Разработка устройства Видеопорт

соседними проводниками при ложном срабатывании СДОП = 25 пФ, что

значительно превышает оба рассчитанных значения.

Максимально допустимая длина параллельных проводников при учете только

емкостной паразитной связи между ними

[pic]

При разводке максимальная длина параллельных проводников на плате не

превышает 90 мм, что меньше расчитанной максимально допустимой длины.

Удельное падение импульсного напряжения

[pic], где

LПОГ = 1,8 мкГн / м – погонная индуктивность печатного проводника для

t = 0,25 мм.

?I = 7,6 мА – перепад выходного тока при переключения логического элемента

К555 серии.

[pic]минимальная длительность импульса сигнала.

FП =16 МГц – максимальная частота переключения микросхем.

[pic]

[pic]

Максимальная длина одиночного проводника

[pic], где

UПОМ = 0,4 В – максимальная допустимая амплитуда помехи.

[pic]

Реальная длина одиночных проводников на печатной плате существенно меньше

полученного значения.

Максимальная индуктивность сигнального проводника

L = LПОГ* lCmax = 1,8 мкГн/м * 0,13 м = 0,26 мкГн

Максимально допустимая длина параллельных проводников при учете только

индуктивной паразитной связи между ними

Для допустимой длины параллельных проводников lДОП.M = 150 мм при учете

только индуктивной паразитной связи должны выполняться следующие условия:

а) плата без экранирующей плоскости

[pic]

б) плата с экранирующей плоскостью

[pic]

tЗД.СР. = 0,03 мкс – среднее время задержки распространения сигнала для

К555 серии.

U0 = 0,4 В – напряжение логического нуля для К555 серии.

KЗАП = 1 – коэффициент запаса.

А)

[pic]

б)

[pic]

Оба условия выполняются с большим запасом.

Проверочные расчеты и расчеты помехоустойчивости проводились в

соответствии с ОСТ 4.ГО.010.009.

5. Обоснование технических требований в чертежах.

Для пайки деталей используем припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76 – оловянно-

свинцовый. Припой по своим характеристикам должен соответствовать ГОСТу.

Паять необходимо по отраслевому стандарту для исключения выхода бракованных

изделий.

Лаком УР-231 покрываем плату для защиты изделия от пыли и влаги.

Обоснование метода изготовления платы описанно в пункте 3.6.

Шаг координатной сетки 1.25 мм выбран в соответствии с 3-им классом

точности печатного монтажа (пункт 3.2)

Для удобства линии координатной сетки нанесены через 1.

Установку элементов производить по ОСТ 4.ГО.010.030.

6. Оценка технологичности конструкции.

Определим некоторые показатели технологичности, характеризующие

технологию изготовления изделия:

Основным показателем, используемым для оценки технологичности

конструкции, является комплексный показатель технологичности К. Комплексный

показатель определяется на основе семи базовых показателей технологичнсти

[3, с. 169] по формуле

[pic]

КИМС, КАМ, КМПЭ, КМКН, КПОВЭ, КПРЭ, КФ – базовые показатели

технологичности, расчитываемые далее.

?1 … ?7 – функции, нормирующие весовую значимость базовых показателей.

Коэффициент использования ИМС в блоке

[pic], где

nИМС = 24– число ИМС в блоке.

NЭРЭ = 39 – число электрорадиоэлементов.

[pic]

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа

[pic], где

nАМ – число монтажных соединений, которые могут осуществляться

механизированным или автоматизированным способом.

NМ – общее число монтажных соединений.

КАМ = 1

Коэффициент механизации подготовки элементов к монтажу

[pic], где

nМП = 63 – число элементов, подготовка которых к монтажу может

осуществляться механизированным или автоматизированным способом.

NЭ = 63 – общее число элементов.

[pic]

Коэффициент механизации операций контроля и настройки

[pic], где

nМКН – число операций контроля и настройки, осуществляемых

автоматизированным или механизированным способом, включая и те, которые не

требуют использования средств механизации.

NКН – общее число операций контроля и настройки.

КМКН = 1, т.к. модуль не требует операций контроля и настройки.

Коэффициент повторяемости элементов

[pic], где

nТЭ = 12– общее число типоразмеров элементов в блоке.

[pic]

Коэффициент применяемости элементов

[pic], где

nТ.ОР.Э = 0 – число типоразмеров оригинальных элементов в блоке, т.е.

деталей, которые впервые разрабатываются самим предприятием.

[pic]

Коэффициент прогрессивности формообразования деталей

[pic], где

nПР – число деталей, заготовки которых или сами детали получены

прогрессивными методами формообразования (штамповка, прессование, пайка,

сварка).

NД – общее число деталей без нормализованного крепежа в изделии.

КФ = 1

Значимости весовых коэффициентов показателей К

?1 = 1,0; ?2 = 1,0; ?3 = 0,75; ?4 = 0,5;

?5 = 0,31; ?6 = 0,187; ?7 = 0,11

Таблица нормативов комплексных показателей технологичности

электронно-вычислительной техники:

[pic]

Для условий мелкосерийного производства изделие обладает высокой

технологичностью.

Так же существуют следующие коэффициенты, не вошедшие в вышеприведенную

формулу

1) Коэффициент повторяемости электрорадиоэлементов в изделии:

Кпэ = ( 1 + Nт ) / Nэрэ,

где

Nт = 12 – число типоразмеров ЭРЭ в изделии,

Nэрэ = 39 – число ЭРЭ в изделии.

Кпэ = ( 1 + 12 ) / 39 = 0.33 т.е. хорошая повторяемость.

2) Коэффициент применяемости печатного монтажа:

Кп = Nкпг / Nкп,

где

Nкпг – число контактных площадок, паянных групповым методом,

Nкп – общее число контактных площадок.

Т.к. Nкпг = Nкп, то Кп = 1 (серийное производство)

3) Коэффициент повторяемости ИС:

Кповт.ис = 1 – Nт.ис / Nис,

где

Nт.ис = 5 – число типоразмеров ИС в изделии,

Nис = 24 – число ИС в изделии.

Кповт.ис = 1 – 5 / 24 = 0.79 (высокая повторяемость)

4) Коэффициент установочных размеров:

Кур = 1 – Nур / Nэрэ,

где

Nэрэ = 13 – число ЭРЭ в изделии,

Nур = 4 – число различных установочных размеров.

Кур = 1 – 4 / 13 = 0.61 (малая разница установочных размеров)

Исходя из найденных выше коэффициентов, видно, что конструкция

технологична.

7. Тепловой расчет

Тепловые режимы радиоэлектронной аппаратуры в значительной степени

определяют ее надежность. Микро миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры

привела к значительному увеличению удельных тепловых нагрузок. С позиции

теплофизики радиоэлектронный аппарат представляет собой систему тел,

которые сложным образом распределены в пространстве и являются источниками

и стоками энергии.

Прежде чем приступить к выбору системы охлаждения проанализируем условия

эксплуатации проектируемого изделия. Электронный контроллер должен работать

в помещениях с нормальными климатическими условиями. Роль корпуса

осуществляет пласмассовая конструкция с зазорами. Перенос тепла

осуществляется в основном за счет конвекции. Общую мощность, выделяемую

контроллером можно подсчитать, просуммировав выделяемые мощности каждого

компонента.

Таблица потребления микросхем:

|Микросхема |Эле-ты |Кол-во|Рср |Тип |H, |А, |В, |

| | | |,мВт |Корпуса |мм |мм |Мм |

|K537РУ17 |D1,D2,D2 |3 |5 |4119.28-6.0|5.5 |12 |37 |

| | | | |2 | | | |

|К555ИЕ10 |D4,D5,D6,D7,D16 |5 |156 |238.16-2 |5 |7.5 |21.5 |

|К555ТМ2 |D8,D17 |2 |19 |201.14-8 |5 |7.5 |19.5 |

|К555ИД7 |D9,D23 |2 |50 |238.16-2 |5 |7.5 |21.5 |

|К555ЛН1 |D10,D13,D14 |3 |33 |201.14-1 |5 |7.5 |19.5 |

|К555ЛИ1 |D11,D12,D15 |3 |44 |201.14-1 |5 |7.5 |19.5 |

|К555ИР13 |D18 |1 |120 |405.24-2 |5.5 |12 |30 |

|К555ИР22 |D19,D20,D21,D22 |4 |125 |4153.20-1.0|5 |7.5 |25 |

| | | | |1 | | | |

|8 типов | |23 |1.784| | | | |

Общая мощность, выделяемая устройством [pic].

Общее количество микросхем [pic].

Исходные данные для расчета

1. Геометрические параметры корпуса [pic].

2. Геометрические параметры платы [pic].

3. Мощность, выделяемая источниками тепла [pic].

4. Средняя мощность одного источника [pic]

5. Коэффициент теплопроводности стеклотекстолита основания печатной платы

[pic].

6. Давление окружающей среды [pic].

7. Давление воздуха внутри блока [pic].

8. Температура эксплуатации [pic].

Исходными данными для расчета служат значения следующих параметров:

- базовая температура - То = 293 К,

- мощность выделяющаяся в микросхеме - Qэi , Вт -

Qэ1 = 0.005 Qэ2 = 0.005 Qэ3 =0.005 Qэ4 = 0.156 Qэ5 = 0.156

Qэ6 =0.156 Qэ7 =0.156 Qэ8 = 0.156 Qэ9 = 0.019 Qэ10 = 0.019

Qэ11 = 0.05 Qэ12 = 0.05 Qэ13 =0.022 Qэ14 =0.033 Qэ15

=0.033

Qэ16 =0.033 Qэ17 =0.044 Qэ18 =0.044 Qэ19 =0.044 Qэ20 =0.12

Qэ21 =0.125 Qэ22 =0.125 Qэ23 =0.125

- размеры корпуса блока без учета теплоотводящих ребер -

Lкх = 0.12 м, Lкy = 0.14 м, Lкz = 0,02 м,

- общая площадь внешней поверхности блока - Sк = 0.044 м2,

- площадь основания микросхемы - Sэоi , 10-6 м2

Sэ1 =444 Sэ2 =444 Sэ3 =444 Sэ4 =161,25 Sэ5 =161,25

Sэ6 =161,25 Sэ7 =161,25 Sэ8 =161,25 Sэ9 =146,25

Sэ10 =146,25

Sэ11 =161,5 Sэ12 =161,25 Sэ13 =146,25 Sэ14 =146,25

Sэ15=146,25

Sэ16=146,25 Sэ17=146,25 Sэ18=146,25 Sэ19=360 Sэ20= 187,5

Sэ21=187,5 Sэ22=187,5 Sэ23=187,5

- суммарная площадь поверхности микросхемы - Sэi, 10-6 м2

Sэo1 =1784 Sэo2 =1784 Sэo3 = 1784 Sэo4 =612,5 Sэo5

=612,5

Sэo6 =612,5 Sэo7 =612,5 Sэo8 =612,5 Sэo9 =562,5 Sэo10

=562,5

Sэo11 =612,5 Sэo12 =612,5 Sэo13 =562,5 Sэo14 =562,5

Sэo15 =562,5

Sэo16 =562,5 Sэo17 =562,5 Sэo18 =562,5 Sэo19 =1082

Sэo20 =700

Sэo21 =700 Sэo22 =700 Sэo23 =700

- размеры печатной платы - lx = 0.11 м, ly = 0.13 м,

- коэффициент перфорации корпуса блока - Кп = 1,

- толщина печатной платы - (п = 0.0015мм,

- зазор между основанием микросхемы и печатной платой - (з = 0.001 м,

- коэффициент теплопроводности диэлектрического основания платы -

стеклотекстолита - (1 = 0.372 Вт/м*К,

- коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор между

микросхемой и печатной платой - воздух - (s = 0.02442 Вт/м*К,

- объем печатной платы - Vп = 10*10-6 м3,

- шаг установки микросхем на печатной плате- tx = 0.025м, ty =

0.017м,

- давление окружающей среды и давление внутри блока - Н1 = Н2 = 0.1

МПа,

- мощность выделяющаяся в блоке - Qб = 1,784 Вт.

Определяют удельную мощность корпуса блока - qк -

qк = Qб / Sк = 44.54 Вт/м2,

Определяют перегрев корпуса блока - (к -

(к = (ко * Ккп * Кн1,

где (ко - перегрев корпуса герметичного блока при давлении окружающей

среды 0.1 Мпа

(ко = 0.1472 * qк - 0.2962 * 10-3 * qк2 + 0.3127 * 10-6 * qк3,

Ккп -коэффициент учитывающий перфорацию корпуса блока, при Ккп = 1,

Кн1 - коэффициент учитывающий давление окружающей cреды, при H1 = 1 МПа,

Кн1 = 1.2,

Получим - (к = 5.28 К.

Определяют удельную мощность нагретой зоны блока - qз -

Qб

qз = = 0.066 Вт/ м2

2*(Lкх*Lку+(1/Lкх+1/Lку)*lк*lу*lz)

Определяют среднеобъемный перегрев нагретой зоны блока - (з -

(з = (к + ( (зо - (ко ) * Ккп * Кн2,

где (зо - среднеобъемный перегрев нагретой зоны блока в

герметичном корпусе при давлении воздуха внутри блока 0.1 Мпа,

(зо = 0.139 * qз - 0.1223 * 10-3 * qз2 + 0.0698 * 10-6 * qз3,

Кн2 - коэффициент учитывающий давление воздуха внутри блока,

при Н2 = 0.1 МПа, Кн2 = 1.

Получим - (з = 2.97 К.

Определяют среднеобемный перегрев воздуха внутри блока - (в -

(в = ( (з + (к ) / 2 = 4.12 К.

Определяют тепловую проводимость от микросхемы к корпусу блока через

воздух внутри блока - бк -

[pic]

где Ка - коэффициент, учитывающий теплоотдачу от корпуса микросхемы,

Вт/м2*К,

Ка = 23.54 / ( 4.317 + lg ( Sэi ) ),

Получим тепловую проводимость для микросхем, Вт*м2-

бк1 =0.01941 бк2 =0.01941 бк3 =0.01941 бк4 =0.00946

бк5 =0.00946

бк6 =0.00937 бк7 =0.00946 бк8 =0.00946 бк9 =0.00903

бк10 =0.00903

бк11=0.00937 бк12=0.00946 бк13=0.00903 бк14 =0.00903

бк15=0.00903

бк16=0.00903 бк17=0.00903 бк18=0.00903 бк19=0.01230

бк20= 0.01019

бк20=0.01019 бк20=0.01019 бк20=0.01019

Определяют параметр - m -

[pic]

Определяют эквивалентный радиус микросхемы - Ri -

R= Sэ/п

Для каждой микросхемы получим, м -

R1 = 0.01189 R2 = 0.01189 R3 = 0.01189 R4 = 0.00716 R5 = 0.00716

R6 = 0.00725 R7 = 0.00716 R8 = 0.00716 R9 = 0.00682 R10 = 0.00682

R11 = 0.00725 R12 = 0.00716 R13 = 0.00682 R14 = 0.00682 R15 = 0.00682

R16 = 0.00682 R17 = 0.00682 R18 = 0.00682 R19 = 0.01070 R20 = 0.00772

R21 = 0.00772 R22 = 0.00772 R23 = 0.00772

Определяют собственный перегрев корпуса микросхемы - (эс -

(эс = К * Qэ / ( a + 1 / ( c + 1 / ( b + d ) ) ) ,

где K - эмпирический коэффициент. Рекомендуется принимать

К = 1.14 для микросхем, центр которых отстоит от торцов печатной платы на

расстоянии меньше 3R, К = 1 для микросхем, центр которых отстоит от торцов

на расстоянии больше 3R.

a, b, c, d - обозначения, принятые для упрощенной записи

формулы - ________

a = ( ( Ка - 4 ) * ( Н2 / 105 + 4 ) * ( Sэ - Sэо ) ,

________

b = ( 4.5 * ( Н2 / 105 + 4 ) * ( * R*R,

с = (з / ( (з * ( * R * R ),

d = 2* ( * R * (1 * (п * m * ( К1 (m*R) / К0 (m*R) ),

где К0 (m*R) и К1 (m*R) - модифицированные функции Бесселя второго

рода нулевого и первого порядка.

Проведя расчеты, получим для каждой микросхемы - (эс , К -

(эс1 = 0.19272 (эс2 = 0.19272 (эс3 = 0.19272 (эс4 = 12.81684 (эс5 =

12.81684

(эс6 = 12.84973 (эс7 = 12.81684 (эс8 = 12.81684 (эс9 =1.64644 (эс10

=1.64644

(эс11 = 4.11850 (эс12 = 4.10796 (эс13 =2.85961 (эс14 =2.85961 (эс15

=2.85961

(эс16 = 38.12818 (эс17 = 38.12818 (эс18 = 38.12818 (эс19 = 6.85716

(эс20 = 9.40903

(эс21 = 9.40903 (эс22 = 9.40903 (эс23 = 9.40903

Определяют предельный радиус взаимного теплового влияния- Rпр-

1

Rпр = ,

K0 (m*R) + 4 * K0 (2.7*m*R)

m * ( 0.105 * m * + 0.155 )

1 / tx + 1 / ty

Получим для каждой микросхемы - Rпр , м -

Rпр1 = 0.03694 Rпр2 = 0.03694 Rпр3 = 0.03694 Rпр4 = 0.03689 Rпр5 = 0.03689

Rпр6 = 0.03689 Rпр7 = 0.03689 Rпр8 = 0.03689 Rпр9 = 0.03688 Rпр10 = 0.03688

Rпр11 = 0.03689 Rпр12 = 0.03689 Rпр13 = 0.03688 Rпр14 = 0.03688 Rпр15 =

0.03688

Rпр16 = 0.03688 Rпр17 = 0.03688 Rпр18 = 0.03688 Rпр19 = 0.03693 Rпр20 =

0.03689

Rпр21 = 0.03689 Rпр22= 0.03689 Rпр23 = 0.03689

В дальнейших расчетах зададимся Rпр = Rпр1-Rпр18 = 36 мм.

Определяют наведенный перегрев для микросхем

( Qэi * K0 (m*rji) / K0 (m*Ri) )

(эфji = ,

аi * ( 1 + ( ci + 1 / ai ) * ( bi + di ) )

где (эфji - тепловое влияние i-той микросхемы на данную (j-тую),

rji - расстояние между центрами i-той микросхемы и данной,

ai, bi, ci, di - обозначения, принятые для упрощения формы

записи,

ai = ( ( Каi - 4 ) * ( Н2 / 105 + 4 ) * ( Sэi - Sэоi ) ,

bi = ( 4.5 * ( Н2 / 105 + 4 ) * ( * Ri*Ri,

сi = (з / ( (з * ( * Ri * Ri ),

di = 2* ( * Ri * (1 * (п * m * ( К1 (m*Ri) / К0 (m*Ri) ),

Qэi, Ri, Каi, Sэi, Sэоi - параметры i-той микросхемы.

При расчетах необходимо учесть влияние только тех микросхем, центры которых

отстоят от центра данной не далее Rпр.

Произведя расчеты получим (эф , К–

(эф1 = 0.02444 (эф2 =0.01262 (эф3 = 1.30447 (эф4 = 0.92994 (эф5 = 1.27076

(эф6 = 1.07639 (эф7 = 1.16395 (эф8 = 0.93818 (эф9 = 3.53786 (эф10 = 0.48943

(эф11 = 0.63164 (эф12 = 1.06709 (эф13 =,1.26717 (эф14 =1.07594

(эф15=2.74241

(эф16=0.50932 (эф17=0.48049 (эф18=1.35534 (эф19=2.35717 (эф20 =1.37697

(эф21=2.60099 (эф21= 2.30956 (эф21=1.42029

Определяют перегрев корпуса микросхемы относительно базовой температуры -

(э -

(э = (в + (эс + (эф,

Для каждой микросхемы получим - (э , К -

(э1 = 4.34575 (э2 = 4.33394 (э3 = 5.62579 (э4 = 17.87538 (э5 =

18.21619

(э6 = 18.05471 (э7 = 18.10938 (э8 = 17.88361 (э9 = 9.31290 (э10 =

6.26447

(э11 = 8.87874 (э12 = 9.30365 (э13 = 8.25538 (э14 = 8.06415 (э15 =

9.73062

(э16 = 12.76610 (э17 = 12.73727 (э18 = 13.61212 (э19 = 13.34293 (э20 =

14.91460

(э21 = 16.13862 (э22 = 15.84719 (э23 = 14.95791

Определяют температуру корпуса микросхемы - tэ -

tэ = to + (э ,

Для каждой микросхемы получим - tэ , К -

tэ1 = 297.34575 tэ2 = 297.33394 tэ3 = 298.62579 tэ4 = 310.87538 tэ5 =

311.21619

tэ6 = 311.05471 tэ7 = 311.10938 tэ8 = 310.88361 tэ9 = 302.31290 tэ10 =

299.26447

tэ11 = 301.87874 tэ12 = 302.30365 tэ13 = 301.25538 tэ14 = 301.06415 tэ15 =

302.73062

tэ16 = 305.76610 tэ17 = 305.73727 tэ18 = 306.61212 tэ19 = 306.34293 tэ20 =

307.91460

tэ21 = 309.13862 tэ22 = 308.84719 tэ23 = 307.95791

Определяют перегрев воздуха для микросхемы относительно базовой температуры

- (вэ -

(вэ = (э - (эс,

Для каждой микросхемы получим - (вэ , К -

(вэ1 = 4.30879 (вэ2 = 4.15220 (вэ3 = 5.14290 (вэ4 = 5.36025 (вэ5 = 5.39936

(вэ6 = 5.20498 (вэ7 = 5.29254 (вэ8 = 5.06677 (вэ9 = 7.66646 (вэ10 =

4.61803

(вэ11 = 4.76024 (вэ12 = 5.19569 (вэ13 =5.39577 (вэ14=5.20454 (вэ15

=6.87100

(вэ16 =4.63792 (вэ17 =4.60909 (вэ18 =5.48394 (вэ19 =6.48577 (вэ20

=5.50557

(вэ21 =6.72959 (вэ22 =6.43816 (вэ23 =5.54888

Определяют температуру воздуха для микросхемы - tвэ -

tвэ = to + (вэ ,

Для каждой микросхемы получим - tэ , К -

tвэ1 = 297.15303 tвэ2 = 297.14122 tвэ3 = 298.43307 tвэ4 = 298.05854 tвэ5 =

298.39936

tвэ6 = 298.20498 tвэ7 = 298.29254 tвэ8 = 298.06677 tвэ9 = 300.66646 tвэ10 =

297.61803

tвэ11 = 297.76024 tвэ12 = 298.19569 tвэ13 = 298.39577 tвэ14 = 298.20454

tвэ15 = 299.87100

tвэ16 = 297.63792 tвэ17 = 297.60909 tвэ18 = 298.48394 tвэ19 = 299.48577

tвэ20 = 298.50557

tвэ21 = 299.72959 tвэ22 = 299.43816 tвэ23 = 298.54888

Рабочий диапазон температур микросхем: [pic]. Согласно технического задания

контроллер предназначен для использования в качестве переносного

оборудования при температуре [pic]. Температура корпуса микросхемы

(согласно расчета) будет составлять [pic], что входит в рабочий диапазон

эксплуатации элементов. Принудительное охлаждение не требуется, согласно с

графиком рекомендации выбора способа охлаждения.[ 3, Стр. 164 ]

Литература

1. Электронные вычислительные машины. Справочник. Под ред. С.А. Майорова,

М.: Сов. радио, 1975

2. A.Я.Куземин «конструирование и микроминиатюризация электронно

вычислительной аппаратуры». М:Радио и связь. 1985.

3. Технология и автоматизация производства РЭА. Под ред. А.П. Достанко, М.:

Радио и связь, 1989

4. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. Справочник.

Под ред. Э.Т. Романычевой, М.: Радио и связь, 1984

5. Аппаратура локальных сетей. Под ред. Ю.В. Новикова, М.: Издательство

"ЭКОМ", 1998

6. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Справочник. Под ред.

М.Ю.Масленникова, М.: Издательство "Прибор", 1993

7. В.В. Шерстнев. «Конструирование и микроминитюризация ЭВМ», М.: Радио и

связь, 1984

8. А.Я. Савельев, В.А. Овчинников. «Конструирование ЭВМ и систем», М.:

Высшая школа, 1989

9. В.В. Павловский, В.И. Васильев, Т.Н. Гутман. «Проектирование

технологических процессов изготовления РЭА», Пособие по курсовому

проектированию: Учеб. пособие для вузов, М.: Радио и связь, 1982

-----------------------

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2, 3