СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование - это комплекс работ по изысканию, исследованию, расчетам и конструированию нового изделия или процесса.

Цель проектирования - получение необходимого и достаточного описания для создания нового изделия иди реализации процесса, удовлетворяющим заданным требованиям. Это описание получается в результате преобразований некоторого первичного описания, представленного в виде технического задания.

Проектирование называют автоматизированным, если отдельные преобразования описаний осуществляются при взаимодействии человека и ЭВМ, а автоматическим, если необходимые преобразования выполняются на ЭВМ без вмешательства человека.

Система автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно-техническая система, представляющая собой комплекс средств автоматизированного проектирования, взаимосвязанный с подразделениями проектной организации и выполняющий автоматизированное проектирование.

Автоматизация проектирования приводит к существенному изменению средств и методов проектирования. Однако, при автоматизации проектирования сложных объектов сохраняются многие положения и принципы традиционного проектирования, такие, как необходимость блочно-иерархического подхода, деление процесса проектирования на этапы, а представление об объекте – на уровни абстрагирования, инерционность процесса проектирования и т.п.

Процесс проектирования изделий электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)

Уровни абстрагирования и аспекты описание проектируемых объектов.

Большинство видов РЭА и такие изделия электронной техники, как большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы относятся к сложным системам и их проектирование характеризуется большой размерностью задач, наличием большого числа возможных вариантов решения, необходимостью учета разнообразных влияющих факторов.

Проектирование сложных систем основано на блочно-иерархическом подходе.

Блочно-иерархический подход заключается в разделении представлений об объекте проектирования, включая модели, постановки задач, проектную документацию и т.п. на ряд иерархических уровней, называемых уровнями абстрагирования.

Цель разделения (декомпозиции) на иерархические уровни - замена малого числа проектных задач чрезмерной сложности большим числом задач допустимой сложности.

Уровни абстрагирования различаются степенью детализации представлений об объекте проектирования. Каждому уровню соответствует свое определение системы и элемента. Части объекта, рассматриваемые, как элементы на некотором k-ом уровне, описываются, как системы на соседнем, более низком, (k+1)-ом уровне.

Кроме декомпозиции представлений об объекте по степени детализации на иерархические уровни, применяют разделение представлений об объекте но характеру отражаемых свойств объекта на ряд аспектов.

Аспект, связанный с описанием принципов действия процессов функционирования объекта - функциональный аспект.

Если процессы функционирования имеют сложную физическую природу, то аспект может быть разделен на несколько более узких аспектов, каждый из которых связан с описанием физически однородных процессов. Так, в оптико-электронных приборах выделяют электрические и оптические подсистемы, и соответствующие им описания составляют электрический и оптический аспекты.

Основные задачи проектирования

Проектирование устройства включает решение следующих основных задач - расчет, анализ, оптимизацию, синтез. Эти задачи называются проектными процедурами и имеют следующее содержание.

Расчет - это определение выходных параметров и характеристик устройства ври неизменных значениях внутренних параметров и постоянной его структуре.

Анализ - это определение изменения выходных параметров и характеристик устройства в зависимости от изменения внутренних и входных параметров.

(Одновариантный анализ - расчет с применением ЭВМ, многовариантный анализ - анализ с применением ЭВМ)

Оптимизация - определение наилучших (в том или ином смысле) значений выходных параметров и характеристик путем целенаправленного изменения внутренних параметров устройства (при параметрической оптимизации) или структуры устройства (при структурной оптимизации). Внутренние параметры, за счет изменения которых выполняется параметрическая оптимизация, называются варьируемыми. Способ изменения варьируемых параметров определяется конкретным алгоритмом оптимизации. В качестве варьируемых следует выбирать управляемые внутренние параметры, значение которых легко изменять и контролировать в процессе производства.

Синтез - генерация исходного варианта устройства, включая его структуру (структурный синтез) и значения внутренних параметров (параметрический синтез).

Генерация может выполняться различными способами: - выбором уже известных устройств, построением устройства на основе теоретических соотношений, путем изобретательства.

Полученное в результате синтеза, устройство не обязательно должно быть наилучшим, но необязательно - работоспособным. Если полученное устройство наилучшее в каком-то смысле, то такой синтез называется оптимальным. Однако процедуры оптимального синтеза разработаны лишь для узкого класса устройств, преимущественно линейного типа. В большинстве случаев устройство, полученное в результате синтеза, даже оптимального, требует доработки, чтобы удовлетворить многочисленным требованиям, учесть которые на стадии синтеза невозможно из-за их многообразия и сложности.

Вследствие этого процесс проектирования практически всегда включает наряду с синтезом решение всех выше перечисленных задач.

Способы проектирования

При проектировании РЭА используют различные методы. Основными из них являются:

1. Неавтоматизированный расчет по заранее полученным формулам (ограниченные возможности, низкая точность).

2. Физическое моделирование - т.е. исследование объектов одной физической природы с помощью объектов другой физической природы, но одинаковой с первой по математическому описанию. В основе физического моделирования лежит принцип: электрофизических аналогий. Физическое моделирование, как способ проектирования РЭА используется довольно редко, чаще его применяют для изучения сопутствующих работе схем тепловых и других процессов математического моделирование которых слишком сложно и трудоемко.

3. Натуральное макетирование – один из наиболее старых и распространенных способов проектирования РЭА. Его главное достоинство - максимальная достоверность и наглядность результатов, обусловленная работой с реальными схемами, а не их приближенными моделями. Недостатки: высокая стоимость, длительность создания макета, ограниченные возможности макетирования.

4. Математическое моделирование на ЭВМ - это весь комплекс вопросов, связанных с составлением математической модели устройства и ее использованием на ЭВМ в процедурах расчета, анализа, оптимизации, синтеза (см. структурную схему). По сравнению с макетированием математическое моделирование имеет следующие преимущества:

· в задачах расчета можно найти выходные параметры и характеристики схем, которые нельзя непосредственно измерить на макете из-за недоступности точек измерения, что особенно характерно для ИМС;

· в задачах анализа моделирование позволяет проанализировать выходные параметры и характеристики схемы в предельных и запретных режимах, физическая реализация которых опасных для макета. Кроме того, моделирование позволяет выполнить расчеты серийнопригодности и анализ различных статистических характеристик схемы без запуска в серию, анализ воздействия на схему внешних условий без реальных климатических и других испытаний, анализ нереализуемых на макете зависимостей выходных параметров схемы от внутренних, например, зависимостей выходных параметров схемы от внутренних параметров транзистора;

· в задачах оптимизации возможности макета ограничены небольшим числам регулируемых элементов, тогда как в математической модели можно варьировать любые управляемые параметры, добиваясь максимального улучшения выходных параметров;

· роль моделирования в задачах синтеза состоит в проверке правильности функционирования синтезированных схем путем расчета их математических моделей. Очевидно, что это можно сделать гораздо быстрее, чем выполнить макетирование каждой синтезированной схемы.

Вместе с тем, следует заметить, что нельзя полностью заменить макетирование моделированием. Перечисленные преимущества моделирования имеют место лишь в том случае, если проектировщик располагает хорошо отработанным комплексом программ, содержащим проверенные, достаточно точные модели элементов РЭА, гарантирующие достоверность результатов проектирования. Если же необходимо спроектировать новую оригинальную схему, для расчета которой имеющийся комплекс программ по каким-либо причинам не пригоден, то макетирование этой схемы может оказаться более приемлемым, чем разработка новой программы.

Кроме того, даже проектируя схему путем ее моделирования, разработчики схем часто проверяют окончательные результаты проектирования на опытном макете, однако, разумеется, такой способ проектирования нельзя называть макетированием, хотя, в конечном счете, и приходится иметь дело с макетом.

Как и макетирование, определяющую роль в проектировании РЭА продолжает играть и традиционные неавтоматизированные методы. Ведь моделировать можно только то, что синтезировано (см. блок 1 структурной схемы). Довольно часто неавтоматизированный синтез первоначального варианта РЭА оказывается быстрее и проще автоматизированного.

Таким образом, реальный процесс проектирования РЭА состоит из двух этапов:

· Неавтоматизированного синтеза и эскизного, обычно тоже неавтоматизированного, по упрощённым формулам, расчета ее параметров с целью получения работоспособного варианта РЭА, играющего роль начального приближения. В настоящее время ведутся работы по автоматизации этого этапа проектирования.

· Доводки подученного варианта до кондиций, соответствующих техническому заданию с помощью программ автоматизированного проектирования.

Математический аппарат

Математический аппарат для каждого уровня проектирования состоит из двух частей: с одной стороны он включает теоретические методы (или концепции), разработанные для конкретных задач проектирования (системный анализ, спектральный анализ, теория электронных цепей и т.д.), с другой стороны, каждый теоретический метод можно реализовать по-разному, например, на основе аналитических преобразований.

Автоматизированное проектирование в процессе своего развития выработало для каждого теоретического метода наиболее эффективные методы их численной реализации, которые и называются методами автоматизированного проектирования. Эти методы универсальны, они носят инвариантный характер и обычно ориентированы не на конкретный объект, а на определенный тип задач. На уровне функционально-логического проектирования в качестве теоретических методов применяются два математических аппарата, соответствующих двум типам устройств: цифровым и аналоговым, различие между которыми проявляется именно на функциональном уровне. Для функционально-логического проектирования цифровых РЭУ используется аппарат алгебры логики в виде теории комбинационных устройств, для проектирования логических схем, не запоминающих информацию, и теории конечных автоматов для схем с памятью. Для функционального проектирования аналоговых РЭУ, а также АЦП время - импульсного типа общего математического аппарата не существует, а используются различные частные способы отражающие специфику решаемых задач и объектов проектирования. Каждый из этих способов порождает свой численный метод расчета на ЭВМ выходного сигнала по заданному типу входного.

Печатные платы

Печатные платы - это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи. Они получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков РЭА благодаря следующим преимуществам по сравнению с традиционным объемным монтажом проводниками и кабелями:

· повышение плотности размещения компонентов и плотности монтажных соединений, возможность существенного уменьшения габаритов и веса изделий;

· получение печатных проводников, экранирующих поверхностей и электро- и радиодеталей (ЭРЭ) в одном технологическом цикле;

· гарантированная стабильность и повторяемость электрических характеристик (проводимости, паразитных емкости и индуктивности);

· повышение быстродействия и помехозащищенности схем;

· повышенная стойкость и климатическим и механическим воздействиям;

· унификация и стандартизация конструктивных и технологических решений;

· увеличение надежности узлов, блоков и устройства в целом;

· улучшение технологичности за счет комплексной автоматизации монтажно-сборочных и контрольно-регулировочных работ;

· снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.

Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия.

Основные термины и определения

Печатная плата - материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и, по меньшей мере, один рисунок.

Печатный узел - это печатная плата с присоединёнными к ней электрическими и механическими элементами и (или) с другими печатными платами и с выполненными всеми процессами обработки.

Рисунок печатной платы – конфигурация проводникового и (или) диэлектрического материала, печатной платы.

Проводящий рисунок - рисунок печатной платы, образованный проводниковым материалом.

Материал основания печатной платы – материал, на котором выполняется рисунок печатной платы.

Виды печатных плат. В зависимости от числа нанесенных печатных проводящих слоев печатные платы разделяются на одно- двух- и многослойные. Первые два типа называют также одно- и двусторонними.

Односторонняя печатная плата (ОПП) - печатная плата, на одной стороне которой выполнен проводящий рисунок. Конструкция ОПП (Рис.3):

Рис. 3 – Конструкция ОПП

где: - толщина платы ( );

- толщина основания;

- толщина фольги;

- диаметр контактных площадок (КП) (площадок для пайки элементов);

- диаметр отверстия;

- гарантийный поясок;

- расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

- ширина печатного проводника;

- расстояние от края платы или выреза до элемента проводящего рисунка.

Типовые параметры ОПП:

· максимальный размер заготовки - 400× 330 мм,

· d = 0, 6 мм,

· t = 0, 15 мм,

· S = 0, 15 мм,

· h_ф = 36 мкм,

· H_п = 1, 6 мм.

ОПП составляют значительную долю выпускаемых в мире печатных плат. В США они составляют около 70% объема выпуска плат в количественном исчислении, однако, лишь 10% в стоимостном исчислении. Стоимость ОПП составляет 0, 1 – 0, 2 от стоимости двусторонних печатных плат (ДПП), это делает их конкурентными, особенно в сфере бытовой техники.

Односторонние печатные платы (ОПП) выполняются на слоистом прессованном или рельефном литом основании без металлизации или с металлизацией монтажных отверстий. Платы на слоистом диэлектрике просты по конструкции и экономичны в изготовлении. При невозможности стопроцентной разводки печатных проводников применяются навесные перемычки. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания, устройств техники связи, в простой РЭА и вспомогательной аппаратуре.

Двухсторонняя печатная плата (ДПП) - печатная плата, имеющая одно основание, на обеих сторонах которого выполнены проводящие рисунки и все необходимые соединения. Конструкция ДПП (Рис. 4):

Рис. 4 – Конструкция ДПП

где - общая суммарная толщина печатной платы

- толщина химико-гальванического покрытия

- толщина проводящего рисунка,

Остальные параметры, как и в ОПП.

Типовые параметры ДПП:

· максимальный размер заготовки - 300× 250… 500× 500 мм,

· d = 0, 4…0, 6 мм,

· t = 0, 15 мм,

· S = 0, 15 мм,

· h_ф = 16…36 мкм,

· H_п = 0, 4…2, 0 мм.

ДПП составляют в настоящее время значительную долю объема выпуска плат, например, в Великобритании до 47%, в странах постсоветского пространства 65 – 75%. Столь значительное внимание разработчиков к этому виду плат объясняется своеобразным компромиссом между их относительно малой стоимостью и достаточно высокими возможностями. ДПП являются самой распространенной разновидностью ПП в производстве модулей РЭА, используются в измерительной технике, системах управления и автоматического регулирования

Двусторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического или металлического основания и обеспечивают высокую плотность установки компонентов и трассировки. Переходы проводников из слоя в слой осуществляются через металлизированные переходные отверстия. Платы допускают как монтаж компонентов на поверхности, в том числе с двух сторон, так и монтаж компонентов с осевыми и штыревыми выводами в металлизированные отверстия. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решить проблему теплоотвода в сильноточной аппаратуре.

Многослойная печатная плата (МПП) - печатная штата из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками 1 на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения.

Многослойные печатные платы (МПП) составляют две трети мирового производства печатных плат в ценовом исчислении, хотя в количественном выражении уступают одно- и двухсторонним платам.

По своей структуре МПП значительно сложнее двухсторонних плат. Они включают дополнительные экранные слои (земля и питание), а также несколько сигнальных слоев.

Для обеспечения коммутации между слоями МПП применяются межслойные переходы (vias) и микропереходы (microvias).

Межслойные переходы могут выполняться в виде сквозных отверстий, соединяющих внешние слои между собой и с внутренними слоями, применяются также глухие и скрытые переходы.

Глухой переход - это соединительный металлизированный канал, видимый только с верхней или нижней стороны платы. Скрытые же переходы используются для соединения между собой внутренних слоев платы. Их применение позволяет значительно упростить разводку плат, например, 12-слойную конструкцию МПП можно свести к эквивалентной 8-слойной коммутации.

Специально для поверхностного монтажа разработаны микропереходы, соединяющие между собой контактные площадки и сигнальные слои.

Для изготовления МПП производится соединение нескольких ламинированных фольгой диэлектриков между собой, для чего используются склеивающие прокладки - препреги. Поэтому толщина МПП растет непропорционально быстро с ростом числа сигнальных слоев.

В связи с этим необходимо учитывать большое соотношение толщины платы к диаметру сквозных отверстий. Например, для МПП с диаметром отверстий 0, 4 мм и толщиной 4 мм это соотношение равно 10: 1, что является весьма жестким параметром для процесса сквозной металлизации отверстий.

Тем не менее, даже учитывая трудности с металлизацией узких сквозных отверстий, изготовители МПП предпочитают достигать высокой плотности монтажа за счет большего числа относительно дешевых слоев, нежели меньшим числом высокоплотных но, соответственно, более дорогих слоев.

В современных МПП широко применяется поверхностный монтаж всех видов современных интегральных схем, включая, бескорпусных схем, заливаемых компаундом после разварки выводов. Конструкция МПП (Рис. 5):

Рис. 5 – Конструкция МПП

Многослойные печатные платы (МПП) состоят из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования Рис. 6). Электрическая связь между проводящими слоями выполняется специальными объемными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией.

Рис. 6 - Конструкция склейки МПП:

По сравнению с ОПП и ДПП МПП характеризуются повышенной надежностью и плотностью монтажа, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, уменьшением размеров и числа контактов. Однако большая трудоемкость изготовления, высокая точность рисунка и совмещения отдельных слоев, необходимость тщательного контроля на всех операциях, низкая ремонтопригодность, сложность технологического оборудования и высокая стоимость позволяют применять МПП только для тщательно отработанных конструкций радиоэлектронной аппаратуры.

Сторона монтажа печатной платы - это сторона печатной платы, на которой установлены навесные элементы.

Сторона пайки печатной платы - сторона печатной платы, на которой производится пайка навесных элементов.

Ширина печатного проводника - поперечный размер печатного проводника в любой его точке.

Расстояние между проводниками печатной платы (S) - это расстояние между краями соседних проводников на одном слое печатной платы.

Свободное место печатной платы - участок печатной платы, где элементы проводящего рисунка и расстояния между ними можно выполнить номинальной толщины.

Узкое место печатной платы - участок печатной платы, где элементы проводящего рисунка и расстояния между ними можно выполнить только с минимально допустимыми значениями.

Контактная площадка печатной платы - часть проводящего рисунка, используемая для соединения или отсоединения элемента РЭА.

Гарантийный поясок контактной площадки - это минимально допустимая ширина контактной площадка в узком месте.

Металлизированное отверстие печатной платы - отверстие в печатной штате с осажденным на стенке проводником.

Монтажное отверстие печатной платы - отверстия в печатной плате, используемое для соединения выводов навесных элементов с печатной платой, а также для любого подсоединения к проводящему рисунку.

Крепежное отверстие печатной платы - отверстие в печатной плате, используемое для механического крепления печатной платы на шасси иди для, а также для механического крепления элементов к печатной плате.

Гибкие печатные платы (ГПП) – это печатная плата, имеющая гибкое основание.

Использование гибких диэлектрических материалов для изготовления печатных плат дает как разработчику, так и пользователю электронных устройств ряд уникальных возможностей. Это, прежде всего, - уменьшение размеров и веса конструкции, повышение эффективности сборки, повышение электрических характеристик, теплоотдачи и в целом надежности.

Если учесть основное свойство таких плат - динамическую гибкость - становится понятным все возрастающий объем применения таких плат в автомобилях, бытовой технике, медицине, в оборонной и аэрокосмической технике, компьютерах, в системах промышленного контроля и бортовых системах.

Гибкие печатные платы (ГПП) изготавливаются на полиамидной или лавсановой пленке и поэтому могут легко деформироваться даже после формирования проводящего рисунка (Рис. 7). Большая часть конструкций гибких ПП аналогична конструкциям печатных плат на жесткой основе.

Рис. 7 – Образцы ГПП

Односторонние ГПП - наиболее распространены в этом классе плат, поскольку проявляют наилучшую динамическую гибкость. Контактные площадки таких плат расположены с одной стороны, в качестве материала проводящей фольги чаще всего используется медь (Рис. 8).

Рис. 8 – Конструкция односторонней ГПП

Односторонние ГПП с двухсторонним доступом имеют один проводящий слой, контактные площадки к которому выполнены с обеих сторон платы (Рис. 9).

Рис. 9 – Конструкция односторонней ГПП с двухсторонним доступом

Двухсторонние ГПП имеют два проводящих слоя, которые могут быть соединены сквозными металлизированными переходами (на рисунке 10 проводники нижнего слоя идут перпендикулярно проводникам верхнего слоя). Платы этого типа обеспечивают высокую плотность монтажа, часто применяются в электронных устройствах с контролируемым полным сопротивлением (импедансом) плат.

Рисунок 10 – Конструкция двусторонней ГПП

Многослойные ГПП содержат не менее трех проводящих слоев, соединенных металлизированными отверстиями, которые обеспечивают межслойное соединение (Рис. 11). В таких платах проще реализовывать высокую плотность монтажа, поскольку не требуется обеспечивать большие значения соотношений «высота/диаметр отверстия». Прогнозируется применение таких ГПП для сборки на них многокристальных интегральных схем.

Рис. 11- Конструкция многослойной ГПП

Жестко-гибкие ПП являются гибридными конструкциями и содержат как жесткие, так и гибкие основания, скрепленные между собой в единую сборку и электрически соединенные металлизированными отверстиями (Рис. 12). Наиболее распространены в изделиях оборонной техники, однако расширяется их применение и в промышленной электронике.

Рис. 12 – Конструкция жестко–гибкой ГПП

ГПП с местным ужесточением (укреплением). В таких платах возможно размещение внутри гибкой основы жестких металлических деталей (Рис. 13). Получаются многоэтапным процессом фотолитографии и травления.

Рис. 13 – Конструкция ГПП с местным ужесточением

Рельефные печатные платы (РПП) - представляет собой диэлектрическое основание, в которое углублены медные проводники, выполненные в виде металлизированных канавок, и сквозные металлизированные отверстия, имеющие форму двух сходящихся конусов. Такие канавки и отверстия заполняются припоем (Рис. 14). Обычно РПП имеют два проводящих и один изоляционный слой.

Конструкция и технология изготовления РПП существенно отличаются от традиционных двухсторонних (ДПП) и многослойных (МПП) плат.

Рис. 14 – Конструкция РПП

Рельефные литые ПП имеют низкие затраты, высокую технологичность и нагревостойкость. На одной РПП расположены элементы печатного монтажа, а на другой - объемные элементы (корпуса соединителей, периферийная арматура для крепления деталей и ЭРЭ, теплоотводы и др.). В этих платах за один технологический цикл получается вся конструкция с монтажными отверстиями и специальными углублениями для расположения ЭРЭ, монтируемых на поверхность. В настоящее время технология рельефных ПП интенсивно развивается.

Как видно из рис. 15, элементы проводящего рисунка могут быть следующих видов:

· прямолинейные проводники на первом и втором слоях;

· переходные металлизированные отверстия (для электрического соединения элементов рисунка на проводящих слоях);

· сквозные монтажные металлизированные отверстия (для монтажа штыревых выводов электронных компонентов;

· металлизированные ламели (для монтажа планарных выводов электронных компонентов;

· глухие монтажные металлизированные отверстия (для монтажа планарных выводов электронных компонентов, формованных для пайки встык).

Рис. 15 – Элементы проводящего рисунка РПП

Проводники прямолинейны и параллельны осям Х и У, что связано с особенностью технологического оборудования изготовления канавок.

Паразитные связи

Паразитные связи на ПП обусловливаются наличием паразитной емкости (С) и паразитной взаимоиндуктивности (М) между печатными проводниками.

Паразитная емкость между двумя печатными проводниками:

где: - погонная емкость между проводниками, пФ/см;

- длина взаимного перекрытия проводника [см]

В свою очередь

где - коэффициент пропорциональности (пФ/см), определяемый из графика зависимости

для односторонней печатной платы,

где S₁ – расстояние между соседними печатными проводниками;

для двусторонней печатной платы

где - расстояние между двумя соседними печатными проводниками расположенными друг над, другом для ДПП,

- ширина проводников,

- диэлектрическая проницаемость среды для проводников на поверхности платы.

где - диэлектрическая проницаемость воздуха,

- диэлектрическая проницаемость платы.

Для лакированных плат:

где - диэлектрическая проницаемость лака.

Паразитная взаимоиндукция печатных, проводников определяется геометрией проводящею рисунка и для платы без экранирующей плоскости:

Для платы с экранирующей плоскостью:

где - длина параллельного размещения двух проводников,

t₁ и t₂ – ширина параллельно расположенных проводников.

Расчет допустимой длины параллельно расположенных соседних проводников с учетом одновременного действия ёмкостной и индуктивной паразитных связей для схемы с цифровым микросхемами осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом:

где - допустимая длина параллельно расположенных соседних проводников при воздействии только емкостной паразитной связи,

= 20...80 пФ дня микросхем различных серий и длительности импульсного сигнала порядка - время задержки режима срабатывания.

- допустимая длина параллельно расположенных соседних проводников при воздействии только индуктивной паразитной связи.

Для платы без экранирующей плоскости:

Для платы с экранирующей плоскостью:

где - помехоустойчивость микросхем, В,

- значение логического нуля, В,

- коэффициент запаса(0, 5... 1),

- перепад тока в цепи питания при переключении микросхем, А.

В аналоговых устройствах допустимая паразитная емкость зависит от типа аналоговых микросхем и может составлять 10...25 пФ.

При компоновке печатной платы следует учитывать, что участки схемы с большим сопротивлением чувствительны к влиянию паразитных емкостей. Поэтому в высокоомных цепях рекомендуется применять узкие проводники, при этом паразитная емкость будет минимальна, а индуктивность играет второстепенную роль.

Для участков с малым сопротивлением более важны сопротивления ж индуктивности проводников. Для низкоомных сигнальных цепей применяют широкие проводники, при этом индуктивности минимальны, а емкости несущественны.

В целом взаимное расположение проводников и компонентов схемы должно быть таким, чтобы емкости между ними оказывались в участках, схемы, чтобы влияние емкости, на работу схему минимально.

Входные, чувствительные к наводкам участки схемы следует экранировать от других участков схемы, где с высокими уровнями сигналов.

Для разделения контуров сигналов следует разводить схему так, чтобы уровни сигналов нарастали от одного конца платы к другому. Источники питания подключают к тому концу платы, где уровни сигналов максимальны.

Расчет печатного монтажа

Расчет печатного монтажа включает в себя следующие этапы:

1. Исходя из технологических возможностей производства, выбирается метод изготовления и класс точности ПП.

2. Определяется минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления по формуле:

где - максимально допустимый ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа схемы электрической принципиальной), А

где - допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления (см. справочные данные), А/мм²

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒