Файл: Учебнометодическое пособие по дисциплине Основы конструирования и технологии производства эс для студентов заочной формы обучения.docx

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ [7-8]

При машинном проектировании МПП в алгоритме оптимизации заложено основное требование, заключающееся в обеспечении минимальной суммарной длины всех проводников.

Выполнение этого требования гарантирует сокращение времени задержки и взаимных наводок, увеличивает экономичность плат и позволяет уменьшить их размеры. Но при этом элементы нужно распределять по плате равномерно, некоторые элементы следует удалять друг от друга на необходимое расстояние.

Необходимо обеспечить благоприятные условия для теплоотвода.

Составление алгоритмов производят на основе теории графов, линейного программирования и других разделов прикладной математики.

Автоматизация процесса проектирования печатных плат, кроме сокращения времени проектирования, позволяет повысить и качество проектирования вследствие исключения ошибок, вносимых проектировщиком.

Однако вышесказанное не исключает необходимость умения радиоинженером производить проектирование печатной платы, особенно при разработке и макетировании.

9. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УМЕНЬШЕНИЮ НАВОДОК В АППАРАТУРЕ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ С МИКРОСХЕМАМИ

[1,2,4,8]
Если время переключения устройств много больше времени распространения электромагнитных волн вдоль шин питания и линий передачи сигналов, т.е. когда время распространения можно не учитывать, то можно отдельно рассматривать емкостные (электрические) и

---

магнитные связи. В противном случае необходимо рассматривать электромагнитные связи.

Для уменьшения индуктивности шин питания и связанной с этим пульсацией питания необходимо пары шин, через которые подводится питание к каждому элементу или группе элементов, включать параллельно, а не последовательно. С этой же целью желательно одну шину заменить общей шиной, выполненной в виде проводящей плоскости.

Для уменьшения воздействия электромагнитных помех на аппаратуру с ИС необходимо выполнять следующие практические рекомендации.

1. 
   У каждой ИС параллельно шине питания подключать конденсатор С= 0,01 мкФ. Для ТТЛ ИС, представляющих собой токовые приборы с малым входным сопротивлением и чувствительных к разности потенциалов между
   

отдельными ИС из-за паразитных токов, включают один танталовый блокирующий конденсатор С= 6,8 мкФ на группу из 15 ИС.

МОП ИС управляются напряжением и имеют высокое входное сопротивление. Поэтому они особенно чувствительны к измеряемым помехам. У них необходимо блокировать те выходы, которые управляют К/МОП приборами, переключаемыми фронтами. Емкость конденсаторов выбирается минимально возможная.

2. 
   Ширина соединительных проводников должна быть достаточно большой, не менее 80% от минимальной ширины контактных площадок. Ширина шина питания должна быть не менее чем в 2-3 раза больше стандартных дорожек, например, для ТТЛ ИС не менее 2,5 мм.
   
3. 
   Земляная шина (земляная плоскость) не должна использоваться для передачи мощности, а для этого необходимо иметь отдельный общий проводник (обратный провод источника питания), который должен быть соединен с землей лишь в одной точке. В противном случае образуется замкнутый, контур, излучающий наводки в схему. То есть цепь питания не должна проходить по корпусу.
   
4. 
   В качестве земляной шины следует использовать полигоны, который закрывает все свободное место на печатной плате.
   
5. 
   Разделение земли на аналоговую и цифровую части – один из простейших и наиболее эффективных методов подавления шума. Разделение не означает электрической изоляции аналоговой от цифровой земли. Они должны соединяться вместе в каком-то одно, низкоимпедансном узле. Правильная, с точки зрения земли, система имеет только одну землю, которая является выводом заземления для систем с питанием от сетевого переменного напряжения или общим выводом для систем с питанием от постоянного напряжения (например, аккумулятора).
   
6. 
   Нельзя оставлять свободные входы. В ТТЛ ИС их необходимо подключать к отрицательной шине питания или к положительной шине через резистор 1 кОм.
   

---

В МОП ИС свободные входы подключаются, соответственно, к положительной или отрицательной шинам.

В МОП ИС включают последовательно в цепь питания перед блокировочным конденсатором источника питания резистор 1 Ом для развязки от высокочастотных наводок по цепи питания.

13. 1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   18

---

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Конструирование печатных плат с помощью систем автоматического проектирования (САПР) является основным способом проектирования печатных плат на данный момент, поэтому получение студентами данных навыков становится необходимым.

Исходными данными для трассировки печатных плат являются электрическая схема и выбранная система модулей и компонентов, в качестве которых обычно используются интегральные схемы.

При машинном конструировании работа осуществляется шагами или циклами; за один цикл либо определяется очередной отрезок трассы, либо выявляется возможность проведения пути по различным направлениям. Печатная плата заменяется геометрической моделью в ограниченном двумерном пространстве.

С математической точки зрения задача трассировки – это задача выбора оптимального решения из огромного числа вариантов. Данная задача является трудоемкой из-за многообразия способов конструктивно-технологической реализации соединений, для каждого из которых применяются различные ограничения и критерии оптимизации.

Результат трассировки представлен топологией электрических соединений между контактными элементами, к которым припаиваются выводы модулей и контакты разъемов.

Исходными данными для трассировки служат схема электрическая принципиальная и координаты взаимного расположения модулей на плате. В

пространстве

---

платы имеется ряд некоторым образом расположенных непересекающихся совокупностей элементов. Требуется соединить элементы внутри каждой группы, обеспечив:

• 
  соответствие схеме электрической принципиальной;
  
• 
  наименьшую длину пути (для минимизации наводок и времен задержки сигналов);
  
• 
  минимальность пересечений трасс печатных проводников;
  
• 
  равномерность распределения соединений на трассе.
  

В настоящее время применяют различные алгоритмы трассировки: волновой алгоритм и его модификации (основаны на идеях С.И. Ли), лучевой алгоритм, канальный алгоритм, маршрутные алгоритмы. Маршрутный алгоритм, как и лучевой, позволяет находить около 80% трасс на печатной плате за несколько минут, т.е. экономичнее, чем волновой.

Все эти алгоритмы можно разделить на 3 большие группы, каждая из которых обладает своими достоинствами и недостатками:

1. 
   Волновые алгоритмы. Достоинства:
   

+ позволяют легко учитывать технологическую специфику печатного монтажа со всей совокупностью конструктивных ограничений;

+ всегда гарантируют построение трассы, если путь для нее существует. Недостатки:

• 
  малое быстродействие и большой объем требуемой оперативной памяти. Получили широкое распространение в современных САПР.
  

Ортогональные алгоритмы. Достоинства:

+ большое быстродействием;

+ реализация их на ЭВМ требует в 75–100 раз меньше вычислений по сравнению с волновыми алгоритмами.

Недостатки:

• 
  большое число переходов со слоя на слой;
  
• 
  отсутствие 100%-ной гарантии проведения ряда трасс;
  
• 
  большое число параллельно идущих проводников.
  

---