Паразитные связи на печатных платах

Помехоустойчивость узлов

Помехоустойчивость узлов и субблоков на печатных платах зависит от величины паразитной емкости С между печатными проводниками и паразитной вааимоиндуктивности М между ними, активного и индуктивного сопротивления шин питания.

Паразитную емкость между печатными проводниками ре­комендуется вычислять по формуле:

С = Спог*l,

где Спог - погонная емкость печатного проводника, пф/см;

I - длина взаимного перекрытия проводников, см.

Погонная емкость определяется по формуле:

Спог=Кп*ε’,

где Кп - коэффициент пропорциональности, выбирается по графику рис.3.1

ε’ - действующая относительная диэлектрическая про­ницаемость среды.

Для проводников, расположенных на одной стороне платы (варианты 1,2 рис. 3.1) ε' равна

ε’ =(ε₀ +ε) / 2

где ε₀ - относительная диэлектрическая проницаемость воз­духа,

ε - относительная диэлектрическая проницаемость мате­риала основания платы.

Для печатного узла (или платы), покрытого лаком, ε' равна

ε’= (ε_л + ε) /2

где εл – относительная диэлектрическая проницаемость лака

Для проводников, расположенных с двух сторон платы ε’ = ε.

Паразитная взаимоиндуктивность (нГн) печатных проводников определяется по формулам

- для проводников, показанных на рис. 3.2, а

М = 2l (ln 2l / S -1)

Для проводников над экранирующей плоскостью, показанных на рисунке 3.2.,б

М = 2l (ln 2S₂ / S + S / l)

Рис.3.1 Зависимость коэффициента пропорциональности Кп от параметра печатной платы

Puc. 3.2. Расположение проводников на печатной, плате:

а)плата без экранирующей плоскости;

б) плата с экранирующей плоскостью;

W - ширина печатного проводника;

Т - толщина печатного проводника;

S2 - расстояние между печатным проводником и проводящей экранирующей плоскостью;

S -расстояние между осями печатных провод­ников

где I - длина проводника, см,

S - расстояние между осями проводников, см;

S₂ - расстояние между проводником я экраном, см;

Индуктивность печатного проводника L определяется по формуле:

L=Lпог*l,

где Lпог - погонная индуктивность печатного проводника, мкГн/ см;

I - длина печатного проводника, см.

Величина погонной индуктивности печатного проводника определяется по графику рис. 3.3.

Рис. 3.3. Зависимость погонной индуктивности печатного проводнике, от его ширины (толщина проводника 0.05мм).

3.2. Определение допустимых величин пара­зитных связей на печатных платах

Для определения допустимых величин паразитных связей нужно учитывать динамическую помехоустойчивость приме­няемых микросхем для двух случаев:

- ложное срабатывание: помеха может привести к переклю­чению микросхемы, не предусмотренному алгоритмом ра­боты;

- сбой сигнала: помеха накладывается на информационный сигнал и препятствует переключению микросхем в соот­ветствии с алгоритмом их работы.

Динамическая помехоустойчивость микросхем характери­зуется амплитудой Упом и длительностью фронта хфпом им­пульса помехи, при которых еще не происходит ложного сраба­тывания во время переключения расположенных рядом микро' схем. Допустимая емкость находится из выражения

Сдоп = Uпом*tфпом / UвыхRвых,

где tфпом - длительность фронта импульса помехи;

Uвых - скачок выходного напряжения микросхемы при ее переключении;

Rвых - выходное сопротивление микросхемы.

В таблице 4.1 приведены значения амплитуд допустимых импульсных помех для некоторых серий микросхем.

Допустимая взаимоиндуктивность определяется для случая двух печатных проводников, один из которых подключен к входу первой микросхемы (возможный приемник наводки), а другой проводник - к выходу второй микросхемы (возможный источник наводки).

Мдоп = tз(Uпом+Uо) / Км ΔI [нГн];

где tз- время задержки сигнала микросхемой, нс;

Uо - значение логического нуля. В;

ΔI - ток, протекающий по печатному проводнику при пе­реключении микросхемы. А;

Км - коэффициент запаса, Км=0,5 - 1.

3.3 Определение допустимых длин печатных проводников

Допустимая длина параллельно расположенных соседних проводников при воздействии только емкостной паразитной свя­зи l_сдоп равна,

l_сдоп = Спог / Слог

Спог и Сдоп определены в 4.1 и 4.2.

Допустимая длина параллельно расположенных соседних

проводников при воздействии только индуктивной паразитной связи l_мдоп находится из соотношений для паразитной взаи­моиндукции М (§4.1) и допустимой величины взаимоиндукции М_доп (§4.2).

Допустимую длину l_доп параллельно, расположенных соседних проводников платы с учетом одновременного действия емкостной и индуктивной паразитных связей рекомендуется определять по формуле /4/:

l_доп = l_сдоп *l_мдоп / (l_cдоп + l _мдоп);

Допустимая длина шины заземления (при учете только паразитной индуктивности) определяется по формуле

l_ш = Lпог / Lдоп

Велячина L_доп зависит от максимального допустимого общего сопротивления Zобщ = w*L_доп (см. 2.3, 4.4), величина L_пог определена в 4.1.

4 Нормы при размещении и расчет числа посадочных мест.

Несмотря на тесную взаимосвязь и взаимозависимость' про цедур размещения и трассировки, топологическое конструи­рование ПП начинается с предварительного размещения как самостоятельной процедуры. Расчету предельного чис­ла корпусов ИС и МС, размещаемых на ПП, предшествует установление норм компактного размещения. Эти нормы исходят из расстановки ИС, МС и других навесных элемен­тов рядами. Выводы навесных элементов подвергаются формовке — операции придания выводам определенной фор­мы и длины, обеспечивающих при сборке на ПП гаранти­рованное расстояние паяного шва от тела элемента в соот­ветствии с техническими условиями на элемент. Как пра­вило, отформованные выводы выступают за габариты кор­пуса. Контур площади, занимаемой на ПП навесным элементом, включая контактные площадки под формованные выводы, называют посадочным местом.

Выводы навесных элементов, как правило, выполнены из проволоки круглого (штыревые выводы) или прямоугольного (планарные выводы) сечения. Элементы со штыре­выми выводами можно устанавливать только с одной сто­роны ПП, элементы с планарными выводами можно в прин­ципе устанавливать с обеих сторон ПП, но технологичность и ремонтопригодность печатного узла при двустороннем размещении падают.

Рабочая площадь ПП, или зона расположения посадоч­ных мест на ПП, равна общей площади ПП за вычетом площади краевого поля — свободной полосы вдоль периметра ПП, предусматриваемой для технологических целей, не занимаемой рисунком и навесными элементами. Шири­на краевого поля есть расстояние от края ПП до края пер­вого ряда посадочных мест (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Размещение ИС и корпусных МС на ПП

1 — посадочное место; 2 — граница зоны размещения; 3 — краевое поле ПП

Краевое поле оп­ределяется тремя координатами: х —ширина краевого по­ля по оси X (одинакова с левой и с правой стороны ПП); у₁ — ширина краевого поля для соединителя по оси Y (у нижней кромки ПП); у₂ — ширина краевого поля для раз­мещения контрольных гнезд у верхней кромки ПП. Шири­ну краевого поля х с левого и с правого края принимают равной: для штыревых выводов х= 5мм, для планарных выводов х= 2,5мм. Ширину краевого поля по оси Y при отсутствии контрольных гнезд принимают у₂ =2,5мм, а при наличии их у₂ = 12,5мм. Размер краевого поля у\ на­ходят из табл. в зависимости от типа выбранного соединителя.

Номенклатура соединителей расширяется, в настоящее время она включает в себя три типа: ГРПМ, РППМ и СНП. Каждый тип соединителя состоит из вилки и розетки, при­чем на УП устанавливается, как правило, вилка. Соединитель СНП34 устанавливается на УП своей розеткой. При выборе соединителя имеет значение, под какую пайку на УП они предназначены: внахлест или в отверстия. Например, соединитель РППМ26 устанавливается внахлест, соединитель СНП34 —в отверстия.

Гибкий печатный кабель обычно устанавливается без соединителя. Следует обратить внимание, что из широкой номенклатуры соединителей только две позиции гарантируют динамическую стабильность контактных со­противлений при вибрации. Это необходимо учитывать при выборе соединителей для РЭА, подвергаемой вибрации во рремя работы.

Расчет числа посадочных мест производят по формулам:

Здесь—число посадочных мест при одностороннем размещении;— число посадочных мест в одном ряду (округляется до целого числа в сторону уменьшения);— число посадочных мест (округляется до целого числа в сторону уменьшения);— размеры ПП по осями;

— размеры посадочного места по осями(табл. 3-4);—шаг установки по осями;—ширина краевого поля по; — ширина краевого поля для соединителей и контрольных гнезд.

5 Расчет элементов печатного монтажа

Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен ли­нии, соединяющей центры отверстий (см. рис. 5.1). При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное рас­стояние между ними.

Рис. 5.1 К расчету возможно­сти прокладки печатных про­водников

узком месте

Возможность прокладки в узком месте требуемого количества про­водников (см. рис, 5.1) следует проверять по следующей формуле:

(5.1)

где— число проводников; ; — показаны на рис. 5.1. Слагаемые определяют расстояние между центрами, исходя только из номинальных размеров отверстий, контактных площадок, проводников и расстояний между ними, показанных на рис. 5.1: Так как ширина проводника в про­цессе изготовления имеет разброс и может быть больше номинального значения на величинуто в формулу (6.1) введено слагаемое; зависит от класса платы (А или Б) и способа изготовления:= 0,1 ÷ 0,2мм.

Слагаемое с учитывает изменения диаметров отверстий, контактных площадок, межцентровых расстояний и смещение слоев многослойных плат (с лежит в пределах от 0,1 до 0,7мм). Значение слагаемого зависит от выбранного допуска на межцентровые расстояния (±0,1 или ±0,2мм), класса печатной платы и способа изготовления (химический, комбинированный, металлизация сквозных отвер­стий и т. д.). Расстоянияиимеют значения 0,3÷0,6мм в зависим мости от класса печатной платы.

Если отверстия имеют зенковку, то в формулу (6.1) вместо диаме­тров тверстийиподставляют диаметры соответствующих зенковок. Если отверстия не имеют контактных площадок, то в формуле (6.1) опускают слагаемое, Если при этом отверстия не металли­зированы и не имеют зенковки, то слагаемоезаменяют слагаемым , где — толщина платы.

"Технология электронных КИП"