Проектирование системы измерения электрических параметров каналов звуковой частоты (стр. 10 из 22)

2.6 Расчет параметров проводящего рисунка

Произведём расчет параметров проводящего рисунка с учетом погрешностей его изготовления:

1) Примем шаг координатной сетки равным 1,25 мм.

2) Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

d=d_э+ê∆d_н.оê+r, где

d_э= — максимальное значение диаметра вывода навесного элемента;

r=0,3 мм — разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода устанавливаемого элемента;

Dd_н.о.=0,10 мм— нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

а) для микросхем:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

б) для конденсаторов:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

в) для резисторов:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

г) для реле:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

д) для кварцев:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

е) для разъема:

d_э=1 мм d=1,4 мм.

Рассчитанные значения сводятся к предпочтительному ряду размеров монтажных отверстий:

0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий для разъема: d=1,5 мм.

3) Определение номинальной ширины проводника:

t=t_MD+êDt_НОê, где t_MD=0,12 мм; Dt_НО=0,05 мм

t=0,12+0,05=0,17 мм

4) Расчет зазора между проводниками:

S=S_MД+Dt_ВО, где

Dt_ВО=0,05 мм — верхнее предельное отклонение ширины проводника; S_MД=0,20 мм — минимально допустимое расстояние между соседними элементами;

S=0,2+0,05=0,25 мм.

5) Центры монтажных и переходных отверстий располагаются в узлах координатной сетки. Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки d_р=0,08 мм. Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно их номинального положения d_d=0,2 мм.

6) Диаметр контактной площадки равен:

D=(d+Dd_во)+2b_п^г+Dt_во+(d_d²+d_p²+Dt_но²)^1/2,

где Dd_во=0,05 мм; b_п^г =0,05 мм; Dt_во=Dt_но=0,05 мм; d_р=0,2 мм; d_d=0,08 мм

Dd_во+2b_п^г +Dt_во+(d_d²+d_p²+Dt_но²)^1/2=0,05+0,05+0,05+(3*25*10^-4)^1/2=0,37мм

d=0,4 мм → D=0,77 мм.

d=0,9 мм → D=1,27 мм.

d=1,5 мм → D=1,87 мм.

7) Расчет минимального расстояния для прокладки 2х проводника между отверстиями с контактными площадками диаметрами D1, D2:

l=

+t_n+S(n+1)+dl, где n=1; dl=0,03 мм

l=(1,321+1,321)/2+0,17+0,25*(1+1)+0,03=2,02 мм.

Расстояние между выводами применяемых микросхем 2,54 мм, поэтому, учитывая результаты расчетов, мы можем производить прокладку проводника между выводами.

Произведём расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка:

1) Минимальное значение диаметра металлизированного отверстия:

d_min

H_пg, где Н_п=2 мм – толщина платы; g=0,25;

d_min

2*0,25=0,5 мм.

2) Максимальный диаметр просверленного отверстия:

d_св=d_Мотв+0,1=0,9+0,1=1 мм.

Dd=0,1 мм-погрешность диаметра отверстия;

d_max=d_св+Dd=1+0,1=1,1мм.

3) Погрешность расположения отверстия:

d_отв=d₀+d_б=0,06+0,02=0,08 мм.

4) Минимальный диаметр контактной площадки:

D’_min=D’_1min+1,5h_пм+h_р

D’_1min=2( b_п^г +

+d₀+d_кп),

d’_кп=d_ш+d_э+(d_п+d_э)/2=0,05+0,02+(0,025+0,025)/2=0,095 мм;

d_max=0,9 мм;

D’_1min=2(0,025+0,9/2+0,05+0,095)=1,24 мм;

D’_min=1,24+1,5*0,005+0,02=1,53 мм;

d_max2=1,5 мм → D_min2=2,13 мм.

5) Минимальный диаметр окна фотошаблона для контактной площадки:

D_шmin= D_min- h_р;=1,24-0,02= 1,22

6) Максимальный диаметр окна фотошаблона для контактной площадки:

D_шmax = D_шmin+D D_ш =1,22+0,,03= 1,24 мм;

7) Максимальный диаметр контактной площадки:

D_max= D_шmax +D Э + h_р

D_max1=1,24+0,02+0,02=1,28мм;

D_max2=2,13+0,02+0,02=2,17 мм.

8) Минимальная ширина проводника:

t_пmin=t_п1min+1,5h_пм+ h_р=0,12+1,5*0,005+0,02 =0,21 мм.

9) Минимальная ширина линии на фотошаблоне:

t_шmin=t_nmin- h_г=0,18-0,05=0,13 мм.

10) Максимальная ширина линии на фотошаблоне:

t_шmax= t_шmin+Dt_ш= 0,15+0,045=0,195 мм.

11) Максимальная ширина проводника:

t_nmax = t_шmax+ h_г+ h_р+D Э=0,195+0,02+0,02+0,02=0,255 мм.

12) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

S_1min=L₀- [D_max/2+d_кп+t_пmax/2+d_шт]=1,25-(1,38/2+0,095+0,127+0,03)=0,36 мм,

где L₀ – расстояние между центрами рассматриваемых элементов.

13) Минимальное расстояние между контактными площадками:

S_2min=L₀- (D_max+2d_кп)=2,5-(2,17+2*0,095)=0,14 мм.

14) Минимальное расстояние между двумя проводниками:

S_3min=L₀- ( t_nmax +2d_шт)=1,25-(0,255+2*0,03)=0,4 мм.

15) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотошаблоне:

S_4min=L₀- (D_шmax/2+d_кп+t_nmax/2+d_шт+d_кп)=1,25-(1,38/2+0,095+0,27/2+0,05+0,095)=0,03 мм.

16) Минимальное расстояние между контактными площадками на фотошаблоне:

S_5min=L₀- ( D_шmax+2d_кп)=2,5-(2,11+2*0,095)=0,2 мм.

17) Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:

S_6min=L₀- (t_шmax+2d_шт)=1,25-(0,195+2*0,3)=0,455 мм.

Сравнив результаты геометрических расчетов параметров проводящего рисунка с учетом погрешности получения проводящего рисунка и погрешности защитного рисунка, а так же технологических факторов можно сделать заключение о том, что выбор четвертого класса точности был обоснован.

2.7 Расчет проводников по постоянному току

Наиболее важными электрическими свойствами печатных плат по постоянному току является нагрузочная способность проводников по току и сопротивление изоляции.

Помеха по постоянному току возникает за счёт падения напряжения на печатном проводнике и за счёт конечного значения сопротивления изоляции.

1) Падение напряжения на проводнике:

U_п=

;

где b_ф=0,315 мм – ширина проводника; h_ф=0,035 мм – толщина фольги; l=0,17 м – длина проводника; r=0,0175

- удельное сопротивление проводника; I=0,5 А – ток;

U_п=

=0,132 В,

U_п<U_зпу=0,4¸0,5 В

Необходимое условие (U_п<U_зпу ) запаса помехоустойчивости обеспечено.

2) Для шин питания и земли:

S_пз ³

, где Е_П – номинальное значение напряжения питания; I=0,5А – максимальный потребляемый ток;

S_пз =

=0,00765 мм²

B_пз= S_пз/ h_ф=0,00765/0,035=0,218 мм.

При ширине проводника шин питания и земли больше 0.672 мм, условие будет выполнено.

3) Поверхностное сопротивление изоляции:

R_S=

,

где l₃=1,05*10^-3 м зазор между проводниками; l=0,076 м – наибольшая длина совместного прохождения проводников; r₀=5*10¹⁰ Ом – удельное поверхностное сопротивление диэлектрика;

R_S=

=59 МОм.

4) Объемное сопротивление изоляции:

R_V=

r_V=5*10⁹ Ом* м³ – удельное объёмное сопротивление диэлектрика;

S_п=0,25 мм² – площадь проекции одного проводника на другой;

h_пп=1,5*10^-3 м – толщина печатной платы;

R_V=

=30 МОм.

5) Сопротивление изоляции параллельных проводников на поверхности:

R_U=

= =19,8 МОм

Для нормального функционирования узла, сопротивление изоляции должно превышать входное сопротивление схемы более чем в 1000 раз (R_U>10³R_вх). Входное сопротивление цифровых схем оценивается для состояний логического нуля и единицы по максимальному значению:

R_вх0=U_вх0/ I_вх0; R_вх1=U_вх1/ I_вх1;

R_вх1=

=12,5 кОм;

Очевидно, что условие R_U>10³R_вх выполняется.

2.8 Расчет проводников по переменному току

При передаче по печатным проводникам высокочастотных или импульсных сигналов, из-за наличия индуктивного сопротивления проводников, взаимной индуктивности и ёмкости, сопротивления утечки между проводниками, сигналы искажаются и появляются перекрёстные помехи.

1) Падение импульсного напряжения на длине проводника в l cм.

U_L=L_по

;

L_по=1,8

; - погонная индуктивность одиночного проводника; DI=20 мА – изменение выходного тока переключения; t_И=5 нс – длительность импульса;

U_L=1Б8

=0,0072 .