5.2 Размещение в заданных габаритных размерах всех элементов эрэ и ис с учетом их функционирования по электрической принципиальной схеме

Размещение в заданных габаритных размерах печатной платы всех элементов ЭРЭ и ИС с учетом их функционирования по электрической принципиальной схеме приведено в приложении Б(сборочный чертёж).

5.3 Определение коэффициента заполнения площади печатной платы

Коэффициент заполнения печатной платы определим по формуле:

, (6.2.6.)

где k – коэффициент, учитывающий условия функционирования устройства.

Подставляя численные значения, получим:

.

это удовлетворяет условию 0.5 ≤ k ≤ 0.8, следовательно выбранные габаритные размеры ПП являются удовлетворительными.

Выводы:

• Была рассчитана печатная плата для изготовления коммутатора-переключателя

• На данной плате будут размещены микросхемы и дискретные ЭРЭ с шагом сетки установки 1.0 и 1.2 мм.

• В результате расчета компоновки печатной платы был выбран оптимальный вариант компоновки, коэффициент заполнения 0.5 ≤ k ≤ 0.8.

6. Расчет помехоустойчивости функционирования изделия эс

Для обеспечения надежности функционирования электрических схем актуальным является определение параметров линий связи печатных провод­ников и степени влияния их друг на друга.

Для оценки помехоустойчивости изделия ЭВС на печатной плате определяют емкостную и индуктивную составляющие паразитной связи, которые зависят соответственно от паразитной емкости между печатными проводни­ками и паразитной взаимоиндукции между ними. Исходными данными для расчета помехоустойчивости от влияния перекрестных помех между соседними проводниками могут быть: эквивалентная схема возникновения помех рисунок 2.

активная линия связи

пассивная линия связи

Рис 2 – Эквивалентная схема

- напряжение на входе активной линии связи, Е=Е₀е^jwt ;

- w – круговая частота генератора;

- R₁, R₂, R₃ – cопротивление нагрузок в активной и пассивной линиях связи; тип электрических соединений;

- _г – относительная диэлектрическая проницаемость связи между проводниками связи;

- S, b - расстояние между проводниками и ширина проводников соответственно, в зависимости от класса точности изготовления печатной платы (b; S0,6 мм;  0,45 мм; 0,25 мм; 0,15мм соответственно для 1,2,3,4 классов точности)

l - максимальная длина области взаимной связи проводников, см. рисунок 4.2 ;

Рис. 3 - Взаимное расположение печатных проводников

- Nn - помехоустойчивость микросхем или транзисторов.

Диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенными на наружних слоях платы покрытой лаком, _r=0,5(_п+_л),

где -_п и _л - диэлектрические проницаемости материала печатной платы и лака (для стеклотекстолита _п = 6, для лаков УР-23 (и ЭП9114 _л =4)

Выбираем на плате наибо­лее протяженный участок проводников расположенных параллельно друг другу, на минимальном расстоянии. Считаем паразитные параметры для этого участка т.к. для пего они будут максимальными. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3:

Таблица 3:

Параметры печатных проводников
S, мм	li, мм	ti, мм	L0, мм
0,4	65	0,4	0,8

S – расстояние между краями соседних проводников;

l₁ – длина взаимного перекрытия проводников;

t_l – ширина печатных проводников;

L_o – расстояние между центрами двух соседних проводников.

Расчёт паразитной ёмкости:

Паразитную емкость между двумя печатными проводниками можно определить по формуле:

, (6.1)

где С_пог – погонная емкость между двумя проводниками печатного рисунка, определяется по формуле:

, (6.2)

где К_n – коэффициент пропорциональности, зависит от S₁/t₁ или Н_м/t₁ и

выбирается по графику в соответствии ОСT 4.ГО 010.009–88 (0,12 пФ/см);

е_r – диэлектрическая проницаемость среды между проводника­ми,

определяется по формуле:

, (6.3)

где e_n , e_л – диэлектрические проницаемости соответственно мате­риала диэлектрика платы и лака покрытия печатной платы (e_n=6 для стеклотекстолита, e_л=4 для лака типа УР-213 и ЭП Э114).

Подставляя численные значения в формулы 6.4.1 – 6.4.3, получим:

;

(пФ/см);

(пФ).

Расчёт паразитной взаимоиндукции и индуктивности:

Паразитная взаимоиндукция между печатными проводниками М, нГн, определяется но формуле:

; (6.4)

(нГн).

Индуктивность печатного проводника L₁, мкГн, определяется по фор­муле:

, (6.5)

где L_пог ­– погонная индуктивность печатного проводника, мкГн/см, определяется по графику в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.089–88 (L_пог=0,017 мкГн/см).

(мкГн);

Определяем сопротивление изоляции между проводниками линий связи. Для проводников, расположенных на одной поверхности печатной платы:

Определение сопротивления изоляции печатных цепей, расположен­ных на поверхности печатной платы, можно произвести по формуле:

R_N=_0* S/l ,

где ₀- удельное поверхностное сопротивление основания печатной платы ( для печатной платы из стеклотекстолита ₀- 5*10¹⁰ Ом)

R_N=5*10¹⁰*0,4/6.5=3 ГОм.

Определяем действующее напряжение помехи на сопротивлениях R₂ и R₃: При расчете помехоустойчивости печатных узлов нагрузкой пассивной и активной линий можно считать входное сопротивление микросхем. Расчет можно провести по выражению:

,

В состоянии логической «1» помеха слабо влияет на срабатывание логического элемента, поэтому рассмотрим случай, когда на входе микросхемы логический «0». В ячейке использованы микросхемы серии К561.

1.Тип К561ИЕ8

При этом =1,5В,=1*10^-3мА, =0,8В,=0,5мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

=/=1,5/1*10^-6=1,5Мом

=/=0,8/0,5*10^-3=1,6кОм

=

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ИЕ8 U_п=0,8В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

2.Тип К561ЛА7

=1,5В, =1*10^-3мА, =0,95В,=0,25мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

=/=1,5/1*10^-6=1,5Мом

=/=0,95/0,25*10^-3=3,8кОм

=

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ЛА7 U_п=0,95В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

3.Тип К561ЛН2

=1,5В, =1*10^-3мА, =0,95В,=2,6мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

=/=1,5/1*10^-6=1,5Мом

=/=0,95/2,6*10^-3=365Ом

=

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ЛА7 U_п=0,95В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

Выводы:

• паразитные параметры печатного монтажа не превышают заданных и напряжение помехи на рабочей частоте схемы намного меньше помехоустойчивости микросхем.

• помехи не будут влиять на функционирование устройства при рассчитанных параметрах печатного монтажа.

• Помехоустойчивость микросхем серии К561ИЕ8,К561ЛА7,К561ЛН2 значительно превышает рассчитанное напряжение помехи.