Разработка устройства Видеопорт (стр. 2 из 6)
Спецификация ТО5.103.002
Плата печатная ТО7.102.003
2. Анализ технического задания.
Анализируя техническое задание можно сделать следующие выводы:
- дешевизна и тип производства устройства Видеопорт будут обеспечены соответствующим выбором технологии изготовления печатной платы, классом точности печатных проводников, типом установки элементов на печатную плату.
- надежность устройства будет определяться типом защитных покрытий, величиной помехоустойчивости ИС, электромагнитной совместимостью элементов платы. Для обеспечения дополнительной помехоустойчивости узлы, непосредственно связанные с видеосигналом нужно разместить по возможности подальше от генератора. Так же цепь связи с компьютером должна быть подальше от цепей видеосигнала.
- учитывая ограничения на габаритные размеры выбираем способ охлаждения естественный, так как установка вентиляторов увеличит габаритные размеры устройства. Естественного воздушного охлаждения будет достаточно для обеспечения теплового режима работы устройства (доказательства в расчетах, cтр ...).
- изделие должно удовлетворять требованиям эргономики и технической эстетики по ГОСТ 24750-81, ГОСТ 12.2.032-71, ГОСТ 12.3.033-78. Обеспечить защиту от внешних воздействий в соответствии с ГОСТ 15150-69, ГОСТ 17785-72, ГОСТ 17786-72, ГОСТ 16962-71, ГОСТ 21552-76.
3. Выбор и обоснование конструкции блока.
Учитывая ограничения на габаритные размеры устройства и размеры печатной платы выбираем размер корпуса устройства равным: 140´120´25 мм. Высоту корпуса устройства равную 25 мм берем исходя из высоты печатной платы с установленными на ней микросхемами (ИМС) и электронных радиоэлементов (ЭРЭ) равной 15 мм. Для улучшения обеспечения теплового режима между корпусом и печатной платой (ПП) по всем координатам оставляем зазор 5 мм. Исходя из условий технического задания для обеспечения защиты людей от поражения электрическим током необходимо изготовить корпус устройства из материала непроводящего электрический ток. Исходя из этого и учитывая, что стоимость устройства должна быть небольшой выбираем материал корпуса. Отсюда получаем, что корпус устройства лучше всего изготовить из пластмассы: фенопласт марки К-15-202 ТУ 2475-51 горячим или литьевым прессованием.
При изготовлении корпуса необходимо предусмотреть отверстия под разъемы и отверстия для крепления ПП. Печатная плата крепится на шайбах высотой 5 мм для обеспечения зазора между платой и нижней частью корпуса.
Учитывая размеры разъемов: ГРПМ2-61ГО2 [ 2, стр. 143 ] (40x15 мм) и разъема ОНП-КГ-47 (18,5´7,5 мм ) [ 2, стр. 197 ] необходимо изготовить в корпусе соответствующие отверстия. (рис. 2).
 |
Отверстия, необходимые для крепления печатной платы в корпусе показаны на рис. 1.
 |
Рис. 1. Корпус устройства.
Рис. 2. Отверстия под разъемы
4. Выбор и обоснование конструкции печатной платы.
4.1 Выбор и обоснование типа печатной платы.
Необходимо выбрать двустороннюю печатную плату (ДПП) исходя из следующих причин:
· большое количество корпусов ИС (24) приводит к большому количеству соединительных проводников ( более 200), такое количество проводников сложно реализовать на односторонней плате;
· Кроме того, печатные проводники располагаются с обоих сторон платы и при отсутствии ограничений на размеры это позволяет реализовать практически любую схему. Использование ДПП позволяет повысить плотность монтажа с 1,5 ЭРЭ/см2 у односторонних печатных плат до 2 ЭРЭ/см2 у ДПП.
· Использование ДПП позволяет увеличить ожидаемое количество осуществленных связей, что позволит при трассировке печатных проводников воспользоваться САПР PCAD 8.5 . Благодаря этому значительно упростится и ускорится процесс проектирования ПП. Кроме того использование в данном случае ДПП значительно увеличит выход годных ПП, что повысит экономические показатели данного устройства и уменьшить расходы материала при изготовлении ДПП.
4.2 Выбор и обоснование класса точности.
При трассировке печатной платы с учетом большой плотности расположения элементов пришлось прокладывать печатный проводник между ножками ИС, а так как минимальное расстояние между их ножками 2.5 мм, то необходим III-класс точности печатного монтажа, который по ГОСТ 23751-86 имеет следующие параметры:
1) расстояние между соседними элементами проводящего рисунка не менее 0.25 мм
2) ширина проводника не менее 0.25 мм
3) отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы не менее 0.33
4) гарантийный поясок 0.1 мм
Исходя из вышесказанного выбираем шаг координатной сетки равным 1.25 мм.
4.3 Выбор габаритных размеров и конфигурации ДПП.
Выбор габаритных размеров ДПП осуществлялся по ГОСТ 10317-79. Исходя из выше изложенного и результата трассировки платы, выбираем размер платы равным 110х130 мм.
Выбор полей допусков и рекомендуемых посадок по ГОСТ 25347-82.
4.4 Выбор материала основания печатной платы.
В качестве материала для производства печатной платы выбираем стеклотекстолит с двусторонним фольгированным слоем и толщиной печатного проводника равной 35 мкм – СФ-2-35 – для изготовления двусторонних печатных плат.
В данное время стеклотекстолит наиболее распространенный материал для изготовления печатных плат, имеет хорошие технологические и эксплуатационно-технологические свойства, среди которых:
- широкий диапазон рабочих температур (-60…+105°С),
- низкое водопоглащение (0.2…0.8 %),
- большое объемное и поверхностное сопротивления (1010…1013 Ом),
- стойкость к короблению,
- повышенная жесткость и прочность.
Толщину печатного проводника выбираем равной 35 мкм по ряду причин:
1) между толщиной печатного проводника и его шириной существует тесная зависимость. Если уменьшать толщину, то соответственно будет увеличиваться ширина проводника, а вместе с ней и размеры всей печатной платы.
2) необходимо, чтобы печатный проводник выдерживал токи, текущие в схеме, что также зависит от толщины печатных проводников. Подробней об этом описывается в разделе 4.2.
3) чем меньше толщина фольги, тем меньше расход материала и ниже стоимость печатной платы.
СФ-2-35 обладает следующими характеристиками по ГОСТ 10316-78:
1) удельное поверхностное сопротивление ρS=1010…1011 Ом
2) удельное объемное сопротивление ρV=1011…1013 Ом*см
3) диапазон рабочих температур -60…+105°С
4) диэлектрическая проницаемость ε = 6
5) прочность отделения 3-х мм полоски фольги от диэлектрического основания σ = 4Н
Предпочтительные толщины для стеклотекстолита по ГОСТ 10316-78:
1.0; 1.5; 2.0 мм.
Исходя из данных табл.3 видно, что лучшая величина (11 мм) достигается при толщине пластины 1.5 мм и 2.0 мм. Выбираем первую, так как она дешевле в производстве. Итак, толщину печатной платы берем равной 1.5 мм.
| Номинальная толщина листа, мм | Стрела прогиба и коробление на длине 1 м, мм |
| 1.0 1.5 2.0 | 22 11 11 |
Таблица 3. Деформационные качества стеклотекстолита.
4.5 Компоновка, размещение и установка ЭРЭ и ИМС на плате.
В соответствии с техническим заданием адаптер реализуется на одной печатной плате.
Размещение элементов производится таким образом, чтобы электрические соединения были минимальной длины, но при этом должен обеспечиваться III-й класс точности печатного монтажа. Кроме того, элементы необходимо располагать как можно более равномерно по площади печатной платы для обеспечения равномерности масс элементов. Также, желательно устанавливать элементы таким образом, чтобы обеспечить наибольшую технологичность платы, т.е. монтажные отверстия следует располагать рядами. Это делается для ускорения операции сверления на программируемых сверлильных станках, а также для обеспечения автоматической установки элементов на печатную плату и их групповой пайки.
Рекомендации по размещению элементов устройства на плате можно свести к следующим:
- функциональные узлы должны быть размещены компактно;
- узлы, непосредственно связанные с видеосигналом нужно разместить по возможности дальше от генератора;
- элементы регулировки должны иметь как можно более короткие провода подключения;
- цепи связи с компьютером должны быть подальше от цепей видеосигнала;
Разъемы следует установить по краю печатной платы со стороны задней панели корпуса устройства.
Расстояние между двумя соседними микросхемами равно размеру корпуса микросхемы, так что тепловой режим конструкции будет в норме. Исходя из вышеприведенных соображений выбираем вариант установки элементов по ОСТ 4.ГО.010.030-81:
Резисторы R1...R9 устанавливать по варианту III.
Кварц Q1 устанавливать по варианту Vв.
Конденсаторы С1...С20 устанавливать по варианту IIа.
Микросхемы D1...D23 устанавливать по варианту VIIIа.
Диоды VD1-VD9 устанавливать по варианту IIа.
4.6 Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы.
В настоящее время применяют несколько методов изготовления ПП:
- субтрактивные, при которых проводящий рисунок образуется за счет удаления проводящего слоя с участков поверхности, образующих непроводящий рисунок,
- аддитивные, при которых проводящий рисунок получают нанесением проводящего слоя заданной конфигурации на диэлектрическое основание платы,
- полуаддитивный, при котором проводящий рисунок получают нанесением проводящего слоя на основание с предварительно нанесенным тонким проводящим покрытием, впоследствии удаляемым с участков поверхности, образующих непроводящий рисунок,