Расчет печатной платы

1. Анализ схемы

Анализ схемы электрической принципиальной позволил выделить следующие элементы серии 155: К155ТМ2, К155ЛА3, К155ЛЕ1, К155ЛН1. С учетом количества элементов каждого типа выделим число корпусов типа 201.14 — 1 с 14 выводами, необходимых для размещения этих элементов.

ИТОГО: потребуется 13 корпусов.

В схеме можно выделить 69 цепей, которыми соединены элементы.

2. Конструктивный расчёт платы ТЕЗ

2.1 Расчет шага размещения ИС

Перед началом расчета логическая схема устройства, реализуемого на плате ТЭЗ, должна быть покрыта корпусами интегральных схем 201.14 — 1.

Исходными данными для расчета шага являются следующие параметры:

· R1 — размер корпуса ИС вдоль оси X в [мм]

· R2 — размер корпуса ИС вдоль оси Y в [мм]

Значения R1 и R2 являются стандартными.

R1 = 20 мм

R2 = 7,5 мм

· R3 — зазор между корпусами ИС вдоль оси X в [мм]

· R4 — зазор между корпусами ИС вдоль оси Y в [мм]

Величина R3 и R4 зависит от таких факторов, как взаимное тепловое и электромагнитное влияние ИС друг на друга, количество печатных проводников в каналах между ИС, ширина этих проводников и зазор между ними. Рекомендуемая величина R3 и R4 — в интервале 2.10 мм.

R3 = 5,5 мм

R4 = 10,5 мм В соответствии с этими параметрами рассчитываются первоначальные величины шага размещения ИС и корректируются с учетом параметра R7.

R7 = 2,5 мм

R5 = R1 + R3 — шаг по оси X R5 = 25,5 мм

R6 = R2 + R4 — шаг по оси Y R6 = 18 мм

2.2 Расчет размеров зоны расположения ИС

Исходными данными для расчета являются следующие параметры:

· N1 — количество корпусов ИС по результатам покрытия исходной логической схемы устройства;

· N2 — количество сторон платы на которые монтируется ИС

N1 = 13

N2 = 2

В соответствии с этими исходными данными вычисляются параметры:

· N3 — количество столбцов ИС (вдоль оси X)

· N4 — количество рядов ИС (вдоль оси Y)

· R8 — размер зоны расположения ИС по оси X в [мм]

· R9 — размер зоны расположения ИС по оси Y в [мм]

Соотношение параметров следующие:

R8 = R5N3

R9 = R6N4

При вычислении N3 и N4 используется критерий:

R8 / R9 > 1, что означает максимальное приближение формы зоны расположения ИС к квадратной. Это требование обусловлено созданием наилучших условий для трассируемости платы.

R8 = 153 мм N3 = 6

R9 = 54 мм N4 = 3

· N5 — количество различных типоразмеров дискретных элементов (конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов, реле и др.)

В моей схеме N5 = 0 и расчетный параметр R15 = 0.

2.3 Расчет размеров платы

Исходными данными для расчета являются параметры:

· N9 — общее количество разъемов и планок на плате

· N10i — признак стороны платы, на которой устанавливается i — ый разъем или планка в соответствии с рис.2

· R16i — длина области расположения контактов i — го разъема (планки)

· R17i — ширина области расположения контактов i — го разъема (планки) Значения параметров R16 и R17 выбираются по справочной литературе.

R16 = 5(m/2−1) где m = 24 — количество контактов R16 = 55 мм

R17 = 2,5 мм Число контактов разъема должно быть не менее числа входных и выходных цепей исходной схемы, включая цепи питания и земли.

Перечисленные параметры учитываются при определении размеров периферийной части платы, которые либо равны величине технологического зазора R18 в [мм], либо соответствующему R17i.

Рекомендуемая R18 = 5 мм. Расчетные размеры платы R19 и R20 в [мм] вдоль осей X и Y соответственно уточняются со стандартными типоразмерами печатных плат. Выбранные значения R21 и R22 должны быть ближайшими, большими и расчетными R19 и R20 соответственно.

R19 = R15 + R8 + 2R18 = 153 + 25 = 163 мм

R20 = R9 + 2R15 + R18 + R17 = 54 + 5 + 2,5 = 61,5 мм

R21 = 163 мм — длина ПП

R22 = 62 мм — ширина ПП

2.3 Расчет размеров платы

Рассчитывается количество экранирующих слоев (N11), экранирующих слоев (N12), слоев шин питания (земли) (N13) в многослойной структуре платы (см. приложение 1).

Число сигнальных слоев в N11, необходимых для трассировки соединений зависит от максимальной плотности расположения соединений на плате. Максимальной она является в зоне расположения ИС, т. к. контакты (выводы) ИС расположены наиболее близко.

Плотность соединений учитывается косвенным образом через показатель плотности логических элементов на единицу площади зоны ИС.

Исходными данными являются параметры:

· R23 — количество сигнальных входов — выходов одного корпуса ИС

· R24 — коэффициент использования корпусов ИС, равный отношению числа логических элементов в исходной логической схеме устройства к числу логических элементов в N1 корпусах, которыми покрыта эта схема. Принимает значения в интервале (0,1).

R23 = 14

R24 = 21/27 = 0,75

В соответствии с этими данными вычисляется показатель плотности RASPL в [лог.эл/см²]

RASPL = (N1R23R24100)/(R8R94,0) = (7140,75 100)/(60 112,54,0) = 0,27 ,

зная который в соответствии с графиком определяют число сигнальных слоев N11 как ближайшее большее целое.

N11 = 2

Остальные расчетные параметры связаны с N11 следующими соотношениями:

N12 = 2N11 — 2 = 22 — 2 = 2

N13 = N11 -1 = 2 — 1 = 1

N14 = (N11 + N12 + N13) — 1 = (2 + 2 + 1) — 1 = 4

3. Интерактивное размещение и трассировка

Проектирование ПП в интерактивном режиме начинается после выполнения следующих подготовительных операций:

1) создание графического начертания элементов, входящих в состав компонента, при помощи программы Symbol Editor;

2) создание графического начертания посадочного места компонента при помощи программы Pattern Editor;

3) упаковка элементов в компонент при помощи программы Library Executive;

4) создание принципиальной электрической схемы устройства и генерация файла списка цепей с помощью программы Schematic;

5) создание контура ПП и размещения на ней компонентов ПП при помощи программы PCB. Загрузка файла списка цепей для последующей трассировки;

6) автоматическая трассировка ПП трассировщиком Quick Route;

Начальный этап — создание или выбор библиотек компонентов. В данном случае K155LA3. lib, K155LЕ1. lib, K155LN1. lib, K155ТМ2. lib, Connect.lib. Они служат хранилищами всей необходимой (обобщенной) информации для системы P — CAD.

3.1 Создание графического начертания элементов, входящих в состав элемента

В результате работы с программой Symbol Editor были созданы файлы K155LA3. sym, K155 LЕ1. sym, K155 LN1. sym, K155TM2. sym, Connect. sym, содержащие графическое начертание элементов, входящих в микросхемы и разъем. Запись в соответствующие библиотеки.

3.2 Создание графического начертания посадочного места элемента

В результате работы с программой Pattern Editor были созданы файлы K155LA3. pat, K155LE1. pat, K155TM2. pat, K155LN1. pat, Connect. pat, содержащие графическое начертание посадочного места микросхемы и разъема на ПП. Запись в соответсвующие библиотеки.

3.3 Упаковка элементов в компонент

При помощи программы Library Executive была установлена взаимосвязь элементов компонента с контактами (выводами) компонента в соответствии со справочной документацией компонентов. Были внесены изменения в соответствующие библиотеки.

3.4 Создание принципиальной электрической схемы устройства и генерация файла списка цепей

В результате работы с программой Schematic была создана принципиальная схема устройства (файл my_scheme.sch), а также сгенерирован файл списка цепей my_scheme.net.

3.5 Создание контура ПП и размещения на ней компонентов ПП

схема плата трассировка конструктивный С помощью программы PCB был создан контур печатной платы в слое Board. Тем самым в программу закладывается информация о границах печатной платы. Затем были расположены компоненты внутри контура ПП. Была произведена загрузка списка цепей (файла my_scheme.net) для последующей трассировки. Создан файл scheme.pcb.

3.6 Трассировка ПП автоматическим трассировщиком

Была выполнена автоматическая трассировка ПП при помощи трассировщика Quick Route. Создан файл plata.pcb.

4. Подготовка конструкторской документации

Чертежи первого и второго слоев печатной платы, а также сборочный чертеж (размещение элементов с переходными отверстиями) выполнены средствами САПР P — CAD.

Были созданы документы о разработанной печатной плате, хранящихся в файлах:

schematic_report_bom.txt содержит список компонентов одного типа, имя графического символа или конструктива.

schematic_report_atr.txt содержит имя графического символа или конструктива, тип компонента и список цепей (включая цепи питания).

Сборочный чертеж

Чертеж первого слоя

Чертеж второго слоя

Чертеж используемых интегральных схем К155ЛE1

К155ЛА3

К155ЛН1 К155TM2

P-CAD Bill of Materials my_scheme.sch

======================================================

Count Component Name RefDes PatternName Value Description

——— ———————- ———————- ———————- ———————- ———————;

1 CONNECT C1 CONNECT

5 K155TM2 DD1 K155TM2

DD9

DD10

DD11

DD12

4 LA3 DD2 DIP

DD3

DD4

DD5

1 LE1 DD6 DIP

3 LN1 DD7 DIP

DD8

DD13

P-CAD Component and Net Attributes my_scheme.sch

======================================================

RefDes Type Value

—————————— —————————— ———————;

C1 CONNECT

DD1 K155TM2

DD2 LA3

DD3 LA3

DD4 LA3

DD5 LA3

DD6 LE1

DD7 LN1

DD8 LN1

DD9 K155TM2

DD10 K155TM2

DD11 K155TM2

DD12 K155TM2

DD13 LN1

NetName

—————————-;

GND

NET00005

NET00007

NET00008

NET00009

NET00010

NET00011

NET00013

NET00014

NET00015

NET00017

NET00018

NET00019

NET00020

NET00021

NET00022

NET00025

NET00027

NET00028

NET00030

NET00031

NET00032

NET00033

NET00034

NET00035

NET00036

NET00038

NET00039

NET00043

NET00044

NET00045

NET00046

NET00047

NET00048

NET00049

NET00050

NET00051

NET00052

NET00053

NET00054

NET00055

NET00056

NET00057

NET00058

NET00059

NET00062

NET00064

NET00066

NET00067

NET00068

NET00069

VCC

1. Саврушев Э. Ц. «P — CAD для Windows версия 2001 — 2002. Система проектирования печатных плат.» М: изд. «Эком», 2002 г.

2. Богданович М. И, Грель И. Н., Прохоренко В. А., Шалимо В. В. «Цифровые интегральные микросхемы», Справ., Мн.: Белаусь, 1991 г.