Раздел 4. РасчеТы: бЫстродействия, потребляеМой мощности, помехоустойчивости, нагрузочной способности, рабочего значения плотности тока в проводниках на печатной плате, надежности

4.1. Расчет быстродействия

Быстродействие проектируемого двоичного дешифратора 6→64 рассчитывается с учетом времени задержки на двух микросхемах, соединенных последовательно ЭКФ1533ИД7.

где – среднее время задержки распространения сигнала,

– задержка распространения сигнала при переходе выходного напряжения от «1» к «0»,

– задержка распространения сигнала при переходе выходного напряжения от «0» к «1».

Тогда:

где F-быстродействие.

Так как расчетное быстродействие превышает заданное, то разработанная схема соответствует заданному условию.

4.2. Потребляемая мощность

Потребляемая мощность проектируемого двоичного дешифратора 6→64 рассчитывается как суммарная для всех ИМС, используемых в схеме, то есть для девяти микросхем:

где .

Так как расчетная потребляемая мощность не превышает заданную, то разработанная схема соответствует данному условию.

4.3. Помехоустойчивость

Помехоустойчивость проектируемого дешифратора 3→8 определяем по справочнику [7] для микросхем серии 1533 помехоустойчивость равна

4.4. Нагрузочная способность

Нагрузочную способность проектируемого двоичного дешифратора 6→64 определяем по справочнику [7] для микросхем серий 1533:

4.5 Расчет рабочего значения плотности тока в проводниках на печатной плате

Плотность электрического тока характеризует распределение токовых зарядов по поперечному сечению проводящего материала.

Рассчитаем рабочее значение плотности тока по формуле:

где t=0.254 – ширина проводника;

=35мкн или 1 унция-толщина фольги печатной платы;

j – рабочее значение плотности тока;

– рабочий ток.

Плотность электрического тока в проводнике составляет j=1,25 .

4.6 Расчет надежности

Для расчета надежности для всех элементов схемы из справочника выписываются значения интенсивности отказов при работе в нормальных условиях, которые приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Интенсивность отказов при работе в нормальных условиях

Наименование элементов	Интенсивность отказов,	Количество элементов	Интенсивность отказов общая,
ИМС		10
Конденсаторы		10
Разъем		22
Пайки		160
Печатная плата		1

Суммарная интенсивность отказов: .

Надежность определим по формуле:

(4.5)

где – надёжность;

– Суммарная интенсивность отказов;

t–время наработки.

Для 100 часов работы: .

Для 1000 часов работы: .

Для 10000 часов работы:

График надежнасти изображен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – График надёжности

В этом разделе были рассчитаны основные характеристики дешифратора, а также построен график надёжности.

Раздел 5. Конструктивная часть

5.1. Технология изготовления печатной платы

Печатная плата – монтажная плата для размещения пассивных и активных ЭРЭ.

Изготавливаются печатные платы на основе диэлектрика или металла, на который наносится диэлектрический слой. Рисунок на диэлектрическом слое платы содержит токоведущие дорожки, контактные площадки, пробельные места, соединительные отверстия, монтажные отверстия.

В современных печатных платах в рисунок могут входить пассивные элементы (R, C, L).

По конструктивным признакам печатные платы можно разделить на:

-однослойные, которые бывают:

а) односторонними;

б) двухсторонними.

-многослойные.

Изготовление и монтаж печатных плат (ПП) начинается с разработки схемы соединений, которая определяет, как компоненты будут связаны между собой. Этот этап также включает в себя определение размеров и формы ПП, а также выбор материалов, которые будут использоваться. Следующим шагом является создание фотошаблона. Этот шаблон представляет собой негатив изображения будущей ПП и используется для нанесения изображения на слой фотоэмульсии на поверхности печатной платы. Он создается с использованием проектированных данных и проходит через процесс экспонирования, чтобы создать изображение на фотоэмульсии.

На этапе фолитографии на поверхность ПП наносится светочувствительная фотоэмульсия, после чего шаблон помещается поверх фотоэмульсии. После экспонирования образуется изображение, которое позднее будет использовано для создания металлических проводников.

После этапа фотолитографии ПП подвергается процессу травления, в результате которого удаляются лишние металлические материалы, не покрытые фотоэмульсией. Затем следует этап металлизации, на котором проводники покрываются металлическими слоями (чаще всего медью) для обеспечения электрической связи между компонентами.

После металлизации проводники необходимо соединить между собой и с компонентами. Для этого сверлятся отверстия, через которые будут проходить проводники. Этот процесс выполняется с высокой точностью, чтобы обеспечить правильное соединение.

Для защиты от внешних факторов, таких как коррозия и влага, на изделия наносятся защитные слои. Также применяются термостойкие покрытия, которые:

-предотвращают случайные контакты;

-обеспечивают точное соединение компонентов;

-продлевают срок службы продукции.

На этапе окончательной обработки на изделия могут быть нанесены обозначения, помогающие в идентификации компонентов. Затем ПП проходит тестирование для проверки правильности соединений и работоспособности. После завершения процесса производства ПП они могут быть интегрированы в электронное устройство на этапе итоговой сборки [8].

Двухсторонние печатные платы имеют следующие преимущества:

Во-первых, они предлагают больше пространства для размещения компонентов. Это особенно полезно в сложных электронных устройствах, где требуется большое количество компонентов.

Во-вторых, двухсторонние платы позволяют создавать более сложные схемы, поскольку проводники могут пересекаться без необходимости использования перемычек или дополнительных соединений.

В-третьих, они обеспечивают лучшую электромагнитную совместимость благодаря возможности размещения заземляющих плоскостей на обеих сторонах платы.

Наконец, двухсторонние платы обычно более прочные и надежные, поскольку компоненты могут быть равномерно распределены по обеим сторонам платы, что уменьшает механическое напряжение.

Однако стоит отметить, что изготовление двухсторонних плат может быть более сложным и дорогим процессом по сравнению с односторонними платами. Тем не менее, преимущества, которые они предлагают, оправдывают дополнительные затраты и усилия.