5.Konstrukt. (5 str) (Передающее устройство одноволоконной оптической сети)

5. Конструктивный расчёт печатной

платы одноволоконной

оптической системы передачи

5.1 Выбор материала печатной платы

Материал печатной платы должен обладать высокой механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, иметь высокую нагревостойкость, а также иметь высокую степень агдезии печатных проводников.

Основными наиболее часто употребляемыми материалами печатных плат являются гетинакс и стеклотекстолит. Проведём сравнительный анализ этих материалов.

Основные характеристики гетинакса и стеклотекстолита приведены в таблице 4.1.

Таблица 5.1 Основные характеристики материалов предназначенных для изго-товления печатных плат.

Гетинакс значительно дешевле стеклотекстолита. Гетинакс также легче обрабатывается, что способствует повышению технологичности платы.

По электроизоляционным свойствам гетинакс уступает стеклотекстолиту. Тангенс угла диэлектрических потерь у гетинакса 0.06, у стеклотекстолита 0.03. Гетинакс также уступает и по механической прочности и жесткости, что приводит к увеличению требуемой толщины платы. Гетинакс более подвержен воздействиям химических реактивов при химическом методе изготовления печатной платы. Это еще больше ухудшает его диэлектрические свойства

Прочность сцепления проводящего покрытия с гетинаксовым основанием невысокая и резко падает при повышении температуры. Это затрудняет производство плат высоких классов точности на гетинаксовом основании, а также практически исключает возможность замены элементов из-за отслаивания контактных площадок. При изготовлении двухсторонних печатных плат на гетинаксовом основании, практически невозможно выполнить качественную металлизацию отверстий.

Рассмотренные недостатки делают гетинакс практически непригодным для изготовления печатной платы одноволоконного оптического передатчика. Поэтому выбираем в качестве материала печатной платы стеклотекстолит марки СФ2-35-15.

5.2 Размещение элементов и разработка топологии печатной платы

При размещении элементов на печатной плате необходимо руководствоваться следующими принципами:

• Длинна соединений между элементами должна быть минимальной.

• Необходимо максимально разнести наиболее термочувствительные элементы схемы и тепловыделяющие элементы, за исключением термодатчиков, специально предназначенных для обнаружения изменения температуры тепловыделяющих элементов схемы.

• Для обеспечения наибольшей механической прочности платы необходимо равномерно (с точки зрения массы) разместить элементы на поверхности печатных плат.

• Элементы стабилизаторов должны находится на максимальном удалении (расстоянии) от входных сигнальных цепей для увеличения помехозащищённости устройства.

• Для удобства монтажа однотипные ЭРЭ рекомендуется размещать группами.

• Рассчитаем необходимые размеры печатной платы.

В конструкции разрабатываемого блока присутствуют два устройства: источник питания и передающее устройство. Целесообразно разместить эти устройства на разных печатных платах.

Тогда площадь занимаемая всеми ЭРЭ в передающем устройстве рассчитываем по формуле:

(5.1)

где площади занимаемые резисторами, конденсаторами, диодами, транзисторами, интегральными микросхемами и разъемами соответсвенно. Рассчитаем эти площади:

где количество резисторов С2-23-0.125,

С2-23-1, СП3-19А в схеме соответсвенно. Тогда:

Аналогично находим площади, занимаемые остальными элементами:

Тогда:

Необходимую площадь печатной платы рассчитываем по формуле:

(5.3)

где коэффициент заполнения платы, для профессиональной передающей аппаратуры

Тогда:

В соответствии с требованиями технического задания ширина платы должна быть не более 100мм. Тогда находим необходимую длину печатной платы:

Значит максимальный размер печатной платы для передающего устройства составляет 100х138мм.

Найдём площадь занимаемую всеми ЭРЭ в источнике питания:

,

где площади занимаемые резисторами, конденсаторами, диодами, диодными сборками и разъемами соответсвенно. Рассчитаем эти площади:

Тогда:

Необходимую площадь печатной платы источника питания рассчиты-ваем по формуле:

В соответствии с требованиями технического задания ширина платы должна быть не более 80мм. Тогда находим необходимую длину печатной платы:

Значит максимальный размер печатной платы для источника питания составляет 80х86мм.

По конструкции печатные платы делятся на типы:

• односторонние

• двусторонние

• многослойные

Для данного изделия необходимо использовать двустороннюю печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Несмотря на высокую стоимость, двусторонние печатные платы с металлизи-рованными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы и позволяет уменьшить габаритные размеры платы за счет плотного монтажа навесных элементов.

Двухсторонние платы с дискретными элементами, микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, при средней насыщенности поверхности печатной платы навесными элементами, относятся к 3-му классу точности по ГОСТ 23751-86. Основные конструктивные параметры печатных плат, соответствующих этому классу точности, приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Плата относится ко второму классу плотности печатного рисунка, который характеризуется следующими значениями параметров:

• расстояние между проводниками 0.25мм;

• разрешающая способность 2.0 линий на 1 мм;

Шаг координатной сетки выберем 1.25мм. По данным [17] для второго класса плотности рабочее напряжение не должно превышать 30В, ток по печатному проводнику, при толщине фольги 50мкм, не должен превышать 250мА. Электрический режим блока не превышает этих требований.

На печатной плате имеются элементы с диаметром выводов =0.8мм (построечные резисторы, конденсаторы, диоды, трансформаторы), а также =0.5мм (конденсаторы, резисторы, микросхемы и т.д.).

Выбираем диаметр монтажных площадок:

где значения параметров взяты из таблицы 5.3.

Рассчитав необходимые параметры с помощью системы автоматизированного проектирования P-CAD в диалоговом режиме производим размещение элементов и трассировку платы. Полученная топология печатных плат приведена на чертежах “Передающее устройство, плата печатная” и “Источник питания, плата печатная”.

6