- •Введение
- •1. Расширенное техническое задание
- •1.1 Наименование изделия - Телефон с аон.
- •1.2. Состав изделия
- •1.3 Технические требования
- •2. Анализ расширенного технического задания, электрической схемы, элементной базы
- •2.2. Оценка электрической схемы
- •2.3. Оценка элементной базы
- •3. Разработка конструкции устройства
- •3.1. Обоснование конструктивного исполнения
- •3.2. Наладка
- •3.3. Обеспечение нормального теплового режима
- •3.4. Помехозащищенность
- •4. Конструкторские расчеты
- •4.1. Расчет электрических параметров печатной платы
- •4.2. Расчет геометрических параметров
- •5. Выводы и заключения
- •6. Литература
2.3. Оценка элементной базы
Основой элементной базы является микропроцессорный контроллер PIC16С57 фирмы Microchip Technology, inc.В нем использована транзисторная 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 5В, 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 15В 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 Uвх = 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>1кОм 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 Iвх, независимо от числа подсоединенных входов. Если на выходе управляющей ИС напряжение высокого уровня, то общий ток потребления будет равен сумме токовIвх 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 быть 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.
Светодиод АЛ307Б - фосфидогаллиевый эпитаксиальный с направленным излучением, выпускается в пластмассовом корпусе. Обладает малой массой (не более 0,45г) и малыми габаритами.Цвет свечения - красный, является наиболее заметным.
Конденсаторы КМ - керамические. Широко применяются в KBи УКВ контурах и используются в качестве блокировочных, переходных и других. Они характеризуются высокими электрическими показателями и малыми размерами. Конденсаторы с небольшим положительным ТКЕ называются гермостабильными и используются в контурах генераторов и гетеродинов высокой стабильности. Конденсаторы с отрицательным ТКЕ - термокомпенсирующие 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=30В,I=300мA). Обладают высоким коэффициентом усиления, широко распространенные, дешевые. Для питания микросхем используется маломощный стабилитрон КС156А, т.к. схема потребляет малый ток, а напряжение стабилизации 5,6В достаточно для обеспечения нормальной работы микросхемы.
Все элементы, используемые в изделии совместимы по электромагнитным параметрам и тепловому режиму.