Расчет приемопередающего тракта SSB трансивера

Измерение напряжения производится десятиразрядным аналого-цифровым преобразователем, имеющим восемь каналов измерения. В данной схеме задействованы только два. Опорное напряжение подается на вывод AREF микроконтроллера DD4, измеряемое напряжение подается на выводы PA0(ADC0) и PA1(ADC1). Для защиты входа АЦП по входному току и напряжению применяется делитель ограничитель на элементах R4, R5, R3, VD1 и R13, R11, R9, VD6 для первого и второго каналов соответственно.

Выводы XTAL1 и XTAL2 являются входом и выходом инвертирующего усилителя, на котором реализуется внешний генератор тактовых импульсов собранный по схеме емкостной трехточки на элементах ZQ1, C4 и С5. 

Связь микроконтроллера с ПЭВМ осуществляется при помощи встроенного модуля USART, аппаратными средствами поддерживается две сигнальные линии – линия приема RxD и линия передачи данных TxD. Для согласования логических уровней сигналов микроконтроллера и микросхемы преобразователя интерфейса DD3, RS-232/USB, применяется преобразователь уровней сигналов выполненный на микросхеме DD2. Светодиод HL1 сигнализирует о процессе передачи и приема информации. Резистор R2 является токоограничительным для светодиода.

Логические сигналы управления выбором режима работы поступают  с выводов микроконтроллера PD5 и PD6  через токоограничительные резисторы R7 и R8 на базы транзисторов VT1 и VT2 соответственно, которые непосредственно управляют коммутационными устройствами (твердотельное реле K1 и K2) выбора источника питания.

Для отображения информации о текущем  состоянии сети и аккумуляторной батареи при эксплуатации блока бесперебойного питания без ПЭВМ предусмотрен вывод текущего состояния сети на жидкокристаллический модуль МЭЛТ MT-10T7-7. Последовательный код c вывода микроконтроллера PC2 (DATA) и сигнал синхронизации, вывод PC1 (CLK), поступает на восьмиразрядный сдвиговый регистр DD6 с последовательной загрузкой данных и параллельной выгрузкой. Сигналами с выводов микроконтроллера PC3 (LOAD)  и выводов QA, QB, QC, QD, QE сдвигового регистра управляется жидкокристаллический модуль. Резистором R12 устанавливается яркость свечения модуля.

Предусмотрено внутрисхемное  программирование микроконтроллера. Выводы микроконтроллера необходимые для  внутрисхемного программирования , , , , выведены на контакты вилки XP1.

Все сигнальные и потенциальные  линии электрических связей сведены  в вилку XP2.

 

 

 

 

 

1.4 Анализ схемы электрической  принципиальной

и элементной базы

 

Анализ электрической  принципиальной схемы проводят с  точки зрения возможностей конструктивного исполнения или компоновки с учетом ограничений.

Необходимо определить:

- конструкторскую сложность  функционального узла;

- параметр определяющий  конструкцию ПП;

- конструкцию ПП;

- форму монтажных отверстий;

- форму контактных площадок;

- шаг координатной  сетки.

Конструкторская сложность  проектируемого функционального узла средняя. Параметром, определяющим конструкцию  проектируемой ПП, является быстродействие, так как блок бесперебойного питания  имеет USB интерфейс. Требование быстродействия цифровой электронной аппаратуры обеспечивается правильным выводом материала основания ПП, так как скорость распространения сигналов в электрических схемах обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материалов, из которых изготавливается ПП, и минимизацией длины линий связи.

В проектируемой конструкции  поверхность ПП являются средне насыщенной, поэтому применим классическую конструкцию  ПП прямоугольного размера.

Форма и размеры монтажных  отверстий и контактных площадок зависят от геометрии выводов  ЭРЭ. Круглые отверстия и контактные площадки применяют для штыревых и прямоугольных выводов. Прямоугольные и квадратные контактные площадки применяют для планарных выводов.

Так как в схеме  электрической принципиальной используются элементы со штыревыми и прямоугольными выводами, а так же планарные элементы, монтажные отверстия и контактные площадки для штыревых и прямоугольных выводов будем выполнять круглой формы, а для элементов с планарными выводами применим прямоугольные контактные площадки.

Шаг координатной сетки  является основной конструкторской характеристикой ПП, которая характеризует плотность печатного монтажа, к нему привязаны все элементы конструкции ПП (контактные площадки, проводники, отверстия), а так же ЭРЭ. Шаг координатной сетки необходимо выбирать таким образом, чтобы он соответствовал шагу расположения выводов большинства ЭРЭ, ИМС и ПМК устанавливаемых на ПП. Задаемся шагом координатной сетки 2,5 мм, так как в разрабатываемой конструкции ПП применяются микросхемы в корпусах с шагом выводов 2,5 мм.

Для проведения корректных расчетов печатного монтажа необходимо знать токовую нагрузку на проводники, которая определяется из анализа элементной базы и по справочным данным.

В таблице 3 приведены  значения токов потребления применяемых  в схеме микросхем.

 

Таблица 3 – Токи потребления ЭРЭ

Наименование ЭРЭ	Ток потребления, мА
MAX6804	20
MAX232	40
FT232R	90
ATmega8535	200
74HC164	50

 

Из анализа схемы  электрической принципиальной видно, что суммарный ток по цепи питания  плюс 5 В составляет 420 мА. Суммарный  ток по цепи питания плюс 15 В составляет 620 мА с учетом подключения твердотельных реле к коллекторам транзисторов VT1 и VT2, рабочий ток которого равен 200 мА, согласно схеме электрической принципиальной в отдельно взятый момент времени может работать только одно реле из двух. Токами делителей-ограничителей в данном случае можно пренебречь, так как они отличаются на два порядка, 0,005 мА. Максимальный ток будет протекать в цепи питания 18 В и составит 1,040 А.

 Токи портов ввода-вывода  применяемых микросхем находятся в пределах от 20 до 30 мА с напряжением логической единицы 4,2 В и логического нуля 0,6 В.

Проведем анализ элементной базы. При анализе элементной базы изучают совместимость ИМС, ЭРЭ  и ПМК по условиям эксплуатации. В таблице 4 приведены эксплуатационные характеристики применяемой элементной базы.

Как видно из таблицы  условие совместимости ЭРЭ по граничному значению предельной верхней  и нижней температуры заданной видом  климатического исполнения и степенью жесткости выполняется. Элементная база соответствует заданным условиям эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4 - Характеристика элементной базы

Наименование ЭРЭ	Число выводов, шт.	Кол-во, шт.	Диаметр выводов, мм	Вес элемента, г	Диапазон температур, ºС	Вибрация		Ударные перегрузки, g
						диапазон частот, Гц	ускорение, g
К10-17А	2	14	0,7	0,5	-60…+125	1…5000	40	150
К50-35 2200 мкФ×25В	2	1	0,9	20	-40…+85	1…3000	20	75
К50-35 10мкФ×16В	2	1	0,5	0,8	-40…+85	1…4000	20	75
К50-35 100мкФ×25В	2	1	0,9	3	-40…+85	1….4000	20	75
К50-35 100 мкФ× 16В	2	1	0,9	1,4	-40…+85	1….4000	20	75
7805	3	1	1,36	2,7	-60…+120	10…600	10	20
7815	3	1	1,36	2,7	-60…120	10..600	10	20
MAX6804	4	2	-	0,3	-40…+125	1…600	10	60
MAX232	16	1	0,56	2,5	-40…+85	1…600	10	75
FT232	28	1	-	0,8	-40…+85	1…600	10	60
ATmega 8535	40	1	0,56	7,2	-55…+125	1…600	10	75
74HC164	14	1	0,56	1,6	-55…+125	1…600	10	75
L-513	2	1	0,5	0,5	-40…+85	10…1000	20	30
С2-33Н	2	12	0,7	0,4	-60…+125	10…2000	20	30
BZX55 C 4V7	2	2	0,52	0,3	-65…+175	10…600	10	30
1N4007	2	6	0,9	0.6	-65…+175	2…2500	15	30
КТ815А	3	2	1,06	1,1	-60…+120	10…600	10	15
OWF-6	6	1	0,6	1,2	-30…+90	10…200	10	37
ГРПМШ	45	1	0,6	12	-60…+85	5…2000	30	45
HS-49S	2	1	0,6	0,5	-60…+85	1…5000	40	60
**********************	***	***	***	***	***	***	**	**
Суммарный вес по всем типам ЭРЭ, г	-	-	-	75,7	-	-	-	-
Общее число монтажных отверстий, шт.	-	213	-	-	-	-	-	-

2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА  КОНСТРУКЦИИ ПП

2.1 Выбор варианта конструктивного  исполнения модуля первого уровня

 

По конструктивному  исполнению модули первого уровня предназначены для установки в блоки, поэтому выбор варианта конструкции ПП связан с вариантом конструкции блока, в который входит разрабатываемая ПП.

Существуют три основных типа варианта конструкции блока:

- разъемная;

- книжная;

- кассетная.

Конструктивно ячейки разделяются на:

- рамочные;

- безрамочные.

При использовании системы  УБНК рамочные и безрамочные ячейки выполняются на основе унифицированного ряда ПП. Рамки предназначены для  исключения деформации ПП и улучшения  эксплуатационных параметров функциональных узлов на ПП.

По [1] определим вариант  конструкции и закрепления ПП в составе ячейки в модуле более  высокого конструктивного уровня:

- проектируем ПП в  составе ячейки без рамки, разъемного  типа. ПП моделируется пластиной  с жестким закреплением двух  сторон и двух свободно опертых сторон;

- проектируемая ПП  в составе ячейки применяется  в блоке разъемной конструкции.

 

 

 

2.2 Выбор компоновочной  структуры ячеек ЭА

 

Конструкция, масса, габариты ЭА, а так же ячейки и ПП во многом определяется типом элементной базы и способом ее монтажа.

Поскольку элементная база содержит ЭРЭ со штыревыми выводами, ИМС с прямоугольными и планарными выводами, то по рекомендации из [1] необходимо применить смешанный двусторонний монтаж на ДПП при этом ЭРЭ с  штыревыми выводами и ИМС с  прямоугольными выводами монтируются в отверстия на верхней стороне ДПП, а поверхностно монтируемые компоненты монтируются на нижней стороне ДПП.

 

2.3 Выбор типа конструкции  ПП

 

Типы конструкции ПП предусмотрены ГОСТ 23751-86.

Определяя тип конструкции  необходимо учитывать:

- тип элементной базы;

- вариант компоновочной  структуры ячейки;

- возможность выполнения  всех коммутационных соединений, что зависит от функциональной  и конструкторской сложности  узла.

В проектируемой конструкции  применяется смешанная элементная база, в соответствии с разделом 2.2 необходимо применить смешанный двусторонний монтаж на ДПП, а так же обеспечить возможность всех электрических соединений с минимальной длиной печатных проводников для сигнальных цепей с применением переходных отверстий. Исходя из этих требований применяем ДПП.

Двусторонние ПП применяют  в измерительной и вычислительной технике, технике управления и автоматического  регулирования, высокочастотной технике, при незначительной конструкторской  сложности и смешанном монтаже.

 

2.4 Выбор класса точности  ПП

 

ГОСТ 23751-86 устанавливает  пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальными допустимыми значениями ширины проводника, расстоянием между проводниками, расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки, отношение диаметра отверстий к толщине ПП в узком месте.

Критерием выбора класса точности ПП являются:

- конструктивная сложность  функционального узла;

- степень насыщенности  поверхности ПП ЭРЭ;

- число выводов ПМК  и шаг их расположения;

- элементная база (дискретные  ЭРЭ, ИМС и ПМК)

- тип, число и шаг  выводов ЭРИ (штыревые или планарные).

Для ПП имеющих штыревые и планарные выводы при средней  насыщенности ПП ЭРЭ по рекомендации из [1] необходимо применить 3 класс точности изготовления.

Наименьшие номинальные  значения основных размеров элементов конструкции печатных плат для выбранного класса точности в соответствии с ГОСТ 23751-86 приведены в таблице 5.

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 - Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции ПП для 3 класса точности

Конструктивный параметр	Номинальное значение
Наименьшая номинальная ширина проводника, t, мм	0,25
Наименьшее номинальное расстояние между проводниками, S, мм	0,25
Минимально допустимая ширина контактной площадки, b, мм	0,1
Отношение номинального значения диаметра наименьшего металлизированного отверстия  к толщине ПП	0,33
Предельное отклонение ширины печатного  проводника без покрытия, Δt, мм	±0,05
Позиционный допуск расположения печатного  проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка, Tl, мм	0,05

 

2.5 Выбор метода изготовления  ПП

 

Выбрав тип конструкции  и класс точности ПП, зная элементную базу и конструкторскую сложность  проектируемого узла можно определить метод изготовления ПП.