3.3 Расчеты основных характеристики

В данном разделе будет рассчитан шум типового измерительного усилителя. Лучшим способом для этого предполагаемый выходной является анализ различных отдельных участков схемы с последующим объединением результатов. Такой анализ покажет, какие источники шума являются значимыми и какими источниками шума можно пренебречь. Возможность выяснения определяющего источника шума является критической при разработке малошумящих систем; это может сберечь усилия по снижению уровня шума в элементе, который не оказывает значимого влияния на шумовые характеристики.

Существует три основных источника шума: шумы сопротивления, напряжение шума инструментального усилителя и шум тока ИУ [18].

Любой датчик, подключений к AD8429, имеет некоторые выходное сопротивление. Там также может быть помещено сопротивление последовательно с входами для защиты от перенапряжения или радиопомех[18,19].Эти сопротивление помечены какR1 иR2 на рисунке 3.4.

Методика определения шумового напряжения.

Шум резистора пропорционален корню квадратному из величины резистора. При комнатной температуре значение приблизительно равно 4 нВ / √ Гц × √ (резистора в кОм).

Шум источник сопротивление:

(2.3)

= нВ/√Гц;

Шум напряжение инструментальный усилителя.

Напряжение шума усилителя измерительного рассчитывается с использованием трех параметров: устройство ввода шума, выход шума, и резистор шума. Он рассчитывается следующим образом:

; (2.4)

=1,05 нВ/√Гц;

Текущий Шум инструментальный усилителя

Текущий уровень шума вычисляется путем умножения сопротивление источника тока от шума.

; (2.5)

=8,48 нВ/√Гц.

Для определения общего шума ИУ, относительно входного, объединить источника шума сопротивления, шума напряжение и сила тока вклад шума на сумму методом квадратов.

; (2.6)

=14,17нВ/√Гц.

Общий шум усилителя, приведенный к входу 14,17нВ/√Гц.

3.4 Разработка конструкций и топология

На основании электрической принципиальной схемы преобразователя разработана компоновка и конструкция печатной платы.

Подготовка платы к изготовлению выполнялись с использованием пакета прикладных программ для разработки и изготовления печатных плат Sprint-Layout 5.0 R.

Sprint-Layout 5.0 R- простая программа для создания двухсторонних и многослойных печатных плат. Программное обеспечение включает в себя многие элементы, необходимые в процессе разработки полного проекта. В нее включены такие профессиональные возможности, как экспорт Gerber- файлов или HPGL-файлов, в то время как основа программы Sprint-Layout была сохранена. Sprint-Layout позволяет наносить на плату Контакты, SMD-контакты, проводники, полигоны, текст и так далее. Контактные площадки могут быть выбраны из широкого набора. Существует два слоя меди и компонентов - для каждой стороны платы. Дополнительно можно использовать слой формы платы, а также 2 внутренних слоя для многослойных плат. Дополнительные особенности - маска по олову, SMD-маска, металлизация, контроль и т.д.

Интегрированный авто трассировщик может быстро проложить проводники. Фото вид позволяет увидеть плату в почти реальном виде. Это помогает найти ошибки в создании платы. Библиотека имеет возможность добавления компонентов. Программа предоставляет возможность выбора вариантов изменения печати. Поддержка форматов Gerber- и Excellon позволяет передачу файлов разработанных плат на профессиональное производство.

HPGL-формат также поддерживается. Программа позволяет создать экспортный файл HPGL для обработки платы на фрезерном станке с программным управлением. Широко используется любителями для подготовки рисунка проводников для изготовления платы методом " утюга".

В радиоэлектронной аппаратуре обычно применяют два вида монтажа: объёмный монтаж и печатный монтаж. Печатный монтаж по сравнению с объёмным имеет следующие преимущества: меньшую стоимость монтажно-сборочных работ, высокую производительность труда, возможность механизации и автоматизации сборки аппаратуры, уменьшение массы РЭА и другое. Кроме того, печатный монтаж обеспечивает повторяемость параметров от образца к образцу за счёт идентичности формы и размеров печатных проводников, при этом упрощается поиск неисправностей. Основанием печатных плат высокого качества служат электроизоляционные материа­лы, правильный выбор которых имеет большое значение. Но фольгированный стеклотекстолит обладает рядом достоинств, обусловивших его выбор в качестве исходного материала:

• высокая диэлектрическая и механическая прочность;

• высокая прочность соединения медной фольги с изоляционным основанием;

• высокая стабильность параметров при изменении температуры.

Считается, что оптимальным методом получения печатных плат при мелкосерийном производстве является метод химического травления, суть которого заключается в химиче­ской обработке заготовки с предварительно нанесённым на неё позитивным изображением печатных дорожек. Изображение наносится кислотоупорным составом и при травлении защищает от воздействия травящего раствора рабочие участки. По окончании травления кислотоупорный слой удаляется растворителем.

Главными достоинствами метода химического травления являются:

• хорошее качество печатной платы;

• высокая разрешающая способность;

• почти полная идентичность плат при мелкосерийном производстве, что упрощает настрой­ку и регулировку изделий, выполненных на их основе;

• экономичность технологического процесса изготовления плат;

• возможность полной автоматизации всего процесса изготовления.

После изготовления плата должна быть обязательно покрыта лаком с целью:

• предохранения печатного монтажа от загрязнения в процессе транспортировки плат;

• увеличения поверхностного сопротивления изоляции платы;

• увеличения электрической прочности.

При разработке конструкции преобразователя должны быть учтены следующие требования:

• максимальная экономически целесообразная эксплуатационная надёжность;

• простота, технологичность и эргономичность конструкции;

• минимальное число цепей, идущих через разъёмные соединения;

• удобство сборки и монтажа, возможность пооперационного контроля и настройки;

• простота в обслуживании при эксплуатации и ремонте, свободный доступ к разъёмам, лёг­кая замена вышедших из строя элементов;

• удобство профилактического контроля в процессе работы;

• минимальные масса и габариты устройства;

• максимальная унификация и стандартизация материалов, деталей и покупных изделий;

• минимальная стоимость.

Конфигурация и габаритные размеры печатной платы зависят от габаритных разме­ров используемых изделий, электрической схемы, эксплуатационных требований, предъяв­ляемых к устройству. Предпочтительным является прямоугольная форма печатной платы. Применение печатных плат больших размеров и сложной геометрической формы не рекомендуется из-за малой механической прочности, сложности обработки и, главным образом, из-за возникновения значительных трудностей в процессе технологического цикла изготовления. Размер печатной платы ИУ не лимитируется . Вид топологии проводников на печатной плате показан на рисунке 3,5. Расположения элементов на печатной плате и трассировка в программе Sprint-Layout 5.0 R.

Рисунок 3.5 – Расположения элементов на печатной плате и трассировка в

Sprint-Layout 5.0 R

По краям печатной платы предусмотрены 4 отверстия для крепления. Плату выполняем из одностороннего фольгированного стеклотекстолита СФ-1-35 ГОСТ 10316-70 или СОНФ-У ТУ 16-90 И79.0102.002ТУ толщиной 1,5 мм. Максимальная высота печатной платы преобразователя с размещёнными на ней элементами составляет 35 мм. Одним из наиболее важных и трудоёмких этапов проектирования печатных плат является компоновка эле­ментов и трассировка соединений. Элементы необходимо размещать с учётом электрических связей и теплового режима с обеспечением минимальных длин проводников. Кроме того, необходимо стремиться к возможно равномерному распределению масс элементов с большой массой вблизи мест механического крепления платы. Внутренний вид ИУ приведен на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 – Внутренний вид ИУ

Центры всех отверстий на печатной плате располагаются в узлах координатной сетки с шагом 0,625 мм. Отверстия, соединённые печатными проводниками, должны иметь контактные площадки. Контактные площадки выполняют прямоугольной, круглой или близкой к ним формой. В данном случае все контактные площадки выполняют прямоугольной формы с усечением в узких местах.

Важнейшим параметром для печатных проводников является их ширина, которая зависит от допустимой плотности тока, допустимой температуры нагрева при максимальной токовой нагрузке, от толщины слоя фольги, разрешающей способности технологического оборудования. У наиболее распространённых в промышленности фольгированных стеклотекстолитов толщина фольги составляет 35 мкм и 50 мкм. При прохождении тока 0,5 А ширина печатного проводника должна быть 0,5 мм. При большей ширине проводников (более 4 мм) возникают затруднения с пайкой, но и слишком узкие проводники нежелательны, так как всегда существует вероятность протравливания при химической обработке печатной платы, что может привести к разрыву проводника. Если плотность печатных проводников не велика, то целесообразно выбрать ширину печатных проводников от 0,8 до 1,5 мм для слаботочных цепей. Для сильноточных цепей ширина проводников выбирается 4 мм и более. В местах, где ширину печатного проводника невозможно, либо не желательно увеличивать, на проводник напаивают слой припоя, тем самым увеличивая его толщину.