4 Расчеты: быстродействия, потребляемой мощности, помехоустойчивости, нагрузочной способности, рабочего значения плотности тока в проводниках на печатной плате, надежности

В данном проекте используется много различных ИМС, имеющих различные параметры. В целом, параметрами устройства будут считаться параметры определенных ИМС, имеющие наихудшие значения. Так, например, если максимальная температура работы одной ИМС равна 45 °С, а всех остальных – 50 °С, то максимальная температура работы устройства будет равна 45 °С.

Среди основных технических показателей устройства следует выделить следующие:

• напряжение питания;

• рабочий диапазон температур;

• быстродействие;

• потребляемая мощность

• функциональность.

Устройство было разработано таким образом, чтобы напряжение питания всех ИМС было одинаковым. Однако, так как устройство собиралось на специальных JK-триггерах, на входах которых постоянно должна быть логическая единица, то схема питания будет немного дополненной. На рисунке 3.6 изображено два источника питания. Основной из них имеет напряжение 5 В. Он предназначен для питания всех элементов схемы. Другой источник, номиналом 2,4 В, предназначен для подачи постоянного сигнала на J и К входы триггеров. Так как напряжение питания 5 В не соответствует уровню логической единицы, то приходится использовать данный дополнительный источник питания.

Рабочий диапазон температур определяется минимальным диапазоном из всех ИМС, как это было описано ранее. В схеме присутствуют 3 вида ИМС, одна из которых входит в состав генератора. Температурный диапазон работы ИМС 74HC107 находится в пределах от -40 °С до +125 °С. Микросхема К561ЛА7 работает в диапазоне от -50 °С до +125 °С. Что касается генератора или таймера, то он работает при температуре окружающей среды от -55 °С до +125 °С. Учитывая температурные диапазоны всех ИМС, рабочий температурный диапазон устройства находится в пределах от -40 °С до +125 °С.

Быстродействие устройства также будет определяться самой медленной ИМС. В разрабатываемом устройстве таковой является ИМС К561ЛА7. Время задержки распространения сигнала в ней составляет 80 нс.

Потребляемая мощность равна сумме потребляемых мощностей всех ИМС схемы. Потребляемая мощность ИМС К561ЛА7 рассчитывается по формуле 4.1.

мкВт (4.1)

ИМС 74HC107 потребляет мощность, которая рассчитывается по формуле 4.2.

мкВт (4.2)

Так как этих ИМС 2 штуки, то их суммарная потребляемая мощность будет равна 10 мкВт.

Генератор питается от автономного источника питания, который идет с ним в комплекте, поэтому он не учитывается.

Таким образом, общая потребляемая устройством мощность равна 11,5 мкВт.

Данное устройство обладает рядом функциональных особенностей, которые дают определенные преимущества. Среди них возможность сброса, которая в данном случае организована с помощью кнопки, а так же светодиодная схема индикации, которая позволяет наглядно отображать его работу.

5 Конструктивная часть

5.1 Технология изготовления печатной платы

Существует множество различных технологий изготовления печатной платы. В целом, сам процесс можно разделить на 5 этапов:

• предварительная подготовка (зачистка, обезжиривание);

• нанесение защитного покрытия;

• травление;

• очистка от защитного покрытия;

• сверловка отверстий, лужение.

Предварительная подготовка – это начальный этап создания печатной платы. Он включает в себя все подготовительные работы. Это зачистка от заусениц, обезжиривание платы специальным раствором, и приведение ее к удовлетворительному виду.

Нанесение защитного покрытия подразумевает собой нанесение рисунка дорожек на плату. Это очень важный этап, так как от него зависит, насколько качественно будет изготовлена плата. Существует несколько вариантов нанесения защитного покрытия: ручное рисование и «технология лазерного принтера и утюга».

Ручное рисование – самый простой и доступный каждому метод. Он подразумевает нанесение защитного слоя вручную с помощью какого либо пишущего приспособления. Чаще всего это не смываемый водой маркер, либо шприц с красителем.

Технология «лазерного принтера и утюга, или как она еще называется, технология ЛУТ – достаточно современный способ нанесения защитного слоя. С помощью принтера и порошковых чернил создается рисунок дорожек платы на алюминиевой фольге. Достоинства этого метода в том, что при его использовании достигается очень высокая точность ширины дорожек, а использование алюминиевой фольги позволяет в процессе травления просто растворить ее вместе с медью. Пример такого защитного слоя изображен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Пример защитного слоя при технологии ЛУТ

Травление – процесс удаления с платы лишней меди. Суть заключается в использовании специальных растворов, растворяющих медь. Однако растворяется только та медь, которая не закрыта защитным слоем. Существует большое количество химических растворов для травления меди. Они отличаются многими характеристиками, скоростью протекания реакции, составом. Основными такими растворами являются: хлорное железо, раствор соляной кислоты, персульфат аммония.

Заключительным этапом является процесс сверловки и лужения. Сверловка подразумевает собой создание отверстий для контактов электронных элементов. Лужение – покрытие дорожек оловом для увеличения надежности.