">
Прикладные науки Технология
Информация о работе

Тема: Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств

Описание: Создание компонентов схемы в системе P-CAD. Обоснование и выбор материалов конструкции и покрытия. Определение конструктивных параметров платы. Уникальная возможность разработки схемы и ее тестированияэмуляции из одной среды разработки.
Предмет: Прикладные науки.
Дисциплина: Технология.
Тип: Курсовая работа
Дата: 25.08.2012 г.
Язык: Русский
Скачиваний: 6
Поднять уникальность

Похожие работы:

Кафедра «Радиоэлектроники»

Контрольно - курсовая работа

по дисциплине

«Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств»

2012

Содержание.

Введение.3

Создание компонентов схемы в системе P-CAD.4

Multisim.6

Обоснование и выбор материалов конструкции и покрытия..............8

Определение конструктивных параметров платы………………… ..10

Заключение.14

Приложение.15

ВВЕДЕНИЕ

Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыре основных модуля – P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ.

P-CAD Schematic и P-CAD PCB – соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и ПП. Редакторы имеют системы всплывающих меню в стиле Windows, а наиболее часто применяемым командам назначены пиктограммы.

Автотрассировщики вызываются из управляющей оболочки P-CAD РСВ, где и производится настройка стратегии трассировки. Информацию об особенностях трассировки отдельных цепей можно с помощью стандартных атрибутов ввести на этапах создания принципиальной схемы или ПП. Трассировщик QuickRoute относится к трассировщикам лабиринтного типа и предназначен для трассировки простейших ПП. Трассировщик Shape-Based Autorouter - бессеточная программа автотрассировки ПП. Программа предназначена для автоматической разводки многослойных печатных плат с высокой плотностью размещения элементов. Эффективна при поверхностном монтаже корпусов элементов, выполненных в различных системах координат. Имеется возможность размещения проводников под различными углами на разных слоях платы, оптимизации их длины и числа переходных отверстий.

Создание компонентов схемы в системе P-CAD

Создание компонентов схемы в системе P-CAD производится с помощью трех редакторов:

1. P-CAD Symbol Editor (Редактор символов). В этом редакторе создаются условно-графические обозначения (символы) компонентов схемы.

2. P-CAD Pattern Editor (Редактор шаблонов). В этом редакторе создаются посадочные места (шаблоны) компонентов схемы.

3. P-CAD Library Executive (Менеджер библиотек). В данном редакторе заполняются таблицы соответствия выводов между символами и их шаблонами.

Символы компонентов принципиальной электрической схемы создаются в редакторе P-CAD Symbol Editor.

Вначале необходимо создать библиотеку, в которую будут записываться создаваемые компоненты, в том числе и их символы. Для этого нужно выбрать пункт меню Библиотека/Новый и в стандартном диалоговом окне сохранения файлов ввести имя новой библиотеки и сохранить ее.

Принципиальная электрическая схема создается в P-CAD Schematic (Редактор Устанавливаются следующие настройки редактора в пункте меню Параметры:

Размер рабочей области окна – А3.

Единицы – mm (миллиметры).

Шаг сетки – 1 мм.

Толщина линии – 0,5 мм.

Стиль текста – DefaultTTF.

Для ввода схемы электрической принципиальной необходимо подключить созданную библиотеку .Это производится выбором пункта меню Библиотека/Настройка и добавлением в открывшемся окне данной библиотеки.

С помощью пиктограммы “поместить” элемент к схеме добавляются элементы, которые берутся из подключенной библиотеки. Расстановка этих элементов производится согласно исходной схеме. Затем элементы соединяются между собой с помощью пиктограммы “поместить” провод. В результате получается схема электрическая принципиальная.

При создании сложных электрических схем практически трудно избежать ошибок при вводе всех объектов схемы. Поэтому всегда необходимо производить проверку схемы на наличие синтаксических ошибок («висячие» цепи и контакты компонентов, одноконтактные цепи и т. п.). Проверку схемы выполняют по команде Утилиты/ERC (Electrical Rules Check — проверка правильности электрических соединений).

Multisim

Multisim - это уникальная возможность разработки схемы и ее тестирования/эмуляции из одной среды разработки. У такого подхода есть множество преимуществ. Новичкам в Multisim не нужно беспокоиться о сложном синтаксисе SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis - программа эмуляции со встроенным обработчиком схем) и его командах, а у продвинутых пользователей есть возможность настройки всех параметров SPICE.

Благодаря Multisim описание схемы стало как никогда простым и интуитивно понятным. Представление в виде электронной таблицы позволяет одновременно изменять характеристики любого количества элементов: от схемы печатной платы до модели SPICE. Безрежимное редактирование - это наиболее эффективный способ размещения и соединения компонентов. Работать с аналоговыми и цифровыми составными элементами интуитивно просто и понятно.

Кроме традиционного анализа SPICE, Multisim позволят пользователям подключать к схеме виртуальные приборы. Концепция виртуальных инструментов - это простой и быстрый способ увидеть результат с помощью имитации реальных событий.

Также в Multisim есть специальные компоненты под названием «интерактивные элементы" (interactive parts), вы можете изменять их во время эмуляции. К интерактивным элементам относятся переключатели, потенциометры, малейшие изменения элемента сразу отражаются в имитации.

При необходимости более сложного анализа Multisim предлагает более 15 различных функций анализа. Некоторые примеры включают использование переменного тока, Монте-Карло, анализ наиболее неблагоприятных условий и Фурье. В Multisim входит Grapher - мощное средство просмотра и анализа данных эмуляции.

Функции описания и тестирования схемы, представленные в Multisim помогут любому разработчику схем, сэкономят его время и спасут от ошибок на всем пути разработки схемы.

Для моделирования схемы необходимо подобрать аналоги отечественным компонентам схемы (транзисторы, диоды, стабилитроны), т.к. данный пакет не содержит отечественную элементную базу.





Обоснование и выбор материалов конструкции и покрытия.

Для изготовления печатной платы нам необходимо выбрать следующие материалы: материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для печатных проводников и материал для защитного покрытия от воздействия влаги. Необходимость применения защитного покрытия мы рассмотрим несколько ниже. Сначала мы определим материал для диэлектрического основания печатной платы.

Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых пластиков. Их можно разделить на две группы:

- на бумажной основе;

- на основе стеклоткани.

Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная для стеклоткани. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины.

Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.

Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.

Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.

Эпоксидный стеклотекстолит - это материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.

Прочность на изгиб и ударная вязкость печатной платы должны быть достаточно высокими, чтобы плата без повреждений могла быть нагружена установленными на ней элементами с большой массой.

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в машине для групповой пайки.

Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях достаточно мал.

Из сопоставления характеристик оснований (таблица 1) следует, что во всех отношениях (за исключением стоимости) основания из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса.

Печатные платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются меньшей деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксидного гетинакса; последние имеют степень деформации в десять раз больше, чем стеклотекстолит.

Некоторые характеристики различных типов слоистых пластиков представлены в таблице 1.

Таблица1. Характеристики различных типов слоистых пластиков. Тип Максимальная рабочая

температура, °С Время пайки при 260° С, сек Сопротивление изоляции, МОм Объемное сопротивление, МОм Диэлектри-ческая постоянная, ?  Фенольный гетинакс 110-120 5 1 000 1 · 104 5,3  Эпоксидный гетинакс 110-120 10 1 000 1 · 105 4,8  Эпоксидный стеклотек-столит 130-150 20 10 000 1 · 106 5,4  

Сравнивая эти характеристики, делаем вывод, что для изготовления печатной платы следует применять только эпоксидный стеклотекстолит.

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания можно использовать медную, алюминиевую или никелевую фольгу. Однако, алюминиевая фольга уступает медной из-за плохой паяемости, а никелевая - из-за высокой стоимости. Поэтому в качестве фольги выбираем медь.

Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине, травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому выбираем медную фольгу толщиной 35 мкм.

Исходя из всех вышеперечисленных сравнений, для изготовления двухсторонней печатной платы выбираем фольгированный стеклотекстолит СФ1-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78. Он хорошо обрабатывается и имеет большую прочность сцепления фольги с диэлектриком, обладает хорошими электропроводящими и изолирующими свойствами.

Определение конструктивных параметров платы

Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь. Площадь можно определить как

,

где: FЭРЭ - площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ);

FTO - площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями;

FСВ - площадь, которую не должны занимать электрорадиоэлементы по конструктивным соображениям (500 мм2);

Кз - коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в пределах 0,3-0,8.

Площадь, занимаемая ЭРЭ, определяется по установочным размерам электрорадиоэлементов. Для упрощенных расчетов площадь равна 2934 мм2

Площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями определяется по формуле:

,

где: dTO - диаметр технологических и/или крепежных отверстий (3,5 мм);

п - количество отверстий (4 шт).





Посчитав площадь печатной платы, необходимо выбрать размеры платы согласно ГОСТ 10 317-79. Выбираем размеры платы равными А=163 мм, В=72 мм.

После выбора размеров печатной платы определяем реальный коэффициент заполнения печатной платы по формуле:

,

где А и В выбранные размеры печатной платы.



Диаметры монтажных отверстий должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ, причем do = dB + ?,

при d ? 0,8 мм ? = 0,2 мм,

при d > 0,8 мм ? = 0,3 мм,

при любых d ? = 0,4 мм, если ЭРЭ устанавливаются автоматизировано.

Рекомендуется на плате иметь количество размеров монтажных отверстий не более трех. Поэтому диаметры отверстий, близкие по значению, увеличивают в сторону большего, но так, чтобы разница между диаметром вывода и диаметром монтажного отверстия не превышала 0,4 мм. Мы будем использовать отверстия dо = 0,7 мм и dо = 1 мм.

Диаметры контактных площадок определяются по формуле:

dK = dо + 2b + ?d + Td + TD,

где: b - радиальная ширина контактной площадки, мм (для 3 класса точности 0,1 мм);

?d - предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм (для 3 класса точности ±0,05 мм);

Td — значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм (для размера печатной платы по большей стороне до 180мм 0,08мм);

ТD - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм (для размера печатной платы по большей стороне до 180мм 0,15 мм).

dK = 0,7 + 2•0,1 + 0,05 + 0,08 + 0,15=1,18 мм

dK = 1,0 + 2•0,1 + 0,05 + 0,08 + 0,15=1,48 мм

Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников определяется так:

,

где: dО1 и dО2 - диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладываются проводники, мм (0,7 мм);

п - количество прокладываемых проводников (1 шт);

?t - предельное отклонение ширины печатного проводника, мм (для отверстия без покрытия для 3 класса точности ±0,05 мм) ;

Тl - значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм (для 3 класса точности и наружного слоя 0,05 мм).



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Каждый молодой инженер в какой-то момент вдруг чувствует: "нельзя объять необъятное! ". Такое ощущение появляется, когда на книжных "развалах" ищешь книгу по P-CAD, а находишь сразу несколько, когда изучаешь многотомную документацию к программе, обсуждаешь проблемы с коллегами, а в голове - один сумбур. Кажется, что надо прожить сто лет, чтобы стать специалистом, готовым пройти весь путь от замысла до реального воплощения его в "железе". …Проходит год-другой, появляется опыт, и приходит понимание, что всё на самом деле гораздо проще!