Учебное пособие 800549
.pdfяльной пасты, а, следовательно, к снижению образования пустот.
3) Изменяя параметры внутри самого термопрофиля, мы можем положительно влиять на процессы связанные с образованием пустот.
Литература
1.М. Юнис, К. Срихари, Дж. М. Питаррези, А. Примавера. «Влияние пустот на надежность паяных соединений BGA / CSP», MicroelectronicsReliability 43, (2003) 2077-2006, ElsevierLtd.
2.ЛиНч, O'Хара, Пустоты в BGA. В: Производство поверхностного монтажа, Сан-Хосе, Калифорния, 1995.
3.Контроль над механизмами образования пустот при пайке оплавлением/ К. Суитман [и др.] // Технологии в электронной промышленности .— 2016 .— №6(90) .— С. 46-54.
4.https://www.mettatron.ru/produktsiya/payalnyepasty/bess vintsovye/vysokoproizvoditelnaya-payalnaya-pasta-s-nizkim- obrazovaniem-pustot-koki-s3x58-g801-s-shirokim-diapazonom- nastrojki-termoprofilya
5.http://www.elinform.ru/articles_9.htm
6.Муратов А.В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А.В. Муратов, О.Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2019. – С. 133.
7.Верификация LDPC-кодов / Н.В. Астахов, А.В. Башкиров, А.С. Костюков, М.В. Хорошайлова, О.Н. Чирков // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2017. Т. 13. № 1. С. 74 - 77.
Воронежский государственный технический университет
41
УДК621.396.6.001.63;621.396.001.66
ОБЗОР МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ С УЧЕТОМ ЭМС
Т.Р. Коломийченко, М.А. Ромащенко
В статье рассмотрен оптимальный метод проектирования высокоскоростных печатных плат с учетом ЭМС, а так же усовершенствование методологии для уменьшения помех при проектировании.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, полигон, сигнальный ток, возвратный ток, разрыв.
При разработке высокоскоростных печатных плат перед конструктором возникает задача разведения трасс сигналов с высокой частотой от аналогового элемента к цифровому. Так же необходимо решить проблему возникновения электромагнитной совместимости. Для этого необходимо: 1. Добиться уменьшения длины шин сигналов с высокой частотой. 2. Шины земли и питания разделить между цифровыми и аналоговыми компонентами схемы. 3. Не разделять площадки земли проводниками с высокой частотой. Возможные варианты разводки представлены на рис.1[1].
Рис. 1. Варианты разводки. Первый вариант не расходится с правилам ЭМС, в случае если нужен разрез в полигоне – третий вариант оптимальный
42
В первом варианте разводка трасс делается между двумя элементами, полигон земли не затрагивается. Во втором варианте в полигоне создается разрыв, трассы прокладываются поперек. В третьем варианте трассы выводятся по длине разрыва в полигоне.
На основании особенностей производства высокоскоростных печатных плат с учетом ЭМС, были выделены основные правила, обеспечивающие оптимальное проектирование РЭС.
1. |
Минимизация пути сигнального тока |
|||
Разработчики при проектировании печатных плат руко- |
||||
водствуются двумя аксиомами: |
|
|
||
-сигнальные токи всегда возвращаются к источнику, так |
||||
как путь тока имеет форму петли; |
|
|||
-сигнальные |
токи |
всегда проходят по пути |
||
с наименьшим импедансом.[2] |
|
|
||
На высоких частотах равных несколько МГц путь тока |
||||
сигнала |
равен |
пути |
с меньшей |
индуктивностью. |
На рис. 2 представлены компонент А и компонент Б на ПП без разрыва. Сигнал частотой 50 МГц передается по проводнику над полигоном от А к Б.
Рис. 2. Варианты пути сигнального тока без разрыва
Токи с высокой частотой протекают по пути с меньшей индуктивностью, либо путь в котором область петли будет ми-
43
нимальна. Таким образом, основная доля возвратного тока будет протекать по пути №2 под сигнальным проводником.
Так же известно, что равный по величине сигнал будет идти обратно от компонента Б к А. Допустим, что этот ток является возвратным и проходит от вывода компонента Б, обозначим как ЗЕМЛЯ, к выводу компонента А, также ЗЕМЛЯ. Таким образом, можно предположить, что ток пройдет по самому короткому пути между компонентами (путь №1), так как они находятся близко друг от друга и полигон не разрывается. Однако, это предположение не верно. Токи с высокой частотой проходят по пути наименьшей индуктивности. Основная часть возвратного сигнального тока будет проходить по области под трассой сигнала (путь №2).
При условии, когда полигон имеет разрыв, как представлено на рис. 3, то разрыв 1 будет оказывать небольшое влияние на сигнал и на излучение. В случае, когда ток сильно возрастает, область петли возвратного тока, протекающего вокруг разрыв 2, будет значительно увеличиваться.
Рис. 3. Варианты пути сигнального тока с разрывами
На частотах равным несколько кГц и ниже, путь минимального импеданса норовит стать путем по которому будет проходить сигнал с наименьшей частотой. Для печатной платы с неразрывными полигонами возвратных токов, их сопротивление рассеивает ток, для того чтоб идущий между двумя точками ток
44
мог проходить по большей площади платы, как указано на рис. 4.
Рис. 4. Сопротивление полигонов рассеивает возвратный ток на низких частотах (кГц и ниже)
На печатной |
плате |
со смешанными |
сигналами, |
с низкочастотными |
цифровыми |
и аналоговыми |
частями, это |
может создавать помехи. Рис. 5 показывает, что с помощью верно расположенного разрыва в полигоне земли можно исправить ситуацию, контролируя низкочастотные возвратные токи, проходящие по полигону, в преимущественно отведенной для этого зоне.
Рис. 5. Правильно расположенный разрез в полигоне защищает чувствительные элементы схемы от низкочастотных
возвратных токов
45
2. Полигон возвратного сигнала не разделяется
Впримере, представленном выше, добавить разрыв в полигоне возвратного сигнального тока было верным решением. Аналоговый возвратный ток сигнала всегда изолируется от цифрового. При помощи разбиения полигона возвратного тока сигнала так, чтобы токи НЧ были изолированы, а токи ВЧ не создавали помех, необходимо отделить чувствительные аналоговые части от цифровых.
Вслучае, когда корпус и полигоны цифровых токов возврата вместе используют одну и ту же шину, они являются одним полигоном с разрывом. В данном случае возникает вопрос
скакой землей должен быть соединен какой-нибудь отдельный компонент. Хорошим решением является разделить шины корпуса и цифрового возвратного сигнала на несвязанные шины. Полигон цифрового возвратного сигнала не может быть целым
изанимать зону под всеми цифровыми элементами, трассами
иразъемами. Контакт с корпусом ограничивается стороной платы около разъемов.[3]
Самый точный вариант — один цельный полигон для всех возвратных сигнальных токов. В ситуациях, когда один низкочастотный сигнал может сливаться с другими сигналами платы, производится трассировка на отдельном слое для возврата этого тока к источнику.
3.Высокоскоростные модули между разъемами не располагаются
Размещение разъемов является очень важной задачей, так как при частоте меньше нескольких сотен МГц, длина волны равна 1 метр или более. Проводники на плате имеют небольшую электрическую длину и поэтому их работа неэффективна. Однако, провода или другие устройства, соединенные с платой, могут заменять антенны.
Сигнальные токи, проходящие по проводникам через сплошные полигоны и обратно, создают импеданс между двумя любыми точками полигона. Созданные напряжения прямо пропорциональны току протекающему по полигону. Если все разъемы размещены на одной стороне платы, то напряжение падает незначительно. Так же, размещенные между разъемами, высокоскоростные элементы схем, создают разность потенциалов
46
равную значению до нескольких милливольт и более. Из-за созданных напряжений возникают токи возбуждения на подключенных кабелях, увеличивающие их излучение.
4. Переходное время управляющего сигнала Печатная плата, с тактовой частотой 100 МГц, не может
соответствовать требованиям печатной платы с частотой 2 ГГц. Грамотно сформированный цифровой сигнал имеет высокую мощность на низших гармониках, но низкую на высших гармониках. Контролируя переходное время сигнала, можно менять мощность сигнала на высоких гармониках, что положительно влияет на ЭМС. Большое переходное время может повлиять целостность сигнала и привести к проблемам с перегревом оборудования. В процессе разработки и дизайна должны учитываться эти условия. Переходное время, равное около 20% от периода сигнала, приводит к оптимальной форме сигнала, при этом, уменьшает проблемы, возникающие из-за перекрестных помех и излучения. Исходя из области применения РЭС, переходное время может быть больше или меньше, чем 20% от периода сигнала; однако, должно контролироваться разработчиком.
Три способа, с помощь которых можно добиться изменения фронтов цифровых сигналов:
1.Использовать цифровые микросхемы только тех серий, скорость которых совпадает со скоростью в начальных условиях;
2.Размещатьрезисторы или индуктивности на феррите последовательно сигналу на выходе;
3.Размещать конденсаторы параллельно сигналу на вы-
ходе.
Первый способ – самый простой и действенный. Резистор или феррит дает разработчику возможность управлять переходными процессами и меньше воздействовать на изменения, происходящие в логических схемах по прошествии времени. Большим плюсом размещения конденсатора для управления является то, что его можно легко удалить без повреждения характеристик. Однако, необходимо учитывать, что из-за конденсатора ток источника высокочастотного сигнала будет увеличивать-
ся.[4]
47
Так же, необходимо брать во внимание то, что фильтрование однопроводного сигнала в пути возвратного тока является неправильным решением. В целях фильтрования высокочастотного шума, неразумно разводить трассу с низкой частотой через разрыв в полигоне сигнала возврата. В процессе разработки конструкции и разводки платы требуется правильно расставлять приоритеты для выполнения ЭМС. Требуется обеспечить оптимальное разделение шины питания, использовать короткие проводники ввода-вывода и учитывать фильтрацию выходных сигналов. Необходимо тщательно подходить к выбору активных устройств [5]. С точки зрения шума, не все полупроводниковые компоненты, совместимые по выводам, эквивалентны. Два устройства, имеющие одинаковые технические характеристике,
но изготовленные |
различными |
фирмами, могут сильно отли- |
чаться по шуму, |
который они |
производят на входе и выходе, |
а также на выводах питания. |
Это верно для микросхем |
|
с высокой степенью интеграции, таких как большие интегральные схемы (ASIC) и микропроцессоры. Разумной идеей является проработка элементных баз от различных фирм для получения оптимальных характеристик РЭС [6].
Литература
1.Кечиев, Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры [Текст]. М.: ООО
«Группа ИДТ», 2007. – 616с.
2.Князев А.Д. Конструирование радиоэлектронной и электронновычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А.Д. Князев, Л.Н. Кечиев, Б.В. Петров.
—М.: Радио и связь, 1989. — 224 с.
3.Седельников, Ю. Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств [Текст]: учеб. пособие / Ю. Е. Седельников. – Казань. ЗАО «Новое знание». – 2006. – 304 с.
4.Князев, А. Д. Конструирование радиоэлектронной и электронно вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости [Текст] / А. Д. Князев, Л. Н. Кечиев, Б. В. Петров. М.: Радио и связь, 1989. 224с
48
5. ЭМС для систем и установок /Т. Уиллямс, К. Армстронг — М.: Издательский Дом Технологии , 2004 г. — 508 с.
6. Муратов А.В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А.В. Муратов, О.Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2019. – С. 133.
7.Ромащенко М.А., Чирков О.Н., Чураков П.П. Усовершенствованный метод оценки канала с итерационным подавлением помех для многопользовательских систем MIMO-OFDM // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 6 (8). С. 150-155.
8.Ромащенко М.А., Панычев С.Н., Чирков О.Н. Оптимальные алгоритмы совместной оценки канала радиосвязи и смещения частоты при многолучевом распространении сигнала
//Радиотехника. 2019. Т. 83. № 6 (8). С. 156-162.
Воронежский государственный технический университет
49
УДК 62-791.2
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДАТЧИКОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
А.С. Костюков, А.В. Башкиров, А.А. Затонский, Д.Р. Елкин
В данной статье идёт речь о приборах регистрации и контроля климатических характеристик, в частности подробно рассматриваются такие устройства как: testo 608-Н1; testo 635; testo 645. Представлены их технические характеристики, диапазоны измерений, а также сделаны выводы о том, в каких условиях лучше использовать то или иное устройство.
Ключевые слова: автоматизированные цифровые средства, Термоге-
грометр.
Контроль температуры и влажности внутри помещений является важной задачей для подержания нормального климат контроля, предотвращающие образование плесени и различных грибков. А также в профилактике разрушения конструкция зданий. На сегодняшний день существует немало способов контроля климатических характеристик, это и обыкновенные термометры с барометрами, и современные автоматизированные цифровые средства. Как раз о последних и пойдёт речь в данной статье.
Сегодня на рынке существует большое количество видов цифровых устройств для регистрации и контроля климатических характеристик. Существуют, как и простые модели для домашнего использования, так и промышленные, предназначение которых это использование на производственных линиях в сложных технологических процессах. Есть устройства, которые просто фиксируют климатические характеристики, а существуют целые аппаратные комплексы, которые позволяют производить контроль, регистрацию и при необходимости редактирование климатических характеристик.
Произведём сравнение выше описанных аппаратов от более простых к более сложным. Первым возьмем устройство testo 608-Н1, в табл. 1 указаны его технические характеристики.
50