Модуль защиты радиоаппаратуры

       Таблица 1 Сравнительные характеристики аналогов

Показатели	Число ИС	Ток потребления, мА	Цена, руб	Время задержки на включение, мин	Помехоустойчивость	Масса, кг
Разрабатываемое устройство	3	Не более 30	150	1	высокая	0,1
ASPauto1	7	40	400	2	высокая	0,2

 

       Вывод: как видно из таблицы, разрабатываемое  устройство не уступает аналогам по показателям, и даже превосходит по некоторым из них. Например, Время задержки на включение и ток потребления. Также разрабатываемое устройство отвечает современным требованиям к стоимости. Разрабатываемое устройство будет состоять из стандартных ИС и ЭРЭ; конструкцию необходимо выполнить в виде ТЭЗа; меры защиты от внешних воздействий стандартные; в качестве материала печатной платы необходимо выбрать стеклотекстолит. 

 

        4. Разработка и расчёт варианта компоновки печатной платы заданной ЭС. 

       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.

       Печатная  плата (ПП) является конструктивно законченным  элементом и служит для электрического и механического соединения различных  электрорадиоэлементов (ЭРЭ), интегральных микросхем (ИМС) и электрических соединений (разъемы, розетки и т. п.), расположенных на ней.

       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.

       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 с ОСТом 4ГО.010.030- 97 «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 экстрактора (Х2))

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

        Установка ИС и ЭРЭ на технологических зонах  запрещена.   

       Рис. 2 - Эскиз печатной платы.

       ИС  располагаются по рядам (линейно) расстояние между ними по торцам должно быть не менее 1,5 мм и по бокам не менее 1,2 мм. 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. - Определение геометрических параметров печатной платы.

       Таблица 2

Наименование	Тип	Кол-во	Размеры			Установочная площадь, Si	S∑i
			Длина	Ширина	Высота
Микросхемы	К561ЛА7	2	21,5	7,5	5	192,95	385,9
	К561ТМ2	1	20	6,35	5,1	152	152
Конденсаторы	К52-17(С1)	1	20	Æ6	7	138	138
	К52-17(С2)	1	18	Æ4,8	7	100,8	100,8
	КМ-6(С3)	1	9,5	6	10,5	51	51
	КМ-6(С4)	1	12	6	13	72	72
Резисторы	МЛТ 0,125	8	6	2	3	18	144
	СПО	1	14	6,8	8	115,6	115,6
	МЛТ 0,5	3	9	5	6	60	180
	МЛТ 0,25	2	7	3	4	30	60
	МЛТ 1,0	1	13	6,6	7,6	105,6	105,6
Диоды	КЦ405Ж	1	7,5	6	5	63	63
	КД102Б	3	3,2	2,7	2,7	16,74	50,22
	КС551А	1	6,3	3,6	3,6	33,48	33,48
	КС212В	1	8	4	6	32	32
Транзисторы	КТ630А	1	Æ9,4	-	7,6	46,34	46,34
	КТ315Б	1	7	6	3	51	51

 

         Итого S_схемы = 1780,94

       При конструировании ПП необходимо руководствоваться ГОСТ 10317-84, ГОСТ 23751-86. Наиболее предпочтительной конструкцией является прямоугольная форма ПП. Предварительно геометрические размеры ПП определяются исходя из количества ИС и ЭРЭ, размещаемых на плате, шага их установки и габаритных размеров разрабатываемого блока. Шаг установки ИС на плате определяется требуемой плотностью компоновки их, температурным режимом работы, сложностью электрической схемы и габаритными размерами корпусов ИС.

       Согласно  ГОСТ 10317-84 размеры каждой стороны  ПП должны быть кратными:

       2,5 мм — при длине до 100 мм;

       5,0 мм — при длине до 350 мм;

       10,0 мм — при длине более 350 мм.

       Соотношение линейных размеров стороны ПП должно быть не более 4:1.

       Поле  ПП можно разделить на два участка: основной – для монтажа ИС и других ЭРЭ; вспомогательный – для монтажа электрических соединений, конструктивных элементов и маркировки платы.

       Суммарную площадь S_∑ зоны установки ИС и ЭРЭ на печатную плату, можно определить по формуле:

       S_∑ = S_схемы * k_s,

       где S_схемы – установочная площадь всех элементов,

       k_s – коэффициент, учитывающий шаг установки ЭРЭ и ИС на печатную плату. В связи с тем, что ЭС будит работать в нормальных условиях, и при работе будет происходить нагрев ЭРЭ и ИС, то для расчета суммарной площади установки ЭРЭ и ИС примем коэффициент пропорциональности равный 2.

         S_∑ = 1780,94 * 2 = 3561,88 

       На  плате должны быть предусмотрены  вспомогательные участки x1, x2, y1, y2 технологической зоны для установки разъемов, маркировки, крепежных отверстий и направляющих (x1 = x2 = y1 = y2 = 10 мм). Исходя из ориентировочных размеров зоны установки ИС и ЭРЭ, шага установки элементов, вспомогательных участков, выбираем размеры сторон ПП:

       l =100 мм.

       b =90 мм.

       Средний коэффициент k_З заполнения печатной платы можно определить по формуле:

       k_З = S_схемы / S_∑ = 3561,88 / (80 * 70) = 0,64.

         Коэффициент заполнения считается удовлетворительным. Пример заполнения печатной платы приведён на приложении Б. (Шаг сетки 2,5мм.)

Вывод: были рассчитаны параметры печатной платы для изготовления формирователя частоты. Размеры печатной платы: 100×90. На данной плате будут размещены микросхемы и дискретные ЭРЭ с шагом сетки установки 2,5 мм. В результате расчета компоновки печатной платы был выбран оптимальный вариант компоновки, коэффициент заполнения 0.5 ≤ k ≤ 0.8.

 

5. 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 3.  

             активная линия связи

         
 

       

                                                 пассивная линия  связи 

Рис 3 – Эквивалентная схема 

       — напряжение на входе активной линии  связи, Е=Е₀е^jwt;

       — w – круговая частота генератора;

       — R₁, R₂, R₃ – сопротивление нагрузок в активной и пассивной линиях связи; тип электрических соединений;

       — e_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; S≥0,6 мм; ≥0,45 мм; ≥0,25 мм; ≥0,15 мм соответственно для 1, 2, 3, 4 классов точности)

       — l - максимальная длина области взаимной связи проводников, см. рисунок 4;

         
 
 
 
 

       Рис. 4 - Взаимное расположение печатных проводников 

       — N_n - помехоустойчивость микросхем или транзисторов.

       Диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенными на наружных слоях платы покрытой лаком, e_r=0,5(e_п+e_л),