Transcript Pregatire TIE
Conf.dr.ing. Gheorghe PANA [email protected]
A.
B.
a) b) c) d) Notiuni introductive de proiectare a PCB a) Structura unei componente virtuale b) Fabricarea PCB c) Rolul OrCAD Layout in proiectarea PCB d) Fisiere de proiectare create cu Layout Etapele proiectarii PCB Proiectarea schemei Simularea schemei Proiectarea layout-ului PCB/PWB Post-procesarea Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 2
“part” Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 3
1.
2.
Un circuit imprimat (Printed Circuit Board – PCB) este alcatuit din 2 parti de baza: Suportul izolator trasee.
laminate).
(placa)=structura care din punct de vedere fizic sustine componentele si traseele imprimate si asigura izolatia intre Substrat tipic=FR4 (fiber-glass–epoxy Circuitul imprimat (traseele de cupru) Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 4
Se porneste de la o placa izolatoare acoperita pe toata suprafata cu o folie subtire de cupru Cablaj dublu placat (pe 2 straturi) Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 5
Cablaj multistrat Pre-preg is a term for "pre-impregnated" composite fibres. These usually take the form of a weave or are uni directional. They already contain an amount of the matrix material used to bond them together and to other components during manufacture. The pre-preg are mostly stored in cooled areas since activation is most commonly done by heat. Hence, composite structures built of pre pregs will mostly require an oven or autoclave to cure out.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 6
Exemple de realizare a circuitelor multistrat (a) (b) 3 cablaje dublu-placate lipite intre ele cu 2 prepreg; 2 cablaje dublu-placate, 3 prepreg si folii exterioare de cupru pentru traseele “top” si “bottom” Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 7
Straturile interioare (inner) sunt realizate inainte de efectuarea lipirii straturilor si a gaurilor.
Straturile exterioare se corodeaza dupa lipirea tutror straturilor (a).
Folia de cupru este mai ieftina decat acoperirea cu cupru, motiv pentru care se prefera structura (b).
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 8
(c) Metoda care imbina mai multe tehnici de fabricatie: Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 9
1.
2.
◦ ◦ Realizarea circuitelor imprimate cuprinde, in principal: Indepartarea selectiva a stratului de cupru: Fotolitografie si corodare chimica Frezare mecanica Alinierea straturilor Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 10
1.
Acoperire cu fotorezist Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 11
pad 2.
Utilizarea mastilor pentru expunerea selectiva la raze ultraviolete a fotorezistului traseu (a) masca pozitiva pt. fotorezist pozitiv (b) masca negativa pt. fotorezist negativ Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 12
Masca se pune pe fotorezist Exemplu: masca pozitiva pusa pe fotorezistul pozitiv Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 13
3.
◦ ◦ Corodarea fotorezistului (developare): La fotorezistul pozitiv, prin expunere la raze u.v., scade rezistenta mecanica si fotorezistul expus se inlatura prin developare. Se foloseste hidroxid de sodiu (NaOH) La fotorezistul negativ, partea expusa devine rezistenta si prin developare se inlatura partea neexpusa. Se foloseste carbonat de sodiu (Na 2 CO 3 ) Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 14
Fotorezist developat Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 15
4.
Inlaturarea cuprului nedorit. Se foloseste solutie de clorura ferica (FeCl 3 ) sau persulfat de sodiu (Na 2 S 2 O 8 ) Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 16
5.
Inlaturarea fotorezistului. Rezulta modelul dorit de cupru corodat Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 17
Se foloseste la serii mici de productie Se inlatura minimul de cupru pentru a se asigura izolarea intre trasee Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 18
In engleza se numeste “Layer registration” Straturile care alcatuiesc un circuit multistrat se aliniaza si apoi se lipesc.
Tiparele de aliniere se numesc “fiduci” si constau din gauri de ghidare.
Straturile aliniate se lipesc prin presare la cald (asamblare).
◦ ◦ Dupa asamblare se dau gaurile in placa multistrat. Pot fi: Gauri nemetalizate Gauri metalizate Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 19
(a) gauri nemetalizate (b) gauri metalizate Metalizarea se face cu strat subtire de cupru (grosime 1mil=0.001in adica 25.4mm/1000=0.0254mm) Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 20
Nu toate straturile au trasee. Unele straturi sunt plane si asigura conexiuni de foarte joasa impedanta pentru alimentare si masa. Sunt asa numitele plane de alimentare si de masa.
Terminalele care se conecteaza la aceste plane trec prin gauri metalizate.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 21
Pentru lipire fara incalzire excesiva, in vecinatatea gaurilor metalizate se efectueaza niste ferestre in cupru – thermal reliefs, care reduc caile de conductie termica dar pastreaza conexiunile electrice.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 22
Realizarea zonei “clearence” care asigura izolare intre o gaura metalizata si un plan prin care trece: Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 23
◦ ◦ Ultimele straturi sunt: Soldermask (verde) cu rol de protectie la oxidare Silk screen (alb) cu rol de marcare a locului fiecarei componente Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 24
Se bazeaza pe sisteme de programe EDA (Electronic Design Automation), cum ar fi, de exemplu, ORCAD CAPTURE; Reprezinta etapa de intelegere a functionarii viitorului modul/sistem electronic; Se culeg informatii referitoare la componente; Se genereaza schema circuitului.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 25
◦ ◦ ◦ Proiectantul trebuie sa acorde atentie: Componentelor virtuale (parts) la alocarea pinilor si a conexiunilor electrice; Tipului componentelor; Functionarii circuitului, cel putin un conector fiind utilizat in orice schema (dupa ce a fost simulat circuitul in PSPICE).
◦ ◦ La terminarea proiectarii sunt necesare: proceduri de verificare si proceduri de validare a proiectului schemei electronice pentru evitarea erorilor (in special a erorilor umane).
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 26
Sa se proiecteze, sa se simuleze in SPICE si sa se realizeze cablajul imprimat al amplificatorului subwoofer din fig. 1 alcatuit dintr-un sumator, un FTJ (filtru trece-jos) si un amplificator de putere in punte. Montajul se alimenteaza dintr-o sursa simpla de c.c. (notata VCC pe schema sumatorului si a FTJ, respectiv Vs pe schema amplificatorului de putere).
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 27
Circuitul sumator Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 28
FTJ – filtrul trece-jos Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 29
Amplificatorul de putere in punte Amplificatorul simplu Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 30
Amplificatoarele operationale (AO) sunt amplificatoare de c.c., cu castig foarte mare, care amplifica diferenta semnalelor aplicate pe cele 2 intrari si pot efectua, in combinatie cu alte componente, diferite operatii: suma, diferenta, logaritmare, exponentiere, integrare, diferentiere s.a. de unde provine si atributul de “operational”.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 31
Simbolul AO si semnificatia pinilor intrare NEINVERSOARE intrare INVERSOARE 3 U1 7 + 2 LM741 4 alimentare (+) V+ OS2 OS1 V 5 OUT 6 1 alimentare (-) ajustare of f set IESIRE ajustare of f set Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 32
AO se alimenteaza, de obicei, cu tensiune dubla si simetrica: 3 U1 7 + 2 LM741 4 V+ OS2 5 OUT 6 1 OS1 V V1 15Vdc V2 15Vdc 0 Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 33
La alimentarea cu tensiune simpla, pentru ca semnalul de iesire sa contina ambele alternante ale unui semnal alternativ (sinusoidal), potentialul de c.c. de pe pinul de iesire trebuie sa fie 1/2 din valoarea tensiunii de alimentare.
Acest lucru se poate obtine doar in circuitele de c.a. unde se folosesc condensatoare de cuplaj care separa componenta de c.c de cea de c.a.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 34
Injumatatirea tensiunii de alimentare se poate obtine cu un divizor rezistiv in care rezistentele au valori egale.
Aceasta tensiune se aplica pe pinul corespunzator intrarii neinversoare.
AO trebuie sa fie in configuratie de repetor pe schema echivalenta de c.c. Astfel, la iesire, se repeta VCC/2 aplicat la intrarea neinversoare.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 35
Exemplu de amplificator inversor de c.a.
VCC/2 Vin C1 R1 4.7uF
16V 10k 3 2 U1 7 + 4 V+ OS2 5 6 OUT 1 OS1 V LM741 R2 0 30k C2 4.7uF
16V 0 RL 10k VCC RA 33k 0 RB 33k 0 CF 470uF 16V 0 VCC 20Vdc Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 36
se obtin din folie de catalog: ◦ ◦ AO de tipul TL084 TL08x.pdf
Amplificator de putere LM386 din carti sau de pe Internet LM386.pdf
◦ ◦ Dimensionarea FTJ (celule de filtre active de tipul Sallen-Key) http://www.pronine.ca/actlpf.htm
Modele SPICE Modelul SPICE al AO de putere LM386 – LM386.lib
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 37
Sumator + alimentarea intregului modul (PAGE 1) C11 V2 VOFF = 0 VAMPL = 25mV FREQ = 60Hz AC = 25mV VOFF = 0 VAMPL = 45mV FREQ = 60Hz AC = 45mV 0 V3 4.7uF
10V 0 4.7uF
10V C12 R14 200k R15 200k C16 2n R16 200k TL084 2 11 V OUT VCC/2 3 + 4 U1A V+ VCC 0 1 out1 VCC/2 RA 30k 0 RB 30k VCC 0 0 CF 100uF 10V V1 12Vdc Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 38
FTJ (PAGE 2) out1 R21 220k C21 R22 220k VCC/2 C22 3.3n
6.8n
TL084 VCC 5 U1B + OUT 7 6 11 V 0 R23 220k Al 4-lea AO, neutilizat, din integratul TL084 !
C23 6.8n
TL084 R24 220k 10 U1C + C24 3.3n
9 11 VCC/2 VCC OUT V 0 8 TL084 VCC 12 U1D + OUT 14 13 11 V 0 out2 Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 39
amplificator (PAGE 3) Trebuie sa se creeze part virtual pentru CI – LM386 C31 out2 10uF 10V 0 R31 10k 0 0 R32 C32 1.2k
10uF 10V U2 1 GAIN1 GAIN2 2 IN BY PASS 3 IN+ 4 0 GND LM386 Vs OUT 8 7 6 5 R33 1G out+ C33 47nF R34 10 0 R35 C34 0 1.2k
10uF 10V U3 1 GAIN1 GAIN2 2 IN BY PASS 3 IN+ 4 GND 0 LM386 Vs OUT 8 7 6 5 R36 1G C35 47nF R37 10 0 out 0 RL 8 Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 VCC 40
Simularea permite: Verificarea unui viitor produs inainte de a fi realizat, fiind utila in faza de cercetare dezvoltare a produselor electronice; Evitarea investigatiilor teoretice ale unor fenomene prea complexe; Evitarea dezvoltarii unor laboratoare cu un set foarte larg de echipamente de masura.
Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 41
Pentru CI de tipul LM386 este necesar: sa se creeze part-ul virtual si sa se faca o asociere intre modelul SPICE si part-ul creat.
Part-ul se poate crea: Manual dupa foile de catalog Automat daca se cunoaste modelul SPICE Asocierea intre modelul SPICE si part: a) Cu Associate Pspice Model… b) Cu Configuration Files Pregatire TIE - Lectia nr.2
4/28/2020 42