Конструирование модуля цифрового устройства

4. Выберем точку привязки

Выполнить команду Place Ref Point. Переместить курсор в выбранную точку привязки.

5.Сохранение  посадочного места в библиотеке.

флажок Create Component должен быть сброшен. 

   Для создания посадочных мест микросхем удобнее пользоваться мастером создания посадочного места.

1. Указываем количество выводов и расстояние между ними
2. Указать место расположения первого отверстия – точки привязки
3. Выбрать стиль монтажного отверстия или контактной площадки для первого вывода и остальных
4. Задать размеры корпуса микросхемы
5. Нажать ОК и сохранить

4.6. Порядок разработки  библиотеки компонент 

   Для разработки библиотеки компонент используем Library Executive P-CAD 2002.

Чтобы создать компонент надо:

1. Component New. Будет предложено выбрать библиотеку, из которой надо будет создавать элемент (ту, в которую сохраняли символы и посадочные места).ОК
2. Выбираем посадочное место Select Pattern. ОК. Указываем количество шлюзов Number of Gates 1.
3. Выбираем символ Select Symbol. OK.
4. Далее прописываем соответствие выводов и их эквиваленты. Pins View. В идеале программа сама произвела сопоставление вывода контакта, вывода на символе, его имени.
5. Прописываем электрический тип: неизвестен, ввод, вывод, питание.
6. Вручную прописываем номер шлюза.
7. Заполним графы соответствия выводов. Чаще всего все выводы эквивалентны, входы эквиваленты.
8. Для питания заполним колонки Pin Name и Gate #.
9. Для проверки правильности создания элемента выполним команду Component Validate. Если все правильно, то программа выдаст сообщение No errors found.

 

При выполнении данной работы была разработана библиотека со следующими компонентами : 

- Резистор  МЛТ-0,25;

- Переменный резистор СП3-19А;

- Конденсатор  КМ-6;

- Электролитический  конденсатор К50-6;

- Диод  КД503-А;

- Стабилитрон  КС182Ж;

- Варикап  КВ109В;

- Транзистор  КТ342Б;

- Транзистор  КТ315Б;

- Транзистор  КТ316Б;

- Транзистор  КП303Е;

- Кварцевый  резонатор РК-46;

- Микросхема  К561ИЕ19;

- Микросхема  К561ТВ1;

- Микросхема  К561ЛА7;

- Микросхема  К561ИЕ14;

- Соединитель СНО51-10;

- GND;

- +12V;

- +5V. 

4.7. Порядок выполнения  электрической принципиальной схемы модуля средствами P-CAD 2002 и перечня элементов

   Электрическая принципиальная схема и перечень элементов разрабатываются с помощью программы P-CAD Schematic в соответствии с методическими указаниями «Разработка модуля ЭВМ. Схема электрическая принципиальная» к лабораторной работе №5. 

Перед началом разработки необходимо установить следующие параметры:

Формат: А3.

Единица измерения: мм.

Варианты  ортогональности 90/45 градусов.

Шаг сетки: 1мм, 2 мм,  0,2 мм, 0,1 мм,  0,5 мм.

Ширина  линии рисования: 0,2 мм.

Привязать курсор к координатной сетке.

Используемые  шрифты: 2,5; 3,5; 5. 

   Данный набор параметров является наиболее приближенным к требованием ЕСКД предъявляемым к электрической принципиальной схеме.

Выполнение  принципиальной электрической схемы следует начинать с наиболее габаритных элементов, например, разъемов и микросхем.

Далее размещаются остальные элементы. Затем производится соединение выводов проводниками или при помощи шины. После устранения ошибок выявленных утилитой ERC необходимо сохранить схему и подготовить список цепей для импортирования в программу PCB.

5. Разработка конструкции  модуля

5.1. Размещение цифрового  модуля в конструкции  2-го уровня

   Разрабатываемая конструкция является конструктивным модулем 1-го уровня, который должен устанавливаться в конструкцию 2-го уровня.  Наше изделие входит в состав более сложного модуля, поэтому модуль 2-го уровня представляет собой блок для установки нескольких модулей первого уровня.

   Разрабатываемый модуль размещается в конструкции второго уровня — пластиковом корпусе прямоугольной формы. Исходя из условий эксплуатации, необходимо сформировать ряд требований на корпус: вентиляционные отверстия находятся на задней стенке корпуса и снизу, углы корпуса прорезинены (для обеспечения лучшего сцепления с поверхностью, на которую устанавливается прибор).

Положение ПП в корпусе показано на эскизе.

           Вид  спереди                                      Вид слева Блок питания

 

5.2. Выбор способа  закрепления модуля  в конструкции более высокого уровня

   Так как на устройство влияют сильнее механические нагрузки, следует предусмотреть меры по надежному закреплению модуля. Для этого жестко закрепим печатную плату в корпусе со всех четырех сторон при помощи четырех болтов диаметром 2 мм и четырех пружин. Пружины необходимы для уменьшения влияния вибраций.

 

5.3. Выбор конструкции  цифрового модуля

В состав конструкции 1-го уровня входят следующие элементы:

• монтажная плата
• соединитель
• компоненты
• элементы закрепления модуля

  5.4. Разработка каркаса

   Конструкция является бескаркасной. Печатная плата крепится к корпусу при помощи болтов.

5.5. Разработка субпанели

   Устройство не предполагает наличия субпанели. Для связи данного блока с другими блоками используется разъем. 
 

6. Разработка печатной платы

6.1. Выбор компоновочной  структуры и типа  печатной платы

   Исходя из способа монтажа элементов на ПП и элементной базы выбираем компоновочную схему.

• Тип компоновочной схемы: Тип 1 (компоненты устанавливаются на одну сторону ПП).
• Класс компоновочной схемы: Класс А (компоненты монтируются в отверстия).

 

   Отсюда компоновочная структура нашей схемы : 1А.  Теперь необходимо определить тип печатной платы.

Типы печатных плат могут быть:

    -односторонние  ОПП,

    -двухсторонние  ДПП,

    -многослойные МПП.

Для компоновочной  схемы 1А целесообразно применять ОПП и ДПП.

Функциональная  сложность разрабатываемого модуля: средняя (>20 у.е.). При средней сложности целесообразно применять ДПП и МПП. 

Сопоставив  эти рекомендации, выбираем  тип ПП: ДПП (двухсторонняя ПП).

6.2. Выбор класса точности  ПП

   По российским стандартам (ГОСТ 23751-86) существует 5 классов точности выполнения элементов печатного монтажа. 

При выборе класса точности мы руководствуемся  следующими доводами: 

    -конструктивная  сложность изделия средняя, поэтому следует выбирать 1-3 классы точности;

    -у нас нет БИС, СБИС, бескорпусных микросхем, которые требуют применения 3-5 классов точности;

    -массо-габаритные  характеристики : нет необходимости применять высокие классы точности, так как не было задано требования компактности ПП;

    -стоимость: высокий класс точности требует более дорогостоящего оборудования, что приводит к повышению стоимости изделия;

    -условия  эксплуатации: этот фактор является решающим для нас, так как наше изделие может находиться в очень суровых условиях (перепады температур, влажность). Поэтому для обеспечения надежности следует применять более высокий класс точности; 

   Проанализировав все «за» и «против» выберем 3 класс точности со следующими параметрами: 

Условные  обозначения элементов печатного  монтажа	Класс точности
	3
t (мм)	0,25
S (мм)	0,25
b (мм)	0,10
d\H	0,33
(мм) без покрытия	+0,05
(мм) без покрытия	-0,05
(мм) с  покрытием	+0,10
(мм) с  покрытием	-0,10
(мм)	0,05

 

t- наименьшая номинальная ширина проводника,

S-наименьшее номинальное расстояние между проводниками,

b-минимально допустимая ширина контактной площадки,

d\H-отношение минимального диаметра контактной площадки к толщине платы,

(мм) –верхнее предельное отклонение  ширины печатного проводника  или контактной площадки от номинального значения,

(мм) - нижнее предельное отклонение  ширины печатного проводника или контактной площадки от номинального значения,

- позиционный допуск на размещение  проводника. 

   Указанные допустимые значения необходимо соблюдать в узких местах платы. Узкое место ПП- это участок ПП, на котором элементы печатного проводящего рисунка выполняются  с минимально допустимыми значениями. На остальных участках ширина печатных проводников и расстояния между ними могут выполняться большего размера, чем указанный размер по данному классу.

6.3. Выбор метода изготовления ПП

   Для изготовления ДПП используют следующие технологические процессы:

    -комбинированный  позитивный,

    -комбинированный  негативный,

    -аддитивный,

    -фотоформирование,

    -электрохимический,

    -тентинг  процесс. 

Для средней  конструктивной сложности применяют комбинированные методы изготовления печатных плат.

Для 3-4 классов  точности используют комбинированные  методы.

Для массового  производства используют, как правило, комбинированные методы.

   Исходя из типа ПП, класса точности и масштабов производства, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления ПП.

6.4. Расчет габаритов  ПП

На нашей  ПП имеются следующие зоны:

• зона для размещения компонент;
• зона для размещения соединителя;
• зона для размещения элементов крепления модуля;
• зона маркировки;
• краевые поля ПП.

 

Расчет  площади зоны для размещения компонент.

- установочная площадь  i-го  элемента.

При расчёте площади, занимаемой компонентом, берётся площадь прямоугольника, включающая корпус элемента и монтажные площадки. Площадь определяется по формуле:

,    где и – стороны прямоугольника (в мм).