Конструирование узлов электронной техники с использованием САПР 33

Конструирование узлов электронной техники с использованием сапр

Проектирование электротехнический изделий

1. Разработка технического задания (ТЗ). В ТЗ формулируются общие и частные технические требования (ГОСТ 15.001)

2. Техническое предложение. Предлагаются исходные варианты.

3. Эскизный проект. Прорабатывается наиболее оптимальный вариант.

4. Технический проект. Разработка конструкции изделия. Разрабатываются внешний вид изделия, сборочные чертежи узлов, деталей. Этап заканчивается выпуском конструкторской документации.

5. Рабочий проект. Изготовление и испытание опытного образца.

Конструирование - это процесс поиска и оптимизации и отражения в конструкторской документации (КД) формы, размеров, материалов, внутренних взаимодействий и взаимодействий с окружающей средой.

Конструкция - это совокупность деталей и узлов, находящихся между собой в определенных пространственных, механических, тепловых и электрических связях.

Типы производства: единичное, мелкосерийное, серийное, крупносерийное и массовое.

Существует два основных метода конструирования:

1. Метод моноконструкции, в результате которого реализуется единый моноблок, как правило, с оригинальной несущей конструкцией.

Несущая конструкция - это комплекс взаимосвязанных механических деталей и узлов, несущих на себе все элементы изделия и электрический монтаж. (пример: бытовая аппаратура)

2. Базовый метод конструирования основан на расчленении изделия на конструкторско-технологические единицы или уровни. (используется для промышленной аппаратуры)

Уровни разукрупнения изделий (Классификация)

1. Изделия «нулевого» уровня - это элементная база (пример: печатная плата);

2. Изделия «первого» уровня (пример: печатный узел, ячейка (печатный узел, выполненный по определенным требованиям), микросборка (гибридная микросхема для частного применения);

3. Изделия «второго» уровня характеризуются тем, что не имеют самостоятельного эксплуатационного значения, но могут иметь, например, панель управления (пример: блок);

4. Изделие «третьего» уровня - прибор, имеет самостоятельное эксплутационное значение (пример: малогабаритный осциллограф, лабораторный блок питания);

5. Изделие «четвертого» уровня - это комплекс, многоприборное изделие, окончательный электромонтаж которого выполняется на месте.

Классификация видов изделий

1. Деталь - изделие выполненное по определенной структуре из материала одной марки;

2. Сборочная единица - две или более деталей, соединенных сборочными операциями на предприятии изготовителе (пример: печатная плата);

3. Комплект - совокупность деталей и (или) сборочных единиц не соединенных между собой операцией сборки (пример: ЗИП);

4. Комплекс - совокупность сборочных единиц соединенных сборочными операциями на месте эксплуатации.

Виды конструкторских документов

Конструкторские документы делятся:

1. В зависимости от формы представления КД:

• Тексты (перечень элементов, спецификация, пояснительная записка и т.д.)

• Графические документы (чертежи и схемы)

2. В зависимости от назначения КД:

• Оригинал (первичный документ, который скрепляют подписями ответственных лиц);

• Подлинник (копия оригинала, которая удовлетворяет двум требованиям:

• удобство хранения в архиве

• удобство снятия с него копии

• Дубликат (запасной подлинник);

• Копия (изготавливается с подлинника).

Исходные данные для конструирования изделий (конструкций)

1. Схема электрическая принципиальная;

2. Условия эксплуатации;

3. Тип производства;

4. Требования к конструкции;

5. Технологическая база;

6. Требования по стандартизации;

7. Другие требования заказчика.

Формы задания условий эксплуатации

Условия эксплуатации могут задаваться в двух видах:

• Перечисление механических и климатических воздействий с указанием их численного значения (температура окружающей среды, давление, влажность, диапазон вибраций, ускорение);

• Путем ссылки на группу и класс изделий.

Классы электронной аппаратуры

1. Наземная электронная аппаратура

• 1 группа - стационарная РЭА, которая эксплуатируется в закрытых, отапливаемых помещениях;

• 2 группа - стационарная РЭА, которая эксплуатируется в закрытых, НЕотапливаемых помещениях;

1 и 2 группы характеризуется отсутствием механических воздействий.

• 3 группа - возимая РЭА, устанавливается на носителях (автомобиль, вагон и т.д.);

3 группа характеризуется наличием механических воздействий, вибрацией и жесткими климатическими воздействиями.

• 4 группа - носимая РЭА, предназначена для переноски длительное время как во включенном, так и в выключенном состояниях;

4 группа характеризуется наличием менее жестких механических воздействий, чем аппаратура 3-й группы.

• 5 группа - портативная РЭА, предназначена для длительной переноски во включенном состоянии (плеер, слуховой аппарат).

5 группа характеризуется наличием слабых механических и климатических воздействий.

2. Бортовая электронная аппаратура

• 1 группа - РЭА низкоскоростных самолетов;

• 2 группа - РЭА высокоскоростных самолетов;

• 3 группа - РЭА ракет;

• 4 группа - космическая РЭА.

Общим условием для всех групп являются жесткие механические и климатические воздействия.

3. Морская электронная аппаратура

• 1 группа - судовая РЭА;

• 2 группа - корабельная РЭА;

• 3 группа - буйковая РЭА.

Общие условия эксплуатации для всех групп являются: 100% влажность, солевой туман, брызги воды, жесткие механические воздействия.

Правила выполнения электрических принципиальных схем

Существуют следующие виды электрических схем:

1. Схемы электрические структурные. Шифр - Э1

2. Схемы электрические функциональные. Шифр - Э2. (Функциональная схема более подробна и содержит дополнительную информацию о работе схемы)

3. Схемы электрические принципиальные. Шифр - Э3. Схема электрическая принципиальная содержит обозначение всех составных частей схемы и всех связей между ними.

4. Схемы электрические соединений. Шифр - Э4

Обозначение схемы состоит из:

• 4-х буквенного обозначения - шифр предприятия;

• 6-и разрядное число - вид и назначение изделия, согласно классификатору обозначений ЕСКД;

• 3-х разрядное число - порядковый номер разработки среди аналогичных устройств;

• шифр.

Пример: АААА.ХХХХХХ.ХХХ - Э3

АБВГ.123456.001 - Э3

(шифр СБ - сборочный чертеж; шифр ПЭ3 - перечень элементов)

Перечень элементов. Шифр - ПЭ3.

Перечень элементов может быть представлен в двух видах:

• В виде таблицы над штампом;

• В виде отдельного текстового документа.

Элементы в данном документе заполняются в порядке латинского алфавита.

Обозначение	Наименование	Количество
R1	МЛТ - 0,25 - 10 кОм	1
R2, R3	МЛТ - 0,125 - 2,2 кОм	2
R4 ... R8	МЛТ - 0,25 - 10 кОм	5

(нельзя писать так: R9, R11)

Компоновка электронной аппаратуры

Компоновка РЭА - это размещение ее составных частей в пространстве или на плате с определенными целями.

Виды компоновки

1. В зависимости от объекта компоновки:

• Внешняя компоновка (например: компоновка панели управления). Целью такой компоновки является выполнение требований технической эстетики и эргономики.

• Узловая компоновка (например: компоновка печатного узла).

2. По способу выполнения и целям различают:

• аналитическую компоновку;

• модельную компоновку;

• натурную компоновку.

Аналитическая компоновка

Целью аналитической компоновки является определение и расчет компоновочных параметров изделия.

Компоновочные параметры: объем, масса, площадь.

где КП_ - компоновочный параметр; КП_i - компоновочный параметр i-ой составной части; к - коэффициент характеризующий плотность компоновки.

Для печатного узла, где приходится иметь дело с площадью:

где S_ПП - площадь печатной платы; к - зависит от массогабаритных показателей (к = 0,3-0,8); S_i - площадь занимаемая i-м элементом на печатной плате с учетом стандартно сформованных выводов.

Модельная компоновка

В процессе модельной компоновки занимаются размещением деталей на плате. Моделями деталей оперирует либо программа, либо разработчик в пределах заданного контура печатной платы с целью получения наилучшего результата.

Натурная компоновка

Натурная компоновка отличается от модельной тем, что оперирует самими составными частями устройства; используется для объемной компоновки (блоков, приборов) с целью определения тепловых и электрических связей.

Проектирование печатных узлов

Перед непосредственным проектированием печатных узлов часто бывает необходимо разделить схему электрическую принципиальную на составные части, каждая из которых может быть реализована в виде печатного узла.

Разбиение схемы выполняется по следующим правилам:

1. Каждая составная часть должна представлять собой функционально законченный узел.

2. Число внешних линий связи должно быть минимальным.

3. Разбиение необходимо выполнять так, чтобы размер печатной платы соответствовал размерам изделия высшего уровня и стандарта (ГОСТ 10317).

4. В пределах одной составной части элементы должны быть совместимы по тепловым и электромагнитным взаимодействиям.

Порядок проектирования печатных узлов.

1. Определение особенностей конструкции изделия высшего уровня;

2. Определение условий эксплуатации и группы жесткости печатной платы;

3. Определение типа конструкции печатной платы и выбор класса точности;

4. Выбор способа изготовления печатной платы;

5. Выбор материала основания печатной платы;

6. Выбор конструкционного покрытия;

7. Выбор конфигурации печатной платы и определение ее размеров;

8. Размещение навесных элементов на печатной плате;

9. Определение размеров элементов печатного рисунка;

10. Трассировка печатных проводников;

11. Маркировка печатной платы;

12. Разработка конструкторской документации.

Терминология печатного монтажа

Печатный узел - это печатная плата с механически и электрически соединенными электронными компонентами и с выполненной пайкой.

Печатная плата - это основание, вырезанное из листового материала, имеющее необходимые отверстия и печатный рисунок.

Необходимое отверстие - виды отверстий печатной платы:

• монтажные отверстия(для штыревых выводов навесных элементов);

• переходные отверстия (металлизированные для гальванической связи печатных проводников разных слоев);

• крепежные отверстия (для крепления навесных элементов и узла в блоке);

• технологические отверстия (используются при изготовлении).

Сторона монтажа печатной платы - это та сторона, на которой устанавливаются навесные элементы.

Сторона пайки печатной платы - это та сторона, на которой выполняется пайка выводов навесных элементов.

Узкое место печатной платы - это такой участок печатной платы, на котором размеры элементов печатного рисунка и расстояние между ними выполняется с минимальными допустимыми значениями.

Свободное место печатной платы - это такой участок печатной платы, на котором размеры элементов и расстояние между ними выполняется с наибольшими величинами.

Параметры условий эксплуатации (климатические, механические воздействия) определяют по заданному классу и группе электронной аппаратуры. Далее по известным климатическим и механическим воздействиям по стандарту ГОСТ23752 определяют группу жесткости печатной платы (в данном стандарте имеется 4 группы жесткости. 1 группа - легкие условия, 4 группа - самые жесткие). Группа жесткости печатной платы будет определять выбор основания печатной платы и выбор покрытия печатной платы и печатного узла.

Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы.

В зависимости от числа проводящих слоев содержащих печатные проводники печатные платы делятся на:

• ОПП (односторонние);

• ДПП (двухсторонние);

• без металлизации отверстий

• с металлизацией отверстий

• МПП (многослойные).