Дистанционный комплекс контроля функционального состояния (стр. 10 из 15)
В качестве предложенного пакета САПР печатных плат необходимо использовать пакет Pcad. С его помощью надо осуществить ввод электрической принципиальной схемы, генерацию списка связей, компоновку, размещение элементов, а также трассировку печатных соединений.
Чертежи разработанной печатной платы необходимо выполнить с использованием средств пакета САПР AutoCAD.
5.3 Особенности применяемой элементной базы и материалов
В соответствии с полученным заданием в принципиальной схеме устройства, для которого необходимо разработать печатную плату, использованы микросхемы серий: К561, КР140, КР1533, микроконтроллеры: К1107ПВ2 и КР580ВВ55А, также оптопары транзисторные АОТ123Б.
Основные параметры микросхем данных серий, необходимые для выполнения поставленной задачи, взяты из справочников [12].
В качестве материала для изготовления ПП выберем стеклотекстолит фольгированный СФ-2, толщиной 1,5 мм. Толщина слоя фольги 35 мкм. Этот материал обладает следующими характеристиками:
плотность..................................................................2.4*10-4 кг/см;
модуль упругости.....................................................3.3*105 кг/см2;
коэффициент теплопроводности................................0.34 Вт/м°С.
Толщина получаемой платы hП.П=1,07мм
5.4 Расчет печатного монтажа разрабатываемой ПП
Конструкторско-технологический расчет ПП производится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования и т.п. он наиболее оптимальный вариант по технологичности.
Зададимся граничными значениями параметров печатного монтажа:
1) min ширина проводника: t=0,25 мм,
2) min расстояние между проводниками: S=0,25 мм
3) гарантированный поясок наружного слоя: bН=0,1 мм
4) гарантированный поясок внутреннего слоя: bb=0,05 мм
5) отношение диаметра отверстия к толщине платы: j=0,33
Произведем расчет вычислительного блока аппарата:
Разрабатываемый печатный узел содержит в себе:
5 корпус с размерами 30х9 мм, (К561КР1);
3 корпус с размерами 17,25x7,5 мм, ( К140УД708);
1 корпус с размерами 51,5х15 мм, (КР580VV55А);
1 корпус с размерами 77,5х17 мм, (K1107PV2);
1 корпус с размерами 19,5х7,5 мм, (КР1533ЛН1);
1 корпуса с размерами 19,5x7,5 мм, (КР1533ЛА2);
2 транзистора с размерами 3x14 мм, (КТ301);
1 транзистор с размерами 8x7 мм, (КТ315);
3 конденсатора с размерами 4,5x7 мм;
4 конденсатора с размерами 3x6,5 мм;
2 диода с размерами 3x4 мм;
6 резисторов с размерами12x5 мм;
15 резисторов с размерами16x8 мм;
8 оптопар с размерами 28х10 мм;
1 разъем с размерами 190х26 мм;
1 разъем с размерами 107х26 мм;
Общая площадь, занимаемая компонентами без учета зазоров равна 14817,75 мм2. В соответствии со стандартом МЭК 237-3 приведенным в таблице 5.1 выбираем ближайшую по площади плату с размером ПП-100х220.
Коэффициент заполнения определяем по формуле:
, (5.1)где SЭ- площадь, занимаемая элементами; SТР- площадь трассировки.
Конструктивно-технологический расчёт печатных плат производится с учётом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления, экспонирования и т.п. Граничные значения основных параметров печатного монтажа, которые могут быть обеспечены при конструировании и производстве для трех классов плотности монтажа, приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Граничные значения основных параметров печатного монтажа.
| Наименование расчетного элемента | Обозначение | Размеры элементов для класса плотности печатного монтажа | ||
| Ширина проводников, мм | bГпр | 0,5 | 0,25 | 0,15 |
| Расстояние между элементами печатного монтажа, мм | lГ | 0,5 | 0,25 | 0,15 |
| Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы | kД.Т. | 0,4 | 0,33 | 0,33 |
| Ширина пояска контактной площадки, мм | bГПО | 0,05 | 0,05 | 0,025 |
Выбранные в соответствии с данной таблицей размеры необходимо согласовывать с технологическими возможностями конкретного производства.
Минимальный диаметр переходного отверстия определяется из соотношения:
, (5.2)минимальный диаметр монтажного отверстия:
, (5.3)где hП.П – расчетная толщина печатной платы; dВ – диаметр вывода эрэ, микросхемы или соединителя; D – зазор между выводом и монтажным отверстием (наивысшая надежность паяного соединения будет при D=0,4¸0,6 мм); hГ – толщина гальванически наращенной меди (обычно hГ=0,05¸0,06 мм)
Если вычисленный по формуле (5.3) диаметр dМ.О окажется меньше произведения kМ.О hП.П , то из технологических соображений dМ.О принимается равным dП.О .
Минимальный диаметр контактной площадки dК.П металлизированных отверстий с учетом погрешностей и подтравливания фольги:
, (5.4)где hФ – толщина фольги.
Сечение проводника цепей питания и земли можно вычислить по формуле:
. (5.5)Для современных серий микросхем ток, выдаваемый в нагрузку не превышает 0,1А. Максимальную длину проводника для платы 100´220 мм2 можно принять равной 22000 мм
Необходимая ширина проводника цепей питания и земли:
. (5.6)Необходимая ширина проводника сигнальной цепи:
. (5.7)Минимальное расстояние между проводниками:
, (5.8) 
, (5.9) 
. (5.10)На основании приведенной выше методики и приняв третий класс плотности печатного монтажа произведем расчет печатного монтажа для разрабатываемой двусторонней печатной платы.
Минимальный диаметр переходного отверстия
Минимальный диаметр контактной площадки dК.П.ПО переходного отверстия:
Минимальный диаметр монтажного отверстия:
а) Для DIP корпусов:
.б) Для навесных элементов:
Минимальный диаметр контактной площадки dК.П.МО монтажного отверстия:
а) Для DIP корпусов:
б) Для навесных элементов:
Минимальный размер шины питания и земли:
Находим суммарный ток:
К561КР1 (1шт) – IПОТР=20 мА
К140УД708 (1шт) – IПОТР=15 мА
КР580VV55А (1шт) – IПОТР=80 мА
K1107PV2 (1шт) – IПОТР=35 мА
КР1533ЛН1 (1шт) – IПОТР=12 мА
КР1533ЛА2 (1шт) – IПОТР=15 мА
Iå=177мА
Требуемое сечение шины питания и земли:
Sпз=0,017*2,2*0,177/0,02*5»0,06мм2
Требуемое сечение шины питания 9В:
Sпз=0,017*2,2*0,177/0,02*9»0,05мм2
Требуемое сечение шины питания 12В:
Sпз=0,017*2,2*0,177/0,02*12»0,04мм2
Ширина дорожки питания и земли:
bп=0,06/0,035=1 мм
Ширина дорожки +9В:
bп=0,03/0,035=0,9 мм
Ширина дорожки +12В:
bп=0,025/0,035=0,8 мм
Необходимая ширина проводника сигнальной цепи:
bпр=0,017*22*0,192/(0,4*0,035)=0,25
Минимальное расстояние между проводниками:
n=(2,5-(1,3+1,3)/2-0,15-0,03)/(0,15+0,15)=3,4 мм
Используя полученные данные можно приступать к трассировке платы.
5.5 Решения задачи топологического синтеза ПП с помощью применяемого пакета САПР – PCAD-8.5
Основным инструментом при автоматической трассировке ПП в пакете PCAD является файл стратегии. Поэтому опишем некоторые его основные установки для объяснения нашего способа разводки [10].
После выбора пункта Routing Parameters в основном меню программы Autorouter на экране появится меню, в котором можно устанавливать параметры.
Приведем основные из них:
· первоначально устанавливаем метрическую систему измерения, т.к. все наши элементы рисовались в ней;
· устанавливаем основную координатную сетку шагом 2,5 мм, как задано в ТЗ, также задаем вспомогательную сетку шагом 1,25 мм, что соответствует технологическим требованиям;
· устанавливаем количество слоев для трассировки;
· устанавливаем тип трассировки – наиболее целесообразным является тип Steiner, которая позволяет выполнять Т-образные соединения и другие соединения, которые минимизируют расстояния между точками;
· устанавливаем порядок трассировки – по рекомендациям авторов ставим порядок Short-Long, т.е. сначала будут трассироваться короткие цепи, а затем – длинные. Это дает меньшее количество не разведенных цепей;
· на первоначальном этапе произведем отключение диагональной трассировки, т.к. она может дать несоблюдение допустимых зазоров, однако после первого этапа трассировки окажется, что зазоры соблюдаются, то можно установить Diagonal Routing и повторить трассировку, что, возможно, даст улучшение;
· проведем включение режима минимизации количества переходных отверстий, сделав установку Via minimization;
· установим режим сглаживания углов Perform Beveling. В этом случае будет производиться замена прямоугольных изгибов проводников, где это возможно на изгибы под углом 45°. Установим здесь параметр During+After, т.к. он наиболее эффективный;