Устройство аппаратного шифрования данных с интерфейсом USB (стр. 7 из 12)
При включении устройства в порт USB, микроконтроллер инициализирует внутренние регистры, настраивает ФАПЧ и проводит процесс энумерации USB устройства. Далее проходит процедура инициализации алгоритма Blowfish и программа микроконтроллера входит в цикл ожидания команд от хоста.
2.3 Моделирование в пакете схемотехнического проектирования OrCAD
Для моделирования в системе OrCad была выбрана схема стабилизации напряжения питания +3,3 В. Схема питания состоит из: стабилизатора питания LM1117, диода Шотки MBRS130T3 и блокировочных конденсаторов. На рис. 2.8 представлена схема для моделирования в редакторе Schematics.
Рис. 2.8 – Схема для моделирования DC Sweep
Для моделирования были использованы специальные библиотеки моделей от производителей, чтобы получить максимально достоверные результаты. Так как на вход этой схемы напряжение подается от USB, то промоделируем ее по напряжению питания от 0 до 6 В с шагом 0,1 В. Для этого в меню Analysis/Setup выбираем вид анализа DC Sweep и проводим анализ схемы по Voltage Source от 0 В до 6 В с шагом 0,1 В.
В результате как показано на рис. 2.9, данная схема стабилизирует напряжение 3,3 В начиная с 4,5 В источника, т.е. подходит для нашего устройства.
Рис. 2.9 – DC Sweep анализ
Чтобы проверить как стабилизатор справляется с низкочастотной помехой, промоделируем схему, подключив на вход источник синусоидального напряжения 50 Гц со смещением в 5 В и амплитудой колебаний 0,1 В. Для этого вместо источника постоянного напряжения VDC установим источник типа VSIN, как показано на рис. 2.10.
Рис. 2.10 – Схема питания с источником синусоидального сигнала
На рис. 2.11 показан сигнал, подаваемый на вход, а на рис. 2.12 – сигнал получаемый на выходе стабилизатора.
Рис. 2.11 – Входной синусоидальный сигнал
Рис. 2.12 – Выходной сигнал стабилизатора
Как видно из рис. 2.12 амплитуда колебаний составляет 0,00006 В, при входной амплитуде 0,1 В.
Т.е. коэффициент подавления будет:
(Дб);3. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОГО УЗЛА АППАРАТНОГО ШИФРАТОРА
3.1 Выбор и обоснование типа печатной платы
Существует 4 типа печатных плат (ПП) [4]:
- односторонние (ОПП);
- двухсторонние (ДПП);
- многослойные (МПП);
- гибкие (ГПП).
ОПП просты в конструировании и экономичны в изготовлении. Они характеризуются: возможностью обеспечить повышенные требования к точности выполнения проводящего рисунка; установки навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной пайке, без дополнительной изоляции; возможностью использования перемычек из проводникового материала. Монтажная и трассировочная возможности этих плат низкие. Надежность и механическая прочность крепления элементов низкие. Для повышения прочности крепления элементов возможно изготовление ОПП с металлизацией отверстий. Обычно, ОПП применяют для монтажа бытовой ЭВА, в силовой электронике, в НЧ устройствах.
ДПП имеют высокую плотность монтажа и хорошую механическую прочность крепления.
МПП – это совокупность слоев диэлектрика и слоев печатного монтажа, имеющие межслойные соединения или открытый доступ к внутренним слоям. По сравнению с ОПП и ДПП они характеризируются повышенной плотностью монтажа, устойчивостью к климатическим и механическим воздействиям, уменьшением размеров и числа внешних выводов.
Преимущества ГПП:
– толщина d=0,1…0,28 мм → значительное уменьшение веса;
– высокая ударопрочность (удары практически не влияют).
Для своего устройства я решил использовать ДПП, т.к.:
· Применение двухсторонней печатной платы позволяет облегчить трассировку соединений, компактнее разместить элементы, рационально использовать площадь печатной платы, следовательно, уменьшить ее размер и расход материала.
· ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммутационными свойствами; повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы; повышенной плотностью монтажа.
3.2 Выбор и обоснование материала печатной платы
Основными материалами для изготовления двухсторонних печатных плат являются гетинакс и стеклотекстолит. Гетинакс – спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой. Стеклотекстолиты – прессование слои стеклотканей пропитанные эпоксидной смолой. Оба материала имеют малую водопроницаемость (0,2-0,8 % при Т = 260 ºС), большое поверхностное сопротивление (104 МОм), термостойкость материала в течении 1000 часов. Но по остальным электромеханическим параметрам стеклотекстолит превосходит гетинакс. Поэтому я выбрал стеклотекстолит фольгированный марки СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78. Как видно из обозначения, толщина фольги – 35 мкм, толщина основания – 1,5 мм.
3.3 Выбор и обоснование класса точности печатной платы
По точности изготовления элементов печатного монтажа ПП делят на 5 классов.
Таблица 3.1 – Классы точности печатных плат [4]
| Класс точности | Плотность монтажа | Мин. ширина проводника | Расстояние между краями соседних эл-тов | Разрешающая способность | Предельные размеры |
| 1 | малая | 0,75 | 0,75 | 0,6 | без огр. |
| 2 | средняя | 0,45 | 0,45 | 1,2 | 240 |
| 3 | средняя | 0,25 | 0,25 | 2 | 170-240 |
| 4 | высокая | 0,15 | 0,15 | 3,3 | 170 |
| 5 | высокая | 0,1 | 0,1 | 5 | 100-170 |
Для своего устройства я решил использовать четвертый класс точности, потому что:
· Это самый низкий класс, который позволяет провести печатный проводник к выводам ИМС (шаг 0,5мм);
· Он имеет достаточно высокую плотность монтажа, что позволяет уменьшить габариты.
Таблица 3.2 – Параметры 4-го класса точности печатной платы [4]
| Параметр | Значение |
Минимальная ширина печатного проводника,  , мм | 0,15 |
| Минимальное расстояние между проводниками, s, мм | 0,15 |
Допуск на диаметр отверстий с металлизацией  , Æ<1, мм | +0,05; -0,1 |
| , Æ>1, мм | +0,1; -0,15 |
Допуск на размещение отверстий,  , мм | 0,05 |
Допуск на размещение КП,  , мм | 0,05 |
Допуск на размещение проводников,  , мм | 0,03 |
Минимальная ширина пояска КП,  , мм | 0,025 |
3.4 Конструкторско-технологический расчет печатного узла шифратора
3.4.1 Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току.
В схеме сканера присутствуют ШП (+3,3 В) и ШЗ. Следовательно, минимальную ширину проводника по постоянному току можно рассчитать только для ШЗ, т. к. в ней будет протекать максимальный ток.
, (3.1)где
– максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках; 
– допустимая плотность тока 
; 
– толщина проводника 
, (3.2)где
– толщина фольги; 
– толщина гальванически осажденной меди 
(мм); 
– толщина химически осажденной меди 
(мм); 
(мм);Таблица 3.3 – Потребление тока
| Радиоэлемент | Iпотр, мА | Колич. |
| AT91SAM7S64 | 60 | 1 |
| DMHG-GJS-NP-LM-1 | 20 | 1 |
(А);Подставим значения в формулу 3.1:
(мм);3.4.2 Минимальная ширина проводника с учетом допустимого падения напряжения.
, (3.3)