Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Проектирование и технология рельефного печатного монтажа: Учебное пособие

Голосов: 0

Приведены особенности проектирования и технологии рельефного печатного монтажа, даны рекомендации по оформлению конструкторской и технологической документации, справочная информация для курсового и дипломного проектирования. Предназначено для студентов 3-6 курсов специальности 210201 дневной и заочной форм обучения.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
              Н.А. МАЛКОВ, А.П. ПУДОВКИН, В.П. ШЕЛОХВОСТОВ




                           РЕЛЬЕФНОГО
                       ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА


                        t
        α = 60°

             b     i


    h
H




                       ♦ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ ♦


                    Министерство образования и науки Российской Федерации

                         Государственное образовательное учреждение
                           высшего профессионального образования
                   «Тамбовский государственный технический университет»




                   Н.А. МАЛКОВ, А.П. ПУДОВКИН, В.П. ШЕЛОХВОСТОВ


                                   ПРОЕКТИРОВАНИЕ
                                    И ТЕХНОЛОГИЯ
                                     РЕЛЬЕФНОГО
                                 ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА


                           Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного посо-
                         бия




                                          Тамбов
                                     Издательство ТГТУ
                                            2005

УДК 621.3.049.75
ББК 844.16я73-5
    П881




                                       Рецензент

                             Доктор технических наук, профессор
                                       Д.А. Дмитриев


     Малков, Н.А.
П881    Проектирование и технология рельефного печатного монтажа : учеб. пособие / Н.А. Малков,
     А.П. Пудовкин, В.П. Шелохвостов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 80 с.



       Приведены особенности проектирования и технологии рельефного печатного монтажа, даны
     рекомендации по оформлению конструкторской и технологической документации, справочная
     информация для курсового и дипломного проектирования.
       Предназначено для студентов 3 – 6 курсов специальности 210201 дневной и заочной форм обу-
     чения.

                                          УДК 621.3.049.75
                                          ББК 844.16я73-5




ISBN 5-8265-0361-0                   Малков Н.А., Пудовкин А.П., Шелохвостов В.П., 2005
                                 Тамбовский государственный
                                  технический университет
                                  (ТГТУ), 2005


                                         Учебное издание

               МАЛКОВ Николай Аркадьевич,
               ПУДОВКИН Анатолий Петрович,
               ШЕЛОХВОСТОВ Виктор Прокофьевич

                                       ПРОЕКТИРОВАНИЕ
                                        И ТЕХНОЛОГИЯ
                                         РЕЛЬЕФНОГО
                                     ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

                                         Учебное пособие


                                   Редактор Т.М. Г л и н к и н а
                     Инженер по компьютерному макетированию Т.А. С ы н к о в а


                                 Подписано к печати 27.04.2005.
                      Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
                Гарнитура Times New Roman. Объем: 4,65 усл. печ. л.; 4,5 уч.-изд. л.
                                     Тираж 100 экз. С. 295

                               Издательско-полиграфический центр
                      Тамбовского государственного технического университета
                              392000, Тамбов, ул. Советская 106, к. 14


                                              ВВЕДЕНИЕ



           РЕЛЬЕФНАЯ ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА (РПП) ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ПЛАСТИНУ,
       ВЫПОЛНЕННУЮ ИЗ НЕФОЛЬГИРОВАННОГО ДИЭЛЕКТРИКА (НАПРИМЕР,
       СТЕКЛОТЕКСТОЛИТА) И СОДЕРЖАЩУЮ НЕОБХОДИМЫЕ ОТВЕРСТИЯ, НА КО-
       ТОРУЮ НАНОСИТСЯ ПРОВОДЯЩИЙ РИСУНОК МОНТАЖА. РПП ПРЕДНАЗНАЧА-
       ЕТСЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБО-
       РОВ И УСТРОЙСТВ. ГАБАРИТЫ РПП МОГУТ СОСТАВЛЯТЬ ОТ ДЕСЯТКОВ МИЛ-
       ЛИМЕТРОВ ДО
       500 × 500 ММ ПРИ ТОЛЩИНЕ ОТ 0,2 ДО 2,0 ММ.
   Основной отличительной особенностью РПП, определяющей ее электрические, механические и
эксплуатационные характеристики, является способ нанесения проводящего рисунка на диэлектрик.
           РАЗРАБОТАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО И СЕРИЙНОГО ПРО-
       ИЗВОДСТВА ПОЗВОЛЯЮТ НАРАЩИВАТЬ ПРОВОДЯЩИЙ СЛОЙ ОДНОВРЕМЕННО
       И НА ТРАССАХ ПРОВОДНИКОВ И В МЕЖСЛОЙНЫХ ОТВЕРСТИЯХ. В РЕЗУЛЬТА-
       ТЕ ОБРАЗУЕТСЯ МОНОЛИТНАЯ, МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ РЕ-
       ШЕТКА, ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ОТСЛАИВАНИЕ И РЕЗКО УВЕЛИЧИВАЮЩАЯ ПРОЧ-
       НОСТЬ МОНТАЖА.
   По своим коммутационным возможностям двухсторонняя РПП обычно не уступает плате, выпол-
ненной по многослойной технологии (при идентичных геометрических размерах), превосходя послед-
нюю по надежности и экономичности.




1 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ и эксплуатационная надежность РПП


                   1.1 СПЕЦИФИКА ТОПОЛОГИИ РПП И ТЕХНОЛОГИИ
                               ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

    Специфика обусловлена особенностями топологии (геометрии проводящего рисунка) РПП и техно-
логии ее изготовления.
    Топологические особенности РПП заключаются в следующем.
    1 Проводники, как правило, имеют одну ширину, за исключением ламелей, ширина которых опре-
деляется шириной выводов или контактов с учетом технологических припусков. Для прокладки цепей с
большой токовой нагрузкой целесообразно и с технологической, и с электрической, и с эксплуатацион-
ной точек зрения использовать группы параллельных проводников одинаковой ширины. Так как шири-


на проводника определяется размерами режущего инструмента, уменьшение типоразмеров проводников
сокращает номенклатуру режущего инструмента и количество управляющих программ. В РПП не-
сколько параллельных проводников обладают большей токонесущей способностью, чем один широкий
проводник, их заменяющий. (Это обусловлено трапецеидальной формой сечения заглубленных в тело
диэлектрика проводников, в результате этого их развертка на плоскость занимает большую площадь,
чем площадь занимаемой поверхности платы). Кроме того, узкие заглубленные проводники более ус-
тойчивы к воздействию механических и температурных факторов в процессе эксплуатации.
    2 Переходные металлизированные отверстия имеют диаметр, не превышающий ширину провод-
ника, и не препятствуют прокладке проводников в соседних трассах.
    3 Диаметр монтажных отверстий, как правило, меньше диаметра контактной площадки вокруг от-
верстий, чем в традиционных платах.
    4 Строгая ортогональность проводников на разных сторонах платы и отсутствие ограничений по
размещению переходных отверстий существенно повышают трассировочные возможности платы, со-
кращают машинное время разводки и исключают "петляние" проводников.
    Технологические особенности РПП также накладывают соответствующие требования к процессу их
проектирования.
         1     УПРАВЛЯЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ ПО ФОРМИРОВАНИЮ
         РИСУНКА ПЛАТЫ ПРЕДНАЗНАЧАЮТСЯ НЕ ДЛЯ ФОТОПОСТРОИТЕЛЕЙ, А ДЛЯ
         СТАНКА С ЧПУ, НА КОТОРОМ БУДЕТ ОСУЩЕСТВЛЯТЬСЯ ИЗГОТОВЛЕНИЕ
         ПЛАТЫ.
    2 Для каждого типоразмера поперечного сечения проводника (или ламели) должна быть отдельная
программа.
    3 Если в станке с ЧПУ режимы резания (число оборотов шпинделя и скорость перемещения стола)
управляются от программы, то следует учитывать, что фрезерование проводников различной ширины и
холостые перемещения целесообразно осуществлять с различным скоростями.
    4 Поскольку формирование проводников и ламелей осуществляется вращающимся инструментом,
реальная длина проводника больше длины перемещения инструмента на величину, равную ширине
проводника, т.е. в управляющей программе конец проводника проектируется на пересечении трасс.
    5 Так как сверление отверстий в РПП осуществляется с двух сторон, требуются две программы
сверления. Если переворачивание платы производится вокруг оси, проходящей через центры базовых
отверстий, используется одна программа с изменением координат исходной точки и знака перемещения
по оси, перпендикулярной оси переворачивания.
    П р и м е ч а н и е . Исходная точка – это точка, в которую выходит режущий инструмент при первом
перемещении из "нуля станка". Если исходная точка лежит на оси переворачивания, в программе свер-
ления обратной стороны меняется только знак перемещения. Целесообразно исходную точку на столе
станка выбирать посредине между базовыми штифтами, а на плате – ближе к ее геометрическому цен-
тру. Тогда плата будет располагаться в центре заготовки.
    6 Последовательность программ механической обработки РПП должна учитывать, что сверление
отверстий следует после фрезерования проводников, чтобы при фрезеровании отверстия не забивались
стружкой.
    7 Если перемещение инструмента программируется в приращениях, то необходимо учитывать
возможность накопления ошибки при округлении значений приращений.
    Проектируемая на РПП радиоэлектронная аппаратура обладает следующими преимуществами пе-
ред отечественной и импортной аппаратурой аналогичного назначения, базирующейся на использова-
нии многослойных печатных плат.
    Хорошие электрические характеристики. При проектировании аппаратуры на РПП относительно
легко могут быть получены заданные электрические параметры. Это обусловлено следующими факто-
рами. Толщина проводящего слоя может устанавливаться необходимой, а не определяемой фиксиро-
ванной толщиной проводящего слоя фольгированного материала. На одной плате может быть произве-
ден неразрывный монтаж различных электрорадиоэлементов (ЭРЭ), начиная от сверхбольших инте-
гральных схем (СБИС) до обычных и достаточно мощных ЭРЭ, вплоть до специальных СВЧ-элементов.
Используя дополнительные экранирующие слои и слои питания (по обычной технологии многослойных
плат), может быть обеспечено требуемое волновое сопротивление проводников, что позволяет работать
на СВЧ, используя их, например, для устройств радиосвязи и ЭВМ.


     Технологичность. Компьютерная подготовка производства для аппаратуры на РПП (трассировка)
производится с использованием системы проектирования P-CAD. Она проще, чем для многослойных
плат, так как может использоваться ортогональный (для обеих сторон платы) монтаж.
     Сами технологические процессы для единичного и серийного производства, хотя и требуют специ-
альной оснастки (сверлильно-фрезерных станков с программным управлением), не сложнее принятых
при производстве многослойных плат, но экологически более чисты и требуют меньшего расхода меди.
     Высокая плотность монтажа. Рельефный проводник в несколько раз уже плоского при одинако-
вой площади поперечного сечения проводящего слоя. Это позволяет повысить число проводников на 1
мм (до 4-х).
     Так как минимальные ширина проводников и расстояния между ними могут доходить до 0,1…0,12
мм (шаг – 0,2…0,254 мм), а диаметр сквозных переходных отверстий до 0,1 мм (меньше или равен ши-
рине проводника), отпадает необходимость в контактных площадках и можно переходить со слоя на
слой в любых местах трассы. Это позволяет применить ортогональную трассировку на обеих сторонах
РПП и дает возможность резко увеличить плотность монтажа: двухсторонние РПП по коммутационной
способности заменяют 5 – 14-слойную плату, выполненную по обычной технологии.
     Экономические характеристики. В процессе производства аппаратуры не используются дорогие
материалы (фольгированные диэлектрики, фотостекла, безусадочная фотопленка и т.п.). Кроме того,
аппаратура, построенная на РПП, значительно превосходит аппаратуру, построенную на обычных мно-
гослойных печатных платах, так как обладает качеством ремонтопригодности практически на любых
стадиях технологического процесса. Существенно более низкая стоимость аппаратуры может быть дос-
тигнута при массовом ее производстве. Экономия достигается также за счет более экологически чисто-
го технологического процесса.
     Экологические характеристики. Аппаратура, построенная по предлагаемой конструкции и техно-
логии, обладает существенно лучшими (от 6 до 10 раз) экологическими характеристиками, чем постро-
енная на обычных многослойных печатных платах. Отсутствуют массовые технологические процессы,
связанные с применением вредных химических веществ (например, травления меди).
     РПП обладают надежностью существенно более высокой, чем многослойные печатные платы
(МПП), выполненные по обычной технологии (на фольгированных диэлектриках). Это обусловлено
следующими факторами.
     Как двухсторонние платы РПП сами по себе обладают высокой эксплуатационной надежностью, а
благодаря рельефному рисунку, углубленному относительно поверхности, и неразрывности металличе-
ского слоя в проводниках и межслойных переходах создают дополнительный запас по стойкости к раз-
личным воздействиям факторов окружающей среды.
     Особенности технологического процесса обеспечивают сплошное заполнение соединительных от-
верстий и исключают возможность "подтравливания" проводников, а также позволяют избежать одного
из источников ненадежности в месте соединения прокатанной поверхности медной фольги и осажден-
ной меди в соединительных отверстиях.
     В отличие от печатных плат, построенных на фольгированном материале, межслойные отверстия
для электрических соединений слоев в РПП не только не снижают надежность, а наоборот увеличивают
ее, так как они образуют вместе с рельефными проводниками монолитную пространственную решетку.
Они обеспечивают дополнительное скрепление проводников с основой.
     Надежность РПП подтверждена многолетней (более 10 лет) их эксплуатацией в жестких полевых
(компьютеры для геологов) и бортовых авиационных условиях. Не зафиксировано ни одного случая от-
каза по вине РПП.
     Платы ремонтопригодны и допускают многократную перепайку устанавливаемых ЭРЭ и микро-
схем (обычно эта процедура недоступна для многослойных плат).

                                 1.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РПП

    Проектирование РПП в принципе ничем не отличается от проектирования двухсторонних печатных
плат. Но учитывая технологию изготовления, необходимо соблюдать следующие правила:
    1 Трассировка должна производиться только прямолинейными ортогональными проводниками.
Косые отрезки можно использовать для описания контура платы.
    2 С одной стороны платы проводятся горизонтальные проводники, с другой – вертикальные. Элек-
трорадиоэлементы можно располагать на обеих поверхностях платы, но их ориентацию целесообразно
согласовать с преимущественным направлением проводников на стороне установки элементов. Допус-
тимо проведение небольших отрезков (до 5 % максимальной длины проводника), перпендикулярных


основному направлению на стороне, если необходимо оптимизировать по критерию "количество пере-
ходных отверстий".
    3 Все конструктивные элементы рисунка платы, такие как проводники, ламели, монтажные отвер-
стия, с точки зрения САПР, должны быть описаны следующим образом:
    отрезок имеет координаты начала и конца фрезерования, ширину (диаметр инструмента). Этот
элемент может быть использован для проводников и ламелей;
    сквозное металлизированное отверстие имеет координаты центра, диаметр. Выходит на обе сторо-
ны платы. Этот элемент может быть использован как монтажное и переходное отверстие;
    глухое монтажное отверстие имеет координаты центра, диаметр. Расположено на одной стороне
платы. Может быть использовано как элемент контактных площадок для монтажа на поверхности.
    Все элементы рисунка следует унифицировать по ширине для минимизации количества применяе-
мого инструмента.
    4 Выполнение трасс питания. РПП – двухсторонняя плата, поэтому нет возможности отвести на
питание целые слои. Для успешной работы электронной схемы обязательно следует придерживаться
классического правила: разводить питание в виде двух сеток 0V и V pp с размером ячеек, соответст-
вующим преимущественному шагу расположения элементов. Подключение выводов питания элементов
к сетке следует производить по кратчайшему пути. Шины питания и проводники с повышенной токовой
нагрузкой лучше трассировать несколькими параллельными проводниками с сокращенным шагом – в
этом случае площадь металлизации больше, чем при трассировке одним широким проводником.
    5 Проектирование аналоговых и высокочастотных устройств. В принципе проектирование ничем
не отличается от проектирования на обычных печатных платах. Дополнительным элементом платы мо-
жет служить общий сплошной экран (третий слой), который можно подключить к сигнальному общем
проводу.
    6 Типовые группы сложности плат:
             I ШАГ ТРАССИРОВКИ (ММ): 0,635 / 0,630 / 0,625 / 0,250.
    Ширина проводника (мм) – 0,2.
    Диаметр переходного отверстия (мм) – 0,2
    Минимальный зазор (мм):
    • между проводниками – 0,3;
    • между проводником и переходным отверстием – 0,3;
    • между переходными отверстиями – 0,3;
    • между контактной площадкой и любым элементом рельефного рисунка – 0,4 (кроме случаев, ко-
гда контактная площадка выполняется инструментом диаметром менее 0,5 мм).
    II шаг трассировки (мм): 0,420 / 0,425 – 0,420 – 0,425.
    Ширина проводника (мм) – 0,15.
    Диаметр переходного отверстия (мм) – 0,15
    Минимальный зазор (мм):
    • между проводниками – 0,27;
    • между проводником и переходным отверстием – 0,24;
    • между переходными отверстиями – 0,22;
    • между контактной площадкой и любым элементом рельефного рисунка – 0,3 (кроме случаев, ко-
гда контактная площадка выполняется инструментом диаметром менее 0,5 мм).
         III ШАГ ТРАССИРОВКИ (ММ): 0,315 / 0,310 – 0,320 / 0,3175 / 0,3125.
    Ширина проводника (мм) – 0,1.
    Диаметр переходного отверстия (мм) – 0,15
    Минимальный зазор (мм):
    • между проводниками – 0,2;
    • между проводником и переходным отверстием – 0,18;
    • между переходными отверстиями – 0,18;
    • между контактной площадкой и любым элементом рельефного рисунка – 0,2 (кроме случаев, ко-
гда контактная площадка выполняется инструментом диаметром менее 0,5 мм).


2 Анализ и оптимизация цепей питания РПП


                                              2.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

             ЗАДАЧА АНАЛИЗА ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ В ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ МЕРЕ
         СПЕЦИФИЧЕСКОЙ ДЛЯ РЕЛЬЕФНОЙ ПЛАТЫ (РП), ПОСКОЛЬКУ ЦЕПИ ПИТАНИЯ
         РЕАЛИЗУЮТСЯ НА ТЕХ ЖЕ СЛОЯХ И С ТЕМ ЖЕ СОЧЕТАНИЕМ ПРОВОДНИКОВ,
         ЧТО И СИГНАЛЬНЫЕ ЦЕПИ. ЭТО ВЫНУЖДАЕТ ВЫПОЛНЯТЬ ТРАССЫ ТАКИХ
         ЦЕПЕЙ "РЕДКОЙ СЕТКОЙ". ПРОСТОЙ ПРИМЕР "РЕДКОЙ СЕТКИ" ПРИВЕДЕН НА
         РИС. 2.1. ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ПОГОННЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЛЬЕФНЫХ ПРО-
         ВОДНИКОВ И ВЫСОКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОКА ОТДЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОРАДИО-
         ЭЛЕМЕНТАМИ (ЭРЭ) МОГУТ ПРИВЕСТИ К СУЩЕСТВЕННОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕН-
         ЦИАЛОВ ДЛЯ ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ ЦЕПИ В РАЗЛИЧНЫХ ТОЧКАХ РП ПОДКЛЮЧЕ-
         НИЯ ЭРЭ И ПОДВОДА ПИТАНИЯ. ЭТО, В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ, ПРИВОДИТ К СНИЖЕ-
         НИЮ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РЕАЛИЗОВАННОЙ СХЕМЫ.
    Обычно допустимое отклонение напряжения ∆U доп в конкретной цепи питания задается в техниче-
ских условиях (ТУ) на используемые ЭРЭ. Расчет реального максимального отклонения напряжения
max ∆U ст для конкретной трассированной цепи питания при заданных постоянных токах потребления
ЭРЭ является задачей анализа цепи питания в статическом режиме.
                             Up               Up               Up


  In1(t)                                       In3(t)
            Cn1              In2(t)
                                        Cn2     In8(t)                In4(t)
                                                         Cn3
  Cn4      In5(t)   In6(t)                    In7(t)
                                                         Cn6         In9(t)
                                      Cn5
                                                           In10(t)
                                                               Cn7




                                     Рис. 2.1 Пример "редкой сетки"
    Расчет максимума реальной суммы статического и динамического отклонений напряжения
max(∆U ст + ∆U дин ) для конкретной трассированной цепи питания при заданных потреблениях токов ЭРЭ,
а возможно, и флуктуациях напряжений, вызванных внешними для РП факторами, является задачей
анализа цепи питания в динамическом режиме.
    Существенными особенностями цепей питания являются доминирующая зависимость силы токов,
потребляемых ЭРЭ, от внутреннего состояния и режимов переключения и весьма малая зависимость
силы этих токов от изменения напряжения питания, во всяком случае для большинства реальных им-
пульсных ЭРЭ и реальных значений ∆U ст + ∆U дин . Указанная особенность позволяет в качестве исходной
модели для расчета динамического режима использовать систему алгебраических и дифференциальных
уравнений. Причем все дифференциальные уравнения в такой системе являются неоднородными ли-
нейными с постоянными коэффициентами при неизвестных. Кроме того, число узлов цепей питания для
реальных РП достигает иногда нескольких тысяч. Время расчета такой цепи должно быть весьма малым
для успешного использования интерактивного режима с "ручной" корректировкой при оптимизации
конфигурации цепи.
         ИЗЛОЖЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОГРАНИЧИВАЮТ ЭФФЕКТИВНОЕ (ПО БЫСТРО-
         ДЕЙСТВИЮ) ПРИМЕНЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОГРАММНЫХ РЕАЛИЗАЦИЙ,
         ОРИЕНТИРОВАННЫХ НА РЕШЕНИЕ СИСТЕМ НЕОДНОРОДНЫХ ЛИНЕЙНЫХ
         ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ С ПЕРЕМЕННЫМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ,


        ОБЫЧНО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА НЕБОЛЬШИХ СХЕМ (НЕ БОЛЕЕ 200
        УЗЛОВ).
    С учетом изложенного принимается, что к цепи питания могут быть подключены следующие виды
нагрузок и источников:
    • источник тока In, сила тока которого зависит от времени (активный ЭРЭ);
    • конденсатор развязки Cn (обычно используемый для уменьшения пульсаций напряжения пита-
ния);
    • источник напряжения питания Up, изменяющегося от внешних для РП воздействий (для анализа
влияния таких изменений на напряжения в различных точках РП);
    • источник постоянного напряжения питания Up с активным и реактивным сопротивлениями про-
водников подвода и электрической емкостью "соседних" РП (иллюстрация конструкции, приводящей к
модели такого источника, показана на рис. 2.2).
        ПРИ ТАКИХ ВИДАХ НАГРУЗОК ИСТОЧНИКОВ ИСХОДНЫМИ ДАННЫМИ ДЛЯ
        АНАЛИЗА ЦЕПИ ПИТАНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ:
    • конкретная конфигурация цепи питания и длина всех сегментов трасс;
                                       Точки подвода
                                       питания к РП
          РП

          РП
                                       Провода
          РП                           Подвода
                                       питания к РП
          РП

          РП
                                         Источник
                                          питания
                                         Up = const


                          Рис. 2.2 Иллюстрация конструкции источника

   • погонное сопротивление r рельефных проводников;
   • погонная индуктивность l рельефных проводников;
   • кусочно-линейная аппроксимация зависимости силы потребляемого тока питания Inj каждого
ЭРЭ для каждой j-й точки их подключения от времени;
    • емкости Cnj конденсаторов "развязки" анализируемой цепи для каждой j-й точки их подключе-
ния;
    • сопротивления Rpj подводов питания к каждой j-й точке таких подводов;
    • кусочно-линейная аппроксимация зависимости потенциалов питания Upj для каждой j-й точки их
подключения (в случае отсутствия Rpj, Lpj и Cpj) от времени или постоянный потенциал питания Upj для
каждой j-й точки их подключения (при наличии Rpj, Lpj и Cpj).
        ТРЕБУЕТСЯ ОПРЕДЕЛИТЬ:
    • максимальное отклонение напряжения в каждой точке подключения ЭРЭ и подвода питания в
статическом режиме (max ∆U ст ) ;
    • максимальное отклонение напряжения в каждой точке подключения ЭРЭ и подвода питания в
динамическом режиме (max(∆U ст + ∆U дин )) .
        В ПРИВЕДЕННОЙ ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ ДОПУЩЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ УПРОЩЕ-
        НИЯ, КОТОРЫЕ ПРИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ МОГУТ ПОВЛИЯТЬ НА ТОЧ-
        НОСТЬ РЕЗУЛЬТАТА:
    • используемая погонная индуктивность рельефных проводников имеет смысл только для конст-
рукций РП с приклеенным металлическим слоем, и даже в этой ситуации погонная индуктивность про-
водников разных слоев может быть различной (при отсутствии металлического слоя существенный
вклад в индуктивность проводников вносят их конфигурация и взаимное расположение);
    • в проводниках подводов питания на РП (рис. 2.2) вместо Rpj, Lpj и Cpj реально присутствуют "це-
почки" с разделенными параметрами R, C и L;


     • для удобства задания временных диаграмм применяются кусочно-линейные аппроксимации ана-
литических функций величин Inj и Unj;
    • не учитывается зависимость Inj от текущего значения напряжения в j-й точке (для некоторых ре-
альных ЭРЭ такая зависимость в цепях питания, хотя и слабая, но имеется).
    Данные упрощения в большинстве случаев несущественно влияют на результаты, но позволяют
решать данную задачу для большого числа узлов при существенно ограниченных машинных ресурсах
(даже на средних моделях IBM PC).

                                                  2.2 ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

    При описанной выше формальной постановке задачи ее решение можно получить, используя метод
узловых напряжений. При этом узлом цепи является либо точка соединения не менее трех трасс (внут-
ренняя точка "сетки" цепи питания), либо точка подключения нагрузки или конденсатора "развязки"
или подвода напряжения питания (см. рис. 2.1).
    Для статического режима такой подход приводит к системе линейных алгебраических уравнений, а
для динамического режима – к системе алгебраических и дифференциальных уравнений (из-за наличия
реактивных составляющих).
    Для упрощения решения задачи для динамического режима используются интерполяционные фор-
мулы

                                                                    dU j t                                     dI j t
                                          U j t − U j t − ∆t = ∆t            ;       I j t − I j t − ∆t = ∆t            ,
                                                                     dt                                         dt


где U j t ( I j t ) – напряжение (сила тока) в j-й точке цепи питания в момент времени t; U j t − U j t − ∆t ( I j t − I j t − ∆t )
                                                             dU j t  dI j t 
                                                                             – первая производная напря-
– напряжение (сила тока) в j-й точке в момент времени t − ∆t ;
                                                              dt  dt 
                                                                            
жения (силы тока) в j -й точке цепи питания в момент времени t ; ∆t – интервал дискретности времени.
    Тогда каждое из дифференциальных уравнений узла можно представить, как разностное уравнение
для моментов времени t и t − ∆t (а иногда и для t − 2∆t ). При решении таких уравнений напряжения и си-
лы токов для моментов времени t1 , t1 − ∆t и t1 − ∆2t принимаются равными значениям, полученным при
решении уравнений для статического режима.
    Ниже приводятся эквивалентные схемы и уравнения, полученные после простых преобразований
исходных уравнений, для статического и динамического режимов пяти типов узлов цепей питания –
внутреннего узла цепи, двух видов нагрузки и двух видов подвода напряжения питания (рис. 2.3).
    Узлами первого типа являются внутренние узлы цепи питания, в которые входят не менее трех
трасс и которые не являются монтажными точками. Уравнения для статического и динамического ре-
жимов такого узла имеют соответственно вид:


                                                                                 N
                                                                                      Uit          N
                                                                                                          1                 N
                                                                                                                                Ui         N
                                                                                                                                                  1
                                                                                 ∑        −U jt   ∑          =0;            ∑       −U j   ∑ si       =0.   (2.1)
                                                                                 i =1 si           i =1   si                i =1 si        i =1




          l × s1     r × s1                                   r × s1
U1                                             U1
          l × si     r × si                                   r × si
Ui                                   Uj         Ui                                       Uj
          l × sN     r × sN                                   r × sN
UN                                             UN


                                       а)                                                                            б)



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика