|
Реферат: Разработка схемы электронного эквалайзера (Радиоэлектроника)
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ
Московский Государственный Университет Путей Сообщения
Кафедра «РЭС»
Курсовой проект по дисциплине:
«Микропроцессорные информационно-управляющие системы связи»
на тему: «Разработка эквалайзера».
Выполнил студ. гр. АТС-531
Проверил
.
Москва 2004
Содержание
|Введение |3 |
|Задание к курсовому проекту |4 |
|Цифровая фильтрация |5 |
|Характеристика FIRF |6 |
|Определение порядка и синтез коэффициентов цифрового фильтра, |7 |
|входящих в состав эквалайзера | |
|Общая схема DSP-система |16 |
| Организация интерфейса между устройствами аналогового |18 |
|ввода-вывода, кодеками и DSP-процессорами | |
|Структурная схема ИС ADSP-2111 |19 |
|Вывод |22 |
|Список использованной литературы |23 |
Введение
Цифровой эквалайзер (многополюсный регулятор тембра) – это набор
активных фильтров с амплитудами, настраиваемыми на создание формы
передаточной функции ряда частотных полос.
Коэффициенты всех фильтров, образующих эквалайзер, хранятся в памяти
сигнального процессора и считываются при настройке процессора на
пропускание сигнала через соответствующий фильтр.
На одном сигнальном процессоре программно реализуется весь набор
цифровых фильтров. Выборки сигнала частично хранятся в кольцевом буфере
процессора и постоянно обновляются.
Вычисления проводятся в реальном масштабе времени, поэтому
быстродействие процессора должно быть соотнесено с частотой дискретизации
обрабатываемого сигнала.
Задание к курсовой работе
В курсовой работе необходимо разработать эквалайзер – устройство,
относящееся к цифровой обработке сигналов и применяемое в микропроцессорной
технике в системах передачи информации.
В курсовом проекте рекомендуется использовать в качестве базового
сигнальный процессор семейства ADSP-21xx фирмы ANALOG DEVICES (США), так
как процессоры этой фирмы являются оптимальными по соотношению
цена/качество и находят широкое применение в отечественных системах
цифровой обработки сигналов.
Границы диапазонов частот фильтра представлены таблице 1:
Таблица 1.
|ФНЧ |ПФ1 |ПФ2 |ПФ3 |ПФ4 |
|Границы диапазонов частот фильтров, кГц |
n a
|81 |-0,088285002|
| 82|-0,048185366|
|83 |-0,002473726|
|84 |0,048388594 |
|85 |0,103829644 |
|86 |0,163175427 |
|87 |0,225660716 |
|89 |0,356611612 |
|90 |0,423214887 |
|91 |0,489266451 |
|92 |0,553768875 |
|93 |0,615731167 |
|94 |0,674187436 |
|95 |0,728215241 |
|96 |0,77695324 |
|97 |0,819617762 |
|98 |0,855517962 |
|99 |0,884069233 |
|100|0,904804592 |
|101|0,917383797 |
|102|0,9216 |
Таким образом, получим 2*N+1=103..
Полосовой фильтр 1. (ПФ1)
Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;
[pic]рад/с;
[pic]рад/с;
Частота дискретизации fД=13 кГц;
Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:
[pic] мс.
Переходная функция [pic]:
[pic].
[pic]
[pic]
Рис.4. Переходная функция ПФ1.
[pic] [pic] [pic]
Определим коэффициенты фильтра ПФ1:
Таблица 3.
|n |a |27 |0,050566544 |
|0 |-0,027392762 |28 |0,009754081 |
|1 |-0,049172612 |29 |-0,011037791 |
|2 |-0,057498995 |30 |-0,001629017 |
|3 |-0,049981285 |31 |0,033889051 |
|4 |-0,031300945 |32 |0,077854621 |
|5 |-0,011253529 |33 |0,106118285 |
|6 |-0,000340822 |34 |0,098772242 |
|7 |-0,004862821 |35 |0,049903812 |
|8 |-0,023768747 |36 |-0,028191457 |
|9 |-0,048803001 |37 |-0,108781867 |
|10 |-0,068018861 |38 |-0,161509497 |
|11 |-0,071175102 |39 |-0,166035038 |
|12 |-0,054593763 |40 |-0,122644307 |
|13 |-0,023199651 |41 |-0,054716469 |
|14 |0,011335417 |42 |-0,001027688 |
|15 |0,035666075 |43 |-9,11331E-05 |
|16 |0,040864762 |44 |-0,072393216 |
|17 |0,026753627 |45 |-0,207878004 |
|18 |0,002377281 |46 |-0,36456585 |
|19 |-0,017802566 |47 |-0,480163419 |
|20 |-0,020450558 |48 |-0,493412799 |
|21 |0,000250373 |49 |-0,367750032 |
|22 |0,039336231 |50 |-0,108340337 |
|23 |0,082625786 |51 |0,234522697 |
|24 |0,112674731 |52 |0,57791205 |
|25 |0,116628962 |53 |0,831063217 |
|26 |0,09245668 |54 |0,924 |
Таким образом, получим 2*27+1=55.
Полосовой фильтр 2. (ПФ2)
Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;
[pic] рад/с;
[pic] рад/с;
Частота дискретизации fД=18 кГц;
Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:
[pic] мс.
Переходная функция [pic]:
[pic].
[pic]
[pic]
Рис.5. Переходная функция ПФ2.
[pic] [pic] [pic]
Определим коэффициенты фильтра ПФ2:
Таблица 4.
|12|0,005692888|38 |0,000376818|63 |0,047575263|
|13|0,002823747|39 |-0,02217120|64 |0,039797492|
| | | |2 | | |
|14|-0,00707413|40 |-0,04366771|65 |-0,05614679|
| |5 | |5 | |3 |
|15|0,002253171|41 |-0,01977277|66 |-0,15279228|
| | | |2 | |4 |
|16|0,028241957|42 |0,041957097|67 |-0,12388535|
| | | | | |5 |
|17|0,037692296|43 |0,079697904|68 |0,034673544|
|18|0,008942625|44 |0,047836289|69 |0,175624872|
|19|-0,03559797|45 |-0,02517668|70 |0,159227505|
| |3 | |6 | | |
|20|-0,05108544|46 |-0,06675377|71 |0,017255804|
| |2 | |7 | | |
|21|-0,02221679|47 |-0,04417540|72 |-0,08582462|
| | | |8 | |7 |
|22|0,01877206 |48 |0,001261156|73 |-0,05828349|
| | | | | |1 |
|23|0,031228765|49 |0,012420123|74 |0,003729665|
|24|0,013463011|50 |-0,00888554|75 |-0,04715643|
| | | |7 | |3 |
|25|-0,00094748|
| |1 |
Таким образом, получим: 2*N+1=87.
Полосовой фильтр 3. (ПФ3)
Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;
[pic] рад/с;
[pic] рад/с;
Частота дискретизации fД=18 кГц;
Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:
[pic] мс.
Переходная функция [pic]:
[pic].
[pic]
Рис.6. Переходная функция ПФ3.
[pic] [pic] [pic]
Определим коэффициенты фильтра ПФ3:
Таблица 5.
|n |a |n |a |n |a |
|0 |0,040797115|16 |-0,020022291|32 |0,033266|
|1 |0,001220133|17 |0,055837751 |33 |0,260118|
|2 |0,039978222|18 |0,098343639 |34 |-0,09252|
|3 |0,02276506 |19 |-0,121159876|35 |-0,25744|
|4 |-0,10534877|20 |-0,099106166|36 |0,086745|
| |5 | | | | |
|5 |-0,01613281|21 |0,105674587 |37 |0,060059|
| |2 | | | | |
|6 |0,099578035|22 |0,034090375 |38 |0,051138|
|7 |0,000120154|23 |0,00765609 |39 |0,204207|
|8 |-0,01805417|24 |0,033408102 |40 |-0,26949|
| |6 | | | | |
|9 |-0,00485929|25 |-0,15056655 |41 |-0,34219|
| |8 | | | | |
|10|-0,08288445|26 |-0,049309806|42 |0,383098|
| |3 | | | | |
|11|0,033032806|27 |0,20912763 |43 |0,239879|
|12|0,12739375 |28 |0,019199721 |44 |-0,17655|
|13|-0,05094636|29 |-0,114030202|45 |0,0433 |
| |7 | | | | |
|14|-0,08105254|30 |0,000617104 |46 |-0,43205|
| |1 | | | | |
|15|0,02041495 |31 |-0,089953059|47 |-0,30865|
| | | | |48 |1,286545|
| | | | |49 |0,361651|
| | | | |50 |-2,03978|
| | | | |51 |-0,1583 |
| | | | |52 |2,34 |
Таким образом, получим: 2*N+1=53
Полосовой фильтр №4 (ПФ4)
Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;
[pic] рад/с;
[pic] рад/с;
Частота дискретизации fД=18 кГц;
Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:
[pic] мс.
Переходная функция [pic]:
[pic]
[pic][pic]
Рис.7. Переходная функция ПФ4.
[pic] [pic] [pic]
Определим коэффициенты фильтра ПФ4:
Таблица 6.
|n |a |n |a |
|0 |-0,039924801 |13 |-0,14859 |
|1 |-0,036859051 |14 |-0,03612 |
|2 |-0,030099957 |15 |0,339846 |
|3 |0,181767777 |16 |-0,44409 |
|4 |-0,262616392 |17 |0,188865 |
|5 |0,179398893 |18 |0,21898 |
|6 |-0,00735706 |19 |-0,34919 |
|7 |-0,074570718 |20 |-0,03768 |
|8 |-0,033569017 |21 |0,674093 |
|9 |0,236141895 |22 |-0,90173 |
|10 |-0,323321834 |23 |0,190798 |
|11 |0,185039538 |24 |1,350195 |
|12 |0,056604813 |25 |-2,93165 |
| | |26 |1,8 |
Таким образом, получим: 2*N+1=27
Результаты определения порядка фильтров удобно представить в следующем
виде:
Таблица 7.
|Фильтр |Полоса |N Tд, с |N |Максимальная |
| |пропускания | | |точка АЧХ |
|ФНЧ1 |0-0,54 |0,0042 |93 |4,2 |
|ПФ1 |0,54-1 |0,0043 |95 |4,3 |
|ПФ2 |1-2,9 |0,0162 |36 |1,6 |
|ПФ3 |2,9-7 |0,0009 |20 |0,88 |
|ПФ4 |7-11 |0,0006 |13 |0,56 |
После ограничения функции и внесения запаздывания можно произвести
вычисление коэффициентов фильтра:
a0=k(0)=a2N;
a1=k(Tд)=a2N-1;
a2=k(2*Tд)=a2N-2;
…
aN=k(N*Tд).
Получив массив коэффициентов, можно записать АФЧХ фильтра с конечным
импульсным откликом.
H(Z)=a0+a1*Z^-1+…+a2N+1*Z^-(2N+1), Z=e^jwt
H(jw)=a0+a1*e^-jwt+…+a2N+1*e^-
(2N+1)*jwt=a0+a1*Cos(w*Tд)+…+a2N+1*Cos(2N+1)*w*Tд-
j*(a1*SinwTд+…+a2N+1*Sin(2N+1)wTд)
Запишем это выражение в более удобной для программирования форме:
H(jw)=Re(w)+jJm(w),
Тогда АЧХ фильтра
/H(jw)/= Re^2(w)+Jm^2(w)
[pic]
Рис.8. Общая схема DSP-системы
Сигнал, поступающий на аналоговый вход системы предварительно
ограничивается по частоте с помощью противопомехового фильтра нижних
частот. Затем он передается на АЦП. В выделенный момент дискретизации
конвертер прерывает работу процессора и формирует соответствующую выборку.
В DSP входные данные обрабатываются по программному алгоритму. Когда
процессор заканчивает необходимые вычисления, он посылает результат в ЦАП.
ЦАП конвертирует выход DSP в желаемую аналоговую форму. Выход конвертора
сглаживается восстанавливающим фильтром нижних частот.
Произвольный главный машинный интерфейс служит для связи DSP с
внешними системами, передающими и принимающими данные и сигналы управления.
Организация интерфейса между устройствами аналогового
ввода-вывода, кодеками и DSP-процессорами.
Так как большинство приложений цифровой обработки сигналов требует
наличия одновременно АЦП и ЦАП, то широкое развитие получили универсальные
устройства, интегрирующие функции кодека и портов ввода-вывода на одном
кристалле и обеспечивающие простое подключение к стандартным DSP-
процессорам. Эти устройства называют аналоговыми оконечными устройствами
(далее по тексту-AFE-Analog Front End ) .
Функциональная схема микросхемы AD73322 показана на рис.3. Данный
прибор представляет собой двойной AFE с двумя 16-разрядными АЦП и двумя 16-
разрядными ЦАП с возможностью работы с частотой дискретизации 64 кГц. ИС
AD73322 разработана для универсального применения, включая обработку речи и
телефонию с использованием сигнал/шум на уровне 77дБ в пределах голосовой
полосы частот.
Каналы АЦП и ЦАП имеют программируемые коэффициенты усиления по входу
и выходу с диапазонами до 38дБ и 21 дБ соответственно. Встроенный источник
опорного напряжения величиной +2ю7-5.5 В. Его потребляемая мощность при
напряжении питания +3 В составляет 73 мВт.
[pic]
Рис. 9. Функциональная схема микросхемы ADSP-2189.
Системный интерфейс DSP
Системный интерфейс представляет собой, набор программный и аппаратных
возможностей управления DSP, сигналы управления включают в себя:
- Reset – сигнал сброса,
- Синхроимпульсы,
- Входы флагов,
- Сигналы запроса прерывания
Reset – останавливает выполнение инструкций и осуществляет аппаратный
сброс. После сброса значение всех регистров, ВУ и генератора адреса не
определенно.
Синхроимпульсы
Процессор использует ТТЛ совместимые импульсы подаваемые на вход
CLKIN, или кварцевый резонатор включается между входами CLKIN и XTAL.
Программная загрузка процессора может инициализироваться не только
сигналом RESET, но и программным путем. Процессор содержит управляющий
регистр и при установке в нем бита BFORCE и 1 инициализируется программная
загрузка. Во время программной загрузки все прерывания маскируются.
DSP имеет 1 или несколько входов для внешних прерываний IRQ1 и IRQ0,
сюда подключаются сигналы запроса прерываний, каждый из который имеет свой
уровень приоритета.
FI – входной флаг, может использоваться в условных командах перехода.
FO – может использоваться для разных целей как выходной управляющий
сигнал. Сигнал FO не затрагивается аппаратным сбросом. Все остальные флаги
устанавливаются в 1, при аппаратном сбросе.
ADDR – 14 разрядная шина адреса.
DATA – 24 разрядная шина данных.
RW/WR – управление направлением передачи данных (чтение из внешней
памяти или запись)
Сигналы BMS, PMS, DMS позволяют выбирать одно из 3-х адресных
пространств внешней памяти доступной процессору.
Процессор имеет интерфейс с внешней памятью 3-х видов:
1. Загрузочная память, то откуда производится начальная загрузка
программы в процессор. Организованна в виде страниц, делится на 3-х байтные
слова ( 24 разряда). Каждая страница имеет свой загрузочный адрес, в
котором указан номер станицы, ее длина, и порядок считывания слов из
страницы.
2. Память программ. Процессор адресует до 16 Кбайт 24-х разрядных слов
памяти программ, из которых 2 Кбайта на кристалле Процессор записывает 14
разрядный. Адрес инструкции на шину PMA, инструкция или данные передаются в
ВУ по 24 разрядной шине PMD. Если одновременно производится обращение к
внешней памяти данных и внешней памяти программ, то сначала считывается
информация из памяти программ. Выбор памяти программ осуществляется
сигналом PMS, а направление передачи управляющим сигналом RW/WR. Внешняя
память программ может отсутствовать.
3. Память данных. Процессор адресует 16 Кбайт 16 разрядных слов памяти
данных, память данных на кристалле имеет объем 1 Кбайт. Данные переносятся
по старшим 16 битам 24 разрядной шины данных. вся память данных разделена
на 5 областей (внешняя), каждая из этих областей имеет свое число циклов
ожидания, устанавливается программным путем. Благодаря этому различные
области адресного пространства могут использоваться устройствами имеющими
разное быстродействие. Используя запрос шины BR и сигнала прерывания шины
BG, процессор может отдавать управление шиной внешнему устройству (HOST
интерфейсу). Вход BR является асинхронным. Внешние устройства запрашивают
шину установкой сигнала BR. Когда этот сигнал распознан, процессор отвечает
установкой сигнала BG в следующем цикле, процессор останавливает свою
работу если необходимо и переводит шины адреса и данных, а также сигналы
RD/WR, BMS, PMS, DMS в 3-е состояние. После этого управление шиной
передается внешнему устройству. Внешнее устройство возвращает управление
шиной сбросом сигнала BR, процессор отвечает сбросом сигнала BG. После
этого работа процессора возобновляется с того момента где она была
приостановлена.
На рис. 10 показана система на базе процессора ADSP-2189M,
использующая полномасштабную модель памяти. Она включает два устройства,
работающие через последовательные интерфейсы, 8-разрядную EPROM, внешнюю
оверлейную память программ и данных. Возможность программной генерации
циклов ожидания позволяет легко подключать быстрый процессор к более
медленным периферийным устройствам. Процессор ADSP-2189M также поддерживает
четыре внешних прерывания, семь универсальных сигналов ввода-вывода и два
последовательных порта. Один из последовательных портов может быть
сконфигурирован как источник двух дополнительных сигналов прерывания, один
универсальный вход и один универсальный сигнал вывода, что даст в сумме
шесть внешних сигналов прерывания, девять каналов ввода-вывода общего
назначения при сохранении одного полнофункционального последовательного
порта. Процессор ADSP-2189M может также работать в режиме доступа к хост-
памяти (host memory mode), который позволяет организовать доступ по всей
ширине внешней шины данных, но ограничивает адресацию одним адресным битом.
Дополнительные периферийные устройства могут быть подключены в режиме host
memory mode при использованием внешних аппаратных средств для генерации и
фиксации дополнительных адресных сигналов.
[pic]
Рис.10.
Описание АЦП
В связи с быстрым развитием технологии смешанной аналогово-цифровой
обработки сигналов устройства на базе DSP с высокой степенью интеграции,
появляющиеся на рынке в настоящее время (например ADSP-21ESP202), имеют
помимо DSP-ядра интегрированные АЦП/ЦАП, что снимает проблему организации
интерфейса между отдельными компонентами. Дискретные АЦП и ЦАП теперь
оснащаются интерфейсами, специально предназначенными для связи с DSP, и тем
самым минимизируют или устраняют необходимость внешней поддержки интерфейса
или применения интерфейсной логики. Высокопроизводительные сигма-дельта-АЦП
и ЦАП в настоящее время выпускаются в одном корпусе (такое комбинированные
решение называется КОДЕК или КОдер/ДЕКодер), например, AD73311 и AD73322.
Данные устройства также разработаны с учетом минимальных требований к
интерфейсной логике при работе с наиболее распространенными DSP-
процессорами. В настоящей главе рассматриваются проблемы, связанные с
передачей и синхронизацией данных при организации различных интерфейсов.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА С DSP-ПРОЦЕССОРАМИ: ЧТЕНИЕ ДАННЫХ ИЗ
АЦП, ПОДКЛЮЧЕННОГО С ОТОБРАЖЕНИЕМ В АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПАМЯТИ
Подключение АЦП или ЦАП через быстрый параллельный интерфейс к DSP-
процессору требует понимания специфики процессов чтения данных DSP-
процессором из периферийных устройств (АЦП), а также записи данных
процессором в периферийные устройства (ЦАП) при подключении данных
устройств в адресное пространство памяти. Вначале мы рассмотрим некоторые
основные требования к временным параметрам сигналов, используемых для
чтения и записи данных. Необходимо отметить, что принципы, представленные
здесь на примере доступа к АЦП и ЦАП, применимы также при чтении и записи
в/из внешней памяти.
Блок-схема типичного параллельного интерфейса DSP-процессора с внешним
АЦП показана на рис 11. Эта диаграмма сильно упрощена и показывает только
сигналы, используемые для чтения данных из внешнего устройства,
подключенного в адресное пространство памяти. Использование отдельного
задающего генератора для АЦП является предпочтительным, поскольку сигнал
внутреннего генератора DSP-процессора может иметь высокий уровень помех и
фазовый шум (jitter), который в процессе аналого-цифрового преобразования
приведет к увеличению уровня шумов АЦП.
Тактовый импульс задающего генератора на входе "старт преобразования"
(convert start) АЦП инициирует процесс преобразования входных данных (шаг N
1). По переднему фронту этого импульса внутренняя схема выборки-хранения
АЦП переключается из режима выборки в режим хранения и таким образом
начинается процесс преобразования. После выполнения преобразования на
выходе АЦП выставляется строб преобразование выполнено (шаг N 2). Когда
этот сигнал поступает на вход запроса прерывания DSP-процессора (IRQ),
начинается процесс чтения данных из АЦП. Далее процессор выставляет на шине
адрес периферийного устройства, инициировавшего запрос на прерывание (шаг N
3). В то же самое время процессор переводит в активное состояние сигнал
доступа к памяти (DMS) (шаг N 4). Две внутренние шины адреса в процессоре
ADSP-21XX (шина адреса памяти программ и шина адреса памяти данных)
совместно используют внешнюю шину адреса, а две внутренние шины данных
(шина данных памяти программ и шина данных памяти данных) совместно
используют одну внешнюю шину данных. Сигналы выбора памяти начальной
загрузки (BMS), выбора памяти данных (DMS), выбора памяти программ (PMS) и
выбора памяти устройств ввода-вывода (IOMS) указывают, для какой памяти в
данный момент используются внешние шины. Эти сигналы обычно используются
для разрешения внешней дешифрации адреса, как показано на рис. 11. Выходной
сигнал дешифратора адреса подается на вход chip select выбора периферийного
устройства (шаг N 5).
Сигнал чтения памяти (memory read, RD) выставляется через промежуток
времени tASR после активации сигнала DMS (шаг N 6). Чтобы полностью
использовать преимущество высокой скорости DSP-процессора, сумма времени
задержки дешифрации адреса и времени включения периферийного устройства
после подачи сигнала выбора (chip select) не должна превышать время tASR.
Сигнал чтения памяти (memory read, RD) остается активным (низкий логический
уровень) в течение времени tRP. Этот сигнал используется для перевода в
активное состояние параллельного выхода данных периферийного устройства
(шаг N 7). Сигнал RD обычно подключается к соответствующему выводу
периферийного устройства, называемому сигналом разрешения выхода или чтения
(output enable или read). Восходящий (задний) фронт сигнала RD используется
для ввода данных с шины в DSP-процессор (шаг N 8). После появления
восходящего (заднего) фронта сигнала RD данные на шине должны удерживаться
периферийным устройством в течение времени tRDH, называемого временем
удержания данных. Для большинства процессоров семейства ADSP-21XX это время
равно нулю.
Основные требования к временным параметрам периферийного устройства
показаны на рис. 11. Все значения даны для процессора ADSP-2189M,
работающего на тактовой частоте 75 МГц.
[pic]
Рис 11. Подключение АЦП.
Процессор ADSP-2189M способен эффективно взаимодействовать с
медленными периферийными устройствами при помощи имеющихся средств
программирования длительности состояния ожидания. Имеется три специальных
регистра для управления процессом ожидания: для памяти начальной загрузки,
для памяти программ и для памяти данных и пространства ввода-вывода.
Программист может задать от 0 до 15 тактов ожидания для каждого
параллельного интерфейса памяти. Каждый такт ожидания увеличивает время
доступа к внешней памяти на величину, равную по длительности одному такту
генератора тактовых импульсов процессора (13.3 нс для процессора ADSP-
2189M, работающего на тактовой частоте 75 МГц). В рассматриваемом примере
сигналы адрес памяти данных, DMS и RD удерживаются неизменными в течение
дополнительного времени, определяемого продолжительностью тактов ожидания.
Микросхемы AD7854/AD7854L – это 12-разрядные АЦП, работающие с частотой
отсчетов 100 или 200 кГц, которые имеют параллельный интерфейс. Эти АЦП
работают от однополярного источника питания с напряжением от +3 В до +5.5 В
и потребляют порядка 5.5 мВт (AD7854L при питании +3 В). Автоматическое
переключение микросхемы в энергосберегающий режим после выполнения
преобразования снижает потребляемую мощность до 650 мкВт. Функциональная
схема AD7854/AD7854L показана на рис. 7.6. ИС AD7854/AD7854L реализует
технологию преобразования методом последовательного приближения с
применением ЦАП с перераспределением зарядов (ЦАП на переключаемых
конденсаторах). Наличие режима калибровки позволяет избавиться от
погрешности смещения и погрешности коэффициента усиления. Ключевые
временные характеристики параллельного интерфейса между AD7854/AD7854L и
ADSP-2189M показаны на рис. 12. Характеристики процессора ADSP-2189M
приведены для тактовой частоты равной 75 МГц. Исследование временных
соотношений, приведенных на рис 7.7, показывает, что для синхронизации
работы двух устройств необходимо введение пяти тактов ожидания для
процессора ADSP-2189M. Это увеличивает tRDD до 68.15 нс, что превышает
минимальное время доступа к АЦП AD7854/AD7854L (t8 = 50 нс минимум).
Длительность импульса чтения - tRP по той же причине увеличивается до 70.15
нс, что позволяет удовлетворить требование к длительности строба чтения (t7
= 70 нс минимум). Если периферийное устройство, включенное в адресное
пространство памяти, не обладает чрезвычайно малым временем доступа, то
использование режима ожидания совершенно необходимо для организации
интерфейса с этим устройством, будь то АЦП, ЦАП или внешняя память.
[pic]
Рис.12.
Схема интерфейса между двумя устройствами (АЦП и DSP) показана на рис.
13. В качестве сигнала окончания преобразования от AD7854/AD7854L
используется сигнал BUSY. Нужно заметить, что показанная конфигурация
позволяет DSP-процессору записывать данные в регистр управления
параллельным интерфейсом AD7854/AD7854L. Это необходимо для установки
различных опций в AD7854/AD7854L и выполнения процесса калибровки. Однако в
обычном режиме чтение данных из AD7854/AD7854L осуществляется в
соответствии с приведенным выше описанием. Запись в периферийные
устройства, включенные в адресное пространство памяти, рассматривается в
последующих разделах этой главы.
Параллельные интерфейсы между другими DSP-процессорами и внешними
периферийными устройствами могут быть построены подобным способом, однако
всякий раз необходимо тщательно изучить временные параметры всех
соответствующих сигналов для каждого устройства. Техническая документация
большинства АЦП содержит достаточную информацию для организации интерфейса
с DSP-процессорами.
[pic]
Рис.13.
Описание ЦАП
ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА С DSP-ПРОЦЕССОРАМИ: ЗАПИСЬ ДАННЫХ В
ЦАП, ПОДКЛЮЧЕННЫЙ С ОТОБРАЖЕНИЕМ В АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПАМЯТИ.
Схема стандартного интерфейса между DSP-процессором и параллельным
периферийным устройством (например ЦАП) показана на рис. 14.
В большинстве приложений реального времени ЦАП функционирует
непрерывно с постоянной тактовой частотой. Большинство ЦАП, используемых
для этих приложений, осуществляет двойную буферизацию данных. Имеется
входной регистр для фиксации данных, поступающих через асинхронный
интерфейс с DSP-процессором, и далее регистр (называемый регистром хранения
ЦАП), который управляет токовыми ключами ЦАП. Регистр хранения ЦАП
синхронизируется внешним стабильным генератором, задающим частоту
дискретизации. Кроме тактирования регистра хранения ЦАП, данный сигнал
используется также для генерации сигнала прерывания DSP-процессора, который
указывает на готовность ЦАП к приему новых входных данных.
[pic]
Рис.14.
Таким образом, процесс записи инициируется периферийным устройством
посредством установления сигнала запроса прерывания DSP-процессора,
указывающего, что периферийное устройство готово к приему новых данных (шаг
N 1). Далее DSP-процессор выставляет адрес периферийного устройства на
адресной шине (шаг N 2) и переводит в активное состояние сигнал выбора
памяти DMS (шаг N 3). Это приводит к тому, что дешифратор адреса выдает
сигнал выбора (chip select) на периферийное устройство (шаг N 5). После
спадающего (переднего) фронта сигнала DMS через промежуток времени tASW
процессор переводит в активное нулевое состояние сигнал записи WR (шаг N
4). Длительность импульса WR составляет tWP нс. Данные помещаются на шину
данных (D) и удерживаются в течение времени tDW, до перехода сигнала WR в
неактивное единичное состояние (шаг N 6). Восходящий (задний) фронт сигнала
WR используется для фиксации присутствующих на шине данных (D) во внешнюю
параллельную память (шаг N 7). Данные на шине остаются достоверными еще в
течение времени tDH после прохождения положительного фронта сигнала WR.
Основные требования по временным параметрам при записи данных в
периферийное устройство показаны на рис. 14. Главным параметром здесь
является длительность строба записи tWP. Для всех периферийных устройств,
кроме самых быстрых, придется использовать циклы ожидания, т.к. этим
устройствам нужно больше времени для доступа к данным.
Микросхема AD5340 – это 12-ти разрядный ЦАП, работающий на частоте
дискретизации 100 кГц, имеющий параллельный цифровой интерфейс. Данный АЦП
питается от однополярного источника питания напряжением +2.5-5.5 В и
рассеивает мощность 345 мкВт (при напряжении питания 3 В). В
энергосберегающем режиме потребляемая мощность прибора снижается до 0.24
мкВт. ЦАП AD5340 имеет в своем составе выходной буферный усилитель, который
способен формировать выходной сигнал в диапазоне значений от нуля до
напряжения питания. В ИС AD5340 можно задействовать или отключить
встроенный буфер для источника опорного напряжения. В устройстве имеется
встроенная схема формирования сигнала сброса при включении питания,
гарантирующая нулевое значение сигнала на выходе ЦАП до тех пор, пока в ЦАП
не будут записаны корректные данные. Структурная схема ЦАП показана на рис.
15. На входе прибора осуществляется двойная буферизация данных.
Спецификация временных параметров цикла записи для ADSP-2189M дается для
тактовой частоты 75 МГц.
[pic]
Рис.15.
Исследование временных характеристик, изображенных на рис. 7.14,
показывает, что для обеспечения совместимости по синхронизации между
устройствами потребуется программирование двух циклов ожидания в процессоре
ADSP-2189M. Это позволяет увеличить длительность строба записи (WR) до
30.25 нс, что превышает минимально необходимую длительность строба записи в
ЦАП AD5340 (20 нс). Минимальное время установления данных в микросхеме
AD5340, равное 5 нс, также перекрывается при использовании двух циклов
ожидания. Схема интерфейса между двумя устройствами показана на рис. 16.
Параллельные интерфейсы с другими DSP-процессорами могут быть
организованы подобным образом, для чего необходимо подробное изучение
временных спецификаций всех соответствующих сигналов каждого из
взаимодействующих устройств.
[pic]
Рис.16.
[pic]
Рис. 17. Принципиальная схема DSP системы.
Алгоритм работы устройства ADSP-21XX
{М=2NФНЧ+1+2NПФ1+1+2NПФ2+
+1+2NПФ3+1+2NПФ4+1}
{ai, xi – массив, i=1,2..М}
Программа и графики АЧХ фильтров
program k(t);
uses crt,graph;
label 1,2,3;
const f1=1000;
const f2=520;
const fd=20000;
var A,Re,Mn,Td,w1,w2,w,wt,wtp:real;
n,x,y:integer;
Road:STRING;
f:text;
kt:array[0..105] of real;
begin
clrscr;
writeln ('File name?');
readln (road);
assign (f, Road);
rewrite(f);
writeln(f,' w',' ',' A');
w1:=2*pi*f1;
w2:=2*pi*f2;
Td:=1/fd;
n:=0;
w:=0;
x:=detect;
InitGraph(x,y,'c:tp7tp7bgi');
line(0,479,640,479);
line(0,0,0,479);
repeat
wt:=2*pi*w/20000;
re:=0;
mn:=0;
n:=0;
repeat
if n=0 then goto 1 else goto 2;
2:kt[n]:=(sin(w1*n*Td)-sin(w2*n*Td))/(pi*n*Td);
goto 3;
1:kt[n]:=(w1-w2)/pi;
3:re:=re+kt[n]*cos(wt*n);
mn:=mn+kt[n]*sin(wt*n);
if n=0 then mn:=0;
n:=n+1;
until n>81;
A:=sqrt(sqr(re)+sqr(mn));
writeln (f,' ',w:5:2,' ',A:5:4);
x:=trunc(w/46.88);
putpixel(x,trunc(-A/41.67+480),7);
if w=620 then begin
y:=trunc(-A/41.67+480);
repeat
line(trunc(w/46.88),y,trunc(w/46.88),y+5);
y:=y+20;
until y>479;
end;
if w=1000 then begin
y:=trunc(-A/41.67+480);
repeat
line(trunc(w/46.88),y,trunc(w/46.88),y+5);
y:=y+20;
until y>479;
end;
w:=w+1;
until w>=20000;
close(f);
repeat until keypressed;
end.
Вывод.
В курсовой работе был успешно разработан эквалайзер, применяемый в
микропроцессорной технике в системах передачи информации.
В качестве базового был использован в качестве сигнальный процессор
семейства ADSP-21xx фирмы ANALOG DEVICES. Процессоры этой фирмы являются
оптимальными по соотношению цены к качеству и нашли широкое применение в
современных системах цифровой обработки сигналов.
Литература
1.Методические указания и задания на курсовой проект « Разработка
эквалайзера »
2. Курс лекций по дисциплине « МИУСС » -
-----------------------
i:=1 to M
Y=Y+Xi*ai
вывод Y в порт вывода
конец
Конец входных значений
да
нет
чтение из порта входного значения в переменную b
i:=1 to M-1
Xi+1=Xi
X1=b
Y=0
Чтение из порта М-1 входных коэффициентов в массив Xi
Ввод коэффициентов
фильтров в массив аi
распределение памяти для коэффициентов аi
начало
Реферат на тему: Разработка технологического процесса изготовления печатной платы для широкодиапазонного генератора импульсов
Химкинский техникум космического энергомашиностроения.
Курсовой проект на тему:
Разработка технологического процесса изготовления печатной платы для
широкодиапазонного генератора импульсов.
Проверил:_____________Белецкая О. В.
Выполнил:____________ Ерохин В. А.
2000 г.
ХИМКИНСКИЙ ТЕХНИКУМ КОСМИЧЕСКОГОЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ
(наименование техникума)
ЗАДАНИЕ
ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПО КУРСУ Производство
ЭВМ____________________
УЧАЩЕГОСЯ_IV _КУРСА_ Э 42-97_ГРУППЫ
Ерохина Владимира Александровича
(ФАМИЛИЯ, ИМЯ И ОТЧЕСТВО)
Тема задания и исходные данные __Выбор и обоснование технологического
процесса изготовления печатной платы для широкодиапазонного генератора
импульсов цифрового измерительного комплекса.___
При выполнении курсового проекта на указанную тему должны быть
представлены:
1.Обьяснительная записка
Анализ технического задания, общие правила конструирования, выбор
технологического процесса, выбор материалов, расчетная часть, описание
технологического процесса, расчет надежности.
2.Графическая часть проекта
Лист 1.___Электрическая принципиальная схема
_______________________
2.___Топология печатной платы
__________________________________
____________________________________________________________________________
___
Дата выдачи _4. 10. 00._______
Срок окончания _______________
Преподаватель-руководитель курсового проектирования
Белецкая О. В.
1.Анализ технического задания.
В данном курсовом проекте необходимо произвести выбор и обоснование
технологического процесса изготовления печатной платы для
широкодиапазонного генератора импульсов цифрового измерительного комплекса.
Данный измерительный прибор предназначен для эксплуатации в нормальных
климатических условиях в лабораторных помещениях, должен обладать
повышенным качеством и точностью. Анализ электрической принципиальной схемы
устройства определил размер печатной платы 110х75 мм.
Изготовление данного узла ориентировано на автоматизированное
крупносерийное производство.
Требования к надежности: наработка на отказ не менее 100 тыс. часов.
Характеристики данного узла:
Частота следования импульсов 0.1-2?10^7 Гц.
Длительность импульсов 0.02-10^5мкс.
Длительность фронтов 5-8 нс.
Неравномерность вершины 3%
Амплитуда выходных импульсов 4 ±0.5 В.
Введение.
В производстве изделий приборостроения, средств вычислительной техники и
бытовой эл. радио аппаратуры широко применяются печатные платы как
средство, обеспечивающие автоматизацию монтажно – сборочных операций,
снижение габаритных размеров аппаратуры, металлоемкости и повышения ряда
конструктивных и эксплутационных качеств изделия.
При изготовлении печатных плат в зависимости от их конструктивных
особенностей и масштабов производства применяются различные варианты
технологических процессов, в которых используются многочисленные химико –
технологические операции и операции механической обработки.
Электронные вычислительные машины являются одним из наиболее важных
средств автоматизации производства и повышения качества продукций, а также
служат основой наиболее перспективных технологий. Эффективное использование
современных вычислительных и управляющих машин определяет уровень научно-
технического прогресса во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве,
научных исследованиях и др.
Получение высоконадежных ЭВМ, содержащих большое число схемных деталей,
решается путем отказа от использования дискретных элементов и замены их
интегральными схемами.
Для организации массового производства средств вычислительной техники была
разработана Единая система электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ). Она
реализована на микроэлектронной базе, что обеспечивает высокие
эксплуатационные показатели и представляет собой семейство программно-
совместимых машин. Серийный выпуск машин ЕС ЭВМ был начат в 1972 г.
В качестве элементной базы используют сверхбольшие интегральные
микросхемы, для разработки которых требуются мощные системы автоматического
проектирования.
Особенности производства ЭВМ на современном этапе. Основной особенностью
производства ЭВМ является использование большого количества стандартных и
нормализованных элементов, интегральных схем, радиодеталей и др. Выпуск
этих элементов в больших количествах и высокого качества — одно из основных
требований вычислительного машиностроения. Важным вопросом, решаемым в
настоящее время, является массовое производство стандартных блоков с
использованием новых элементов. Унификация отдельных элементов создает
условия для автоматизации их производства.
Другой особенностью является высокая трудоемкость сборочных и монтажных
работ, что объясняется наличием большого числа соединений и сложностью их
выполнения вследствие малых размеров контактных соединений и высокой
плотности монтажа.
Повышение качества и экономичности производства во многом зависит от
уровня автоматизации технологического процесса. Предпосылки для широкой
автоматизации производства элементов и блоков ЭВМ обеспечиваются высоким
уровнем технологичности конструкции, широким внедрением типовых и групповых
технологических процессов, а также средств автоматизации.
Автоматизация развивается в направлении от автоматизации отдельных
операций (пайка, сварка и др.) к широкому использованию автоматизированных
линий.
Особенностью производства ЭВМ является также большая трудоемкость
контрольных операций. На отдельных предприятиях количество контролеров
достигает до 30 ...40% от общего числа рабочих. Используют следующие методы
контроля:
ручной, неразрушающий, активный.
Производительность ручного контроля крайне низка и не отвечает
современным требованиям. Поэтому возникла необходимость в создании
высокопроизводительных методов контроля с использованием ЭВМ и
автоматических измерительных устройств.
Важное значение приобрели методы неразрушающего контроля, которому можно
подвергать 100% изделий на всех стадиях производства.
Весьма эффективны активные методы, контроля, при которых проверяются
режимы технологического процесса, и исключается возможность появления
брака. Такой контроль осуществляется по ходу технологического процесса и
облегчает внедрение автоматизированных систем управления технологическими
процессами (АСУТП) с применением ЭВМ.
Полное решение проблемы качества возможно лишь на основе системного
подхода к планированию, организации, управлению проектно-конструкторскими
работами, производству, испытаниям и эксплуатации.
Решение сложных технических задач на всех этапах конструирования и
производства ЭВМ существенно повышает требования к подготовке инженеров.
Они должны обладать комплексом знаний, обеспечивающих качественное
изготовление всех компонентов современной ЭВМ и ее периферийных устройств.
2. Общие правила конструирования печатных плат.
Толщину двухсторонней печатной платы определяют толщиной выбранного
материала, но в основном она лежит в пределах от 1.0 до 1.5 мм.
Для печатных проводников для двухсторонней печатной платы допускается
плотность тока до 20 А/ммІ. Напряжение между проводниками зависит от
величены минимального зазора меду ними. Для печатных плат, защищенных
лаком, значение рабочего напряжения можно выбрать из таблицы.
|Зазор, мм | | | | | | | | |
|Uраб, В | | | | | | | | |
При этих условиях заметного нагрева проводников не происходит.
По плотности рисунка печатные платы делятся на четыре класса:
Первый и второй характеризуются наименьшей плотностью и точностью
изготовления;
Третий характеризуется повышенной плотностью и точностью изготовления;
Четвертый характеризуется высокой плотностью и точностью изготовления.
Класс точности определяется в зависимости от плотности проводящего
рисунка и выбирается из ряда: 0.65; 0.5; 0.25; 0.15мм. , т.к. из расчета
расстояние между соседними элементами составляет 0.6 мм. , то выбран второй
класс точности.
В печатной плате при пересечении проводников получается электрический
контакт. Если он не нужен, необходимо изменять линию проведения одного из
проводников, либо один из проводников выполнять на другой стороне платы.
Длина проводников должна быть минимальной. Рисунок проводников должен
наилучшим способом использовать отведенную для него площадь. Для
обеспечения гарантий от повреждения проводников при обработке минимальная
ширина проводников должна быть 0,25 мм. При ширине проводника более 3 мм
могут возникнуть трудности, связанные с пайкой. Чтобы при пайке не
появилось мостиков из припоя, минимальный зазор между проводниками должен
быть 0,5 мм.
По первому классу выполняются платы всех размеров, по второму - платы
размером не более 240х400 мм, по третьему - платы размером не более 170х170
мм.
При выборе размеров печатной платы необходимо руководствоваться
следующими правилами:
1.Печатная плата должна быть квадратной или прямоугольной, а линейные
размеры сторон кратными.
2.5 при длине 100мм.
5.0 при длине до 350 мм.
10. при длине свыше 350 мм.
2. Толщина печатной платы должна соответствовать одному из чисел 0.8,
1, 1.5, 2 мм.
3. Ширина проводников 1 – 2 мм. , а зазор 0.4 – 1 мм.
На основе эл. принципиальной схемы выбран размер 110х75 мм.
Монтажные и переходные металлизированные отверстия следует выполнять без
зенковки, но для обеспечения надежного соединения металлизированного
отверстия с печатным проводником вокруг него на наружных сторонах печатной
платы со стороны фольги делают контактную площадку. Контактные площадки
выполняют круглой или прямоугольной формы, а контактные площадки,
обозначающие первый вывод активного навесного электрорадиоэлемента
выполняют по форме отличной от остальных.
Печатные проводники должны выполняться прямоугольной формы параллельно
сторонам платы и координатной сетки или под углом 450 к ним. Ширина
проводника должна быть одинаковой по всей длине. Расстояние между
неизолированными корпусами электрорадиоэлементов, между корпусами и
выводами, между выводами соседних электрорадиоэлементов или между выводом и
любой токопроводящей деталью следует выбирать с учетом допустимой разностью
потенциалов между ними и предусматриваемого теплоотвода, но не менее 1 мм
(для изолированных деталей не менее 0,5 мм). Расстояние между корпусом
электрорадиоэлементом и краем печатной платы не менее 1 мм, между выводом
и краем печатной платы не менее 2 мм, между проводником и краем печатной
платы не менее 1 мм.
На основе рассмотренных конструктивных требований и ограничений была
разработана топология печатной платы.
3. Выбор технологического процесса.
Проанализировав эл. принципиальную схему, а также топологию было
установлено, что данный узел можно выполнить на двухсторонней печатной
плате не требующей высокой плотности монтажа.
В настоящее время для изготовления односторонних и двусторонних печатных
плат наибольшее распространение получили три метода: химический,
электрохимический (полуаддитивный ), комбинированно позитивный.
Химический метод широко применяется в производстве не только
односторонних печатных плат, но и для изготовления внутренних слоев
многослойных печатных плат, а также гибких. Основным преимуществом
химического метода является простота и малая длительность технологического
цикла, что облегчает автоматизацию, а недостатком отсутствие
металлизированных отверстий и низкое качество.
Электрохимический (полуаддитивный ) метод дороже, требует большого
количества специализированного оборудования, менее надежен. Необходим
главным образом для изготовления двусторонних печатных плат.
Комбинированно позитивный метод основан на химическом и
электрохимическом методах. Позволяет получить проводники повышенной
точности. Преимуществом позитивного комбинированного метода по сравнению с
негативным является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность
монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства.
Последнее объясняется тем, что при длительной обработке в химически
агрессивных растворах (растворы химического меднения, электролиты и др.)
диэлектрическое основание защищено фольгой.
Проанализировав все методы, выбран метод комбинированно позитивный т.к.
по сравнению с химическим он обладает лучшим качеством изготовления,
достаточно хорошими характеристиками, что необходимо в измерительной
аппаратуре и есть возможность реализации металлизированных отверстий,
4. Выбор материалов печатной платы.
Для изготовления печатной платы необходимо выбрать следующие материалы:
материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для
печатных проводников и материал для защитного покрытия от воздействия
влаги. Сначала определяется материал для диэлектрического основания.
Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых пластиков.
Их можно разделить на две группы:
-на бумажной основе;
-на основе стеклоткани.
Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких слоев
бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем
горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола
для бумаги или эпоксидная для стеклоткани. В отдельных случаях могут также
применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые
пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной
толщины.
Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания
исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую
обработку плат.
В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько
типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.
Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой.
Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре,
поскольку очень дешевы.
Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но
пропитанный эпоксидной смолой.
Эпоксидный стеклотекстолит - это материал на основе стеклоткани,
пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая
механическая прочность и хорошие электрические свойства.
Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном
гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В
таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как
температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у
фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в
металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому
подвергается печатная плата в машине для групповой пайки.
Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает
надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита
отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и
риск образования трещин в отверстиях достаточно мал.
Из сопоставления характеристик оснований следует, что (за исключением
стоимости ) снования из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания
из гетинакса.
Печатные платы из эпоксидног стеклотекстолита характеризуются меньшей
деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксидного гетинакса.
Последние имеют степень деформации в десять раз больше, чем
стеклотекстолит.
Некоторые характеристики различных типов слоистых пластиков представлены
в таблице.
| |Максимальная |Время пайки|Сопротивлен|Объемное |Диэлектрич|
|Тип |рабочая |при 2600 С,|ие |сопротивлен|еская |
| |температура, |сек |изоляции, |ие, МОм |постоянная|
| |0C | |МОм | |, ( |
|Фенольный | | | | | |
|гетинакс | | | | | |
|Эпоксидный | | | | | |
|гетинакс | | | | | |
|Эпоксидный | | | | | |
|стеклотекст| | | | | |
|олит | | | | | |
Сравнив эти характеристики, делается вывод , что для изготовления
печатной платы с хорошими характеристиками следует применять эпоксидный
стеклотекстолит.
В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического
основания можно использовать медную, алюминиевую или никелевую фольгу.
Однако, алюминиевая фольга уступает медной из-за плохой паяемости, а
никелевая - из-за высокой стоимости. Поэтому в качестве фольги выбирается
медь.
Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги
наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время
травления меди по толщине травитель воздействует также на медную фольгу со
стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое
подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную
фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому была выбрана медная фольга толщиной
35 мкм.
Исходя из всех вышеперечисленных сравнений для изготовления печатной
платы позитивным комбинированным способом выбиран фольгированный
стеклотекстолит СФ-2-35.
Самый распространенный и дешевый способ защиты гетинаксовых и
стеклотекстолитовых печатных плат - покрытие их бакелитовыми, эпоксидными и
другими лаками или эпоксидной смолой. Наиболее стойко к действию влаги
покрытие из эпоксидной смолы, обеспечивающее самое высокое поверхостное
сопротивление. Несколько хуже защитные свойства перхлорвиниловых, фенольных
и эпоксидных лаков. Плохо защищает покрытие из полистирола, но в отличие от
остальных, при помещении изделия в нормальные условия оно быстро
восстанавливает свои свойства.
Далее приведены наиболее распространенные материалы, применяемые для
защитных покрытий.
Лак СБ-1с, на основе фенолформальдегидной смолы, нанесенный на
поверхность сохнет при температуре 600 С в течение 4 ч, наносят его до пяти
слоев с сушкой после каждого слоя, получается плотная эластичная пленка
толщиной до 140 мкм.
Лак УР-231 отличается повышенной эластичностью, влагостойкостью и
температуростойкостью, поэтому может применяться для гибких оснований. Лак
приготовляют перед нанесением в соответствии с инструкцией и наносят на
поверхность пульверизацией, погружением или кисточкой. Наносят четыре слоя
с сушкой после каждого слоя при температуре 18-230 С в течение 1,5 ч.
Для аппаратуры, работающей в тропических условиях, в качестве защитного
покрытия применяют лак на основе эпоксидной смолы Э-4100. Перед покрытием в
лак добавляют 3,5% отвердителя № 1, смешивают и разводят смесью, состоящей
из ацетона, этилцеллозольва и ксилола до вязкости 18-20 сек по вискозиметру
ВЗ-4. После смешивания жидкость фильтруют через марлю, сложенную в
несколько слоев. В полученную смесь погружают чистую высушенную аппаратуру.
После каждого погружения стряхивают излишки смеси и ставят сушить на 10
мин, таким образом наносят шесть слоев. Это покрытие обладает малой усадкой
и плотной структурой.
Исходя из вышеперечисленных сравнений выбран для защитного покрытия от
действия влаги лак УР-231.
6. Описание технологического процесса изготовления печатной платы
комбинированным позитивным способом.
Технологический процесс изготовления печатной платы комбинированным
позитивным методом состоит из следующих операций:
1. Резка заготовок
2. Пробивка базовых отверстий
3. Подготовка поверхности заготовок
4. Нанесение сухого пленочного фоторезиста
5. Нанесение защитного лака
6. Сверловка отверстий
7. Химическое меднение
8. Снятие защитного лака
9. Гальваническая затяжка
10. Электролитическое меднение и нанесение защитного покрытия
ПОС-61
11. Снятие фоторезиста
12. Травление печатной платы
13. Осветление печатной платы
14. Оплавление печатной платы
15. Механическая обработка
Далее рассмотрена каждая операция более подробно.
6.1. Резка заготовок.
Фольгированные диэлектрики выпускаются размерами 1000-1200 мм, поэтому
первой операцией практически любого технологического процесса является
резка заготовок. Для резки фольгированных диэлектриков используют роликовые
одноножевые, многоножевые и гильотинные прецизионные ножницы. На
одноножевых роликовых ножницах можно получить заготовки размером от 50 х 50
до 500 х 900 мм при толщине материала 0,025-3 мм. Скорость резания плавно
регулируется в пределах 2-13,5 м/мин. Точность резания (1,0 мм. Для
удаления пыли, образующейся при резании заготовки, ножницы оборудованы
пылесосом. В данном технологическом процессе будем применять одноножевые
роликовые ножницы при скорости резания 5 м/мин.
Из листов фольгированного диэлектрика одноножевыми роликовыми ножницами
нарезается заготовки требуемых размеров с припуском на технологическое поле
по 10 мм с каждой стороны. Далее с торцов заготовки необходимо снять
напильником заусенцы во избежание повреждения рук во время технологического
процесса. Качество снятия заусенцев определяется визуально.
Резка заготовок не должна вызывать расслаивания диэлектрического
основания, образования трещин, сколов, а также царапин на поверхности
заготовок.
6.2. Пробивка базовых отверстий.
Базовые отверстия необходимы для фиксации платы во время
технологического процесса. Сверловка отверстий является разновидностью
механической обработки. Это одна из самых трудоемких и важных операций. При
выборе сверлильного оборудования необходимо учитывать следующие основные
особенности: изготовление нескольких тысяч отверстий в смену, необходимость
обеспечения перпендикулярных отверстий поверхности платы, обработка плат
без заусенцев. При сверлении важнейшими характеристиками операции являются:
конструкция сверлильного станка, геометрия сверла, скорость резания и
скорость осевой подачи. Для правильной фиксации сверла используются
специальные высокоточные кондукторы. Кроме того, необходимо обеспечить
моментальное удаление стружки из зоны сверления. Как известно
стеклотекстолит является высокоабразивным материалом, поэтому необходимо
применять твердосплавные сверла. Применение сверл из твердого сплава
позволяет значительно повысить производительность труда при сверлении и
улучшить чистоту обработки отверстий. В большинстве случаев заготовки
сверлят в пакете, высота пакета до 6 мм.
В данном технологическом процессе заготовки сверлят в па | |
