1. Создание принципиальной электрической схемы в графическом редакторе схем eagle-cad Schematic

Рис. 6.1. Создание электрической схемы в EAGLE-CAD

Рис. 6.2. Схема ЭС в редакторе EAGLE-CAD Schematic

Стоит отметить, что на данном этапе электрическая схема устройства не оформлена согласно ГОСТ. Полностью оформленная схема в соответствии с ГОСТ будет приведена ниже.

1. Компоновка элементов и трассировка пп с помощью программы eagle-cad pcb

Работа на втором этапе выполняется с помощью встроенной в EAGLE-CAD программы компоновки PCB.

Задачи размещения элементов и трассировки проводников нельзя решать раздельно, необходимо делать это одновременно. Эти задачи является задачей синтеза структуры.

Существует несколько критериев решения задач компоновки и трассировки.

• Геометрический критерий:

1. 100 % трассировка;

2. суммарная длина дорожек должна быть минимальной;

3. минимум переходных отверстий;

4. минимум слоев ПП.

• Механический критерий:

1. равномерное распределение масс на ПП

Переходим к разводке печатных проводников. В процессе компоновки и трассировки будут учтены вышеуказанные критерии.

Рис. 6.3. Получение рисунка ПП в EAGLE-CAD (этап 1)

На данном этапе показана оптимизированная расстановка компонентов, однако, можно заметить, что механический критерий не выполняется, так как ЭРЭ не равномерно распределены по ПП. На рис. 6.4. можно увидеть разницу между исходной компоновкой и относительно правильной.

Рис. 6.4. Получение рисунка ПП в EAGLE-CAD (равномерно распределённые ЭРЭ на ПП)

Компоновка элементов окончена. Но не стоит забывать, что задачи размещения ЭРЭ на ПП и трассировки печатных проводников решаются совместно. На этом этапе часть печатных проводников была уже оттрасированна, поэтому нижеследующий этап трассировки будет рассмотрен не с самого начала, а с некоторого промежуточно результата. Критерии трассировки проводников были рассмотрены выше.

Рис. 6.5. Этап разводки печатных проводников

На рис. 6.5 элементы, обведенные кругом расположены не оптимально. Можно уменьшить длину связывающих их печатных проводников за счет перекомпоновки этих элементов (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Разводка печатных проводников (оптимальный вариант)

7. Анализ устойчивости конструкции к внешним воздействиям

7.1 Расчет устойчивости системы на вибрационные воздействия

Методика расчета:

1. Сплошное закрепление

Частота собственных колебаний равномерно нагруженной платы в случае сплошного закрепления вычисляется по формуле:

где (a — длина платы. a > b, m;

b ~ ширина платы. m;

D — цилиндрическая жёсткость ;

M — масса платы с элементами, кг:

K — коэффициент, зависящий от способа закрепления платы.

Рис. 7.1.1. Габариты печатной платы

где

h — толщина платы. М;

Е — модуль упругости. Н/м;

U — коэффициент Пуассона;

где a, b, y — коэффициенты, зависящие от способа закрепления платы.

a - длина платы. a > b, М;

b — ширина платы. М;

Коэффициенты k, ,  и  подставляются для соответствующего способа закрепления. Если прогиб и угол поворота на краю пластины равны нулю, то этот край считается жестко защемленным. Если прогиб и изгибающий момент равны нулю, то этот край опертый, и если изгибающий момент и перерезывающая сила равны нулю, то этот край свободный. 

7.2 Расчет устойчивости системы на ударное воздействие

Методика расчёта:

1) Условная частота ударного импульса:

(1)

, t – длительность ударного импульса, с.

2) Коэффициент передачи при ударе:

3) Полусинусоидальный импульс:

4) Ударное ускорение:

5) Максимальное относительное перемещение:

6) Проверка условий ударопрочности:

1. ЭРЭ

2. Пластины

3. ПП с ЭРЭ

7) Амортизированные системы:

8) Удар при падении:

1. Относительная скорость соударения:

2. Действующее на прибор ускорение:

3. Условие ударопрочности:

Расчеты проводились в специализированной программе.

Расчет:

7.3 Расчёт теплового режима РЭС.

Модуль РЭА второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое описание температурных полей внутри блока невозможно из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при расчете теплового режима блоков РЭА используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности.

Рекомендуется проводить расчет для наиболее критичного элемента, т, е. элемента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону.

В данной работе таким элементом является микроконтроллер PIC18F4320. Расчёты проводились в специально предназначенной для этого программе.