Основы проектирования электронных средств Материалы к Экз ОПЭС-2014 РК-01-02 / Назаров_Конструирование_РЭС

Относительное изменение ΔК(Е) /K(E) = (220160) /220 = 27,2%

хотя толщина стенки изменилась в 104 раз.

Отсюда следует, что при конструировании электростатических экранов марка материала и его толщина выбираются исходя из удобств изготовления, коррозионной стойкости, механической прочности. В табл. 6.2 приведены основные электрические характеристики конструкционных материалов для РЭС и их металлические покрытия.

Таблица 6.2

Пример 6.1. Определить размеры электростатического экрана для функционального узла на печатной плате с размерами 120x80x20 мм. Ослабление помехи на частоте 100 кГц не менее 120 дБ.

Выберем зазоры между печатной платой и экраном согласно обозначениям рис. 6.21: XI = Х2 = Y2 = 5 мм , Y1 = 15 мм для установки разъема. Раз-

меры экрана составят: ХЕ - 120 + 5 + 5 = 130 мм , YE = 80 + 5 + 15 = 100 мм, ZE = 20 + 5 + 5 = 30MM, откуда R = max {AE, YE, ZE}= 130мм.

Толщину экрана XT находим из формулы (6.13) после ее преобразо-

вания: t= 1,11•1O-12-K(E)fρR.

В качестве материала выбираем латунь Л68:

XТ=1,11- 10-12·106·105·72·10-6·130=1,04·10-3 мм≈1 мкм.

Из условий механической прочности, жесткости и технологии пластической деформации толщину стенки выбираем равной 0,4...0,5 мм.

Рассмотрим расчет конструкций электромагнитных экранов. Как следует из рассмотренных принципов конструирования электростатических и магнитных экранов, их работа основана на замыкании энергии соответствующих полей в материале экрана вследствие лучшей электропроводности или магнитопроводности материала по сравнению с окружающей средой.

273

раз, носит название скин-слоя, где е — основание натурального логарифма. Толщина скин-слоя находится по формуле

Если выбрать единицы измерения f— в МГц, ρ — в Ом • мм2 /м , то

альными клеями: фенольными (БФ, ВК), эпоксидными (ЭД, ВК-7, Л-4), полиамидными (МПФ-1), перхлорвиниловыми (ХВС22А, Д10, М-10). Другой способ экранирования пластмассовых корпусов РЭС заключается в нанесении на них тонких проводящих пленок. Так, с помощью вакуумного напыления можно нанести слой меди или алюминия до 4...5 мкм. Можно также использовать химическое осаждение меди. Реальный экран нельзя сделать абсолютно замкнутой металлической оболочкой. Так, для соединения с внешними цепями необходимы отверстия, чтобы вывести проводники. Для размещения электронного устройства экран необходимо делать разъемным. При соединении разъемных частей возможно появление щелей. Щели также могут появиться при неудачной пайке, сварке. Для отвода тепла с помощью естественной и принудительной конвекции конструктор вынужден предусмотреть отверстия. В результате на поверхности экрана неизбежно на-

угольной щели эффективность электрически негерметичных экранов можно подсчитать по формуле

Для вентиляции и установки индикаторов и органов регулировки в экране делаются круглые отверстия. В этом случае эффективность экрана вычисляется по формуле

K(э)=-20lg(3.3D/λ) +32t/D, дБ; λ>>πD (6.22)

Появление отверстий в экране не окажет значительного влияния, если Х≤ 0,05 λ

7. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

7.1. Особенности конструирования электрических соединений

Конструкция электрических соединений в значительной степени определяет качество и надежность конструкции РЭС. Искажение, затухание и задержка сигнала в электрической линии связи, а также помехи могут нарушить нормальное функционирование РЭС: вызвать сбой цифрового или изменить параметры аналогового изделия. Кроме того, методы монтажа [34, 35] влияют на массогабаритные показатели РЭС. От монтажа фактически зависят в настоящее время трудоемкость и стоимость изделий: только операции сборки составляют 50...70% от общей трудоемкости изделий; в результате монтажа чаще всего возника-

ет потребность в использовании драгоценных металлов, а также таких остродефицитных материалов, как вольфрам, ковар и др. Нельзя также забывать, что надежность РЭС во многом определяется числом сварных и паяных соединений, т.е. процессом монтажа.

Развитие методов монтажа оказывает существенное влияние на конструктивное исполнение устройств РЭС; в свою очередь, методы монтажа в значительной мере зависят от назначения РЭС.

Поиск оптимального конкретного конструктивно-технологического варианта должен проводиться с учетом элементной базы и техники монтажа. В соответствии с ТЗ на конкретный вид РЭС должны быть последовательно рассмотрены следующие вопросы, связанные с процессами монтажа: общая компоновка, компоновочная совместимость принятой элементной базы и межсоединений; обеспечение защиты изделий от дестабилизирующих факторов, обеспечение технологичности, удобства эксплуатации и ремонта.

277

К основным этапам конструирования электрических соединений, удовлетворяющих требованиям ЭМС, относятся:

расчет электрофизических параметров линий связи; построение математических моделей линий, плат, элементной базы,

узлов и изделий в целом, пригодных для анализа их работы на ЭВМ; оценка помехозащищенности узлов с помощью расчета помех в ли-

ниях связи коммутационных плат и межблочных соединениях и сопоставление ее с допустимой.

При расчете параметров линий связи исходят из квазистатистического приближения, что позволяет существенно упростить решаемую задачу, сводя ее к статическому режиму. При этом применяется наиболее общая модель элементарного отрезка линии, состоящая из последовательно соединенных индуктивности L и активного сопротивления R и параллельно включенных емкости С и проводимости а (табл. 7.1, п. 1). При использовании диэлектриков в составе линии с очень малой проводимостью (σ ≈ 0 модель упрощается (табл. 7.1, п. 2), и для большинства случаев рассматриваются линии без потерь (табл. 7.1, п. 3), для которых активное сопротивление пренебрежимо мало по сравнению с индуктивным. При проектировании линии связи можно характеризовать физическими параметрами: волновым сопротивлением Z, коэффициентом распространения волны в линии γ, коэффициентом фазы β, коэффициентом затухания а, фазовой скоростью V^ , удельным временем задержки распространения сигнала t'3 = l/VФ,. Модели элементарных звеньев линии связи и их параметры представлены в табл. 7.1.

При анализе внутриаппаратурной ЭМС полезными оказываются некоторые фундаментальные соотношения между электрическими параметрами линий связи без потерь, справедливые при квазистатическом приближении [33]. Эти соотношения приведены в табл. 7.2.

Недостаточное внимание, уделяемое вопросам искажения сигналов

влиниях связи, приводит к неполному использованию скоростных возможностей электронных логических элементов и вносит ненадежность

вработу аппаратуры за счет появления ложных сигналов (помех).

7.2. Помехи и связи между элементами в РЭС

Помехой для РЭС является внешнее или внутреннее воздействие, приводящее к искажению информации во время ее хранения, преобразования, обработки или передачи.

Существует большое число различного рода помех, которые могут быть классифицированы по причине наведения, характеру проявления и пути распространения (рис. 7.1). Характерными особенностями помех

278

Таблица 7.1

Рис. 7.1. Классификация помех в РЭС

в линиях связи являются относительно малая длительность и большая интенсивность. Существенное отрицательное воздействие оказывают также и менее интенсивные, но более длительные возмущения.

Основные причины, вызывающие искажения сигналов при прохождении их по линиям связи РЭС, следующие:

искажение формы сигнала при прохождении по цепям связи; отражения от несогласованных нагрузок и неоднородностей; перекрестные наводки из-за наличия паразитной связи между со-

седними цепями; паразитные связи по цепям питания и земли;

наводки от внешних электрических, магнитных и электромагнитных полей.

Степень влияния каждого из перечисленных факторов на искажение сигналов зависит от характеристики линий связи, логических элементов и сигналов.

Связи между элементами в РЭС можно выполнить различными способами:

281

ввиде печатных или навесных проводников — для сравнительно медленных РЭС;

ввиде печатных полосковых линий, свитых пар (бифиляров) — в РЭС с повышенными скоростями работы.

Рассмотрим однородную линию связи, представляющую собой два параллельных провода, с волновым сопротивлением Z0 .

При прохождении сигнала вдоль линии будут наблюдаться его искажения, выражающиеся в виде изменения амплитуды и формы. Точный анализ переходных процессов в линии с распределенными параметрами аналитическим способом сложен даже для простейшей схемы, состоящей из приемного или передающего элементов (рис. 7.2,а).

Рис. 7.2. Принципиальная (а), эквивалентная (б) схемы связи двух элементов играфикипереходныхпроцессов (в)всогласованнойлиниисвязи:

/ — RT и RH = Z0; 2—Rr и RX>Z0 или Дг и RK<Z0;

3 — RT>Z0, RK<Z0 или Rr<Z0, Rn>Z0

При анализе переходных процессов передающий элемент моделируется источником напряжения и выхс последовательно подключенным

сопротивлением R г , приемный — сопротивлением R н (рис. 7.2, б). Минимальные искажения сигнала, выраженные в задержке на вели-

282