Разработка печатной платы формирователя кода для синтезатора радиостанции «Маяк»

-максимальная тактовая частота 1 МГц.

-сопротивление изоляции 10-20 МОм.

-максимальное напряжение в схеме: Ud = 12В.

-максимально допустимый ток в статике (для цепи питания цифровых микросхем) Imax=12∙30мА=360мА;

-максимально допустимый ток в динамике (для цепи питания цифровых микросхем) Imaxd≈1.1Imax=396мА.

 

2.4 Анализ элементной базы.

 

Сложность принципиальной электрической  схемы модуля  определяется количеством  и сложностью компонент и должна быть не менее 15 условных единиц. Ниже приведены оценки сложности для разных компонент в условных единицах:

Микросхема: до 14 выводов – 1 у.е.,

                        от 15 до 24 выводов – 1,5 у.е.,

                        свыше 24 выводов -2 у.е.

Дискретные компоненты (любые кроме микросхем) – 0,1 у.е. на один вывод.

Определяем сложность модуля. Малая  сложность: менее 15 условных единиц, средняя  – 15-100 условных единиц, высокая  более 100 условных единиц.

Разрабатываемое изделие  является цифро-аналоговым. Электрическая схема включает в себя:

1. восемь двоичных четырёхразрядных реверсивных счётчиков К561ИЕ11
2. четыре логических элемента «2И-НЕ» К1533ЛА3
3. четыре логических элемента «2И» К1533ЛИ1
4. двадцать четыре биполярных транзистора малой мощности высокой частоты КТ315Б
5. стабилизатор фиксированного напряжения +5В КР142ЕН5А
6. два дешифратора двоичного кода для вывода на семисегментный индикатор К176ИД2
7. два электролитических конденсатора К50-35
8. десять диодов К522А
9. двадцать четыре резистора МЛТ-0,125 и четыре резистора МЛТ-0,25
10. два семиразрядных светоизлучающих индикатора АЛС321Б
11. две переключающие кнопки ПКн105М1
12. два контактных разъёма СНО 51-10 и СНО51-30

 

Анализ электрической  схемы показал, что сложность разрабатываемого модуля средняя (32,2 у.е.).

 

Перечень используемых элементов

№	Тип компонента	Символ на ЭС	Конструкция, тип корпуса	Посадочное  место
1	К561ИЕ11 четырёхразрядный реверсивный счётчик		238.16.1
2	КТ315Б транзистор биполярный малой мощности высокой частоты
3	Резистор МЛТ 0.125Вт
4	Резистор МЛТ 0.25Вт
5	КД522А диод
6	КР142ЕН5А стабилизатор фиксированного напряжения +5В
7	К50-35 электролитический конденсатор
8	АЛС321Б семисегментный светоизлучающий  индикатор		КИ5-4
9	К176ИД2 дешифратор двоичного  кода для вывода на семисегментный индикатор		238.16-1
10	КР1533ЛА3 четыре логических элемента «2И-НЕ».		201.14 -1
11	КР1533ЛИ1 четыре логических элемента «2И».		201.14 -1
12	Разъём СНО51-хх
13	ПКн105-1М переключающая  кнопка

 

Предельные нижние температуры  компонент не выше -10°C.

Предельные верхние  рабочие температуры компонент:

 

1. КТ315Б – 100°С
2. КР1533ЛА3 – 125°С
3. КР1533ЛИ1 – 125°С
4. КД522А – 125°С
5. КР172ИД2 – 85°С
6. АЛС321Б  – 85°С
7. МЛТ – 120 °С
8. КР142ЕН5А – 85°С
9. К50-35 – 85°С
10. К561ИЕ11 -85°С
11. ПКн105-1М -70°С
12. СНО51 - 85°С.

 

Из приведённых данных следует, что эти компоненты можно  использовать в разрабатываемом устройстве, которое будет эксплуатироваться в заданных климатических условиях (климат УХЛ).

Анализ электрической  схемы выявил, что компонент усложняющих конструкцию нет.

При анализе элементов  схемы было выявлено, что используемые элементы имеют следующие типы выводов:

1. гибкие, устанавливаемые в отверстия.
2. штыревые с заданным шагом установки.

 

Так как элементы со штыревыми выводами с заданным шагом установки имеют шаг установки кратный 1.25мм, все компоненты схемы можно разместить на сетке 1.25 мм.

 

 

3. Описание САПР, используемой при проектировании.

 

Автоматизированная программа  P-CAD предназначена для проектирования печатных плат. Пакет программы состоит из нескольких взаимосвязанных программ, причем отдельные программы могут функционировать самостоятельно, даже если другие программы не установлены на компьютере. Основными программами в пакете являются: P-CAD Schematic; P-CAD PCB; P-CAD Symbol Editor; P-CAD Pattern Editor; P-CAD Library Manager; P-CAD Auto routers; P-CAD Inter Place & PSC; P-CAD Relay.

Программа P-CAD Schematic является графическим редактором схем. С помощью неё выполняется принципиальная электрическая схема электронного узла, который затем размещается на печатной плате.

Программа   P-CAD PCB является графическим редактором и используется для  выполнения чертежа печатной платы.

Программа P-CAD Symbol Editor предназначена для создания условных графических обозначений элементов, которые могут объединяться в библиотеки. Условные графические обозначения используются при выполнении принципиальных электрических схем.

Программа P-CAD Pattern Editor используется для создания  посадочных мест элементов на печатную плату. Посадочные места объединяются в библиотеки и в дальнейшем используются программой  P-CAD PCB при выполнении чертежа печатной платы.

Программа P-CAD Library Manager используется для создания библиотек элементов. В системе могут использоваться библиотеки условных графических обозначений, библиотеки посадочных мест корпусов и интегрированные библиотеки компонент. Интегрированные библиотеки компонент содержат информацию о графическом изображении символа, о посадочном месте и текстовую информацию о выводах элементов. Для выполнения отдельных электрических схем или отдельных чертежей печатных плат можно использовать отдельные библиотеки символов или корпусов. Однако при сквозном проектировании удобнее пользоваться интегрированными библиотеками, так как в этом случае программа автоматически устанавливает взаимосвязь между электрической схемой и печатной платой.

Программа P-CAD Auto routers содержит две программы: Quick Route и Shape-Based Router. Эти программы используются для автоматической трассировки проводников на печатной плате. Программа Quick Route применяется для простых схем с малым числом элементов и связей. Для более сложных схем используют бессеточный автотрассировщик Shape-Based Router. Система P-CAD может работать совместно с программой SPECCTRA, которая не входит в комплект поставки системы.

Программа P-CAD Inter Place & PSC включает два модуля. Модуль Inter Place используется для интерактивного размещения элементов на печатной плате, а модуль PSC – позволяет задавать правила для размещения и трассировки печатной платы на ранних этапах разработки.

Программа P-CAD Relay используется при коллективной работе над проектом. Она выполняет частично функции редактора P-CAD PCB.

Имеется еще ряд дополнительных программ, которые позволяют проводить  моделирование, просмотр документов, подготовку конструкторской документации и  прочее.

Технические характеристики P-CAD 2002:

1. Используется 32-разрядная БД;
2. До 20000 компонентов  в одной библиотеке;
3. До 64000 цепей в одном проекте;
4. До 999 выводов в одном компоненте;
5. До 255 секций в одном компоненте;
6. До 2000 символов описания элементов;
7. До 20 символов в имени компонента;
8. До 30 символов в позиционном обозначении;
9. Минимальный шаг сетки – 0,1 mil (0,001дюйма);
10. Наличие горячей связи между электрической схемой и печатной платой;
11. До 99 листов в одном проекте;
12. До 99 слоев на одной плате;
13. Максимальный размер схемы 150 × 150 см;

 

 

4. Разработка библиотеки компонент и принципиальной электрической схемы

 

1. Выбор электрического соединителя 

Разрабатываемый модуль предполагает соединение с кабелями, идущими от других и к другим устройствам, поэтому для осуществления данных связей необходимо будет использовать разъемы СНО51 на 10 и 30 контактов.

 

2. Установка фильтрующих конденсаторов.

В исходной принципиальной электрической схеме  присутствуют конденсаторы, исключающие помехи между шинами «питание» и «земля». Установка дополнительных фильтрующих конденсаторов не целесообразна. Кроме того, питание на микросхемы подается через стабилизатор фиксированного напряжения (КР142ЕН5А).

 

     4.3 Исключение из схемы отдельных компонент

В исходной принципиальной электрической  схеме присутствуют элементы, которые  целесообразно вынести на субпанель. Такими элементами являются переключающие кнопки, а также семиразрядные светоизлучающие индикаторы, которые используются для индикации номера рабочего канала.

 

4.4 Порядок разработки библиотеки символов средствами P-CAD 2002

Разработка библиотеки символов производится в программе P-CAD 2002 Symbol Editor.

Перед началом разработки необходимо установить следующие параметры:

Формат: А4.

Единица измерения: мм.

Варианты ортогональности 90/45 градусов.

Шаг сетки: 0.1 мм, 1 мм и 2 мм.

Ширина линии рисования: 0,2мм.

Привязать курсор к координатной сетке.

Используемые шрифты: 2,5.

 

Данный набор параметров является наиболее приближенным к требованием  ЕСКД предъявляемым к УГО. ГОСТ 2.721-74 – «Обозначения условные графические в схемах».

Разработка дискретных элементов, таких как резистор, конденсатор, диод и т.д. состоит в выполнении следующих пунктов:

1. Изображение контура УГО элемента.

2. Изображение выводов элемента.

Длина вывода устанавливается кратной  используемой сетке. Установим длину вывода равную 4 мм. В поле Default Pin Name необходимо ввести имя вывода, а в поле Default Pin Des номер вывода. Нажать кнопку ОК. Установить курсор в точку, где должен быть вывод, если вывод неверно ориентирован, то, не отпуская кнопку мыши, нажать на клавиатуре кнопку R.

3. Присвоение атрибутов элемента.

В качестве атрибутов указать места для  размещения позиционного обозначения и типа элемента. Позиционное обозначение  указывается над элементом, а тип элемента - под элементом.

Выполнить команду Place Attribute. В диалоговом окне в области Attribute Category выбрать Component. В области Name выбрать Ref Des и нажать ОК, Type или Value и нажать ОК.

4. Ввод точки привязки.

Выполнить команду Place Ref Point. Переместить курсор в выбранную точку привязки и щелкнуть левой клавишей мыши.

5. Сохранение УГО в библиотеке.

 

Для создания УГО микросхем удобнее  пользоваться мастером создания символа.

1. Задать геометрические размеры контура элемента.

2. Указать число выводов.

3. Указать длину вывода и расстояние между ними.

4. Подписываем выводы, задавая их имена в поле Default Pin Name и номер вывода в    поле Default Pin Des в соответствии со схемой.

5. Затем производим редактирование  элемента, т.е. дорисовываем линии  внутри контура, ставим знак  инверсии у выводов, указываем позиционное обозначение и типа элемента.

6. Сохранение УГО в библиотеке.

Вид элемента обозначается латинскими буквами в соответствии с ГОСТ 2.710 –81:

 

1. К561ИЕ11, КР1533ЛА3, КР1533ЛИ1, К176ИД2 - DD(схемы интегральные цифровые).
2. КР142ЕН5А - DA(схемы интегральные аналоговые).
3. КТ315Б - VT (транзисторы).
4. КД522А - VD(диоды).
5. АЛС321Б - HG(цифровые индикаторы).
6. К50-35 - С (конденсаторы).
7. МЛТ 0,125 и МЛТ -0,25 - R(резисторы).
8. СНО51-10 и СНО51-30 - X(разъёмы).
9. ПКн105М1 - SB (кнопочные выключатели).

 

4.5 Порядок разработки библиотеки посадочных мест средствами   P-CAD 2002

Разработка библиотеки символов производится в программе P-CAD 2002 Pattern Editor.

Перед началом разработки необходимо установить следующие параметры:

Формат: А4.

Единица измерения: мм.

Варианты ортогональности 90/45 градусов.

Шаг сетки: 0,1 мм и 1,25 мм.

Ширина линии рисования: 0,2мм.

Привязать курсор к координатной сетке.

Используемые шрифты: 2,5.

 

Данный набор параметров является наиболее приближенным к требованием  ЕСКД предъявляемым к обозначению посадочных мест.

Посадочное  место элемента на печатной плате  состоит из монтажных площадок и  отверстий. Монтажные отверстия  размещают в узлах координатной сетки. Для привязки курсора к узлам координатной сетки необходимо выбрать опцию View Snap to Grid.

Создадим  стек монтажных отверстий. В данной схеме используются круглые отверстия  для штыревых выводов размером 1.6/1.0, 1.8/1.2 и 2.1\1.5.