63796 (Устройство аппаратного шифрования данных с интерфейсом USB), страница 6

, (3.2)

где – толщина фольги;

– толщина гальванически осажденной меди (мм);

– толщина химически осажденной меди (мм);

(мм);

Таблица 3.3 – Потребление тока

Радиоэлемент	Iпотр, мА	Колич.
AT91SAM7S64	60	1
DMHG-GJS-NP-LM-1	20	1

(А);

Подставим значения в формулу 3.1:

(мм);

1. Минимальная ширина проводника с учетом допустимого падения напряжения.

, (3.3)

где – объемное удельное сопротивление фольги для данного метода изготовления проводника, ;

– самый длинный проводник ( );

;

;

– допустимое падение напряжения ;

(мм);

1. Минимальный диаметр монтажных отверстий.

, (3.4)

где – диаметр вывода элемента (для USB разъема );

– нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия .

– разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода, .

Таким образом, для ИМС (мм).

1. Диаметр контактных площадок.

Минимальный диаметр КП:

, (3.5)

где - толщина фольги;

– минимальный эффективный диаметр КП:

, (3.6)

где – ширина пояска КП ( );

– погрешность расположения центра отверстия ( );

– погрешность расположения центра КП ;

– максимальный диаметр просверленного отверстия:

, (3.7)

где – номинальный диаметр отверстия;

– допуск по диаметру отверстия ( );

(мм);

Из формулы 3.6:

(мм);

Подставим значения в формулу 3.5:

(мм);

(мм);

Выбираем диаметр КП равный 1,5 мм.

1. Ширина проводников.

Минимальная ширина проводников:

, (3.8)

где для печатных плат 4-го класса точности.

(мм);

Максимальная ширина проводников:

(мм);

Выбираем ширину проводников равную 0,25 мм.

1. Минимальное расстояние между проводником и КП

, (3.9)

где – расстояние между центрами элементов ( );

– погрешность смещения проводника ( ).

(мм);

1. Минимальное расстояние между двумя соседними проводниками

(мм);

1. Минимальное расстояние между двумя соседними КП. [5]

(мм);

1. Расстояние между проводником и КП.

(мм);

Рассчитанное значение больше , поэтому проводник, проложенный между КП, не будет касаться ни одной из КП.

1. Соответствие 4-му классу точности.

Проведя КТР, мы убедились, что все элементы печатной платы соответствуют выбранному классу точности.

2. Электрический расчет печатной платы

1. Падение напряжения на печатных проводниках

, (3.10)

где – объемное удельное сопротивление фольги для данного метода изготовления проводника ;

– максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках ;

– самый длинный проводник ;

– ширина проводника ;

– толщина проводника ,

(В);

Рассчитанное падение напряжения не превышает 5% от E_П.

1. Мощность потерь.

, (3.11)

где т. к. расчет идет по постоянному току;

– напряжение питания ;

– тангенс диэлектрических потерь материала ПП ;

– собственная емкость платы: ,

где – диэлектрическая проницаемость материала ПП ;

– площадь металлизации ;

– толщина ПП ;

(пФ);

Из формулы 3.4:

(мкВт);

1. Паразитная емкость между двумя соседними проводниками.

, (3.12)

где – длинна взаимного перекрытия двух параллельных проводников ;

– расстояние между проводниками ;

(пФ);

1. Паразитная индуктивность ШП и ШЗ.

, (3.13)

где – суммарная длинна ШП и ШЗ ;

(мкГн);

1. Расчет теплового режима

Максимальную мощность рассеивает стабилизатор питания МС33269-D. На данной микросхеме падает напряжение 1 В и протекает суммарный ток потребления всей схемы – 80 мА. Т. е. выделяемая мощность равна:

(Вт);

Из документации:

• допустимая температура кристалла микросхемы : ;

• сопротивление кристалл/корпус ;

• сопротивление корпус/среда .

Для расчета возьмем температуру окружающей среды .

Рассчитаем температуру кристалла [6]:

(°C);

Данная температура является допустимой для работы стабилизатора. Следовательно, не требуется использование радиатора.

Согласно документации производителя, при стабилизатор способен рассеять до 600 мВт, что соответствует расчетам.

2. Расчет вибропрочности печатной платы

Данные для расчета:

• материал печатной платы – СФ-2-35-1,5.

• габаритные размеры платы – 51 х 26 х 1,5 мм.

• масса элементов на плате – 15 г.

• коэффициент перегрузки – 5.

• частота вибрации 60 Гц.

• параметры стеклотекстолита:

предел текучести – ;

модуль Юнга – ;

коэффициент Пуассона – ;

коэффициент затухания – ;

удельный вес – ;

удельная плотность – ;

коэффициент запаса прочности – .

• тип закрепления: опирание по четырем сторонам.

Рассчитаем собственную частоту колебаний печатной платы [5]:

1. Масса печатной платы:

(г);

1. Коэффициент влияния:

;

2. Коэффициент :

;

1. Цилиндрическая жесткость печатной платы:

(Н∙м);

1. Собственная частота колебаний печатной платы:

(Гц);

Так как собственная частота намного больше 250 Гц, то плата обладает хорошей виброустойчивостью и дальнейшие расчеты можно не проводить.

1. Расчет показателей надежности

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-83).

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Данные для расчета надежности сведены в Таблице 3.4. Формулы для расчета взяты из [4].

Таблица 3.4 – Параметры надежности элементов [4]

Наименование элемента	Тип элемента	N
ИМС	AT91SAM7S64	1	0,2	1	2	10	4
	LM1117	1	0,2	1	2	10	4
Резистор	RС0805	6	0,02	0,06	0,6	10	0,0432
Конденсатор керамический	СС0805	20	0,3	0,1	0,5	10	3
Конденсатор танталовый	Size B	2	0,5	0,5	0,5	10	2,5
Резонатор		1	0,25	1	1	10	2,5
ПП	ДПП	2	1	1	1	10	20
Диод	MBRS130T3	1	0,2	0,2	1	10	0,4
Дроссель	BLM21PG221SN	5	0,3	1	1	10	15
Контакты разъема	USB-PWBK-4A	5	0,2	1	1	10	10
Контакты разъема	Джампер	2	0,2	1	1	10	4
Пайка выводов	Печатный монтаж	148	0,005	1	1	10	7,4

N – количество элементов.

– интенсивность отказов элемента при нормальных условиях работы.