Разработка конструкции типового элемента замены

Формула (11) примет вид:Для прокладки одного проводника между переходным и монтажным отверстиями необходимо расстояние между ними l = 2,11 мм.Рассмотрим также, сколько можно проложить проводников на одной стороне печатной платы вдоль корпуса одной микросхемы и между ее монтажными отверстиями. Расстояние между выводами микросхем lп = 2,5 мм, между рядами выводов lв = 7,5 мм. Тогда имеем при n=1:приn=11:Таким образом, между выводами одной микросхемы вдоль корпуса имеется возможность прокладки до 11 проводников, между двумя ее монтажными верстиями – только 1.Расчет помехоустойчивостиОпределение задержки в короткой линии связиНаличие паразитной емкости, собственной индуктивности реальной линии связи может вносить дополнительные задержки в распространение сигналов. Желательно, чтобы такая задержка составляла малую, в худшем случае соизмеримую, часть от времени переключения элементов. Иначе необходимо принять соответствующие меры по реконструкции линии связи.При индуктивном характере сигнальной связи время задержки определяется по формуле:()гдеL – индуктивность линии, Гн;Rвх – входное сопротивление приемника, Ом;K – количество микросхем.Индуктивность рассчитаем по формуле:(13)Длина проводника составляет l = 150 мм, ширина b = 0,25 мм, толщина проводника h = 0,06 мм. Подставим данные в формулу (13), получим:Для выбранной линии связи L = 184,1 нГн, Rвх = 1200 Ом. Тогда имеем: нс.При емкостном характере сигнальной связи время задержки определяется по формуле:()Где С – емкость линии, Ф;Rвых – выходное сопротивление приемника, Ом.Емкость рассчитаем по формуле:()l – длина линии связи, мм;Свых, Свх – выходная и входная емкости передающего и приемного элементов, пФ; Сл – распределенная погонная емкость линии, пФ/м.Свых = 10 пФ, Свх=10 пФ, Сл = 10 пФ/м. Подставим данные в формулы (15), получим:В результате получим:нс.Полученное значение меньше времени фронта. То есть выполняется условие, определяющее короткую линию. Значит, в данном проекте отсутствуют длинные линии, и их расчет не требуется.Расчет уровня наводимых помех при перекрестных связяхПри переключении элементов по сигнальным цепям протекают импульсные токи с крутыми фронтами, которые вследствие наличия паразитных связей наводят на соседних сигнальных проводниках помехи. Последние при определенных условиях могут вызвать ложное срабатывание элементов схемы. Необходимо, чтобы значение помех не превышало допустимого предела.В случае преобладающего влияния емкостной связи между сигнальными цепями Uс рассчитывается по формуле:(16)гдеΔU – изменение напряжения на выходе источника, В;Rвых – выходное сопротивление единичного уровня источника, Ом;Ссв – взаимная емкость печатных проводников, Ф;τфмин – минимальная длительность фронта источника, с.Rвых = 120 Ом,ΔU = 2,4 В, τфмин = 10 нс. Значение Ссв расчитаем по формуле:(17)где: a – расстояние между проводниками, мм;b – ширина проводника, мм;h – толщина проводника, мм;l – длина параллельного участка проводников, мм;εr – диэлектрическая проницаемость среды.Диэлектрическая проницаемость среды рассчитывается по формуле:()гдеεд – диэлектрическая проницаемость диэлектрика,εв – диэлектрическая проницаемость воздуха.Для стеклотекстолита εд = 4,6 . Для воздуха εв = 1. Длина параллельного участка составляет l = 33 мм, расстояние между проводниками a = 0,265 мм, толщина проводника h = 0,06 мм, ширина проводника b = 0,25 мм. Подставим данные в формулы (17), (18), получим, пф:Теперь подставим значения в формулу (16), получим, В:В случае преобладающего влияния взаимной индуктивной связи между сигнальными цепями UL рассчитывается по формуле:()гдеM – взаимная индуктивность печатных проводников, Гн;ΔI – изменение тока, протекающего по линии связи, А;τфмин – минимальная длительность фронта источника, с.ΔI = 16 мА, τфр = 10 нс. Значение M расчитаем по формуле:(20)гдеa – расстояние между проводниками, мм;b – ширина проводника, мм;h – толщина проводника, мм;l – длина параллельного участка проводников, мм;Подставим значения в формулу (20), получим, нГн:Теперь подставим значения в формулу (20), получим, В:Для выбранных печатных проводников имеем встречное включение, поэтому результирующая помеха определяем по формуле, В:(21)Конструкция ТЭЗРазрабатываемый типовой элемент замены представляет собой двухстороннюю печатную плату с металлизированными отверстиями. В качестве материала печатной платы используем фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35Г-1,5. Метод изготовления платы выбран комбинированный позитивный метод. Компоновка ТЭЗ – плоская. Все элементы схемы установлены с одной стороны печатной платы. Микросхемы расположены ключами в одном направлении. Размещение имеет зонную структуру. Шаг координатной сетки 2,5 мм. Для правильной ориентации микросхем при их установке предусмотрено выполнение контактных площадок для первых выводов микросхемы прямоугольной формы, для остальных выводов – круглой. В соответствии с проведенными расчетами был выбран третий класс точности изготовления печатных плат: ширина сигнальных линий 0,25 мм, ширина линий питания 0,45 мм, расстояние между элементами печатного монтажа 0,25 мм, диаметр монтажного отверстия 0,7 мм с диаметром контактной площадкой 1,2 мм, диаметр переходного отверстия 0,5 мм с диаметром контактной площадкой 1,0 мм.Для внешнего соединения с конструктивными единицами более высокого уровня на плате установлен один разъем СНП58-32/80х5Р-23, необходимый для подключения шин питания и земли, а также сигнальных выводов микросхем. На контактные площадки и другие открытые элементы печатного рисунка в качестве финишного покрытия наносится иммерсионное золото слоем толщиной 0,05 – 0,1 мкм. После настройки на плату наносится защитное покрытие – бесцветный лак УР 231. Плата крепится с помощью четырех винтов диаметром 2,5 мм, расположенных в углах печатной платы.Трассировка соединений на печатной платеОбщая схема разработки в данном пакете включает этапы:создание библиотеки элементов;разработка принципиальной схемы ТЭЗ;создание контура печатной платы, размещение на ней конструктивных элементов и задание основных технологических параметров;трассировка проводников печатной платы.В данной работе размещение конструктивных элементов выполнялось в ручном режиме. При этом было учтено следующее:1) шаг координатной сетки 2,5 мм;2) технологическая зона в месте крепления разъема 10 мм, на других сторонах 10 мм. Трассировка печатных проводников производилась в автоматическом режиме. Было создано два класса цепей: ClassII – ширина проводников составляет 0,45 мм; ClassIII – ширина проводников составляет 0,25 мм. Зазоры между элементами проводящего рисунка равны 0,25 мм. Остальные технологические параметры установлены согласно данной расчетно-пояснительной записке. ЗаключениеВ ходе выполнения курсовой работы были выполнены расчеты конструктивных и электрических параметров ТЭЗ. На основе полученных результатов была спроектирована конструкция печатной платы. Также было произведено размещение элементов на печатной плате и выполнена трассировка. В соответствии с техническим заданием и требованиями ЕСКД был разработан, следующий комплект конструкторской документации, который представлен в приложениях:Электрическая принципиальная схемаСпецификация.Чертеж печатной платы;Расположение элементовПечатная плата верхний слойПечатная плата нижний слойСписок литературыМалахов В.В. Проектирование печатных плат в САПР P CAD 2006. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ»: Методические указания / Малахов В.В., Сухачев Н.И. – Смоленск: филиал МЭИ в г. Смоленске, 2012. – 128с.Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справ. в 12 т. – М.: ИП РадиоСофт, 2000.Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: уч. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 560с.Преснухин А.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств - М.; Высшая школа, 1991. – 525с.Тарабрин Б.В., Лунин Л.Ф., Смирнов Ю.Н. Интегральные микросхемы Справ. – М.; Энергоатомиздат, 1985. – 528с.Федулов А.С., Малахов В.В. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ»: Методические указания. – Смоленск: РИО филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2009. – 32с.ГОСТ 2.417-91. Платы печатные. Правила выполнения чертежей. – Введ. 01-07-1992. – М.: Изд-во стандартов, 1992.ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры. – Введ. 01-01-1980. – М.: Изд-во стандартов, 1985.ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Основные параметры конструкции. – Введ. 01-07-1987. – М.: Изд-во стандартов, 1986.ГОСТ 29137-91. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования. – Введ. 01-01-1993. – М.: Изд-во стандартов, 1992.