Определение размеров элементов печатного рисунка

Основными размерами печатного рисунка являются:

• Ширина печатного рисунка – t

• Расстояние между проводниками – S

На параметры t_min и S_min есть общие ограничения, которые связаны с технологией изготовления печатных плат (класс точности). Кроме этого, для этих параметров существуют индивидуальные ограничения.

Индивидуальные ограничения на параметр t_min:

1. Ограничения по току и плотности тока. Ширина печатного проводника должна быть такой, чтобы плотность тока в нем не превышала 20 А/мм²;

2. Ограничение связанное с допустимыми параметрами паразитных связей по печатному монтажу (L_параз., С_параз.). Чем больше задана величина паразитной емкости С_параз., тем шире может быть проводник. Чем уже печатный проводник, тем больше паразитная индуктивность L_параз..

Индивидуальные ограничения на параметр S_min:

1. На величину S_min оказывает влияние напряжение действующее между двумя соседними проводниками. ГОСТ 23751 устанавливает значения S_min в зависимости от напряжения.

2. На величину S_min, в ряде случаев, оказывают влияние допустимые параметры паразитных связей печатного монтажа (М_параз., С_параз.).

Диаметр неметаллизированного монтажного отверстия d_м без учета погрешности его выполнения вычисляется по следующей формуле:

где d_в диаметр вывода элемента,  - зазор (0,1 ... 0,4 мм).

Варьируя параметром  необходимо сократить число диаметров монтажных отверстий до 2-х, 3-х.

Диаметр металлизированного монтажного отверстия d_м без учета погрешности его выполнения вычисляется по следующей формуле:

где  - погрешность выполнения, h_м - толщина слоя металлизации.

Согласно ГОСТ диаметр монтажного отверстия быть кратен 0,1 мм (в диапазоне от 0,4 до 3,0 мм).

Диаметр контактных площадок D_{конт.площ.} рассчитывается по формуле:

где b - гарантийный поясок.

Центры монтажных и других отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки, рекомендуемый шаг которой может быть:

2,5 - 1,25 - 0,5 - 0,25 мм

Трассировка печатных проводников

1. Печатные проводники должны располагаться равномерно по всей площади печатной платы;

2. Печатные проводники должны быть параллельны сторонам печатной платы, либо быть под углом кратным 15 град.;

3. Существуют две разновидности трассировки печатных плат:

• Прямая (для односторонних и двухсторонних печатных плат);

• Ортогональная или координатная (для двухсторонних печатных плат).

4. Расстояние от края печатной платы до ближайшего печатного проводника должно быть не менее толщины печатной платы;

5. Расстояние между проводниками должно быть максимально возможным;

6. Если пайка печатного узла выполняется волной, то печатные проводники на стороне пайки должны быть расположены параллельно движению волны припоя.

Маркировка печатной платы

Маркировка печатной платы подразделяется на основную и дополнительную.

В основную маркировку входят:

• Обозначение или шифр печатной платы;

• Дата изготовления;

• Порядковый номер изменения чертежа.

Дополнительная маркировка - это схемное обозначение элементов. Примеры:

• Первый вывод микросхемы.

Обозначение на стороне печатных проводников	Обозначение на стороне монтажа

• Обозначение диода.

• Обозначение положительного вывода полярного элемента

Кроме этого, в качестве дополнительной маркировки, на плату могут наносится изображения контуров элементов.

Способ изготовления. Маркировочные символы могут наносится типографской краской и методом печати (символы вытравливаются из меди при изготовлении печатного рисунка). Маркировочные символы не должны уменьшать расстояние между проводниками. Маркировка наносится шрифтом размером не менее 2 мм.

Разработка конструкторской документации на печатный узел

В состав конструкторской документации на печатный узел входят:

1. Схема электрическая принципиальная;

2. Перечень элементов;

3. Спецификация;

4. Сборочный чертеж печатного узла;

5. Чертеж печатной платы.

Электромагнитная совместимость

Рассматривается обеспечение электромагнитной совместимости электронной аппаратуры конструкторскими средствами.

Протекающие токи и действующие напряжения создают соответственно переменное магнитное поле и электрическое поле, которые вызывают в электронной аппаратуре «наводки».

Наводка - это непредусмотренная конструкцией устройства передача тока, напряжения или мощности от одного элемента к другому. Наводки могут привести к искажению параметров рабочих сигналов или отказу устройства.

Проблема электромагнитной совместимости проявляется там, где имеет место высока плотность компоновки элементов и где большой диапазон амплитуд рабочих сигналов. При решении проблем электромагнитной совместимости оперируют следующими понятиями:

• Источник наводки;

• Приемник наводки;

• Паразитная связь между источником наводки и приемником наводки.

Источники и приемники наводок

Однозначного разделения всех видов устройств на источники и приемники наводок провести нельзя, так как в разных ситуациях одно и тоже устройство может выступать в как в роли приемника так в роли источника наводки. Однако можно выделить устройства, которые как правило относятся либо к одной либо к другой группе.

К типичным источникам наводок относят:

• Питающая сеть 220 Вольт, 50 Герц;

• Генераторы синусоидальных сигналов (особенно в диапазоне СВЧ);

• Генераторы импульсов (особенно с малыми длительностями переднего и заднего фронтов);

• Коллекторные электродвигатели;

• Трансформаторы (особенно выходные);

• Реле, пускатели и другая коммутирующая аппаратура.

К типичным приемникам наводок относят:

• Радиоприемные устройства;

• Усилительные устройства с большим коэффициентом усиления;

• Импульсные устройства типа триггера или ждущего мультивибратора (особенно с малым порогом срабатывания).

Виды паразитных связей

Известные паразитные связи делятся на:

1. Связи через электрическое поле;

2. Связи через магнитное поле;

3. Связи через электромагнитное поле;

4. Связи через соединительные провода.

Паразитные связи через электрическое и магнитное поля имеют место в так называемой ближней зоне электромагнитного излучения, то есть, когда расстояние между источником и приемником менее длины волны электромагнитного поля (r  ). Интенсивность воздействия в зависимости от расстояния уменьшается по квадратичному закону (r^-2).

Если источник наводок характеризуется большими амплитудами напряжений и малыми амплитудами токов, то в первую очередь необходимо проанализировать паразитную связь через электрическое поле. Если источник наводок характеризуется большими амплитудами токов и малыми амплитудами напряжений, то в первую очередь необходимо проанализировать паразитную связь через магнитное поле.

Паразитная связь через электромагнитное поле проявляется при расстояниях между источником наводки и приемником наводки более чем длина волны (r  ). Интенсивность воздействия электромагнитного поля уменьшается пропорционально расстоянию(r^-1).

Паразитная связь через электрическое поле (емкостная паразитная связь)

Схема взаимодействия

C_П - паразитная емкость, I_Н - ток наводки, E_Н - источник наводки.

Напряжение наводки u_Н определяется как:

При условии, что , тогда напряжение наводки будет определятся как:

Для любого вида наводок вводится коэффициент паразитной связи , который в данном случае будет:

Главной задачей устранения наводок является сведение коэффициента паразитной связи к нулю ( = 0).

Для данного случая, единственный способ коэффициента паразитной связи - это уменьшение паразитной емкости C_П. Один из способов уменьшения паразитной емкости - это увеличение расстояния между узлами А и В. Если этим способом не удается существенно уменьшить паразитную емкость, тогда применяют экранирование.

В данной схеме замещения, качество экранирования моделируется конденсатором С_З.

При использовании металлического экрана возможны два случая:

1. Плохо заземленный экран. В этом случае С_З = 0, Z_СЗ  .

Так как площадь экрана много больше площади поверхностей устройств А и В, то емкость каждого конденсатора С₁ и С₂ будет больше чем паразитная емкость С_П. Таким образом, плохо заземленный экран будет увеличивать паразитную емкость.

2. Хорошо заземленный экран. В этом случае Z_СЗ = 0, С_З  .

При хорошем заземлении экрана паразитная связь полностью разорвана.

Требования к экрану

• Хорошее заземление экрана;

• Высокая проводимость материала экрана;

• Толщина экрана практически не оказывает влияния на степень экранирования, при условии если она превышает глубину проникновения поля в металл.

где E₁e^-r/ - напряженность электрического поля при проникновении в металл,  - глубина проникновения электрического поля.