Конструкторский анализ электрической принципиальной схемы (э3).

Для измерения частоты СВЧ колебаний выше 1 ГГц с помощью низкочастотного частотомера разработан предварительный делитель частоты с коэффициентом деления 1000. Он выполнен на микросхемах ЭСЛ серии К193 и ТТЛ серий КР1533 и К555.

Предварительный делитель частоты работает в нормальных условиях (20⁰ С ±5 ⁰, при атмосферном давлении равным 756 мм рт.ст. ± 20 мм рт.ст.).

Использование предварительного делителя частоты предполагает использование усилителя-формирователя, который формирует парафазные импульсы, следующие с частотой входного сигнала. На усилитель-формирователь подается синусоидальное напряжение от 0,1 до 1 В.

Сформированный парафазный сигнал подается (вывод 4 и 6) на предварительный усилитель и делитель на 4, который выполнен на счетчике К193ИЕ5А (на схеме DD1). Счетчик К193ИЕ5А – это высокочастотный делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления. Микросхема содержит 102 интегральных элемента и расположена в корпусе типа 201.16.13, масса не более 2г.

Сигнал снимается с вывода 11 (выход Q) и подается на счетчик К193ИЕ2 – это делитель частоты с программируемым коэффициентом деления 10/11. В данном устройстве он выполняет роль делителя частоты на 10. Микросхема содержит 163 интегральных элемента и расположена в корпусе типа 201.16.13, масса не более 2,5 г.

Резисторы R₁ и R₂ (МЛТ – 0,125 – 5,1кОм±5%) подключены к выводам 15 и 14 счетчика К193ИЕ2. Они задают коэффициент деления на 10.

На транзисторе VT1 (КТ326БМ) и диодах VD – VD3 (КД514А) собран преобразователь уровня ЭСЛ к уровня ТТЛ.

Следующий делитель на 25 собран на D-триггерах КР1533ТМ2 и К555ТМ2. Триггеры DD3, DD4.1 и DD4.2, DD5 образуют два делителя с коэффициентом деления по 5.

Выходной сигнал снимается с вывода 9 микросхемы К555ТМ2. Предварительный делитель частоты работает питается от напряжения 5 В.

При разработке были рассмотрены аналоги:

Предварительный делитель частоты с коэффициентом деления 100.

Он выполнен на микросхемах К193, КР570 и К500. Входное синусоидальное напряжение от 0,1 до 1 В.

1. Благодаря применению счетчика К193ИЕ5А верхняя рабочая частота СВЧ делителя составляет 1500…1700 МГц.

2. При использовании микросхемы К193Е7 верхняя рабочая частота может быть поднята до 2000…2200 МГц.

Недостаток данного аналогов :

1. требуется напряжение питания - 5,2 В и - 2 В;

2. низкий коэффициент деления;

3. низкий верхний частотный предел.

Разработка и расчёт варианта компоновки печатной платы заданной э3.

От правильного размещения корпусов ИС на печатной плате конструктивной иерархии первого уровня зависят их габаритные размеры, масса, помехоустойчивость и т.д. Естественно, чем плотнее будут расположены корпуса ИС на печатной плате, тем жестче будет тепловой режим, помехи при работе, и наоборот, чем больше расстояние между корпусами ИС, тем не эффективней используется объем и длина электрических связей, следовательно, возникают помехи. Поэтому на установку ИС необходимо обращать серьезное внимание с учётом назначения электрического средства и режимов его работы.

Размещение ИС проводят с определенными требованиями по помехоустойчивости и в соответствии с шагом установки. Выбор шага установки ИС определяется из условий: назначения и эксплуатации ЭС. Вне зависимости от типа ИС шаг установки применяется равным: 2,5мм, 1,25мм, 0,625мм [3].

Микросхемы на печатной плате располагаются линейно в ряды или в шахматном порядке. Такое расположение ИС и ЭРЭ позволяет автоматизировать процесс сборки и монтажа.

Установка ИС на печатные платы производится в соответствии ГОСТа 29.137 - 91 «Установка навесных элементов на печатные платы».

Печатная плата содержит две зоны (Рис 2.):

1.зону установки ИС и ЭРЭ;

2.технологическую зону, которая в свою очередь делится на две части:

а).технологическая зона для установки (например: соединительного разъема(Х1) и экстактора(Х2))

б).технологическая зона для направляющих и маркировки (У1,У2)

Установка ИС и ЭРЭ на технологических зонах запрещена.

Рис.2 Зоны печатной платы

ИС располагаются по рядам (линейно) расстояние между ними по торцам должно быть не менее 1,5мм и по бокам не менее 1,2мм. ИС располагаемые в зоне установки должны маркироваться координатным способом, то есть зона установки делится по координатам на области, где устанавливают ЭРЭ и ИС и они обозначаются по Х и У, такое разбиение на зоны позволяет быстро находить нужный ЭРЭ и ИС расположенные на печатной плате.(Рис. 3.)

1
2
3
4
	а	б	в	г	д	е	ж	з	и	к

Рис. 3. Разбиение на зоны печатной плате

При конструировании печатных плат необходимо руководствоваться стандартами и НТД:

1. Выбор соотношение сторон печатной платы (для упрощения компоновки и унификации размеров рекомендуются масштабы сторон: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 1:2, 1:3, 1:4). Печатные платы рекомендуется изготавливать в прямоугольной форме.

2. Выбор количества слоёв печатной платы. Рекомендуется стремиться к минимизации слоёв.

3. Выбор координатной сетки. Рекомендуемый шаг сетки: 2,5мм, 1,25мм, 0,625мм. Начало координатной сетки рекомендуется устанавливать в левом нижнем углу печатной платы технологического отверстия [4].

4. Выбор параметров печатных проводников.

5. Выполнение рисунка электрического соединения.

Для удобства размещения ЭРЭ и ИС на печатной плате составим перечень элементов и занесём их в таблицу 1.

Таблица 1.

Наименование элемента	Тип элемента	Кол-во	Размер			Установочная площадь одного элемента
			Д	Е	А
1. Микросхемы	К193ИЕ5А	1	19	7,5	4,5	142,5
	К193ИЕ2	1	19	7,5	4,5	142,5
	КР1533ТМ2	2	19,5	7,5	5,5	146,25
	К555ТМ2	1	19,5	7,5	5,5	146,25
2. Транзисторы	КТ326БМ	1	4,9	4,9	5,3	24,01
3. Диоды	КД514А	3	13,5	3	3	40,5
4. Резисторы	МЛТ-0,125	5	12	2,2	2,2	26,4
Sуст = 1001,26 мм2

Площадь платы, необходимая для размещения элементов:

S_сум=S_{уст i}K,

В связи того, что ЭС будит работать в нормальных условиях и при работе будит происходить нагрев ЭРЭ и ИС, то для расчета суммарной площади установки ЭРЭ и ИС примем коэффициент пропорциональности равный К=1,5, тогда

S_сум=1001,26*1,5=1501,86 мм²

Принимаем размер зоны для установки ЭРЭ и ИС:

S_сум=1500 мм² (50х30).

Зададимся размерами вспомогательных участков печатной платы. Размер участков a₁ и a₂, предназначенных для маркировки и клеймения печатной платы принимаем равными 2.5 мм. Размер l_b1=10 мм определяется габаритами посадочного места в разъеме l_p=7,5 мм. Принимаем l_b2=2,5 мм.

С учетом технологических участков габаритные размеры платы будут:

S_платы=2337,5 мм² (55х42,5).

Данный размер соответствует ГОСТ 10317-84.

Следующим этапом компоновки печатной платы является размещение в заданных габаритных размерах всех элементов ЭРЭ и ИС, указанных в принципиальной электрической схеме (приложение А). Эскиз печатной платы – приложение Б (шаг сетки 2,5мм.)

Коэффициент использования площади печатной платы равен:

.

Заключение: в результате компоновки печатной платы были рассчитаны и выбраны конструкционные параметры компоновки ТЭЗов, и сконструирована печатная плата. В результате расчета компоновки печатной платы был выбран оптимальный вариант компоновки, коэффициент заполнения больше 0,5.