Разработка печатной платы игровой приставки (ИП) Game Boy

 

 

 

Схема ИП не содержит элементов излучающих много тепловой энергии, так же схема не содержит элементов чувствительных к ЭМС и компоненты их излучающих, следовательно при компоновке платы необходимо руководствоваться требованиями 1 и 4, в качестве метода была выбрана машинная компоновка в программном пакете P-CAD версии 2006 SP2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкторский расчёт печатной платы игровой приставки (ИП).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет теплоотвода  конвекцией.

Разрабатываемая печатная плата ИП имеет прямоугольную форму с габаритами  124×76, рабочая область – 110 x 66 мм, обладает невысокой плотностью упаковки, поэтому для её охлаждения выбран режим теплоотвода конвекцией.

 

Расчет количества теплоты:

• Q – кол-во теплоты (Вт)
• S – площадь поверхности (см²)
• ∆t – перегрев ^оC
• h_c – коэффициент конвекционной теплопередачи.

• с – постоянная, зависящая от ориентации поверхности:
1. вертикальная: 0,56
2. горизонтальная: 0,52
3. нижняя горизонтальная – 0,26
• l– длина теплового потока

 

Рассматриваемая печатная плата имеет прямоугольную форму  и размеры 8х16, обладает невысокой  плотностью упаковки, поэтому

Вычисление теплосъёма для перегрева 15^о относительно внешней среды.

 

Горизонтальная ориентация с направлением воздуха вдоль  короткой стороны:

 

 

При охлаждении данной печатной платы  естественной конвекцией удаляемое  количество теплоты равняется 0,091 Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт надёжности печатной платы игровой приставки (ИП).

 

 

 

 

 

 

 

Надёжность – это  свойство целого изделия или отдельных  его элементов выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей  в необходимых пределах, соответствующих данным режимам и условиям использования, ремонта, хранения и транспортирования. На показатель надёжности влияют следующие характеристики схемы: элементная база, количество паек, условие эксплуатации, безотказность, долговечность, ремонтопригодность.

Безотказность – свойство изделия или отдельных его  элементов непрерывно сохранять  работоспособность в течение  некоторого промежутка времени.

Долговечность – свойство изделия или отдельных его  элементов сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания.

Ремонтопригодность –  свойство изделия или отдельных  его элементов, заключающееся в  приспособленности к предупреждению и обнаружению отказов, повреждений  и устранению их последствий путём проведения технического обслуживания.

Сохраняемость — свойство объекта  непрерывно сохранять требуемые  эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

Расчёт надёжности –  это определение количественных характеристик надёжности с целью выявления "слабых" мест в электрических схемах и нахождения путей повышения надёжности. Рассчитанные данные должны соответствовать техническим условиям. В случае получения надёжности ниже требуемой должны быть приняты меры для её повышения.

Существует несколько методов  определения надежности, и они  делятся на 2 группы: приближённый и полный

В данном курсовом проекте  применяется полный метод расчёта надёжности по экспоненциальному закону - P(t) = ^{e-λобщ * t}. Исходными данными для расчёта являться:

1. Схема электрическая принципиальная.
2. Количество элементов.
3. λ_i- Интенсивность отказов.

           Интенсивность отказов показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя за единицу времени.

Средняя наработка до отказа или  среднее время безотказной работы.

Т_ср – ожидаемая наработка объекта до первого отказа и статистически определяется отношением суммы наработки испытуемых объектов до отказа к количеству наблюдаемых объектов, если они все отказали за время испытаний.

Т₀ = 1/ λобщ [1/час]

 

Вероятность безотказной  работы P(t)  - это вероятность того, что в пределах заданной наработки, т.е. заданного интервала времени, отказ объекта не возникает.

Таблица 2 Вероятности отказов.

№ п/п	Наименование	λi(1/ч)	Кн	Кт	Количество (Ni)	(λi*Ni)*10-6
1	Микропроцессор  LR35902	0,00047	0,9	1,17	1	0,00047
2	Микросхема LH5164	0,00025	0,8	1,24	2	0,0005
3	Микросхема R3R40	0,00027	0,9	1,18	1	0,00027
	Микросхема LH5028 или S890623	0.00023	0.8	1.20	1	0.00023
	Микросхема IR3E02	0.00025	0.7	1.19	1	0.00025
	Транзистор 2SA933	0.00024	0.8	1.18	1	0.00024
4	Электрический конденсатор	0,0001	-	0,6	24	0,0024
5	Катушкой индуктивности	0,0002	0,7	1,07	2	0,0004
6	Диод	0,0009	0,6	1,05	9	0,0091
7	Резисторы	0,0004	-	0,51	9	0,0036
8	Пайка	0,001	-	1	267	0,267
λобщ						0,28446

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) Общее значение интенсивности  отказов элементов схемы:

λ_общ=(0,00047+0,0005+0,00027+0.00023+0.00025+0.00024+0,0024+0,0004+0,0091+0,0036+0,267)*10^-6 [1/час] 0,28446*10^-6[1/час].

2) Определим наработку  на отказ:

Т0= 1/ λ_общ =  1/0,28446*10^-6 = 64874(ч)=2703(д)=7,4(г)

 

3) Вероятность безотказной  работы для промежутков времени.

P (t) = e^-λобщ*t

P (0)= = 1

P (10)= = 0,999694

Р (100) = = 0,996942

Р (1000) = = 0,969842

Р (10000) = = 0,736223

Р (100000) = =0,046783

Р (1000000) = =0

 

4) Вероятность отказов для промежутков времени.

Q (t) = 1 – P (t)

Q (0) = 1 – 1 = 0

Q (10) = 1 – 0,999694 = 0,000306

Q (100) = 1 – 0,996942 = 0,003058

Q (1000) = 1 – 0,969842 = 0,030158

Q (10000) = 1 – 0,736223 = 0,263777

Q (100000) = 1 – 0,046783 = 0,953217

Q (1000000) = 1 – 0,005118 = 1

 

В результате расчета  наработки на отказ было рассчитано время безотказной работы равное 7,4 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трассировка печатной платы ИП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Современные Системы автоматизированного проектирования позволяют проводить разработку ПП в полуавтоматическом режиме: размещать компоненты в автоматическом режиме и трассировать платы большой сложности.

Автотрассировщики используют адаптивные алгоритмы, реализуемые  за несколько проходов трассировки. При выполнении первого прохода автотрассировщиком выполняется соединение абсолютно всех проводников без учёта возможных конфликтов (пересечение проводников на одном слое и нарушении зазоров). На каждом последующем проходе автотрассировщик пытается уменьшить количество конфликтов, разрывая и прокладывая вновь связи (метод Rip-up-and-retry) и проводя проводники, передвигая соседние (метод Push-and-shove). Информация о конфликтах на текущем проходе трассировки используется для "обучения" - изменения весовых коэффициентов (штрафов) так, чтобы путем изменения стратегии уменьшить количество конфликтов на следующем проходе.

 

Печатная плата ИП была спроектирована в САПР P-CAD 2006 в автоматическом режиме: применялся оригинальный принцип представления графических данных - ShapeBased-технология.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчёт  элементов на печатной плате  ИП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данном курсовом проекте  рассматривается ИП Game Boy. Для блока определяются 7 основных показателей технологичности (см. таблицу 2), каждый из которых имеет свою весовую характеристику φ_i. Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:

,

где q - порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.

,

 

где q - порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.

 

Таблица 3 Показатели технологичности конструкции РЭС.

 

Порядковый номер (q) показателя	Показатели технологичности	Обозначение Ki	Степень  влияния,  φi
1	Коэффициент применения микросхем и микросборок	Км.с.= 0,099	1,0
2	Коэффициент автоматизации  и механизации монтажа	Км.м.= 0,1	1,0
3	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу	Км.п.ИЭТ = 1	0,8
4	Коэффициент автоматизации  и механизации регулировки и  контроля	Ка.р.к.= 0,5	0,5
5	Коэффициент повторяемости  ИЭТ	Кпов.ИЭТ = 1	0,3
6	Коэффициент применения типовых технологических процессов	Кт.п.= 1	0,2
7	Коэффициент освоенности  деталей и сборочных единиц (ДСЕ)	Косв = 0,6	0,1

 

 

Затем на основании расчета  всех показателей вычисляем комплексный  показатель технологичности:

Коэффициент применения микросхем и микросборок:

К_м.с =

,

где К_э.мс - общее число дискретных элементов, замененных микросхемами;

    Н_ИЭТ - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относятся резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы, реле и другие элементы.

К_м.с = = 0,099

Коэффициент автоматизации  и механизации монтажа:

К_м.м.= ,                                                           

где Н_м.м - количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным и механизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке ИЭТ и последующей пайке волной припоя;

     Н_м - общее количество монтажных соединений. Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяются по количеству выводов.

.

Коэффициент автоматизации  и механизации подготовки ИЭТ  к монтажу:

К_м.п.ИЭТ =

где Н_м.п.ИЭТ - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью автоматов и полуавтоматов;

    Н_п.ИЭТ - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

Коэффициент автоматизации  и механизации регулировки и  контроля:

К_а.р.к =

,

где  Н_а.р.к - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах;

     Н_р.к - общее количество операций контроля и настройки. Две операции: визуальный контроль и электрический являются обязательными. Если в конструкции имеются регулировочные элементы, то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.

 

 

 

Коэффициент повторяемости  ИЭТ:

 

 

где  Н_{т.ор.ИЭТ} – количество типоразмеров оригинальных ИЭТ в РЭС. К оригинальным относится ИЭТ, разработанные и изготовленные впервые по техническим условиям РЭС; типоразмер определяется компоновочным размером и стандартом на элемент;

       Н_т.ИЭТ – общее количество типоразмеров на элемент.

 

 

Коэффициент применения типовых технологических процессов:

 

К_т.п =

 

где  Д_т.п и Е_т.п - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов;

 Д и Е - общее число деталей  и сборочных единиц в РЭС, кроме

крепежа (винтов, гаек, шайб).

 

К_т.п =

 

Коэффициент освоенности  ДСЕ:

 

K_осв = 

 

где Д_т.з - количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;