Блок контролю та управління пристрою безперебійного живлення ПБЖ-12 (стр. 7 из 13)
Зіставляючи схему електричну принципову і компоновку елементів, можна чітко визначитися з місцем розташування елементів на платі. Для досягнення високої якості трасування був проведений конструкторсько-технологічний розрахунок.
При трасуванні з'єднань необхідно виконувати основні вимоги ГОСТ 10317-79, ГОСТ 2.41778.
Спочатку на поверхню друкованої плати паралельно її сторонам наноситься координатна сітка. У лівому нижньому куті плати приймаємо початок координат. Цей кут називається базою. Основний крок координатної сітки 1,27 мм (стандартний для дюймової системи координат, що використовується в програмному додатку PCAD). Центри отворів і контактних площадок рекомендується розташовувати у вузлах координатної сітки. Для збільшення надійності контактних площадок при експлуатації виробу приймається округла форма.
Пряма розводка є найпростішим способом трасування. У цьому випадку траси прокладаються по найкоротшому шляху, що пов'язує ці точки. Траси проходять поруч з уже прокладеними трасами, огинаючи їх.
Метод має такі недоліки: надмірна заплутаність отриманого малюнка друкованого монтажу; низька ефективність у складних схемах; значне збільшення сумарних довжин зв'язків; наявність великої кількості перехідних отворів. Тому цей метод розведення рекомендується застосовувати для нескладних схем.
Координатний спосіб розведення передбачає розміщення провідників на різних шарах плати. Для виконання діагональних з'єднань і запобігання перетину провідників вводять перехідні отвори, які погіршують характеристики ДП. Велика кількість перехідних отворів збільшує вартість ДП, знижує надійність, ускладнює технологічний процес виготовлення ДП.
У даному випадку для зменшення довжини провідників їх розташовують у взаємно перпендикулярних площинах. Зв'язок здійснюється за допомогою металізованих перехідних отворів.
Трасування блоку виконувалася в програмі PCAD.
2.4 Розрахунок по постійному струму
Найбільш важливими електричними властивостями друкованих плат є навантажувальна здатність провідників по струму, опір провідників і діелектрична міцність основи друкованої плати. Беремо методику розрахунку з [5].
Спочатку розрахуємо потрібний перетин провідника сигнальної ланцюга:
мм2 (2.9)де r - питомий опір провідника (для провідників, отриманих методом електрохімічного нарощування r = 0,05 Ом·мм²/м);
I - струм, що видається в навантаження (для сучасних серій МС I ≤ 0,1A);
l - максимальна довжина провідника (приймемо l =0,1 м);
UЗ. ПУ - запас перешкодостійкості (для сучасних серій інтегральних схем UЗ. ПУ = 0,4…0,5 В).
Необхідна ширина друкованого провідника:
мм2 (2.10)
де hф - товщина фольги (hф = 0,035 мм).
Для друкованих плат третього класу точності ширина друкованого провідника повинна бути порядку 0,25 мм, тому виходячи з цього і враховуючи технологічні можливості приймаємо ширину друкованого провідника для плати t = 0,3 мм.
Ширина друкованого провідника шини живлення і землі:
(2.11)
Для UП=5 В:
мм.Мінімальна ширина шин живлення й "землі"
Для U=5В:
,Приймається ширина ланцюгів живлення і землі однаковою: при UП =5В - bжз=0,71 мм.
Зазор між провідниками вибирають в залежності від різниці напруг між сусідніми провідниками. Напруга пробою лакованих плат визначається електричною міцністю лакового покриття. Для друкованої плати, що розроблюється, мінімальний зазор складає 0,35 мм.
Отриманий для конкретної різниці потенціалів між провідниками зазор має бути збільшений, якщо опір витоку між провідниками перевищить допустиме значення, обчислене на основі аналізу принципової схеми. Розрізняють два види електропровідності діелектриків: поверхневу та об'ємну.
Поверхневий опір ізоляції паралельних друкованих провідників обумовлюється наявністю питомої поверхневого опору діелектрика плати:
Ом (2.12)
де lЗ - зазор між провідниками;
l - найбільша довжина спільного проходження провідників (l=100 мм).
Опір ізоляції паралельних провідників наближено обчислюється:
Ом (2.13)
де RV - об'ємний опір ізоляції між провідниками протилежних шарів двосторонньої друкованої плати (RV= 10RS).
Розраховані параметри друкованих провідників відповідають навантажувальної здатності провідників по струму, оскільки основа друкованої плати має високий опір ізоляції і високу діелектричну міцність.
2.5 Розрахунок по змінному струму
При передачі по друкованим елементам плати високочастотних імпульсних сигналів через наявність індуктивного опору провідників, взаємної індуктивності і ємності, опору витоку між провідниками сигнали спотворюються, з'являються перехресні перешкоди. Розрахунок по змінному струму дозволяє уточнити максимальну довжину одиночного провідника, максимальну довжину спільного проходження поруч розташованих провідників, зазори між провідниками.
Так як паразитна зв'язок різко зменшується при збільшенні відстані між провідниками, то найбільшу перешкоду наводять два провідника, розміщених на різних сторонах від пасивної лінії.
Допустиму довжину трьох паралельно розташованих сигнальних провідників визначають за формулою:
(2.14)
де lЕД, lИД - допустима довжина паралельно розташованих провідників при впливі тільки ємнісного паразитного зв'язку й тільки індуктивного паразитної зв'язку відповідно.
Допустима довжина паралельно розташованих сусідніх провідників при впливі тільки ємнісного паразитного зв'язку визначається за формулою:
(2.15)
де СД - допустима ємність паразитного зв'язку, що визначається перешкодостійкістю мікросхем (за найгіршим варіантом СД = 30 пФ);
СП - погонна ємність пФ / см, яка визначається за формулою:
(2.16)де КП - коефіцієнт пропорційності (КП = 0,15);
Е1 - діелектрична проникність середовища
Для провідників, розташованих на поверхні плати:
(2.17)
де Е0 - діелектрична проникність повітря або лаку, якщо плати покриті лаком (Е0 = 2);
Е - діелектрична проникність матеріалу плати (Е = 6).
Підставляючи Е’ в (2.16) отримуємо значення погонною ємності:
СП = 0,15·4 = 0,6 пФ/см
Значення СП підставляємо у формулу (2.15) і обчислюємо допустиму довжину паралельно розташованих сусідніх провідників при впливі тільки ємнісний паразитної зв'язку:
смДопустима довжина паралельно розташованих сусідніх провідників при впливі тільки індуктивного паразитної зв'язку для плати без екрануючої площини визначають за рівнянням (2.18):
(2.18)де UПУ - значення перешкодостійкості мікросхем (UПУ =0,4 В);
U0 - напруга логічного 0 (U0= 0,5 В);
∆I - перепад струму в ланцюзі живлення при перемиканні ІС (∆I = 0,01 А);
tЗСР - середній час затримки (tЗСР = 4,75 нс);
КЗ - коефіцієнт запасу (КЗ =0,5…0,7).
Для вирішення рівняння використовується ітераційний метод Ньютона.
Введемо позначення:
; 
; B = - 1; А= 
.Тоді вихідне рівняння перетворюється до виду:
Ітераційна формула буде мати наступний вигляд:
Обчислення за ітераційною формулою виконують до тих пір, поки не виконається умова:
де D - точність обчислень.
Одержуємо:
, B = - 1, А= 
Приймаються рекомендовані значення: Z0 = 100; D = 1. Проводимо обчислення: