятельности. Для этого необходимо выделить наиболее критичные сервисы, понять, в какой период они менее всего задействованы, и запланировать на указанное время перенос в облако.

Шаг 4. После того как выполнены вышеуказанные шаги, можно приступать к процессу миграции, придерживаясь вышеупомянутой стратегии. Если переносимая инфраструктура сложная и разветвленная, следует двигаться поэтапно. Если перенос некоторых сервисов не удается разделить на части, полный переход является единственным вариантом переноса.

Шаг 5. Этот этап является заключительным, поскольку здесь выполняется проверка и тестирование перенесенных сервисов, а в случае отсутствия ошибок и успешности выполненного процесса – вывод сервисов в продакшен. Эта схема подходит при миграции рабочих нагрузок и ИТ-инфраструктуры как с физических, так и с виртуальных сред в виртуальную среду или облако хостинг-провайдера.

Способы миграции в облако

Существует несколько способов миграции в облако. Какой вариант подойдет именно вам, зависит от ситуации. Это может быть перенос физической ИТ-инфраструктуры в виртуальную среду, перенос локальной виртуальной инфраструктуры в облако, переезд из облака одного поставщика в облако другого провайдера. Ниже рассмотрим возможные варианты миграции более подробно.

Вариант 1: Импорт-экспорт vApp / VM

Этот вариант подходит для сценария, в котором уже существует виртуальная инфраструктура на базе VMware, но возникла необходимость переезда в облако хостинг провайдера. Поскольку виртуальное окружение VMware представляет собой набор виртуальных машин, заключенных в vApp, существует возможность мигрировать как одну, так и несколько ВМ.

Пример экспорта vApp

Поскольку отдельно взятая ВМ представляет собой набор виртуальных дисков, характеристик и конфигураций, все это возможно экспортировать в файл формата OVF/ OVA (унифицированный формат распространения готовых виртуальных машин), который позже используется для экспорта/импорта на платформу виртуализации VMware vSphere и не только. Таким же способом можно импортировать/экспортировать содержимое vApp.

Вариант 2: vCloud Connector

С помощью инструмента VMware vCloud Connector вы можете объединять облака различного формата и переносить виртуальные машины, vApp в облако хостинг-провайдера и обратно. Для этого необходимо выполнить связку соответствующих инфраструктур друг с другом и, используя интуитивно понятный графический интерфейс, запустить задачу, к примеру, копирования одной или нескольких виртуальных машин в облако поставщика.

Пример копирования ВМ из одного облака в другое, используя vCloud Connector

После успешного выполнения операции следует убедиться в корректности функционирования перенесенной инфраструктуры. Более подробно о работе с VMware vCloud Connector читайте здесь.

Вариант 3: Миграция на уровне сервисов

Миграция на уровне сервисов – еще один из наиболее часто используемых вариантов. Суть метода заключается в создании дублирующего сервиса на стороне хостинг-провайдера и запуска синхронизации с имеющимся сервисом, установленным локально. После того как процедура закончилась успешно, локальный сервис выводится из эксплуатации. Примером выступает миграция Active Directory, где применяется следующий алгоритм:

Организуется сетевая связность между локальной инфраструктурой и облаком провайдера.
На облачной площадке поставщика разворачивается необходимое количество новых виртуальных машин, в которых настраиваются контроллеры домена AD с добавлением их в имеющийся лес.
Затем база данных Active Directory реплицируется с работающими контроллерами локальной инфраструктуры в облако.
После завершения репликации данных переназначаются мастера ролей операций на облачные контроллеры и убираются роли контроллеров домена с серверов в локальной инфраструктуре.
После проверки исправной работы сервисов отключаются учетные записи старых контроллеров, после чего они выводятся из локального использования.

Вариант 4: Конвертация, или «горячее» клонирование

Утилита vCenter Converter используется для выполнения конвертации физического сервера в виртуальную машину, фонового копирования и переноса работающей операционной системы в облако провайдера. Поскольку в таком формате переносится работающий сервис физического узла, конвертация носит название «горячее клонирование». В процессе конвертации основной сервер продолжает работу и останавливается только на время переключения. При работе с VMware vCenter Converter необходимо выбрать, что будет конвертироваться. Основной метод работы подразумевает конвертирование работающего компьютера или сервера (Powered-on machine), который может быть физическим или виртуальным.

Пример работы с инструментом VMware vCenter Converter

При корректном подключении VMware vCenter Converter понимает, какую операционную систему предстоит мигрировать, определяя при этом диски и разделы, сетевые интерфейсы, оперативную память и процессоры. Эти параметры используются для создания новой виртуальной машины на ESXi-хосте.

Вариант 5: Конвертация, или «холодное» клонирование

Помимо «горячего» клонирования, с помощью VMware vCenter Converter можно выполнять «холодное» клонирование, или офлайн-миграцию с остановкой сервера на время переноса и переустановки сервисов физической машины в виртуальную. При таком варианте клонирования рабочая машина останавливается, создается образ жесткого диска и выполняется конвертация в ВМ. Для серверов Active Directory, баз данных, почтовых серверов рекомендуется использовать такой вид клонирования.

Как работает «холодное» клонирование? По сути, производится снятие образов физических дисков и преобразование их в формат виртуальных дисков, после чего происходит передача на сервер виртуализации в облако провайдера. Такой способ миграции имеет существенные преимущества: создание образов производится на блочном уровне, поддерживается большое количество ОС, а вероятность успешной миграции в виртуальную среду существенно повышается.

Вариант 6: Установка с нуля

Установка с нуля – еще один вариант миграции, распространенный на практике. Для этого в облачной инфраструктуре провайдера создается ВМ, на которую устанавливается ОС и необходимое ПО, а также конфигурируются требуемые сервисы. После чего выполняется переключение клиентов на использование нового сервера, а старый выводится из обихода.

При развертывании инфраструктуры в облаке на базе VMware предоставляется доступ к консоли vCloud Director, в которой формируется инфраструктура согласно требованиям проекта. Используя интуитивно понятный интерфейс, здесь создаются виртуальные машины, производится настройка сетевых параметров, конфигурация необходимых сервисов и другое.

Заключение

Поскольку сегодня многие компании отдают предпочтение облаку в модели IaaS , вопрос миграции на облачную площадку приобретает все большую и большую актуальность. Ускорить этот процесс и свести на нет возможные ошибки поможет правильно выбранная тактика, заранее определенная стратегия и соблюдение общепринятых рекомендаций.

Нарушения внимания: виды и характеристика

Можно выделить следующие виды нарушений внимания:

снижение устойчивости;
уменьшение объема;
нарушение переключения.

Снижение устойчивости внимания

Снижение устойчивости внимания вызывается снижением концентрации внимания. Когда концентрация снижается либо колеблется, это может привести к снижению устойчивости внимания. Низкая устойчивость внимания является причиной снижения эффективности целенаправленной познавательной деятельности, а также вызывает возникновение трудностей в мыслительной деятельности. Для того, чтобы внимание было сосредоточенным и устойчивым, необходимо первоначально фиксировать его на объекте.

У психически больных людей наблюдаются нарушения и зрительного, и слухового внимания. По методике Шульте, которой по таблицам необходимо искать числа, выявляются результаты, которые превосходят норму по количеству затраченного времени. Наблюдается общий уровень замедленности работы с сильно выраженной неравномерностью психической деятельности. У некоторых больных наблюдается снижение скорости отыскивания чисел, а время, которое они затрачивают на их отыскивание, наоборот, увеличивается. Часто происходит удваивание времени из-за того, что больные теряют числа на таблице и не видят их.

Проводя исследование с помощью методики В.М. Когана по дифференциации совмещенных признаков, выявилось, что больным людям по сравнению со здоровыми свойственно затрачивать большее количество времени на раскладывание карточек. Необходимо пересчитывать карточки и раскладывать их по цветам. Занимаясь выполнением одновременно двух задач, больным людям свойственно допускать значительно большее количество ошибок. В исследованиях, которые проводили Б. В. Зейгарник, Д. Д. Федотовым, Н. Г. Тихомировой, доказана истощаемость и колебание активного внимания больных людей.

У людей с поражённой ЦНС часто наблюдаются проблемы со слуховым вниманием, так как его объектом выступает концентрация внимания на речевой деятельности. Речь определяет опосредованность внимания, она занимает важное место в развитии его устойчивости. Когда ребёнок овладевает речью, он учится тому, какими способами можно управлять своим вниманием. Функция второй сигнальной системы – регулирующая, с помощь которой возбуждение становится направленным и локализованным в коре головного мозга. При помощи речи ребёнок обучается по-особенному видеть мир. Активности речевой деятельности дошкольника свойственно быть направленной в сторону значения. Ребенок делается более внимательным как к звукам речи, так и к содержанию, смыслу слов, он может мысленно представить себе предметы, их свойства, действия с ними.

Как отмечал Э. И. Леонгард, около половины детей младшего школьного возраста с умственной отсталостью либо не могут использовать словесную инструкцию, либо словесная инструкция не оказывает никакого влияния на их деятельность. У них затруднена выработка произвольного внимания.

Уменьшение объёма внимания

Уменьшение объема внимания является количественным сужением совокупности всех раздражителей ввиду нарушения способности к их удержанию. Таким образом, к примеру, наблюдается сужение объёма внимания у умственно отсталых детей в сравнении с их нормальными сверстниками. Они могут смотреть, но не видеть, слушать, но не слышать. Глядя на любой предмет, им свойственно видеть в нём меньшее количество отличительных признаков, чем нормально развивающемуся ребенку. Это является одним из факторов, почему таким детям сложно ориентироваться на улице, в помещении и, особенно, в почти не знакомых местах.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

У людей с эпилепсией из-за высокого уровня инертности протекания психических процессов наблюдается зацикленность на многочисленных деталях объектов. Это выступает причиной, почему они не могут сосредотачивать внимание на большом объёме материала. Людям с шизофренией свойственно не удерживать объём внимания по несколько других причинах. Они ничем не мотивируют удержание объема внимания.

У них не получается удержать объём, потому что они стараются познать выхолощенный смысл фразы. Их речи свойственны резонерские рассуждения, она является цепочкой витиеватых, бессмысленных и бесплодных мудрствований.

Как считал Ж. Пиаже, поле внимания индивидов является узким, потому что им трудно, а иногда и невозможно провести мыслительный синтез. Именно это наблюдается у большего количества детей с отклонениями в развитии. Нормально развивающемуся ребенку дошкольного возраста свойственно видеть и замечать многое, однако он не может рационально организовывать свои наблюдения.

Чтобы увеличить объем внимания, нужно не просто вовлекать с каждым разом большее количество учитываемых признаков, но и ассимилировать их, включать в структуру опыта. Для этого необходима сохранность соответствующих механизмов.

Нарушение переключения внимания

Нарушения переключения внимания является нарушением лабильного перехода от одного стереотипа выполнения деятельности к другому, нарушением способности оттормаживать предыдущие способы деятельности.

Нарушение переключения внимания у разных категорий больных людей проявляется по-своему. У людей с шизофренией отмечается лабильность протекания мыслительной деятельности, им свойственно быстро и свободно переключаться с одного объекта на другой. Но выбирая новые способы деятельности, огромное значение придаётся их собственная мотивация. Такая лёгкость в переключении внимания усугубляется тем, что отсутствует осмысленность, а действия являются выхолощенными.

Умственно отсталым и больным эпилепсией характерно испытывание особых трудностей при переключении с одного на другое задание. В их деятельности особенно проявляется застреваемость или «соскальзывание» на способ решения задания, который им хорошо знаком. Они не умеют распределять внимание между различными видами деятельности. Они не выполняют одновременно два задания, например, не могут рисовать и рассказывать стихотворение.

Синдромы нарушений внимания

Рассеянностью называются снижения способности долгое время концентрировать внимание, сосредотачиваться на чём-то одном, происходят постоянные переходы от одного явления к другому, не останавливаясь ни на чём. Рассеянность чаще всего проявляется при утомлении, при астенических состояниях разного генеза и может сочетаться с повышенной истощаемостью внимания.

Повышенной отвлекаемостью является чрезмерная подвижность внимания, постоянный переход от одного вида деятельности к другому. При этом никакое действие не будет доведено до конца. Повышенная отвлекаемость наблюдается при маниакальных состояниям, когда она связывается с ускорением ассоциативных процессов.

Инертность внимания – это, наоборот, малая подвижность внимания, при которой нарушено переключение внимания, это своего рода патологическая фиксация внимания.

Апрозексией называется полное отсутствие внимания.

аналоговая часть схемы должна быть отделена от остальной части, а при ее разводке должны соблюдаться особые методы и правила

Из-за существенных отличий аналоговой схемотехники от цифровой, аналоговая часть схемы должна быть отделена от остальной части, а при ее разводке должны соблюдаться особые методы и правила. Эффекты, возникающие из-за неидеальности характеристик печатных плат, становятся особенно заметными в высокочастотных аналоговых схемах, но погрешности общего вида, описанные в этой статье, могут оказывать воздействие на качественные характеристики устройств, работающих даже в звуковом диапазоне частот.

Намерением этой статьи является обсуждение распространенных ошибок, совершаемых разработчиками печатных плат, описание воздействия этих ошибок на качественные показатели и рекомендации по разрешению возникших проблем.

Лишь в редких случаях печатная плата аналоговой схемы может быть разведена так, чтобы вносимые ею воздействия не оказывали никакого влияния на работу схемы. В то же время, любое такое воздействие может быть минимизировано так, чтобы характеристики аналоговой схемы устройства были такими же, как и характеристики модели и прототипа.

Разработчики цифровых схем могут скорректировать небольшие ошибки на изготовленной плате, дополняя ее перемычками или, наоборот, удаляя лишние проводники, внося изменения в работу программируемых микросхем и т.п., переходя очень скоро к следующей разработке. Для аналоговой схемы дело обстоит не так. Некоторые из распространенных ошибок, обсуждаемых в этой статье, не могут быть исправлены дополнением перемычек или удалением лишних проводников. Они могут и будут приводить в нерабочее состояние печатную плату целиком.

Очень важно для разработчика цифровых схем, использующего такие способы исправления, прочесть и понять материал, изложенный в этой статье, заблаговременно, до передачи проекта в производство. Немного внимания, уделенного при разработке, и обсуждение возможных вариантов помогут не только предотвратить превращение печатной платы в утильсырье, но и уменьшить стоимость из-за грубых ошибок в небольшой аналоговой части схемы. Поиск ошибок и их исправление может привести к потерям сотен часов. Макетирование может сократить это время до одного дня или менее. Макетируйте все свои аналоговые схемы

Шум и помехи являются основными элементами, ограничивающими качественные характеристики схем. Помехи могут как излучаться источниками, так и наводиться на элементы схемы. Аналоговая схема часто располагается на печатной плате вместе с быстродействующими цифровыми компонентами, включая цифровые сигнал-процессоры (DSP).

Высокочастотные логические сигналы создают значительные радиочастотные помехи (RFI). Количество источников излучения шума огромно: ключевые источники питания цифровых систем, мобильные телефоны, радио и телевидение, источники питания ламп дневного света, персональные компьютеры, грозовые разряды и т.д. Даже если аналоговая схема работает в звуковом частотном диапазоне, радиочастотные помехи могут создавать заметный шум в выходном сигнале.

Выбор конструкции печатной платы является важным фактором, определяющим механические характеристики при использовании устройства в целом. Для изготовления печатных плат используются материалы различного уровня качества. Наиболее подходящим и удобным для разработчика будет, если изготовитель печатных плат находится неподалеку. В этом случае легко осуществить контроль удельного сопротивления и диэлектрической постоянной — основных параметров материала печатной платы. К сожалению, этого бывает недостаточно и часто необходимо знание других параметров, таких как воспламеняемость, высокотемпературная стабильность и коэффициент гигроскопичности. Эти параметры может знать только производитель компонентов, используемых при производстве печатных плат.

Слоистые материалы обозначаются индексами FR (flame resistant, сопротивляемость к воспламенению) и G. Материал с индексом FR-1 обладает наибольшей горючестью, а FR-5 — наименьшей. Материалы с индексами G10 и G11 обладают особыми характеристиками. Материалы печатных плат приведены в табл. 1.

Не используйте печатную плату категории FR-1. Есть много примеров использования печатных плат FR-1, на которых имеются повреждения от теплового воздействия мощных компонентов. Печатные платы этой категории более похожи на картон.

FR-4 часто используется при изготовлении промышленного оборудования, в то время, как FR-2 используется в производстве бытовой техники. Эти две категории стандартизованы в промышленности, а печатные платы FR-2 и FR-4 часто подходят для большинства приложений. Но иногда неидеальность характеристик этих категорий заставляет использовать другие материалы. Например, для очень высокочастотных приложений в качестве материала печатных плат используются фторопласт и даже керамика. Однако, чем экзотичнее материал печатной платы, тем выше может быть цена.

При выборе материала печатной платы обращайте особое внимание на его гигроскопичность, поскольку этот параметр може оказать сильный негативный эффект на желаемые характеристики платы — поверхностное сопротивление, утечки, высоковольтные изоляционные свойства (пробои и искрения) и механическая прочность. Также обращайте внимание на рабочую температуру. Участки с высокой температурой могут встречаться в неожиданных местах, например, рядом с большими цифровыми интегральными схемами, переключения которых происходят на высокой частоте. Если такие участки расположены непосредственно под аналоговыми компонентами, повышение температуры может сказаться на изменении характеристик аналоговой схемы.

Категория	Компоненты, комментарии
FR-1	бумага, фенольная композиция: прессование и штамповка при комнатной температуре, высокий коэффициент гигроскопичности
FR-2	бумага, фенольная композиция: применимый для односторонних печатных плат бытовой техники, невысокий коэффициент гигроскопичности
FR-3	бумага, эпоксидная композиция: разработки с хорошими механическими и электрическими характеристиками
FR-4	стеклоткань, эпоксидная композиция: прекрасные механические и электрические свойства
FR-5	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокая прочность при повышенных температурах, отсутствие воспламенения
G10	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокие изоляционные свойства, наиболее высокая прочность стеклоткани, низкий коэффициент гигроскопичности
G11	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокая прочность на изгиб при повышенных температурах, высокая сопротивляемость растворителям

После того, как материал печатной платы выбран, необходимо определить толщину фольги печатной платы. Этот параметр в первую очередь выбирается исходя из максимальной величины протекающего тока. По возможности, старайтесь избегать применения очень тонкой фольги.

Количество слоев печатной платы

В зависимости от общей сложности схемы и качественных требований разработчик должен определить количество слоев печатной платы.

Однослойные печатные платы

Очень простые электронные схемы выполняются на односторонних платах с использованием дешевых фольгированных материалов (FR-1 или FR-2) и часто имеют много перемычек, напоминая двухсторонние платы. Такой способ создания печатных плат рекомендуется только для низкочастотных схем. По причинам, которые будут описаны ниже, односторонние печатные платы в большой степени восприимчивы к наводкам. Хорошую одностороннюю печатную плату достаточно сложно разработать из-за многих причин. Тем не менее хорошие платы такого типа встречаются, но при их разработке требуется очень многое обдумывать заранее.

Двухслойные печатные платы

На следующем уровне стоят двухсторонние печатные платы, которые в большинстве случаев используют в качестве материала подложки FR-4, хотя иногда встречается и FR-2. Применение FR-4 более предпочтительнее, поскольку в печатных платах из этого материала отверстия получаются более лучшего качества. Схемы на двухсторонних печатных платах разводятся гораздо легче, т.к. в двух слоях проще осуществить разводку пересекающихся трасс. Однако для аналоговых схем пересечение трасс выполнять не рекомендуется. Где возможно, нижний слой (bottom) необходимо отводить под полигон земли, а остальные сигналы разводить в верхнем слое (top). Использование полигона в качестве земляной шины дает несколько преимуществ:

общий провод является наиболее часто подключаемым в схеме проводом; поэтому резонно иметь «много» общего провода для упрощения разводки
увеличивается механическая прочность платы
уменьшается сопротивление всех подключений к общему проводу, что, в свою очередь, уменьшает шум и наводки
увеличивается распределенная емкость для каждой цепи схемы, помогая подавлять излучаемый шум
полигон, являющийся экраном, подавляет наводки, излучаемые источниками, располагающимися со стороны полигона

Двухсторонние печатные платы, несмотря на все свои преимущества, не являются лучшими, особенно для малосигнальных или высокоскоростных схем. В общем случае, толщина печатной платы, т.е. расстояние между слоями металлизации, равняется 1,5 мм, что слишком много для полной реализации некоторых преимуществ двухслойной печатной платы, приведенных выше. Распределенная емкость, например, слишком мала из-за такого большого интервала.

Многослойные печатные платы

Для ответственных схемотехнических разработок требуются многослойные печатные платы (МПП). Некоторые причины их применения очевидны:

такая же удобная, как и для шины общего провода, разводка шин питания; если в качестве шин питания используются полигоны на отдельном слое, то довольно просто с помощью переходных отверстий осуществить подводку питания к каждому элементу схемы
сигнальные слои освобождаются от шин питания, что облегчает разводку сигнальных проводников
между полигонами земли и питания появляется распределенная емкость, которая уменьшает высокочастотный шум

Кроме этих причин применения многослойных печатных плат существуют другие, менее очевидные:

лучшее подавление электромагнитных (EMI) и радиочастотных (RFI) помех благодаря эффекту отражения (image plane effect), известному еще во времена Маркони. Когда проводник размещается близко к плоской проводящей поверхности, большая часть возвратных высокочастотных токов будет протекать по плоскости непосредственно под проводником. Направление этих токов будет противоположно направлению токов в проводнике. Таким образом, отражение проводника в плоскости создает линию передачи сигнала. Поскольку токи в проводнике и в плоскости равны по величине и противоположны по направлению, создается некоторое уменьшение излучаемых помех. Эффект отражения эффективно работает только при неразрывных сплошных полигонах (ими могут быть как полигоны земли, так и полигоны питания). Любое нарушение целостности будет приводить к уменьшению подавления помех.
снижение общей стоимости при мелкосерийном производстве. Несмотря на то, что изготовление многослойных печатных плат обходится дороже, их возможное излучение меньше, чем у одно- и двухслойных плат. Следовательно, в некоторых случаях применение лишь многослойных плат позволит выполнить требования по излучению, поставленные при разработке, и не проводить дополнительных испытаний и тестирований. Применение МПП может снизить уровень излучаемых помех на 20 дБ по сравнению с двухслойными платами.

Порядок следования слоев

У неопытных разработчиков часто возникает некоторое замешательство по поводу оптимального порядка следования слоев печатной платы. Возьмем для примера 4-слойную плату, содержащую два сигнальных слоя и два полигонных слоя — слой земли и слой питания. Какой порядок следования слоев лучший? Сигнальные слои между полигонами, которые будут служить экранами? Или же сделать полигонные слои внутренними, чтобы уменьшить взаимовлияние сигнальных слоев?

При решении этого вопроса важно помнить, что часто расположение слоев не имеет особого значения, поскольку все равно компоненты располагаются на внешних слоях, а шины, подводящие сигналы к их выводам, порой проходят через все слои. Поэтому любые экранные эффекты представляют собой лишь компромисс. В данном случае лучше позаботиться о создании большой распределенной емкости между полигонами питания и земли, расположив их во внутренних слоях.

Другим преимуществом расположения сигнальных слоев снаружи является доступность сигналов для тестирования, а также возможность модификации связей. Любой, кто хоть раз изменял соединения проводников, располагающихся во внутренних слоях, оценит эту возможность.

Для печатных плат с более, чем четырьмя слоями, существует общее правило располагать высокоскоростные сигнальные проводники между полигонами земли и питания, а низкочастотным отводить внешние слои.

Заземление

Хорошее заземление — общее требование насыщенной, многоуровневой системы. И оно должно планироваться с первого шага дизайнерской разработки.

Основное правило: разделение земли.

Разделение земли на аналоговую и цифровую части — один из простейших и наиболее эффективных методов подавления шума. Один или более слоев многослойной печатной платы обычно отводится под слой земляных полигонов. Если разработчик не очень опытен или невнимателен, то земля аналоговой части будет непосредственно соединена с этими полигонами, т.е. аналоговый возвратный ток будет использовать такую же цепь, что и цифровой возвратный ток. Авторазводчики работают примерно также и объединяют все земли вместе.

Если переработке подвергается ранее разработанная печатная плата с единым земляным полигоном, объединяющим аналоговую и цифровую земли, то необходимо сначала физически разделить земли на плате (после этой операции работа платы становится практически невозможной). После этого производятся все подключения к аналоговому земляному полигону компонентов аналоговой схемы (формируется аналоговая земля) и к цифровому земляному полигону компонентов цифровой схемы (формируется цифровая земля). И лишь после этого в источнике производится объединение цифровой и аналоговой земли.

Другие правила формирования земли:

Шины питания и земли должны находится под одним потенциалом по переменному току, что подразумевает использование конденсаторов развязки и распределенной емкости
Не допускайте перекрытий аналоговых и цифровых полигонов (рис. 1). Располагайте шины и полигоны аналогового питания над полигоном аналоговой земли (аналогично для шин цифрового питания). Если в каком-либо месте существует перекрытие аналогового и цифрового полигона, распределенная емкость между перекрывающимися участками будет создавать связь по переменному току, и наводки от работы цифровых компонентов попадут в аналоговую схему. Такие перекрытия аннулируют изоляцию полигонов

Разделение не означает электрической изоляции аналоговой от цифровой земли (рис. 2). Они должны соединяться вместе в каком-то, желательно одном, низкоимпедансном узле. Правильная, с точки зрения земли, система имеет только одну землю, которая является выводом заземления для систем с питанием от сетевого переменного напряжения или общим выводом для систем с питанием от постоянного напряжения (например, аккумулятора). Все сигнальные токи и токи питания в этой схеме должны возвращаться к этой земле в одну точку, которая будет служить системной землей. Такой точкой может быть вывод корпуса устройства. Важно понимать, что при подсоединении общего вывода схемы к нескольким точкам корпуса могут образовываться земляные контуры. Создание единственной общей точки объединения земель является одним из наиболее трудных аспектов системного дизайна

По возможности разделяйте выводы разъемов, предназначенные для передачи возвратных токов — возвратные токи должны объединяться только в точке системной земли. Старение контактов разъемов, а также частая расстыковка их ответных частей приводит к увеличению сопротивления контактов, следовательно, для более надежной работы необходимо использование разъемов с некоторым количеством дополнительных выводов. Сложные цифровые печатные платы имеют много слоев и содержат сотни или тысячи проводников. Добавление еще одного проводника редко создает проблему в отличие от добавляемых дополнительных выводов разъемов. Если это не удается сделать, то необходимо создавать два проводника возвратного тока для каждой силовой цепи на плате, соблюдая особые меры предосторожности.
Важно отделять шины цифровых сигналов от мест на печатной плате, где расположены аналоговые компоненты схемы. Это предполагает изоляцию (экранирование) полигонами, создание коротких трасс аналоговых сигналов и внимательное размещение пассивных компонентов при наличии рядом расположенных шин высокоскоростных цифровых и ответственных аналоговых сигналов. Шины цифровых сигналов должны разводиться вокруг участков с аналоговыми компонентами и не перекрываться с шинами и полигонами аналоговой земли и аналогового питания. Если этого не делать, то разработка будет содержать новый непредусмотренный элемент — антенну, излучение которой будет воздействовать на высокоимпедансные аналоговые компоненты и проводники (рис. 3)

Почти все сигналы тактовых частот являются достаточно высокочастотными сигналами, поэтому даже небольшие емкости между трассами и полигонами могут создавать значительные связи. Необходимо помнить, что не только основная тактовая частота может вызывать проблему, но и ее высшие гармоники.

Хорошей концепцией является размещение аналоговой части схемы вблизи к входным/выходным соединениям платы. Разработчики цифровых печатных плат, использующие мощные интегральные схемы, часто склонны разводить шины шириной 1 мм и длиной несколько сантиметров для соединения аналогововых компонентов, полагая, что малое сопротивление трассы поможет избавиться от наводок. То, что при этом получается, представляет собой протяженный пленочный конденсатор, на который будут наводиться паразитные сигналы от цифровых компонентов, цифровой земли и цифрового питания, усугубляя проблему

Пример хорошего размещения компонентов

На рисунке 4 показан возможный вариант размещения всех компонентов на плате, включая источник питания. Здесь используются три отделенных друг от друга и изолированных полигона земли/питания: один для источника, один для цифровой схемы и один для аналоговой. Цепи земли и питания аналоговой и цифровой частей объединяются только в источнике питания. Высокочастоный шум отфильтровывается в цепях питания дросселями. В этом примере высокочастотные сигналы аналоговой и цифровой частей отнесены друг от друга. Такой дизайн имеет очень высокую вероятность на благоприятный исход, поскольку обеспечено хорошее размещение компонентов и следование правилам разделения цепей.

Имеется лишь один случай, когда необходимо объединение аналоговых и цифровых сигналов над областью полигона аналоговой земли. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи размещаются в корпусах с выводами аналоговой и цифровой земли. Принимая во внимание предыдущие рассуждения, можно предположить, что вывод цифровой земли и вывод аналоговой земли должны быть подключены к шинам цифровой и аналоговой земли соответственно. Однако в данном случае это не верно.

Названия выводов (аналоговый или цифровой) относятся лишь к внутренней структуре преобразователя, к его внутренним соединениям. В схеме эти выводы должны быть подключены к шине аналоговой земли. Соединение может быть выполнено и внутри интегральной схемы, однако получить низкое сопротивление такого соединения довольно сложно из-за топологических ограничений. Поэтому при использовании преобразователей предполагается внешнее соединение выводов аналоговой и цифровой земли. Если этого не сделать, то параметры микросхемы будут значительно хуже приведенных в спецификации.

Необходимо учитывать то, что цифровая элементы преобразователя могут ухудшать качественные характеристики схемы, привнося цифровые помехи в цепи аналоговой земли и аналогового питания. При разработке преобразователей учитывается это негативное воздействие так, чтобы цифровая часть потребляла как можно меньше мощности. При этом помехи от переключений логических элементов уменьшаются. Если цифровые выводы преобразователя не сильно нагружены, то внутренние переключения обычно не вызывают особых проблем. При разработке печатной платы, содержащей АЦП или ЦАП, необходимо должным образом отнестись к развязке цифрового питания преобразователя на аналоговую землю.

Частотные характеристики пассивных компонентов

Для правильной работы аналоговых схем весьма важен правильный выбор пассивных компонентов. Начинайте дизайнерскую разработку с внимательного рассмотрения высокочастотных характеристик пассивных компонентов и предварительного размещения и компоновки их на эскизе платы.

Большое число разработчиков совершенно игнорируют частотные ограничения пассивных компонентов при использовании в аналоговой схемотехнике. Эти компоненты имеют ограниченные частотные диапазоны и их работа вне специфицированной частотной области может привести к непредсказуемым результатам. Кто-то может подумать, что это обсуждение касается только высокоскоростных аналоговых схем. Однако, это далеко не так — высокочастотные сигналы достаточно сильно воздействуют на пассивные компоненты низкочастотных схем посредством излучения или прямой связи по проводникам. Например, простой низкочастотный фильтр на операционном усилителе может легко превращаться в высокочастотный фильтр при воздействии на его вход высокой частоты.

Резисторы

Высокочастотные характеристики резисторов могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 5.

Обычно применяются резисторы трех типов:

Проволочные
Углеродные композитные
Пленочные

Не надо иметь много воображения, чтобы понять, как проволочный резистор может превращаться в индуктивность, поскольку он представляет собой катушку с проводом из высокоомного металла. Большинство разработчиков электронных устройств не имеют понятия о внутренней структуре пленочных резисторов, которые также представляют собой катушку, правда, из металлической пленки. Поэтому пленочные резисторы также обладают индуктивностью, которая меньше, чем у проволочных резисторов. Пленочные резисторы с сопротивлением не более 2 кОм можно свободно использовать в высокочастотных схемах. Выводы резисторов параллельны друг другу, поэтому между ними существует заметная емкостная связь. Для резисторов с большим сопротивлением межвыводная емкость будет уменьшать полный импеданс на высоких частотах.

Конденсаторы

Высокочастотные характеристики конденсаторов могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 6.

Конденсаторы в аналоговых схемах используются в качестве элементов развязки и фильтрующих компонентов. Для идеального конденсатора реактивное сопротивление определяется по следующей формуле:

Следовательно, электролитический конденсатор емкостью 10 мкФ будет обладать сопротивлением 1,6 Ом на частоте 10 кГц и 160 мкОм на частоте 100 МГц. Так ли это?

В действительности, никто никогда не видел электролитического конденсатора с реактивным сопротивлением 160 мкОм. Обкладки пленочных и электролитических конденсаторов представляют собой свитые слои фольги, которые создают паразитную индуктивность. Эффект собственной индуктивности у керамических конденсаторов значительно меньше, что позволяет использовать их при работе на высоких частотах. Кроме этого, конденсаторы обладают током утечки между обкладками, который эквивалентен включенному параллельно их выводам резистору, добавляющему свое паразитное воздействие к воздействию последовательно включенного сопротивления выводов и обкладок. К тому же, электролит не является идеальным проводником. Все эти сопротивления складываясь создают эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Конденсаторы, используемые в качестве развязок должны обладать малым ESR, поскольку последовательное сопротивление ограничивает эффективность подавления пульсаций и помех. Повышение рабочей температуры довольно значительно увеличивает эквивалентное последовательное сопротивление и может привести к ухудшению характеристик конденсатора. Поэтому, если предполагается использование алюминиевого электролитического конденсатора при повышенной рабочей температуре, то необходимо использовать конденсаторы соответствующего типа (105°С).

Выводы конденсатора также вносят свой вклад в увеличение паразитной индуктивности. Для малых значений емкости важно оставлять длину выводов короткой. Сочетание паразитных индуктивности и емкости может создать резонансный контур. Полагая, что выводы имеют индуктивность порядка 8 нГн на один сантиметр длины, конденсатор емкостью 0,01 мкФ с выводами длиной по одному сантиметру будет иметь резонансную частоту около 12,5 МГц. Этот эффект известен инженерам, которые десятилетия назад разрабатывали электронные вакуумные приборы. Тот, кто восстанавливает антикварные радиоприемники и не знает об этом эффекте, сталкивается с множеством проблем.

При использовании электролитических конденсаторов необходимо следить за правильным подключением. Положительный вывод должен быть подключен к более положительному постоянному потенциалу. Неправильное подключение приводит к протеканию через электролитический конденсатор постоянного тока, что может вывести из строя не только сам конденсатор, но и часть схемы.

В редких случаях разность потенциалов по постоянному току между двумя точками в схеме может менять свой знак. Это требует применения неполярных электролитических конденсаторов, внутренняя структура которых эквивалентна двум полярным конденсаторам, соединенным последовательно.

Индуктивности

Высокочастотные характеристики индуктивностей могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 7.

Реактивное сопротивление индуктивности описывается следующей формулой:

Следовательно, индуктивность 10 мГн будет обладать реактивным сопротивлением 628 Ом на частоте 10 кГц, а на частоте 100 МГц — сопротивлением 6,28 МОм. Верно?

В действительности, не существует индуктивности с реактивным сопротивлением 6,28 МОм. Природу возникновения паразитного сопротивления легко понять — витки катушки выполнены из провода, обладающего некоторым сопротивлением на единицу длины. Паразитная емкость воспринимается труднее до тех пор, пока не принять во внимание то, что следующий виток катушки расположен вплотную к предыдущему, и между близко расположенными проводниками возникает емкостная связь. Паразитная емкость ограничивает верхнюю рабочую частоту. Небольшие проволочные индуктивности начинают становиться неэффективными в диапазоне 10…100 МГц.

Печатная плата

Сама печатная плата обладает характеристиками рассмотренных выше пассивных компонентов, правда, не столь очевидными.

Рисунок проводников на печатной плате может быть как источником, так и приемником помех. Хорошая разводка проводников уменьшает чувствительность аналоговой схемы к излучению источников.

Печатная плата восприимчива к излучению, поскольку проводники и выводы компонентов образовывают своеобразные антенны. Теория антенн представляет собой достаточно сложный предмет для изучения и не рассматривается в этой статье. Тем не менее, некоторые основы здесь приводятся.

Немного из теории антенн

Одним из основных типов антенн является штырь или прямой проводник. Такая антенна работает, потому что прямой проводник обладает паразитной индуктивностью и поэтому может концентрировать и улавливать излучение от внешних источников. Полный импеданс прямого проводника имеет резистивную (активную) и индуктивную (реактивную) составляющие.

На постоянном токе или низких частотах преобладает активная составляющая. При повышении частоты реактивная составляющая становится все более и более значимой. В диапазоне от 1 кГц до 10 кГц индуктивная составляющая начинает оказывать влияние, и проводник более не является низкоомным соединителем, а скорее выступает как катушка индуктивности.

Формула для расчета индуктивности проводника печатной платы выглядит следующим образом:

Обычно, трассы на печатной плате обладают значениями от 6 нГн до 12 нГн на сантиметр длины. Например, 10-сантиметровый проводник обладает сопротивлением 57 мОм и индуктивностью 8 нГн на см. На частоте 100 кГц реактивное сопротивление становится равным 50 мОм, а на более высоких частотах проводник будет представлять собой скорее индуктивность, чем активное сопротивление.

Правило штыревой антенны гласит, что она начинает ощутимо взаимодействовать с полем при своей длине около 1/20 от длины волны, а максимальное взаимодействие происходит при длине штыря, равной 1/4 от длины волны. Поэтому 10-сантиметровый проводник из примера в предыдущем параграфе начнет становиться довольно хорошей антенной на частотах выше 150 МГц. Необходимо помнить, что несмотря на то, что генератор тактовой частоты цифровой схемы может и не работать на частоте выше 150 МГц, в его сигнале всегда присутствуют высшие гармоники. Если на печатной плате присутствуют компоненты со штыревыми выводами значительной длины, то такие выводы также могут служить антеннами.

Другой основной тип антенн — петлевые антенны. Индуктивность прямого проводника сильно увеличивается, когда он изгибается и становится частью дуги. Увеличивающаяся индуктивность понижает частоту, на которой начинает происходить взаимодействие антенны с линиями поля.

Опытные дизайнеры печатных плат, достаточно хорошо разбирающиеся в теории петлевых антенн, знают, что нельзя создавать петли для критичных сигналов. Некоторые разработчики, однако, не задумываются об этом, и проводники возвратного и сигнального тока в их схемах представляют собой петли. Создание петлевых антенн легко показать на примере (рис. 8). Кроме того, здесь показано и создание щелевой антенны.

Рассмотрим три случая:

Вариант A — пример скверного дизайна. В нем вовсе не используется полигон аналоговой земли. Петлевой контур формируется земляным и сигнальным проводником. При прохождении тока возникают электрическое и перпендикулярное ему магнитное поля. Эти поля образовывают основу петлевой антенны. Правило петлевой антенны гласит, что для наибольшей эффективности длина каждого проводника должна быть равно половине длины волны принимаемого излучения. Однако, следует не забывать, что даже при 1/20 от длины волны петлевая антенна все еще остается достаточно эффективной.

Вариант Б лучше варианта A, но здесь присутствует разрыв в полигоне, вероятно, для создания определенного места для разводки сигнальных проводников. Пути сигнального и возвратного токов образуют щелевую антенну. Другие петли образуются в вырезах вокруг микросхем.

Вариант В — пример лучшего дизайна. Пути сигнального и возвратного тока совпадают, сводя на нет эффективность петлевой антенны. Заметьте, что в этом варианте также присутствуют вырезы вокруг микросхем, но они отделены от пути возвратного тока.

Теория отражения и согласования сигналов находится близко к теории антенн.

Когда проводник печатной платы поворачивает на угол 90° может возникнуть отражение сигнала. Это происходит, главным образом, из-за изменения ширины пути прохождения тока. В вершине угла ширина трассы увеличивается в 1.414 раза, что приводит к рассогласованию характеристик линии передачи, особенно распределенной емкости и собственной индуктивности трассы. Довольно часто необходимо повернуть на печатной плате трассу на 90°. Многие современные CAD-пакеты позволяют сглаживать углы проведенных трасс или проводить трассы в виде дуги. На рисунке 9 показаны два шага улучшения формы угла. Только последний пример поддерживает постоянной ширину трассы и минимизирует отражения.

Совет для опытных разводчиков печатных плат: оставляйте процедуру сглаживания на последний этап работ перед созданием каплеобразных выводов и заливкой полигонов. Иначе, CAD-пакет будет производить сглаживание дольше из-за более сложных вычислений.

Паразитные эффекты печатной платы

Между проводниками печатной платы, находящимися на разных слоях, возникает емкостная связь, когда они пересекаются. Иногда это может создать проблему. Проводники, находящиеся друг над другом на смежных слоях, создают длинный пленочный конденсатор. Емкость такого конденсатора рассчитывается по формуле, приведенной на рисунке 10.

Например, печатная плата может обладать следующими параметрами:

4 слоя; сигнальный и слой полигона земли — смежные
межслойный интервал — 0,2 мм
ширина проводника — 0,75 мм
длина проводника — 7,5 мм

Типовое значение диэлектрической постоянной ER для FR-4 равняется 4.5.

Видно, что происходит удвоение амплитуды выходного сигнала на частотах, близких к верхнему пределу частотного диапазона ОУ. Это, в свою очередь, может привести к генерации, особенно на рабочих частотах антенны (выше 180 МГц).

Этот эффект порождает многочисленные проблемы, для решения которых, тем не менее, существует много способов. Самый очевидный из них — уменьшение длины проводников. Другой способ — уменьшение их ширины. Нет причины применения проводника такой ширины для подводки сигнала к инвертирующему входу, т.к. по этому проводнику протекает очень небольшой ток. Уменьшение длины трассы до 2,5 мм, а ширины до 0,2 мм приведет к уменьшению емкости до 0,1 пФ, а такая емкость уже не приведет к столь значительному подъему частотной характеристики. Еще один способ решения — удаление части полигона под инвертирующим входом и проводником, подходящим к нему.

Инвертирующий вход операционного усилителя, особенно, высокоскоростного, в большой степени склонен к генерации в схемах с высоким коэффициентом усиления. Это происходит из-за нежелательной емкости входного каскада ОУ. Поэтому, крайне важно уменьшить паразитную емкость и располагать компоненты обратной связи настолько близко к инвертирующему входу насколько это возможно. Если, несмотря на принятые меры, происходит возбуждение усилителя, то необходимо пропорционально уменьшить сопротивления резисторов обратной связи для изменения резонансной частоты цепи. Также может помочь и увеличение резисторов, правда, значительно реже, т.к. эффект возбуждения зависит и от импеданса схемы. При изменении резисторов обратной связи нельзя забывать и об изменении емкости корректирующего конденсатора. Также нельзя забывать и о том, что при уменьшении сопротивлении резисторов увеличивается потребляемая мощность схемы.

Ширину проводников печатной платы невозможно бесконечно уменьшить. Предельная ширина определяется как технологическим процессом, так и толщиной фольги. Если два проводника проходят близко друг к другу, то между ними образуется емкостная и индуктивная связь (рис. 12).

Зависимости, описывающие эти паразитные эффекты, достаточно сложны, чтобы их приводить в этой статье, но их можно найти в литературе, посвященной линиям передачи и полосковым линиям.

Сигнальные проводники не должны разводиться параллельно друг другу, исключая случаи разводки дифференциальных или микрополосковых линий. Зазор между проводниками должен быть минимум в три раза больше ширины проводников.

Емкость между трассами в аналоговых схемах может создать затруднения при больших сопротивлениях резисторов (несколько МОм). Относительно большая емкостная связь между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя легко может привести к самовозбуждению схемы.

Всякий раз, когда при разводке печатной платы появляется необходимость в создании переходного отверстия, т.е. межслойного соединения (рис. 13), необходимо помнить, что при этом возникает также паразитная индуктивность. При диаметре отверстия после металлизации d и длине канала h индуктивность можно вычислить по следующей приближенной формуле:

Например, при d=0,4 мм и h=1,5 мм (достаточно распространенные величины) индуктивность отверстия равна 1,1 нГн.

Имейте в виду, что индуктивность отверстия вместе с такой же паразитной емкостью формируют резонансный контур, что может сказаться при работе на высоких частотах. Собственная индуктивность отверстия достаточно мала, и резонансная частота находится где-то в гигагерцовом диапазоне, но если сигнал в течение своего пути вынужден проходить через несколько переходных отверстий, то их индуктивности складываются (последовательное соединение), а резонансная частота понижается. Вывод: старайтесь избегать большого числа переходных отверстий при разводке ответственных высокочастотных проводников аналоговых схем. Другое негативное явление: при большом количестве переходных отверстий в полигоне земли могут создаваться петлевые участки. Наилучшая аналоговая разводка — все сигнальные проводники располагаются на одном слое печатной платы.

Кроме рассмотренных выше паразитных эффектов существуют еще такие, которые связаны с недостаточно чистой поверхностью платы.

Помните, что, если в схеме присутствуют большие сопротивления, то особое внимание следует уделить очистке платы. На заключительных операциях изготовления печатной платы должны удаляться остатки флюса и загрязнений. В последнее время при монтаже печатных плат достаточно часто применяются водорастворимые флюсы. Являясь менее вредными, они легко удаляются водой. Но при этом отмывка платы недостаточно чистой водой может привести к дополнительным загрязнениям, которые ухудшают диэлектрические характеристики. Следовательно, очень важно производить отмывку печатной платы с высокоимпедансной схемой свежей дистиллированной водой.

Развязка сигналов

Как уже отмечалось, помехи могут проникать в аналоговую часть схемы через цепи питания. Для уменьшения таких помех применяются развязывающие (блокировочные) конденсаторы, уменьшающие локальный импеданс шин питания.

Если необходимо развести печатную плату, на которой имеются и аналоговая, и цифровая части, то необходимо иметь хотя бы небольшое представление об электрических характеристиках логических элементов.

Типовой выходной каскад логического элемента содержит два транзистора, последовательно соединенные между собой, а также между цепями питания и земли (рис. 14).

Эти транзисторы в идеальном случае работают строго в противофазе, т.е. когда один из них открыт, то в этот же момент времени второй закрыт, формируя на выходе либо сигнал логической единицы, либо логического нуля. В установившемся логическом состоянии потребляемая мощность логического элемента невелика.

Ситуация кардинально меняется, когда выходной каскад переключается из одного логического состояния в другое. В этом случае в течение короткого промежутка времени оба транзистора могут быть открыты одновременно, а ток питания выходного каскада сильно увеличивается, поскольку уменьшается сопротивление участка пути тока от шина питания до шины земли через два последовательно соединенных транзистора. Потребляемая мощность скачкообразно возрастает, а затем также убывает, что приводит к локальному изменению напряжения питания и возникновению резкого, кратковременного изменения тока. Такие изменения тока приводят к излучению радиочастотной энергии. Даже на сравнительно простой печатной плате может быть десятки или сотни рассмотренных выходных каскадов логических элементов, поэтому суммарный эффект от их одновременной работы может быть очень большим.

Невозможно точно предсказать диапазон частот, в котором будут находиться эти выбросы тока, поскольку частота их возникновения зависит от множества причин, в том числе и от задержки распространения переключений транзисторов логического элемента. Задержка, в свою очередь, также зависит от множества случайных причин, возникающих в процессе производства. Шум от переключений имеет широкополосное распределение гармонических составляющих во всем диапазоне. Для подавления цифрового шума существует несколько способов, применение которых зависит от спектрального распределения шума.

В таблице 2 представлены максимальные рабочие частоты для распространенных типов конденсаторов.

Таблица 2

Тип	Максимальная частота
алюминиевый электролитический	100 кГц
танталовый электролитический	1 МГц
слюдяной	500 МГц
керамический	1 ГГц

Из таблицы очевидно, что танталовые электролитические конденсаторы применяются для частот ниже 1 МГц, на более высоких частотах должны применяться керамические конденсаторы. Необходимо не забывать, что конденсаторы имеют собственный резонанс и их неправильный выбор может не только не помочь, но и усугубить проблему. На рисунке 15 показаны типовые собственные резонансы двух конденсаторов общего применения — 10 мкФ танталового электролитического и 0,01 мкФ керамического.

Реальные характеристики могут отличаться у различных производителей и даже от партии к партии у одного производителя. Важно понимать, что для эффективной работы конденсатора подавляемые им частоты должны находиться в более низком диапазоне, чем частота собственного резонанса. В противном случае характер реактивного сопротивления будет индуктивным, а конденсатор перестанет эффективно работать.

Не стоит заблуждаться относительно того, что один 0,1 мкФ конденсатор будет подавлять все частоты. Небольшие конденсаторы (10 нФ и менее) могут работать более эффективно на более высоких частотах.

Развязка питания ИС

Развязка питания интегральных схем с целью подавления высокочастотного шума состоит в применении одного или нескольких конденсаторов, подключенных между выводами питания и земли. Важно, чтобы проводники, соединяющие выводы с конденсаторами, были короткими. Если это не так, то собственная индуктивность проводников будет играть заметную роль и сводить на нет выгоды от применения развязывающих конденсаторов.

Развязывающий конденсатор должен быть подключен к каждому корпусу микросхемы, независимо от того, сколько операционных усилителей находится внутри корпуса — 1, 2 или 4. Если ОУ питается двухполярным питанием, то, само собой разумеется, что развязывающие конденсаторы должны располагаться у каждого вывода питания. Значение емкости должно быть тщательно выбрано в зависимости от типа шума и помех, присутствующих в схеме.

В особо сложных случаях может появиться необходимость добавления индуктивности, включенной последовательно с выводом питания. Индуктивность должна располагаться до, а не после конденсаторов.

Другим, более дешевым способом является замена индуктивности резистором с малым сопротивлением (10…100 Ом). При этом вместе с развязывающим конденсатором резистор образует низкочастотный фильтр. Этот способ уменьшает диапазон питания операционного усилителя, который к тому же становится более зависимым от потребляемой мощности.

Обычно для подавления низкочастотных помех в цепях питания бывает достаточно применить один или несколько алюминиевых или танталовых электролитических конденсаторов у входного разъема питания. Дополнительный керамический конденсатор будет подавлять высокочастотные помехи от других плат.

Развязка входных и выходных сигналов

Множество шумовых проблем является результатом непосредственного соединения входных и выходных выводов. В результате высокочастотных ограничений пассивных компонентов реакция схемы на воздействие высокочастотного шума может быть достаточно непредсказуемой.

В ситуации, когда частотный диапазон наведенного шума в значительной степени отличается от частотного диапазона работы схемы, решение просто и очевидно — размещение пассивного RC-фильтра для подавления высокочастотных помех. Однако, при применении пассивного фильтра надо быть осторожным: его характеристики (из-за неидеальности частотных характеристик пассивных компонентов) утрачивают свои свойства на частотах, в 100…1000 раз превышающих частоту среза (f3db). При использовании последовательно соединенных фильтров, настроенных на разные частотные диапазоны, более высокочастотный фильтр должен быть ближайшим к источнику помех. Индуктивности на ферритовых кольцах также могут применяться для подавления шума; они сохраняют индуктивный характер сопротивления до некоторой определенной частоты, а выше их сопротивление становится активным.

Наводки на аналоговую схему могут быть настолько большими, что избавиться (или, по крайней мере, уменьшить) от них возможно только с помощью применения экранов. Для эффективной работы они должны быть тщательно спроектированы так, чтобы частоты, создающие наибольшие проблемы, не смогли попасть в схему. Это означает, что экран не должен иметь отверстия или вырезы с размерами, большими, чем 1/20 длины волны экранируемого излучения. Хорошая идея отводить достаточное место под предполагаемый экран с самого начала проектирования печатной платы. При использовании экрана можно дополнительно использовать ферритовые кольца (или бусинки) для всех подключений к схеме.

Корпуса операционных усилителей

В одном корпусе обычно размещаются один, два или четыре операционных усилителя (рис. 16).

Одиночный ОУ часто также имеет дополнительные входы, например, для регулировки напряжения смещения. Сдвоенные и счетверенные ОУ имеют лишь инвертирующий и неинвертирующий входы и выход. Поэтому при необходимости иметь дополнительные регулировки надо применять одиночные операционные усилители. При использовании дополнительных выводов необходимо помнить, что по своей структуре они являются вспомогательными входами, поэтому управление ими должно осуществляться аккуратно и в соответствии с рекомендациями производителя.

В одиночном ОУ выход располагается на противоположной стороне от входов. Это может создать затруднение при работе усилителя на высоких частотах из-за протяженных проводников обратной связи. Один из путей преодоления этого состоит в размещении усилителя и компонентов обратной связи на разных сторонах печатной платы. Это, однако, приводит к как минимум двум дополнительным отверстиям и вырезам в полигоне земли. Иногда стоит использовать сдвоенный ОУ для разрешения данной проблемы, даже если второй усилитель не используется (при этом его выводы должны быть подключены должным образом). Рисунок 17 иллюстрирует уменьшение длины проводников цепи обратной связи для инвертирующего включения.

Сдвоенные ОУ особенно часто используются в стереофонических усилителях, а счетверенные — в схемах многокаскадных фильтров. Однако, в этом есть довольно значительный минус. Несмотря на то, что современная технология обеспечивает приличную изоляцию между сигналами усилителей, расположенных на одном кремниевом кристалле, между ними все же существуют некоторые перекрестные помехи. Если необходимо иметь очень малую величину таких помех, то необходимо использовать одиночные операционные усилители. Перекрестные помехи возникают не только при использовании сдвоенных или счетверенных усилителей. Их источником может служить очень близкое расположение пассивных компонентов разных каналов.

Сдвоенные и счетверенные ОУ, кроме вышесказанного, позволяют осуществить более плотный монтаж. Отдельные усилители как бы зеркально расположены друг относительно друга (рис. 18).

На рисунках 17 и 18 показаны не все подключения, требуемые для нормальной работы, например, формирователь среднего уровня при однополярном питании. На рисунке 19 приведена схема такого формирователя при использовании счетверенного усилителя.

На схеме показаны все необходимые подключения для реализации трех независимых инвертирующих каскадов. Необходимо обратить внимание на то, что проводники формирователя половины напряжения питания располагаются непосредственно под корпусом интегральной схемы, что позволяет уменьшить их длину. Этот пример иллюстрирует не то, как должно быть, а то, что должно быть сделано. Напряжение среднего уровня, например, могло бы быть единым для всех четырех усилителей. Пассивные компоненты могут быть соответствующего размера. Например, планарные компоненты типоразмера 0402 соответствуют расстоянию между выводами стандартного корпуса SO. Это позволяет сделать длину проводников очень короткой для высокочастотных приложений.

Типы корпусов операционных усилителей включают в себя, в основном, DIP (dual-in-line) и SO (small-outline). Вместе с уменьшением размера корпуса уменьшается и шаг выводов, что позволяет применять меньшие по размеру пассивные компоненты. Уменьшение размеров схемы в целом уменьшает паразитные индуктивности и позволяет работать на более высоких частотах. Однако это приводит также к возникновению более сильных перекрестных помех из-за увеличения емкостной связи между компонентами и проводниками.

Объемный и поверхностный монтаж

При размещении операционных усилителей в корпусах типа DIP и пассивных компонентов с проволочными выводами требуется наличие на печатной плате переходных отверстий для их монтажа. Такие компоненты в настоящее время используются, когда нет особых требований к размерам печатной платы; обычно они стоят дешевле, но стоимость печатной платы в процессе изготовления возрастает из-за сверловки дополнительных отверстий под выводы компонентов.

Кроме того, при использовании навесных компонентов увеличиваются размеры платы и длины проводников, что не позволяет работать схеме на высоких частотах. Переходные отверстия обладают собственной индуктивностью, что также накладывает ограничения на динамические характеристики схемы. Поэтому навесные компоненты не рекомендуется применять для реализации высокочастотных схем или для аналоговых схем, размещенных поблизости с высокоскоростными логическими схемами.

Некоторые разработчики, пытаясь уменьшить длину проводников, размещают резисторы вертикально. С первого взгляда может показаться что, это сокращает длину трассы. Однако при этом увеличивается путь прохождения тока по резистору, а сам резистор представляет собой петлю (виток индуктивности). Излучающая и принимающая способность возрастает многократно.

При поверхностном монтаже не требуется размещения отверстия под каждый вывод компонента. Однако возникают проблемы при тестирования схемы, и приходится использовать переходные отверстия в качестве контрольных точек, особенно при применении компонентов малого типоразмера.

Неиспользуемые секции оу

При использовании сдвоенных и счетверенных операционных усилителей в схеме некоторые их секции могут остаться незадействованными и должны быть в этом случае корректно подключены. Ошибочное подключение может привести к увеличению потребляемой мощности, большему нагреву и большему шуму используемых в этом же корпусе ОУ. Выводы неиспользуемых операционных усилителей могут быть подключены так, как изображено на рис. 20а. Подключение выводов с дополнительными компонентами (рис. 20б) позволит легко использовать этот ОУ при наладке.

Заключение

Помните следующие основные моменты и постоянно соблюдайте их при проектировании и разводке аналоговых схем.

Общие:

думайте о печатной плате как о компоненте электрической схемы
имейте представление и понимание об источниках шума и помех
моделируйте и макетируйте схемы

Печатная плата:

используйте печатные платы только из качественного материала (например, FR-4)
схемы, выполненные на многослойных печатных платах, на 20 дБ менее восприимчивее к внешним помехам, чем схемы, выполненные на двухслойных платах
используйте разделенные, неперекрывающиеся полигоны для различных земель и питаний
располагайте полигоны земли и питания на внутренних слоях печатной платы.

Компоненты:

осознавайте частотные ограничения, вносимые пассивными компонентами и проводниками платы
старайтесь избегать вертикального размещения пассивных компонентов в высокоскоростных схемах
для высокочастотных схем используйте компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа
проводники должны быть чем короче, тем лучше
если требуется большая длина проводника, то уменьшайте его ширину
неиспользуемые выводы активных компонентов должны быть правильно подключены

Разводка:

размещайте аналоговую схему вблизи разъема питания
никогда не разводите проводники, передающие логические сигналы, через аналоговую область платы, и наоборот
проводники, подходящие к инвертирующему входу ОУ, делайте короткими
удостоверьтесь, что проводники инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ не располагаются параллельно друг другу на большом протяжении
старайтесь избегать применения лишних переходных отверстий, т.к. их собственная индуктивность может привести к возникновению дополнительных проблем
не разводите проводники под прямыми углами и сглаживайте вершины углов, если это возможно

Развязка:

используйте правильные типы конденсаторов для подавления помех в цепях питания
для подавления низкочастотных помех и шумов используйте танталовые конденсаторы у входного разъема питания
для подавления высокочастотных помех и шумов используйте керамические конденсаторы у входного разъема питания
используйте керамические конденсаторы у каждого вывода питания микросхемы; если необходимо, используйте несколько конденсаторов для разных частотных диапазонов
если в схеме происходит возбуждение, то необходимо использовать конденсаторы с меньшим значением емкости, а не большим
в трудных случаях в цепях питания используйте последовательно включенные резисторы малого сопротивления или индуктивности
развязывающие конденсаторы аналогового питания должны подключаться только к аналоговой земле, а не к цифровой

Автор статьи: Bruce Carter. Перевод статьи Op Amps For Everyone, chapter 17. Circuit Board Layout Techniques. Design Reference, Texas Instruments

Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту [email protected].