- •1.Введение
- •2.Назначение и область применения изделия эс
- •3.Анализ технического задания и постановка задач проектирования изделия эс
- •4.Конструкторский анализ электрической принципиальной схемы эз
- •5.Разработка и расчет варианта компоновки печатной платы изделия эс
- •5.1 Определение габаритных размеров печатной платы тэЗа
- •5.2 Размещение в заданных габаритных размерах всех элементов эрэ и ис с учетом их функционирования по электрической принципиальной схеме
- •6. Расчет помехоустойчивости функционирования изделия эс
- •8.Расчет теплового режима с изделия эс
- •9.Расчёт надёжности изделия
5.2 Размещение в заданных габаритных размерах всех элементов эрэ и ис с учетом их функционирования по электрической принципиальной схеме
Размещение в заданных габаритных размерах печатной платы всех элементов ЭРЭ и ИС с учетом их функционирования по электрической принципиальной схеме приведено в приложении Б(сборочный чертёж).
5.3 Определение коэффициента заполнения площади печатной платы
Коэффициент заполнения печатной платы определим по формуле:
, (6.2.6.)
где k – коэффициент, учитывающий условия функционирования устройства.
Подставляя численные значения, получим:
.
это удовлетворяет условию 0.5 ≤ k ≤ 0.8, следовательно выбранные габаритные размеры ПП являются удовлетворительными.
Выводы:
Была рассчитана печатная плата для изготовления коммутатора-переключателя
На данной плате будут размещены микросхемы и дискретные ЭРЭ с шагом сетки установки 1.0 и 1.2 мм.
В результате расчета компоновки печатной платы был выбран оптимальный вариант компоновки, коэффициент заполнения 0.5 ≤ k ≤ 0.8.
6. Расчет помехоустойчивости функционирования изделия эс
Для обеспечения надежности функционирования электрических схем актуальным является определение параметров линий связи печатных проводников и степени влияния их друг на друга.
Для оценки помехоустойчивости изделия ЭВС на печатной плате определяют емкостную и индуктивную составляющие паразитной связи, которые зависят соответственно от паразитной емкости между печатными проводниками и паразитной взаимоиндукции между ними. Исходными данными для расчета помехоустойчивости от влияния перекрестных помех между соседними проводниками могут быть: эквивалентная схема возникновения помех рисунок 2.
активная линия связи
пассивная линия связи
Рис 2 – Эквивалентная схема
- напряжение на входе активной линии связи, Е=Е0еjwt ;
- w – круговая частота генератора;
- R1, R2, R3 – cопротивление нагрузок в активной и пассивной линиях связи; тип электрических соединений;
- г – относительная диэлектрическая проницаемость связи между проводниками связи;
- S, b - расстояние между проводниками и ширина проводников соответственно, в зависимости от класса точности изготовления печатной платы (b; S0,6 мм; 0,45 мм; 0,25 мм; 0,15мм соответственно для 1,2,3,4 классов точности)
l - максимальная длина области взаимной связи проводников, см. рисунок 4.2 ;
Рис. 3 - Взаимное расположение печатных проводников
- Nn - помехоустойчивость микросхем или транзисторов.
Диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенными на наружних слоях платы покрытой лаком, r=0,5(п+л),
где -п и л - диэлектрические проницаемости материала печатной платы и лака (для стеклотекстолита п = 6, для лаков УР-23 (и ЭП9114 л =4)
Выбираем на плате наиболее протяженный участок проводников расположенных параллельно друг другу, на минимальном расстоянии. Считаем паразитные параметры для этого участка т.к. для пего они будут максимальными. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3:
Таблица 3:
Параметры печатных проводников | |||
S, мм |
li, мм |
ti, мм |
L0, мм |
0,4 |
65 |
0,4 |
0,8 |
S – расстояние между краями соседних проводников;
l1 – длина взаимного перекрытия проводников;
tl – ширина печатных проводников;
Lo – расстояние между центрами двух соседних проводников.
Расчёт паразитной ёмкости:
Паразитную емкость между двумя печатными проводниками можно определить по формуле:
, (6.1)
где Спог – погонная емкость между двумя проводниками печатного рисунка, определяется по формуле:
, (6.2)
где Кn – коэффициент пропорциональности, зависит от S1/t1 или Нм/t1 и
выбирается по графику в соответствии ОСT 4.ГО 010.009–88 (0,12 пФ/см);
еr – диэлектрическая проницаемость среды между проводниками,
определяется по формуле:
, (6.3)
где en , eл – диэлектрические проницаемости соответственно материала диэлектрика платы и лака покрытия печатной платы (en=6 для стеклотекстолита, eл=4 для лака типа УР-213 и ЭП Э114).
Подставляя численные значения в формулы 6.4.1 – 6.4.3, получим:
;
(пФ/см);
(пФ).
Расчёт паразитной взаимоиндукции и индуктивности:
Паразитная взаимоиндукция между печатными проводниками М, нГн, определяется но формуле:
; (6.4)
(нГн).
Индуктивность печатного проводника L1, мкГн, определяется по формуле:
, (6.5)
где Lпог – погонная индуктивность печатного проводника, мкГн/см, определяется по графику в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.089–88 (Lпог=0,017 мкГн/см).
(мкГн);
Определяем сопротивление изоляции между проводниками линий связи. Для проводников, расположенных на одной поверхности печатной платы:
Определение сопротивления изоляции печатных цепей, расположенных на поверхности печатной платы, можно произвести по формуле:
RN=0* S/l ,
где 0- удельное поверхностное сопротивление основания печатной платы ( для печатной платы из стеклотекстолита 0- 5*1010 Ом)
RN=5*1010*0,4/6.5=3 ГОм.
Определяем действующее напряжение помехи на сопротивлениях R2 и R3: При расчете помехоустойчивости печатных узлов нагрузкой пассивной и активной линий можно считать входное сопротивление микросхем. Расчет можно провести по выражению:
,
В состоянии логической «1» помеха слабо влияет на срабатывание логического элемента, поэтому рассмотрим случай, когда на входе микросхемы логический «0». В ячейке использованы микросхемы серии К561.
1.Тип К561ИЕ8
При этом =1,5В,=1*10-3мА, =0,8В,=0,5мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:
=/=1,5/1*10-6=1,5Мом
=/=0,8/0,5*10-3=1,6кОм
=
Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ИЕ8 Uп=0,8В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.
2.Тип К561ЛА7
=1,5В, =1*10-3мА, =0,95В,=0,25мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:
=/=1,5/1*10-6=1,5Мом
=/=0,95/0,25*10-3=3,8кОм
=
Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ЛА7 Uп=0,95В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.
3.Тип К561ЛН2
=1,5В, =1*10-3мА, =0,95В,=2,6мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:
=/=1,5/1*10-6=1,5Мом
=/=0,95/2,6*10-3=365Ом
=
Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ЛА7 Uп=0,95В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.
Выводы:
паразитные параметры печатного монтажа не превышают заданных и напряжение помехи на рабочей частоте схемы намного меньше помехоустойчивости микросхем.
помехи не будут влиять на функционирование устройства при рассчитанных параметрах печатного монтажа.
Помехоустойчивость микросхем серии К561ИЕ8,К561ЛА7,К561ЛН2 значительно превышает рассчитанное напряжение помехи.