Разработка печатного узла шестиуровневого индикатора напряжения аккумулятора (стр. 3 из 4)
Выберем в качестве материала печатной платы фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35Г со следующими характеристиками:
-толщина материала 1мм;
-толщина фольги 35мкм.
По ГОСТ 10317-79 минимальный допустимый диаметр переходного отверстия равен 0,4мм. При этом снабдим каждое переходное отверстие контактной площадкой. Рассчитаем диаметр контактной площадки по формуле
D = d + ∆d + 2b + 2Tr + ∆sk, где
D - минимальный размер контактной площадки;
d - номинальное значение диаметра металлизированного отверстия;
∆d - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;
b-размер гарантированного пояска вокруг металлизированного отверстия;
Tr - глубина подтравливания диэлектрика;
∆sk - среднеквадратичный допуск на положение оси отверстия, центра контактной площадки и нижнего предельного отклонения диаметра контактной площадки.
Для двусторонней печатной платы класса точности 4, имеющей переходные отверстия диаметром не более 1мм в ГОСТ 23751-86 указаны следующие значения этих величин:
∆d=0;
b=0,1мм;
Tr=0;
∆sk=-0,1
D=0,4 + 0 + 2 ·0,1 - 0,1 = 0,5 (мм)
Сделаем небольшой запас и примем D = 0,6 мм.
Расчет ширины проводников и зазоров
Электрическая цепь имеет входное напряжение батареи 5,2 В. В связи с этим выполним печатные проводники, соответствующие входным цепям , несколько шире, чем остальные. Примем ширину проводников входной цепи равной 1 мм. Остальные печатные проводники и зазоры печатного рисунка платы выберем по минимуму для данного класса точности, то есть 0,25мм.
Расчет площади платы
Рассчитаем площади, занимаемые элементами печатного узла:
SС2-33Н=6,0*2,2=13,2 (мм2)
SК73-11=15,0*14,0=210 (мм2)
SК561ЛЕ5= SК561ЛП2=19,5*7,5=146 (мм2)
SАЛС331А=1,1*1,2+π*5,82=107 (мм2)
SКТ315В=7,2*3,0=21,6 (мм2)
SКД522Б=3,8*1,9=7,22 (мм2)
SСП3-4вМ=20*11,5+2,5*8+9*2,2=448 (мм2)
Суммарная площадь, занимаемая элементами печатного узла:
SЭЛЕМЕНТОВ=8*13,2+3*210+2*146+107+2*21,6+9*7,22+5*448=105,6+630+292+107+43,2+64,98+2240=3483 (мм2)
Рассчитаем площадь платы, зная коэффициент ее использования:
SПП= SЭЛЕМЕНТОВ/1,5=2325 (мм2)
Согласно действующему ГОСТ 10317-79 при длине стороны печатной платы до 100мм размеры каждой стороны должны быть кратны 2,5мм. В целях наиболее рационального использования площади платы выполним её в виде прямоугольника. Рассчитанное значение площади удовлетворяет требованиям стандарта. Оптимальный размер платы такой площади равен
50 х 46,5 мм2.
Однако на печатном узле такого размера невозможно разместить все элементы вместе с переходными отверстиями и печатными проводниками, что наглядно проиллюстрировано на рис. 2.
Рис. 2.
Таким образом, мы вынуждены увеличить размеры печатной платы. При этом коэффициент использования будет меньше требуемого в задании.
Опытным путем (методом подбора) было установлено, что оптимальный размер платы, при котором возможно создать данный печатный узел, равен 50*35 мм2. Коэффициент использования при этом равен:
K= SЭЛЕМЕНТОВ/SПП = 3483/5600 =0,62
6 Создание библиотеки компонентов
При создании библиотеки компонентов печатного узла необходимо:
1) При помощи редактора SymbolEditor создать условное обозначение компонента согласно ГОСТ 2.728- 74, ГОСТ 2.730- 73. Установить атрибуты {RefDes}, {Type} (для однозначной идентификации элемента на последующей электрической схеме) и базовую точку {RefPoint} (рис. 3). Проверить правильность создания условного обозначения (командойUtils/Validate).
Рис. 3. Условное обозначение резистора
2) При помощи редактора PatternEditor создать посадочное место под компонент с учетом геометрических размеров корпуса и контактных площадок. Установить атрибуты {RefDes}, {Type} (для однозначной идентификации элемента на последующей схеме компоновки печатного узла) и точку привязки (рис. 4). Проверить правильность создания посадочного места (командой Utils/Validate).
Рис. 4. Посадочное место под элемент С33-2Н с атрибутами
3) В менеджере библиотек LibraryExecutive произвести соединение посадочного места с условным обозначением путём задания соответствия между контактными площадками первого и контактами второго с указанием их типов (рис. 5). Проверить правильность создания компонента (командой Utils/Validate).
Рис. 5. Таблица соответствия для элемента С33-2Н
В результате проделанной работы получается файл библиотеки компонентов *.lib, содержащий всю необходимую информацию об элементной базе печатного узла (рис. 6).
Рис. 6. Библиотека компонентов печатного узла
7 Формирование схемы электрической принципиальной с протоколом ошибок
Формирование принципиальной электрической схемы производится в редакторе Schematic. Процесс создания схемы можно разделить на несколько этапов:
1) Настройка среды редактора:
-установка формата рабочей области;
-установка миллиметрового шага сетки;
-установка кириллического шрифта в качестве стандартного;
-установка ширины линий;
-создание шаблона штампа (согласно ЕСКД) в виде файла *.ttl и его подключение к документу;
-подключение ранее созданной библиотеки компонентов;
2) Непосредственное создание схемы:
-размещение обозначений компонентов в рабочей области графического редактора и объединение выводов проводниками;
-редактирование положения элементов и надписей на схеме;
3) Проверка схемы средствами редактора (командой Utils/ERC..).
Результатом проделанной работы является *.sch-файл схемы электри-ческой принципиальной, а также *.erc-файл протокола ошибок (см. Приложение 1).
Текст протокола ошибок:
P-CADElectricalRulesCheckReport
F:\Olesyakurs\shemapokursachu.erc:
ERC Report Options:
-------------------
Single Node Nets: On
No Node Nets: On
Electrical Rules: On
Unconnected Pins: On
Unconnected Wires: On
Bus/Net Rules: On
Component Rules: On
Net Connectivity Rules: On
Hierarchy Rules: On
ERC Errors:
-----------
SINGLE NODE NETS:
0 warning(s) detected.
0 error(s) detected.
NO NODE NETS:
0 warning(s) detected.
0 error(s) detected.
ELECTRICAL RULES:
Warning 1 -- Net NET00030 has no output pins
Warning 2 -- Net GND has no input pins
Warning 3 -- Net GND has no output pins
Warning 4 -- Net NET00031 has no input pins
Warning 5 -- Net NET00031 has no output pins
Warning 6 -- Net VCC has no output pins
Warning 7 -- Net NET00069 has no output pins
Warning 8 -- Net NET00000 has no output pins
Warning 9 -- Net NET00034 has no input pins
Warning 10 -- Net NET00034 has no output pins
Warning 11 -- Net NET00039 has no output pins
Warning 12 -- Net NET00040 has no output pins
Warning 13 -- Net NET00041 has no output pins
Warning 14 -- Net NET00043 has no input pins
Warning 15 -- Net NET00043 has no output pins
Warning 16 -- Net NET00044 has no input pins
Warning 17 -- Net NET00044 has no output pins
Warning 18 -- Net NET00047 has no input pins
Warning 19 -- Net NET00048 has no input pins
Warning 20 -- Net NET00049 has no input pins
Warning 21 -- Net NET00049 has no output pins
Warning 22 -- Net NET00052 has no input pins
Warning 23 -- Net NET00052 has no output pins
Warning 24 -- Net NET00051 has no input pins
Warning 25 -- Net NET00051 has no output pins
Согласно протоколу, принципиальная электрическая схема не содержит ошибок. Таким образом, мы можем перейти к компоновке печатного узла.
8 Компоновка (NET лист, протокол ошибок)
Для процесса компоновки создадим архивную библиотеку компонентов (командой Library/Archivelibrary..)и список соединений (командой Utils/GenerateNetlist..) в редакторе Schematic. Таким образом, мы можем просто загрузить всю схему в редактор PCB.
Фрагмент списка соединений:
и его продолжение, касающееся связей выводов компонентов:
Протокол ошибок создания архивной библиотеки:
9 Трассировка
Работа в редакторе PCB состоит из следующих этапов:
1) Настройка среды редактора (схожа с настройкой среды редактора Schematic,поэтому рассмотрим особенности):
-установка миллиметровых шагов сетки 2,5 (для последующего построения контуров платы) и 0,625 (для задания шага трассировки);
-подключение ранее созданной архивной библиотеки компонентов;
-подключение к документу списка соединений;
В результате в рабочей области появятся посадочные места компонентов, выводы которых соединены согласно принципиальной электрической схеме.
2) Непосредственное создание схемы:
-создание контура платы в слое Board;
-создание монтажных отверстий на плоскости платы (аналогично контактным площадкам, но с заданием параметра Shape/MountingHole). Так как размеры платы относительно невелики, то сделаем 2 крепежных отверстия диаметром 2 мм ;
-создание запретной зоны для трассировки (Keepout) в виде линии, действующей на всех слоях платы (настройка производится командой Options / CurrentKeepout). Применим минимально допустимую запретную зону, равную одному шагу трассировочной сетки, то есть 0,625 мм ;
-установка посадочных мест компонентов в пределах разрешенной зоны трассировки (рис. 7)
а) 
б) 
Рис. 7. Размещение компонентов и печатных проводников на плате: а) до трассировки; б) после трассировки
3) Трассировка платы:
-задание правил трассировки (командой Options/DesignRules):
- минимальное расстояние между элементами шелкографии 0.0мм (команда Design\SilkscreenClearance);