Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Je před vánocemi, a protože "divný strejda z Frýdku" nerozdává dárky, které se dají koupit v obchodě, tak právě stavím pro neteře jednoduchou "barevnou hudbu" - jejíž popis snad ještě stihnu zveřejnit v tomto roce.

Tedy minulý rok dárečky pro neteře dopadly katastrofou protože jsem vyrobil Drawdio - jako relaxační oscilátor, který nepotřebuje vypínač. V tom ale byl ten problém - děcka byly z "hrajících tužek" natolik nadšené, že tužky šly z ruky do pusinky a jak děti "oslizly" kontakty - tužky začaly - sice barytonem - ale neustále pískat, protože - lidské sliny, i po odpaření vody patrně nejsou dokonalý izolant.

Takže letos ne na řadě barevbná hudba ve formě krabice, která se dá k repráku od televizoru (nebo se do ní bude křičet pusou) mikrofon pochytá zvuky a podle toho budou blikat světýlka.

Takže úkol č. 1. - vstupní zesilovač, který "vyrovná" úroveň signálu aby se do krabičky dalo křičet z blízka i šeptat z dálky.

Úplně se bojím napsat "logaritmický zesilovač" - protože to mě lidi budou mít za blázna.

Stejně tak se bojím napsat "kompresor dynamiky" - protože to je "černou magií" opředený komponent u kterého "skuteční hifisti" hodnotí jestli má dostatečně křišťálový zvuk s fialkovým závanem v basech ....

Protože ale všechno se vším souvisí tak obvod, který probereme - je de-facto logaritmický zesilovač (pro malé signály) a limiter (pro silné signály). Takže vo co go. Na obrázku máte klasický zesilovač s antiparalelně zapojenými diodami ve zpětné vazbě. Vtip je v tom, že pro slabé signály, kdy diodami tečnou mikroampérové proudy má dioda relativně velký vnitřní odpor. Obráceně řečeno - pokud ne napěťový rozdíl mezi výstupen operačního zesilovače a invertujícím vstupem malinkatý (v milivoltech) diody jsou téměř zavřené a dělají "obrovský odpor" ve zpětné vazbě - tudíž veliké zesílení.

Naopak pro obrovské signály (ve voltech a v desítkách miliampérů) se diody otevřou a lze říci že amplituda signálu - špička -špička - z tohoto zapojení nikdy nebude větší než 2x0,7V (dvakrát spád na otevřené diodě).

Jenomže "ďábel se skrývá v detailech" - tedy toto zapojení je překvapivě náročné na rychlost operačního zesilovače. Podle mých zkušeností "zcela obyč." LM324 která má "šířku pásma" alias GBW (Gain Bandwith) do 1 MHZ nebude v tomto zapojení fungovat do vyšších frekvencí než asi 1 kHz !!! Vtip je totiž vtom, že když do zapojení pustíte sinusovku tak - logaritmická odezva se projevuje během každé periody a v místě přechodu nulou se dokonce obě diody uzavřou a zesilovač musí "toto místo" překonat bez zpětné vazby - což na něj klade enornmí nároky právě z hlediska šířky pásma, protože silná zpětná vazba je právě to co operační zesilovače "honí" do vyšších frekvencí.

Druhý problém - představte si že investujete 800,- a koupíte nějaký multi gigahertzový operák od Linearu. Pak začnou problémy jinde - už od stovek kilohertzů se začně projevovat nezanedbatelná kapacita diod - a ony místo aby se pravidelně uzavíraly - budou fungovat jakoby paralelně s nimi byl zapojený kondenzátor s několika desítkami pikofaradů. Proto i pro běžné použití doporučují spíše klasické (ne schottky) hrotové a rychlé diody. Pro začátek stačí i obyč 1n4148 - ale to je jen základ pro nízké frekvence.

Je tedy jasné, že za jednoduchost zapojení platíme enormními nároky na vlastnosti součástek a to i pro celkem nízké frekvence. Tohle zapojení má navíc ještě jenu zákeřnost. Odpor R1 (dopručená hodnota 1K) slouží zároveň jako součást vstupního RC členu a zároveň jako prvek, který určuje proud diodami. Z hlediska RC členu potřebujeme jeho hodnotu co největší (abychom nemuseli používat obrovskou hodnotu C1). Z hlediska zesílení je šak absolutně nejvyšší hodnota kterou si můžeme dovolit kolem 100K nad tuto hodnotu se nám zapojení změní v zesilovač se zesílením 1 a limitací pro amplitudu 0,7V.

Tak jsem vymyslel něco trošku jiného. Tedy vlastně stejného ale v neinvertujícím provedení. Tím můžeme měnit R1 zvlášť bez vlivu na vstupní kondenzátor C1 a velikost děliče R2, R3 můžeme zvolit tak velkou abychom jako C1 mohli použít běžný fóliový nebo keramický kondenzátor. Zato musíme použít veliký kondenzátor C3, ten ale de-facto není přímo v cestě signálu a navíc je jasně polarizovaný, takže tam snadno můžeme použít elektrolyt.

Tedy při mnou doporučeném JFETovém zesilovači TL072, při mnou dporučeném odporu R1 -100 ohm - 1K a mnou dporučených diodách 1n4148. Bude tento zesilovač mít přibližně logaritmickou odezvu pro vstupní signály od 1mV do 1V s frekvencí maximálně 10 KHz (lépe jen 1 kHz).

Posledních pár otázek

- proč JFET - protože při malých signálech jsou proudy diodami nepatrné ( v nanoampérech) a proud do vstupů bipolárního zesilovače by je narušoval.

- Co R4 - to je "volitelný odpor", který pokud použijeme dosti velký (doporučuju 1Mega a více) tak omezí problémy které má zesilovač ze zavřených diod, když prochází nulou - ovšem za cenu zhošení vlastností pro slabé signály ...

Takže to je celé - vím, že to není moc a proto bych takový zesilovač do robotů nikdy nedal, ale pro krabičku do které "hulákají děti" ??? Asi to stačí - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - víte že po svatbě je dobré "hrát slušňačku" ve společnosti, ale v posteli můžete "odhodit zábrany" protože chlap na druhé polovině postele už stejně nemůže utéct (nebo se mu to dokonce líbí ) ....

Už kdysi dávno jsem psal o "robotické blbuvzdornosti" tedy o tom, že i do malinkatých robotů je dobré vestavět jisté ochranné prvky, zejména tehdy pokud to nestojí moc práce ani peněz.

Jednou ze součástí takové blbuvzdornosti je spolehlivost posílání dat mezi moduly v robotech. Takže teď odbočím a zopakuju starou větu : KATEGORICKY ZAKAZUJU POUŽÍVAT I2C SBĚRNICI PRO DŮLEŽITÁ DATA. Kdysi jsem doporučoval používat diferenciální sběrnice RS485, CanBus, Robbus, USB, Ethernet atd. Vtip je v tom, že pokud máme i přes použitou sběrnici jsté množství chyb v doručených datech - je čas začít uvažova zda místo surových dat poslaných po sběrnici není čas používat "samoopravné kódy".

Takže přestavte si, že posíláme data poruchovým kanálem - máme celkem 3 možnosti

Patrně je vám jasné, že samoopravné kódy jsou to nejběžnější kolem nás. Vtip je v tom, že tolik věcí jsme dotlačili až na fyzíkální limity - jako datové toky ve WIFI, kapacitu pevných a flash disků, kapacitu CD/DVD, že chyby v datech na těcho médiích jsou zcela běžné - "ale zákazník to nesmí poznat...."

Takže jsem se kdysi rozhodl, že ovládnu alespoň nějakou formu samoopravného kódovaní, a protože jsem matematický nedouk, tak jsem ovládl jenom tu historicky první a nejjednodušší metodu - což jsou tzv. Hammingovy kódy.

Richard Hamming v roce 1950 zavedl způsob jak výrazně zvýšit spolehlivost děrných štítků a to tím, že ke každým 4 bitům dat přidal 3 bity parity. Jeho 7 bitový kód pak vypadá následovně

Tedy první dva bity jsou parita, pak je jeden datový bit, pak je poslední paritní bit a další tři datové bity.

Malá odbočka k pojmu PARITA. Tedy od pradávných digitálních dob se nejzákladnější kontrola dat dělala tak že k určitému počtu datových bitů se přidal bit navíc - paritní - a jeho hodnota se nastavila tak, aby datový paket měl vždy SUDÝ nebo vždy LICHÝ počet "jedničkových" bitů (proto sudá nebo lichá parita). Pokud tomu tak nebylo bylo jasné, že některý bit se přenosem změnil. Pokud se prohodily vzájemně dva bity - parita zase seděla ačkoliv data byla špatná - ale pravděpodobnost dvou chyb v jednom paketu (bajtu) se považovala za velmi nepravděpodonou.

Paritní bit se spočte prostě tak že uděláte XOR všech datových bitů - výsledek dává SUDOU paritu, pokud výsedek NEGujete dostanete LICHOU paritu.

Takže Hammingovy kódy mají 3 paritní bity, které každý počítají paritu z jiné části datového slova ze kterých bitů se počítá který paritní bit máte označeno v tabulce označeno. Tedy pokud XORem budeme počítat jednotlivé paritní bity potom platí

Tak tohle už smrdí maximální černou magií - takže je čas vysvětlovat. Paritní a datové bity jsou totiř rozmístěny tak šikovně, že nám umožňují poznat který bit je špatný. Postup je následující:

Opět drobní ďáblici v detailech - co když dojde k poruše více než jednoho bitu - pak patrně nepoznám, že i po korekci mám špatný paket.

Toho využívají i technici a nepraktické 7 bitové pakety doplní ještě o jeden paritní bit, který počítá paritu všech 8 bitů - to je tzv Hammingův kód 8/4, který se také nazývá "Single error correcting double error detecting" - tedy jednu chybu opravím dvě chyby poznám.

Jak se pracuje s takovým kódem :

Jak to budeme programovat v praxi ? - nemá smysl smolit s v mikrokontroléru s XORováním bitů takže je dobré:

Osobně jsem používal pro výpočet P1-P3 sudou paritu, ale pro P4 lichou paritu - to proto aby "plochá lajna na lince" tedy hodnoty 00000000 a 11111111 dávaly chybu.

Prográmek v assembleru zase neuvádím (protože se za něj stydím). Místo toho jsem nahrál na ULOŽ.TO excelovskou tabulku, pomocí které jsem si celou věc zkoušel (a vypočetl jsem si pomocí ní obě tabulky do programu). Doporučuju prozkoumat a při trápení se jak to mám udělané - Hammingovy kódy pochopit.

Zbývá už jenom tradiční rada pro brunety : nejsou jenom vysoké kozačky až na stehno - ale jehlové kozačky po kotník a odtamtud černé legíny vedoucí po vašich dlóóóuhých nohách "až k pipně" - taky dovedou chlapem otřást.

Jeden z mých nejoblíbenějších filmů je "Nepřítel před branami", protože líčí realisticky Sovětskou obranu Stalingradu. Jedna puška je na dva vojáky, takže polovina vojska jde do útoku neozrojená a má si opatřit zbraň od mrtvoly na bojišti. Vpředu dokonale opevněný a vyzbrojený Wermacht a SS s kulomety, za zády agenti NKVD se samopaly střílejí vlastní vojáky - opozdilce, považované za zrádce SSSR. Předčasným vrcholem filmu je příjezd Nikity Chruščova, který je povolán, protože obrana Stalingradu skomírá. Dosavadnímu veliteli operace dá pistoli s jedinou kulkou - Chruščov odejde z místnosti - zazní rána. Chruščov se ptá shromážděných nižších velitelů - "Co navrhujete k řešení zoufalé sitace na frontě ?" Z řady vstoupí mladý oficír a prohlásí - "postřílíme i generálovy děti".....

Dnes se tedy budeme bavi o "proaktivních" idiotech v korporátní sféře a o katastrofálním nedostatku slova "NE" v našem světe.

Tedy "Proaktivní" je pojem, ze kterého mi jde mráz po zádech, ale v principu je to neškodná záležitost, která znamená něco jako "předvídavý" tedy "proaktivní" je člověk, který reaguje na věci ještě dříve než se stanou, místo aby byl "ve vleku událostí".

Jenomže nic není tak jednoduché neboli - "ďábel se skrývá v detailech". Tedy můj bývalý šéf byl super - proaktivní, protože byl tak vzdělaný a inteligentní, že předvídal - a velmi přesně - v letech a desetiletích, tam kde my jsme předvídali jenom ve dnech a týdnech. Právě proto, že viděl léta dopředu mohl nutné změny realizovat tak nenápadně, že mnohých jsme si sotva všimli.

Představme si ovšem situaci z jiného soudku - jste někde blízko dna kariérní pyramidy v megakorporaci. O předmětu činnosti megakorporace víte prdlajs. Vaše schopnost předvídat je kvůli tomu nulová, ale od svých šéfů, které chcete na jejich místech co nejdříve vystřídat, neustále slyšíte - "musíš být proaktivní". Aby byla situace ještě horší v "bázi pyramidy" s vámi sedí celé patro manažírků, kteří jsou na tom jako vy - mladí, nezkušení, (hyper) ambiciózní.

Co budete dělat ? Budete sedět a jako Buddha Mlčenlivý, sbírat intenzivně informace a učit se, abyste věděl "vo co go" ? Jak vaši šéfové rozeznají, kdo sedí jako Buddha, protože se připravuje být proaktivní, a kdo sedí jako Buddha, protože "na to nemá" ?

Takže klidnou prací se nikam nedostanete, proto je tu druhá možnost - na konci porady se šéf formálně ptá "má ještě nekdo nějaký návrh ?" a vy vyskočíte a vykřiknete: "postřílíme i generálovy děti". Je to sice k ničemu, ale alespoň vás bylo slyšet.

Teď vzniká otázka - pomůže to nebo ne ? Jelikož stále platí "zákon klesajícího marginálního užitku" - návrhy na změny přednesené v začátcích existence megakorporace - před 60 lety - měly výrazný zlepšující vliv, po 30 letech byly změny stále alespoň neutrální, ale od jisté doby je 99,99% změn k hošímu. Do které kategorie tedy dle prosté pravděpodobnosti spadá váš návrh ?

Vzhledem k předchozímu odstavci by právě v tomto okamžiku měl váš nadřízený bez mrknutí oka a s úsměvem prohlásit "děkuji, ale NE, tohle dělat nebudeme". Problém pyramidy v megakorporaci je že on je jenom o jedno "nepatrné" patro nad vámi a taky má své ambice a taky musí svým šéfům předvést, že je "dostatečně proaktivní". A co teprve, kdyby se jeho "proaktivní" šéfové dozvěděli, že je "méně proaktivní" než jeho mladí podřízení. Takže nadšené prohlásí - sláva - rozeberme tento nápad podrobněji - a výsledek se dostaví - generálovy děti jsou zastřeleny....

Aby věc byla ještě horší - můj šéf, který viděl destítky let dopředu, mohl celý rok sedět jako Buddha Mlčenlivý a jednou ročně - 3.ledna na ranní poradě prohlásil - "letos se budeme ubírat tímto směrem ..." Pokud jste v situaci, že vidíte dopředu jen týden nebo měsíc - musíte své "erupce proaktivity" předvádět daleko častěji. To má vedlejší efekt v tom, že nutných změn je více a tudíž toho pokaženého je ještě více.

Aby věc byla úplně nejhorší - vámi a vašimi kolegy realizované změny mají negativní účinky, které místo odvolání těchto změn - což by byla známka selhání "proaktivity" musíte zahnat dalšími změnami, které mají zase další negativní účinky. Pokud totiž pronesete prosté - "promiňte spletl jsem se" ostatní po vás začnou žádat abyste ze svého omylu "proaktivně" vyvodil závěry - a šel od válu.

Takže jak je v dnešní moderní době zvykem - "proaktivně řízené" megakorporace se vyznačují tím, že se zmítají v chaosu neustálých reforem, které probíhají zmateně, nesynchronizovaně v náhodných směrech a celkově připomínají Brownův pohyb prachu na hladině vody. Taková megakorporace má tendenci nakonec jít ke dnu. Pak jsou špatně řízené megakorporace, kde se toto neděje a přesto tyto firmy mají tendencí jít ke dnu. A pak jsou "dobře řízené" firmy, které poznáte pole toho, že se toho neděje moc, ale něco přece jenom ano, a navíc smyslu každé změny (téměř) ihned rozumíte.

Aby byla situace zcela katastrofální - "proaktivní" vysocí manažeři, když zjistí že megakorporace zmítaná neustálými reformami má tendenci jít ke dnu - začnou přemýšlet jak tomu "poraktivně" zabránit. A víte k čemu (většinou) dojdou - "je třeba být ještě proaktivnější". V jejich podání má pojem "proaktivnější" dvě formy. Formu "extenzivní" kdy najmou další patro "proaktivních" mladých manažírků, nebo formu "intenzivní" kdy dosavadní manažírky je třeba dolačit k tomu aby jejich "erupce proaktivity" neprobíhaly ve dnech a týdnech, ale nehlépe v hodinách a minutách. Tím jsou "bludné kruhy pozitivní zpětné vazby" uzavřeny a osud megakorporace je zpečetěn.

Kolega pesimista D-fens mylně předpokládá, že tyto procesy jsou způsobeny zlobou a charakterovými vadami konkrétních jedinců a jejich hromadný výskyt v megakorporaci nazývá "zazmrdování". Velice bych s nim nesouhlasil - tyto procesy jsou neodvratné jako jednoduchá fyzika - tlak plynu nebo šíření tepla - avšak jejich následky mohou být hrozivé, přestože každý chtěl jenom "ukojit" své kariérní ambice.

Na druhé straně otec moderního managementu Frederick Winslow Taylor prolašoval - "i změna k horšímu přechodně zvýší pracovní výkon". Když jsem já býval šéfem tak jsem ve shodě s ním a s Josefem Švejkem prohlašoval "I zmatené rozkazy vás dovedou do první linie". Takže možná hudruju a přitom ty věci do sebe nádherně zapadají. Díky "diminishing marginal utility" nelze dělat změny k lepšímu, proto místo nich děláme spoustu drobných změn k horšímu, které mají přechodný pozitivní efekt. Ale i s tím moje "bájesloví" počítá, protože můj druhý nejoblíbenější citát ze Švejka zní "Co císařpán činí - dobře činí".

Na třetí straně nelze nepoznamenat, že mnohého bychom byli ušetřeni a mnoho sil a peněz by se dalo investovat do něčeho užitečného, kdyby se v dnešní společnosti alespoň občas místo "proaktivních idiotů" vyskytl opravdový šéf, který by řekl, "Promyslel jsem to, ale NE - tohle dělat nebudeme..." Jenomže to se nestane, protože takový člověk by byl ihned napadán, že je "pasivní", nebo (nadávka moderní doby) - "reaktivní", nebo "konzervativní" a hlavně že je málo "proaktivní". Proto slovo "NE" považuju za nejíce chybějící komoditu současnosti - vzácnější než Diamanty, Zlato, Plutonium, nebo Helium-3.

Poznámka při druhém čtení : Vzhledem k tomu, že mám mladou ženu a vysokou hypotéku - rád bych čtenáře svého blogu, kteří vyrábějí "zpravodajské svodky" pro mé zaměstnavatele - upozornil "Vaše organizace jsem tím nemyslel" - čistě jenom "pro případ nedorozumění".

Na to že dneska máme jubilejní 60 vidláky bude dnešní příspěvek poměrně stručný (ale práce za ním bylo spousta).

Takže velmi a velmi dávno jsem psal článeček zvaný "Šikovná dolní propust". V něm jsem zdůrazňoval, že i když naprosto nenávidíte frekvenční filtry, tak pokud se zcela nevzdáte použítí AD převodníků ve vašich robotech - budete se muset alespoň dolní propust naučit postavit jako "anti aliasing filter" - tedy filtr který nepustí do AD převodníku žádnou frekvenci vyšší než polovina vzorkovacího kmitočtu. Pokud tak neučiníte - nikdy nebudete vědět jestli data, která dostáváte jsou skutečný signál, nebo produkt mixování vzorkovací frekvence s nějakým vysokým rušicím signálem.

Takže jsem doporučoval místo prostého RC článku - naučit se alespoň filtr 2 řádu - a to nejlépe aktivní formu (se zesilovačem) abyste zároveň mohli filtrovat a dosáhnout dostatečně nízké impedance pro AD převodník. Dělící frekvenci tohoto filtru spočtete velmi hrubě tak, že

R1 = R2 , C1 = C2 a dělící frekvence

Jenomže tím vznikne filtr druhého stupně, ale s vlastnostmi nic moc. U filtrů totiž žádáme, aby propustné pásmo bylo ploché, šlo co nejblíže dělící frekvenci a pak náhlým zlomem nastal prudký útlum.

Jak jistě tušíte - tyto požadavky všechny najednou splnit nelze. Takže tu máme filtry typu :

Mimo to máme ještě spoustu dalších typů filtrů - a klasicky je to veliká "černá magie" asistenti na nich získávají docentury a docenti profesury. I já jsem se naštval a zařekl jsem se, že není boha abych se nenaučil počítat alespoň nejobyčejnější Besselův filtr - zcela korektně.

Jako vždy u předmětu obklopeného černou magií naleznete opravdu spoustu a spoustu literatury a vzorečků, které z nějakého důvodu (moje blbost?) nefungují. Až po opravdu vyčerpávajícím studiu a pokusničení jsem objevíl vzorečky které fungují.

Tedy Zapomeňte na R1 = R2 , C1 = C2. Berte to to tak, že R1 C1 je jeden filtr a R2 C2 druhý.

Pokud má být dělící frekvence filtru f - pak dělící frekvenci R1, C1 spočítáte klasicky

No a hodnoty R2, C2, spočtete stejně, akorát dělící frekvence musí být f * odmocnina ze 2.

Tedy prakticky buď R2 = R1 / 1,4142 nebo C2 = C1 /1,4142. Nebo si zvolte jinou kombinaci R2, a C2, která vyhovuje podmínce o frekvenci.

To je všechno ???? Ano to je všechno, ale zkuste si cvičně projít literaturu kolem Besselových filtrů abyste pochopili, že v jednoduchosti je nejvíce práce.

Čistě jenom pro zopakování ukážu ještě starší obrázek kde zcela vpravo vidíte Besselův filtr 2 stupně s jedním tranzistorem - doufám, že jej "tam vidíte" a je vám jasné, že R1~R3, C1~C4, R2~R4, C2~C5.

Zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : hrála jste před svatbou "nedobytnou" a pak jste se nechala "svést" a pak dělala "erotické dusno" ? Činíte tak i nyní, nebo je z vás po svatbě "ženská v teplákách" ?