2.3. Анализ элементной базы

Основой элементной базы является микропроцессорный контроллер PIC 16С57 фирмы Microchip Technology, inc. В нем использована трзнзи-. сторная логика с непосредственными связями (ТЛНС) на комплементарных ЦДЛ транзисторах КМДП). Такие ИС способны переключаться с частотой до 5 МГц и отличаются самым низким уровнем энергопотребления.

Элементы на КМДП ключах характеризуются повышенной помехо­устойчивостью: допустимое напряжение статической помехи равно половине напряжения питания. Однако такие ИС отличаются повышенной чувстви­тельностью к воздействию статического электричества из-за присущего им высокого входного сопротивления. Для защиты от воздействия статического напряжения в структуру ИС встроены диодно-резистивные цепи. Основная область применения микросхем КМДП типа - это цифровые уст­ройства невысокого быстродействия с ограниченным энергоресурсом. Быст­родействие КМДП микросхем характеризуется частотой переключения до 5 МГц.

ИС серии PIC требуют напряжения питания 5 В, но они также спо­собны работать при изменении напряжения питания в значительных преде­лах.

Рекомендации по применению КМДП микросхем

Высокая потенциальная надежность ИС может быть обеспечена лишь при строгом выполнении требований ТУ на значения параметров, режимов эксплуатации и правил монтажа микросхем.

1. Для КМДП ИС допускается большой разброс напряжения питания:

от 3 до 15 В при уровне пульсации 0,2В. При отключении питания ИС не допускается подавать напряжения на входы и выходы без принятия специ­альных мер (включение резисторов, ограничивающих токи и т. п.).

2. Допустимые уровни постоянных входных напряжений ИС ограничи­ваются величиной, примерно равной максимальному напряжению питания. Для КМДП ИС при поданном питании нельзя даже кратковременно пода­вать на входы напряжения выше питающего или ниже нуля, так как ИС при этом может войти в тиристорный режим и выйти из строя.

3. Фронты входного сигнала должны быть достаточно крутыми. В противном случае ИС длительное время может находиться в режиме уси­ления (при ивх = 0,7 ...2В) и при наличии обратных связей может возник­нуть генерация.

4. Неиспользуемые входы ИС должны находиться под постоянным по­тенциалом. Если входы оставить разомкнутыми, то начинают сказываться паразитные емкости по отношению к выводам питания, земле и другим элементам ИС. Наличие паразитных емкостей сказывается на пониженном быстродействии и помехоустойчивости. Для ликвидации влияния паразитных емкостей неиспользуемые входы могут быть подключены к полюсу источ­ника питания через резистор сопротивлением R>1 кОм или заземляться (в соответствии с таблицей истинности соответствующей ИС). Кроме того, не­используемые входы могут быть соединены с используемыми входами ИС, если не будет превышена нагрузочная способность управляющей ИС.

5. Нагрузочная способность ИС не должна превышаться. В противном случае это приведет к снижению быстродействия, ухудшению помехоустой­чивости и т. п. Для нормальной работы ИС, на входе которой подключены другие микросхемы, необходимо, чтобы не были превышены допустимые по ТУ выходные токи. Если на выходе управляющей ИС напряжение низ­кого уровня, то общий потребляемый ток равен 1вх, независимо от числа подсоединенных входов. Если на выходе управляющей ИС напряжение вы­сокого уровня, то общий ток потребления будет равен сумме токов 1вх микросхем, подключенных к выходу. Если на вход ИС включаются входы различных ИС, необходимо суммировать их токи.

6. Нагрузочная способность ИС не должна быть больше допустимой. В эту емкость входят суммарная емкость входов, межсоединений, навесных конденсаторов, соединенных с выходом НС. Нагрузочная емкость сказыва­ется на быстродействии, нагрузочной способности из-за появления дополни­тельных токов перезарядки конденсаторов- Обычно для ИС задаются нагру­зочная емкость, при которой гарантируются динамические параметры, и предельная емкость.

7. Защита от статического электричества должна бьпъ обязательным условием при работе с микросхемами. Статическое электричество вызывает электрические, тепловые и механические воздействия, часто приводящие к появлению дефектов в микросхеме. Все виды оборудования, которое ис­пользуется при работе с микроэлектронной аппаратурой, особенно на КМДП ИС, необходимо заземлять. Для исключения пробоя КЦЦП микро­схем целесообразно обеспечить одинаковые потенциалы платы, паяльника и тела монтажника.

8. Монтаж микросхем требует выполнения ряда правил. При монтаже в процессе эксплуатации должны приниматься меры, исключающие наруше­ние. герметичности корпуса при изгибах выводов. В связи с этим в ТУ оговариваются минимальные радиусы изгиба выводов и расстояния от мес­та изгиба до корпуса.

В данной конструкции применяется широко распространенная микро­схема с низким энергопотреблением К561, которая входит в комплекс мик­ромощных микросхем II и III степени интеграции, обладающих повышенной помехоустойчивостью и повышенным быстродействием, предназначены для применения в аппаратуре цифровой автоматики и вычислительной техники с жесткими требованиями по быстродействию, потребляемой мощности, ве­су, габаритам и работающей в условиях повышенного воздействия помех и значительного изменения напряжения питания при работе от одного источ­ника питания.

В разработке используются кремниевые диоды КД102А, выдерживаю­щие напряжение линии, и КД522Б, которые являются более распространен­ными, т.к. имеют более высокую предельную температуру по сравнению с германиевыми (120°С против 55°С), обладают меньшими обратными то­ками и большими допустимыми обратными напряжениями. Также преиму­ществом являются малые габариты.

В качестве фильтрующего конденсатора и времязадающего конденса­тора используются электролитические конденсаторы типа К50 - 35. При не­больших габаритах и весе они обладают значительной емкостью при тре­буемом рабочем напряжении.

Индикаторы включения режимов являются светодиодными. Светодиод АЛ307Б - фосфидогаллиевый эпитаксиальный с направленным излучением, выпускается в пластмассовом корпусе. Обладает малой массой (не более 0,45т) и малыми габаритами- Цвет свечения - красный, является наиболее заметным.

Конденсаторы КМ - керамические. Широко применяются в KB и УКВ контурах и используются в качестве блокировочных, переходных и других. Они характеризуются высокими электрическими показателями и ма­лыми размерами. Конденсаторы с небольшим положительным ТК"Е называ­ются гермостабильными и используются в контурах генераторов и гетеро­динов высокой стабильности. Конденсаторы с отрицательным ТКЕ - термо-компенсирующие и применяются для термокомпенсации изменений резо­нансной частоты колебательных контуров.

Резисторы С2-ЗЗН - металлодиэлектрические, характеризуются не­большими размерами, малой собственной емкостью индуктивностью, деше­вы.

Управляющими ключами являются транзисторы КТ315Г и КТ361Г, представляющие собой кристалл полупроводника, состоящий из трех слоев с чередующейся проводимостью и снабженный тремя выводами для под­ключения к внешней цепи. Используются исходя из расчетов рабочего напряжения и тока (U=30 В, 1=300 mA). Обладают высоким коэффициентом усиления, широко распространенные, дешевые. Для питания микросхем используется маломощный стабилитрон КС156А, т. к. схема потребляет малый ток, а напряжение стабилизации +5,6 В доста­точно для обеспечения нормальной работы микросхемы.

Все элементы, используемые в изделии совместимы по электромагнит­ным параметрам и тепловому режиму.

v3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА 3.1. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ

Конструктивно АОН выполнен в виде ячейки, у которой несущее ос­нование -печатная плата с размерами 130 х 75 мм, изготавливается из 2-х стороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78. Размеры платы обусловлены размерами стандартного телефонного аппарата.

Плата - с односторонним расположением элементов, устанавливаемых с учетом требований автоматического проектирования и производства.

Установка элементов и формовка их выводов выполняется в соответ­ствии с требованиями ОСТ4. 010. 030 - 81.

Ячейка крепится винтовым соединением в отведенное для крепления ячейки место корпуса.

В конструкции использованы стандартные элементы для обеспечения снижения себестоимости и возможности быстрой замены вышедших из строя элементов на новые с минимальной потерей времени и затрат на поиски этих элементов.