Конструирование модуля цифрового устройства

-механическая  прочность, вибропрочность, вибростойкость,

-себестоимость.

2.3. Анализ электрической  принципиальной схемы

   Разрабатываемая схема является цифровой, возможности самовозбуждения отсутствуют, нет критичности к длине связей, теплонагруженных элементов нет. Критических требований к длине связи нет. Среди цепей следует выделить цепи «земля» и «питание», для которых будут созданы классы цепей (Net Class) с именем PWR и GND. 

   Определим электрические параметры схемы, которые необходимы  при расчете элементов печатного монтажа: 

• Источник  питания: маломощный стабилизированный источник 12В.
• Рассеиваемая мощность: 0,36Вт
• Максимально допустимый ток в статике 30 мА
• Максимально допустимый ток в динамике 300 мА
• Максимальное напряжение в схеме: 12В
• Максимально допустимое падение напряжения В
• Сопротивление изоляции: 20 МОм

2.4. Анализ элементной  базы

№	Тип компонента	Символ на ЭЗ	Конструкция, тип  корпуса	Посадочное  место
1	Резистор  МЛТ-0,25		D=3  , L=7 , d=0,6 мм
2	Переменный  резистор СП3-19А		d=0,5 мм
3	Конденсатор КМ-6		W=12, L=12, T=6 , A=7,5, d=0,5 мм
4	Конденсатор электролити-ческий К50-6		D=5, L=11, d=0,5 мм Для С13,С26 L=12 мм
5	Диод  КД503-А		d=0,5 мм
6	Стабилитрон КС182Ж		d=0,5 мм
7	Варикап КВ109В		d=0,8 мм
8	Транзистор  КТ342Б		d=0,5 мм
9	Транзистор  КТ315Б		d=1 мм
10	Транзистор  КТ316Б		d=0,5 мм
11	Транзистор  полевой КП303Е		d=0,5 мм
12	Кварцевый резонатор  РК-46		d=0,6 мм
13	Микросхема  К561ИЕ19		d=0,5 мм
14	Микросхема  К561ТВ1		d=0,5 мм
15	Микросхема  К561ЛА7		d=0,5 мм
16	Микросхема  К561ИЕ14		d=0,5 мм
17	Соединитель СНО51-10		L=21,2 , d=0,6 мм

 

Сложность разрабатываемого модуля: средняя (>20 у.е.).

Имеются следующие разновидности диаметров  выводов компонентов:

= 0,5 мм; 0,6 мм; 0,8 мм; 1 мм.

Выводы компонент: гибкие, устанавливаемые в отверстия. Выводы микросхем устанавливаются с шагом 2,5 мм. Используется сетка с шагом 1,25 мм.

3. Описание САПР, используемой  при проектировании

   Автоматизированная программа P-CAD предназначена для проектирования печатных плат. Пакет программы состоит из нескольких взаимосвязанных программ. Основными программами в пакете являются: P-CAD Schematic; P-CAD PCB; P-CAD Symbol Editor; P-CAD Pattern Editor; P-CAD Library Executive и др.

   Программа P-CAD Schematic является графическим редактором схем. С помощью неё выполняется принципиальная электрическая схема электронного узла, который затем размещается на печатной плате.

   Программа P-CAD PCB является графическим редактором и используется для выполнения чертежа печатной платы.

   Программа P-CAD Symbol Editor предназначена для создания условных графических обозначений элементов, которые могут объединяться в библиотеки. Условные графические обозначения используются при выполнении электрических принципиальных схем.

   Программа P-CAD Pattern Editor используется для создания посадочных мест элементов на печатную плату. Посадочные места объединяются в библиотеки и в дальнейшем используются программой P-CAD PCB при выполнении чертежа печатной платы.

   Программа P-CAD Library Executive используется для создания библиотек элементов. В системе могут использоваться библиотеки условных графических обозначений, библиотеки посадочных мест корпусов и интегрированные библиотеки компонент. Интегрированные библиотеки компонент содержат информацию о графическом изображении символа, о посадочном месте и текстовую информацию о выводах элементов. Для выполнения отдельных электрических схем или отдельных чертежей печатных плат можно использовать отдельные библиотеки символов или корпусов. Однако при сквозном проектировании удобнее пользоваться интегрированными библиотеками, так как в этом случае программа автоматически устанавливает взаимосвязь между электрической схемой и печатной платой.

4. Разработка библиотеки компонент и электрической принципиальной схемы

4.1. Выбор электрического  соединителя

   Все электрические соединения модуля с другими устройствами должны осуществляться только через разъемы. Для этого на модуле установим один электрический соединитель СНО51-10, предназначенный для печатного монтажа. Так как в разомкнутом состоянии на контактах разъема нет электрическое напряжения, то на печатную плату ставится вилка.

Характеристики  соединителя СНО51-10, которые учитывались  при выборе разъема.

Конструктивные  особенности:

Исполнение  соединителя   –  всеклиматическое (В).

Число контактов    -  10.

Отверстия располагаются с шагом 2,5 мм.

Условия эксплуатации:

Температура окружающего воздуха   -    -60…+85 °С

Относительная влажность воздуха   -   до 98%

Электрические характеристики:

Максимальное  рабочее напряжение   -   150 В

Максимальный  ток на контакт   -  2,2 А

Сопротивление электрического контакта -  не более 0,01 Ом

Надежность:

Износостойкость соединителя составляет 500 сочленений-расчленений.

4.2. Установка фильтрующих  конденсаторов

   Для исключения помех по шинам питания между шинами «питание» и «земля» возможна установка фильтрующих конденсаторов. Рекомендуется устанавливать один или два конденсатора по низкой частоте и несколько конденсаторов от высокочастотных помех. По низкой частоте устанавливают электролитические конденсаторы ближе к разъему с емкостью от 47 до 100 мкФ. В качестве конденсаторов для защиты от высокочастотных помех рекомендуется применять керамические конденсаторы с емкостью от 1000 до 10000 пФ.

   В соответствии с рекомендациями на схему были установлены один керамический конденсатор КМ-6 емкостью 2000пФ (С1), расположенный вблизи кварцевого резонатора и два электролитических конденсатора К50-6 емкостью 100мкФ x 16В (С13 и С26) рядом с разъемом.

4.3. Исключение из  схемы отдельных  компонент

   Разрабатываемая электрическая принципиальная схема не содержит электро-радиоэлементов, которые по конструктивно-технологическим соображениям целе-сообразно вынести на другие конструкции.

4.4. Порядок разработки  библиотеки символов 

   Для разработки библиотеки символов использовался редактор Symbol Editor P-CAD 2002 со следующими настройками: формат А4, единица измерения миллиметр (мм), варианты ортогональности 90 и 45 градусов, сетка с шагом 0,1 ; 0,5 и 1 мм , линия рисования с шириной 0,2 мм, курсор привязан к координатной сетке (snap to grid), шрифт «2,5».

  

   Для микросхем используем возможность мастера символов, т.к. этот метод быстрее и удобнее. Для остальных элементов создаем символ вручную.

   Разработка дискретных элементов: резистор, конденсатор, диод, кварцевый резонатор состоит в выполнении следующих пунктов:

1. Рисуется контур УГО элемента.

2. Изображаются выводы элемента

Установим длину вывода равную 4 мм. В поле Default Pin Name вводим имя вывода, а в поле Default Pin Des номер вывода. Нажать ОК. Установить курсор в точку, где должен быть вывод, если вывод неверно ориентирован, то, не отпуская кнопку мыши, нажать на клавиатуре кнопку R.

3. Введение атрибутов элемента

В качестве атрибутов указать места для  размещения позиционного обозначения и типа элемента. Позиционное обозначение указывается над элементом, а тип элемента - под элементом.

Выполнить команду Place Attribute. В диалоговом окне в области Attribute Category выбрать Component. В области Name выбрать Ref Des и нажать ОК, Type или Value и нажать ОК.

4. Ввод точки привязки

Выполнить команду Place Ref Point. Переместить курсор в выбранную точку привязки и щелкнуть левой клавишей мыши.

5. Сохранение УГО в библиотеке 

   Для создания УГО микросхем удобнее пользоваться мастером создания символа.

1. Задать геометрические размеры контура элемента

2. Указать число выводов справа и слева

3. Указать длину вывода Normal и расстояние между выводами 5мм

4. Подписываем выводы, задавая их имена в поле Default Pin Name и номер вывода в поле Default Pin Des в соответствии со схемой

5. Затем  производим редактирование элемента, т.е. дорисовываем линии внутри  контура, ставим знак инверсии  у выводов, указываем позиционное  обозначение и типа элемента.

4.5. Порядок разработки  библиотеки посадочных  мест 

   Для разработки библиотеки посадочных мест использовался редактор Pattern Editor P-CAD 2002 со следующими настройками: формат А4, единица измерения мм, сетка с шагом 1,25 мм для рисования монтажных отверстий и 0,1 ; 0,5 и 1 мм для рисования контуров посадочных мест, линия рисования с шириной 0,2 мм, курсор привязан к координатной сетке (snap to grid), шрифт «2,5».

   Создадим стек монтажных отверстий. В данной схеме используются круглые отверстия (Кр) для штыревого вывода размером 0,8\1,3 ; 1,1\1,6 и 1.3\1,8. Для изображения монтажного отверстия первого вывода микросхем используется стиль Кв 0,8\1,3. 

   Для создания монтажного отверстия под штыревой вывод надо:

1. Выбрать  команду Options Pad Style. В одноименном окне нажать кнопку Copy. Появится панель Copy Pad Style, на которой необходимо задать новое имя стиля.

2. Наименование  стиля указывает форму контактной  площадки и размер отверстия. Появится вновь окно Options Pad Style. Нажать кнопку Modify Simple.

3. Появится окно Modify Pad Style (Simple). В области Type (Тип) выбрать Thru (Сквозное отверстие). В области Shape выбрать Elipse для кругового отверстия. Установить Width (ширину) равной 1,3 мм и Height (высоту) – 1,3 мм. В области Hole установить диаметр отверстия 0.8 мм. Нажать ОК.  

   Посадочное место элемента на печатной плате состоит из монтажных площадок и отверстий. Монтажные отверстия размещают в узлах координатной сетки. Для привязки курсора к узлам координатной сетки выбрать команду View Snar to Grid.

   Разработка посадочных мест дискретных элементов: резистор, конденсатор, диод, кварц, состоит в выполнении следующих пунктов:

1. Рисуем  корпус элемента 

Он изображается в виде простых геометрических фигур  без указания деталей конструкции. Он изображается на слое Top Assy. Для этого в строке состояний в поле Select Layer (выбор слоя) установить слой Top Assy.

Для рисования  линий вызвать команду Place Line, для рисования окружностей вызвать команду Place Arc.

2.Выбор  монтажного отверстия или контактной  площадки

Активизируем  необходимый стиль монтажного отверстия или контактной площадки, вызвав Options Pad Style и выбрав его. Нажать кнопку Close. Щелкнуть левой клавишей мыши по пиктограмме Place Pad. Появится панель Place Pad. На панели в окнах будут установлены единицы. Оставить установки без изменений и нажать ОК. Подвести курсор на координаты установки первого отверстия и щелкнуть левой кнопкой. Переместить курсор на координаты 2-ого отверстия и вновь щелкнуть левой кнопкой. Продолжить операцию для установки всех отверстий данного стиля и в конце нажать правую кнопку мыши. Если посадочное место строится с использованием разных стилей отверстий, то необходимо изменить стиль монтажного отверстия и повторить описанные ранее операции с другим стилем отверстия.

3. Ввод атрибутов

В качестве атрибутов ввести место для размещения позиционного обозначения и типа элемента. Выполнить команду Place Attribute. В диалоговом окне в области Attribute Category выбрать Component. В области Name выбрать Ref Des и нажать ОК. Установить курсор в точку над элементом и щелкнуть левой кнопкой мыши, а затем правой кнопкой мыши. Повторить операцию для установки надписи о типе элемента под элементом.