Устройство аппаратного шифрования данных с интерфейсом USB

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

- самый длинный проводник ();

;

;

- допустимое падение напряжения ;

(мм);

3.4.3 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).

3.4.4 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.

3.4.5 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.

3.4.6 Минимальное расстояние между проводником и КП

, (3.9)

где- расстояние между центрами элементов ();

- погрешность смещения проводника ().

(мм);

3.4.7 Минимальное расстояние между двумя соседними проводниками

(мм);

3.4.8 Минимальное расстояние между двумя соседними КП. [5]

(мм);

3.4.9 Расстояние между проводником и КП.

(мм);

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

3.4.10 Соответствие 4-му классу точности.

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

3.5 Электрический расчет печатной платы

3.5.1 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 EП.

3.5.2 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);

3.5.3 Паразитная емкость между двумя соседними проводниками.

, (3.12)

где- длинна взаимного перекрытия двух параллельных проводников ;

- расстояние между проводниками ;

(пФ);

3.5.4 Паразитная индуктивность ШП и ШЗ.

, (3.13)

где- суммарная длинна ШП и ШЗ ;

(мкГн);

3.6 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.

3.7 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);

2) Коэффициент влияния:

;

3) Коэффициент :

;

4) Цилиндрическая жесткость печатной платы:

(Н•м);

5) 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.

3.8 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]

N - количество элементов.

- интенсивность отказов элемента при нормальных условиях работы.

- коэффициент нагрузки:

для резисторов

; (3.14)

для конденсаторов

; (3.15)

- поправочный коэффициент по температуре.

- поправочный коэффициент на влияние внешних воздействий (для наземной стационарной аппаратуры ).

Результирующая интенсивность отказов равно сумме интенсивностей отказов элементов:

(ч-1);

Определим среднее время наработки на отказ:

(ч);

Рассчитаем вероятность безотказной работы:

; (3.16)

Вероятность безотказной работы за 1 год:

.

Вероятность отказа за 1 год:

.

Рис. 3.1 - Графики вероятности безотказной работы P(t) и вероятности отказа Q(t)

3.9 Технология поверхностного монтажа

Особенностью современного производства электронных устройств является все более широкое применение больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). При этом существенно возрастает количество выводов каждой схемы, расстояния между выводами уменьшаются с 2,5 мм до 0,625 мм и менее.

Установка многовыводных корпусов БИС И СБИС на печатные платы технически и экономически более эффективна не в сквозные отверстия, а на контактные площадки, расположенные на поверхности печатных плат.

Этим объясняется все боле широкий переход от монтажа компонентов в отверстия (PTH - Plated Through Hole) к технологии поверхностного монтажа (SMT - Surface Mount Technology).

Вместе с тем, в большинстве серийных электронных блоков применяют как поверхностный монтаж, так и монтаж в отверстия. Это связано с тем, что конструкции ряда компонентов не пригодны для поверхностного монтажа. В устройствах, работающих в условиях ударных и вибрационных перегрузок, предпочитают монтаж в отверстия из-за более надежного крепления компонентов.

Навесные компоненты для поверхностного монтажа, намного меньше, чем их традиционные эквиваленты, которые монтируются в отверстия. Вместо длинных выводов, как у корпусов, монтируемых в отверстия, они имеют очень короткие выводы или просто внешние контактные площадки. Та-кие компоненты закрепляются на верхней (или нижней) стороне коммутационной платы при совмещении их вы-водов или внешних контактов с контактными площадками.

Этот тип не является общим так как большинство разработок требует некоторых DIP компонентов. Его называют IPC Type 1B.

Порядок проведения процесса:

· нанесение припойной пасты, установка компонентов, пайка, промывка.

На нижней стороне платы размещаются чип-резисторы и другие компоненты небольших размеров. При использовании пайки волной, они будут повторно оплавляться за счет верхнего (побочного) потока волны припоя. При размещение больших компонентов с обеих сторон, типа PLCC, увеличивают издержки производства, потому что компоненты нижней стороны должны устанавливаться на специальный токопроводящий клей. Данный тип называется IPC Type 2B.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6