Проектирования печатной платы устройство идентификации абонента СИ БИ радиосвязи

 

Принципиальная схема проектируемого устройства приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Устройство идентификации абонента в СИ БИ радиосвязи

 

4.1 Спецификация

Обозначение		Наименование		Примечание
Резисторы
R1,R2,R7-R9, R4,R5		PH1 – 12;100кОм		0805
R3		PH1 – 12;300 кОм		0805
R6		PH1 – 12;330 кОм		0805
R10,R11, R12,R13,R15		PH1 – 12;10 кОм		0805
R14		PH1 – 12;200 кОм		0805
Конденсаторы
С1,C2,C11		GRM40X7R ;0.1 мкф		0805
С3,C7,С9,C10		GRM40X7R ;0.033 мкф		0805
С4		GRM32Y5V1E ;1000 мкф		1205
С5		GRM32NF51E ;1 мкф		0805
С6		GRM40X7R ;0.01 мкф		0805
С8		GRM32Y5V1E ;10 мкф * 6.3в		1205
Транзистор
VT1-VT4		КТ3117A		SOT23
Диоды
VD1,VD2		КД522Б
Микросхемы
DD1			КТ3170	SOIC-20
DD2		CD4011AE		SOIC-16
DD3		CD4051A		SOIC-16
DD4		TC5971		SOIC-14
DD6		MC14520A		SOIC-16
DA1		78LO5		SOIC-8
Кварцевый генератор
ZQ1	3.579545 Мгц

 

4.2.  Назначение схемы

Подключение этого устройства к радиостанции позволяет, прежде всего, исключить постоянного прослушивания канала в ожидании вызова, особенно, если канал используется многими корреспондентами, как это и бывает в большинстве случаев. При приёме радиостанцией DTMF-сигналов, соответствующих вызывному коду, на который настроен PC декодер, устройство выдает на динамическую головку Си-Би станции звуковой сигнал. Одновременно станция включается на передачу, и корреспондент в течение нескольких секунд слышит вызывной сигнал. Это говорит о том, что вызов принят абонентом.

 

4.3. Принцип работы схемы

Схема PC декодера показана на рис 4. Основа устройства — однокристальный DTMF-приемник (DD1) KT3170 фирмы SAMSUNG (отечественный аналог — КР008ВЖ18), разработанный специально для связи с подвижными объектами, пейджинговых систем, систем дистанционного управления и т. п. Благодаря применению интегральных фильтров на переключаемых конденсаторах и цифровому алгоритму обнаружения сигнала приемник обладает стабильными характеристиками при изменении температуры в диапазоне от — 40 до + 85° С.

Длина передаваемого кода — четыре знака. Длительность посылки должна быть не менее 40...50 мс. Чувствительность декодера — 30...50 мВ, а входное сопротивление — не менее 100 кОм. Устройство потребляет ток около 3 мА.

При включении питания импульс  начальной установки с выхода элемента DD5.2 через элемент DD5.3 сбрасывает в нулевое состояние счетчик числа посылок DD6.1. Если по какой-то причине на входе 2 элемента DD5.3 высокий уровень с выхода мультиплексора DD3,

DD5.1 разрешает работу счетчику одновибратору DD6.2, который подсчитывает импульсы с генератора на триггере Шмитта DD4.2. При переходе DD6.2 из состояния "7" в состояние "8" счетчик блокируется по входу CN высоким уровнем с выхода 8. Дифференцирующая цепь C4R5 формирует импульс сброса для счетчика DD6.1.

При поступлении на вход приемника  DD1 двухчастотной DTMF-посылки на его двоичный код, соответствующий передаваемой цифре. Одновременно на выходе DSO формируется стробирующий импульс (высокий уровень в течение времени, когда принимается DTMF-сигнал). Возьмем для примера код доступа 4226. Если код на входе дешифратора DD2 соответствует первой цифре "4", на его выходе 4 возникает высокий уровень, который через установленную перемычку поступает на вход 1 DD3. Поскольку счетчик DD6.1 находится в нулевом СОСТОЯНИИ, выход мультиплексора DD3 соединен со входом 1 (вывод 13 DD3) и на нем также возникает высокий уровень. Элемент DD4.1 открывается, и сигнал с выхода DSO, пройдя DD4.1 и DD5.1, сбрасывает счетчик DD6.2 и удерживает его в этом состоянии в течение действия DTMF-посылки. По ее окончании уровень на выходе элемента DD5.1 изменяется с высокого на низкий, т. е. на вход СР счетчика DD6.1 поступает счетный перепад. Состояние счетчика возрастает на единицу и становится равным 0001 (на выходе 1 — высокий уровень). Тем самым производится подготовка мультиплексора DD3 к приему второй цифры, а счетчик DD6.2 начинает подсчет импульсов генератора DD4.3, следующих с периодом 0,3...0,4 с. Теперь, если в течение восьми периодов генератора (2,4...3,2 с) не поступит следующая цифра кода (в нашем примере это цифра "2"), то счетчик DD6.2 досчитает до восьми и сбросит DD6.1, как было описано выше, приведя устройство в исходное состояние. Если же поступит цифра, отличная от "2", то на входе 2 мультиплексора DD3 (вывод 14), а следовательно и на его выходе останется низкий уровень и сигнал с выхода DSO приемника DD1 через элементы DD5.2 и DD5.3 сразу сбросит счетчик DD6.1. Через 3 с счетчик DD6.2 также придет в исходное состояние.

Если же вторая цифра DTMF-посылки совпала со второй цифрой кода, счетчик DD6.2 сбрасывается, не достигнув состояния 8, a DD6.1 переходит в состояние 0010, готовясь принять следующую цифру.

После успешного принятия всех четырех цифр счетчик DD6.1 приходит в состояние 0100, т. е. на его выводе 13 возникает высокий уровень, который блокирует счетчик по входу CN и, кроме того, поддерживает на выходе элемента DD5.1 низкий уровень, разрешая тем самым работу счетчику DD6.2. Одновременно закрывается диод VD2 и снимается блокировка с генератора вызывного сигнала на элементе DD4.3, который совместно со счетчиком DD6.2 и резисторной матрицей R7 - R12 формирует музыкальную фразу из восьми звуков различной тональности.

С выхода генератора вызывной сигнал через цепь R 147C7 поступает на микрофонный вход радиостанции. Сама радиостанция переводится в режим передачи с помощью ключа на транзисторах VT1, VT2, и вызывающий корреспондент принимает контроль вызова. Через 2...3 с все устройство переходит в исходное состояние.

При желании сделать однотональным. Для этого нужно исключить  резисторы R7-R11. а левый по схеме вывод резистора R12 соединить с выводом 6 элемента DD4.3 и с анодом диода VD2. Частоту вызывного сигнала подбирают резистором R13. Плату PC-декодера устанавливают внутри радиостанции и подключают пятью проводами. Поскольку номинальное напряжение питания микросхемы КТ3170 составляет 5В, устройство питается через маломощный интегральный стабилизатор DA1 типа 78L05 (отечественный аналог — КР1157ЕН502А).

Входное сопротивление РС- декодера составляет не менее 100 кОм, поэтому его можно подключать непосредственно к выходу AM или ЧМ детектора. Однако лучше включить декодер после предварительного усилителя звуковой частоты, но до регулятора громкости.

 

 

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

 

5.1. Создание компонентов

 

При анализе  электрической схемы  и имеющихся библиотек, были обнаружены компоненты, которые не входят  в  стандартные библиотеки, и поэтому  первым шагом по созданию печатной платы стало создание компонентов: интегральных микросхем. 

  Построенные компоненты библиотеки символы компонентов и их посадочных мест представлены в приложении 

 

5.2. Создание электрической схемы и компоновка элементов

 

После того как все компоненты созданы и объедены в библиотеку, можно приступать к следующему этапу – создание электрической схемы устройства. Данная операция производиться в приложении Schematic. Покажем как будет выглядеть схема (рис. 5.1).

 

 

Рис. 5.1. Электрическая схема

После набора схемы, необходимо создание NetList’а, в котором хранится информация о используемых библиотеках и о соединении компонентов между собой. Данная информация необходима для следующего приложения, в котором уже и создается печатная плата. После загрузки NetList’а в PCB, программа упаковывает компоненты и создает соединения между ними. Проиллюстрируем это (рис. 5.2)

 

Рис 5.2 Упаковка компонентов 

5.3 Стратегия проектирования печатной платы

Прежде чем перейти к окончательному этапу проектирования печатной платы необходимо выбрать основные параметры печатной платы (создание стратегии). К этим параметрам относится:

1. Размер печатной платы;
2. Расстановка элементов на печатной плате;
3. Определение количества слоев;
4. Ширина дорожек;
5. Минимальное расстояние между дорожками.

При создании данного устройства, как и большинства в микросхемотехнике, основной задачей является минимизация  размеров устройства. Это достигается  многими способами, которыми и  руководствовался при  выборе стратегии:

1. Создание двухсторонней печатной платы (100*100 мм);
2. Создание многослойной платы (двухслойной);
3. Сближение элементов;
4. Уменьшение ширины дорожки – 0.3мм;
5. Уменьшение расстояния между дорожками.

Проводники на печатной плате

Для проектирования требуется задать основные параметры и учесть их обоснованность и технико-экономические показатели. Один из самых важных параметров для анализа – это ширина проводников на печатной плате. Для определения этого параметра важно знать тип материала используемого для формирования платы.

Основные параметры (размеры и допустимые отклонения) проводников и зазоров между элементами проводящего рисунка оговорены в ГОСТ 50626-93 и непосредственно зависят от принятого класса точности печатных плат.

Минимальная ширина проводников и  величина зазоров - основные факторы, влияющие на трассировочную способность печатной платы. Однако это относится только к слаботочным цепям, для которых сечение печатных проводников, исчисляемое величиной порядка 0,005 кв. мм, не является ограничением. Но на печатных платах  часто присутствуют цепи, несущие достаточно большие токовые нагрузки. Их следует конструировать не с минимальными значениями печатных проводников, а с учетом конкретной токовой нагрузки из условий исключения опасного перегрева этих проводников. Кроме того, не исключено, что смежные проводники будут находиться под высоким потенциалом, поэтому зазоры между ними должны выдерживать соответствующее напряжение.

ГОСТ 50626-93 устанавливает допустимую токовую нагрузку на элементы проводящего рисунка, выполненные из медной фольги, - 20 А/кв. мм. Нижний предел принимается для внутренних проводников многослойных печатных плат, а верхний - для наружных слоев. Считается, что теплообмен проводников на наружных слоях лучше и что они способны пропускать большие токовые нагрузки без опасного перегрева.

Для нашей схемы можно установить допустимую нагрузку в 20 A/кв. мм, так как все элементы питаются питанием 12 В и максимально допустимый ток микросхем 20 мА.

В ряде случаев, чтобы оценить нагрузочную  способность печатных проводников, достаточно помнить, что проводник толщиной 35 мкм (а это наиболее распространенная толщина) и шириной 1 мм при перегреве в 20 С пропускает ток в 3 А. С помощью этих данных легко рассчитать нагрузочную способность проводников любой ширины. Но повторяем, что это оценочный расчет.

Минимальные зазоры между элементами проводящего рисунка (т.е. зазоры между  любыми металлизированными элементами печатной платы) определяются в основном технологией печатных плат и допустимыми  напряжением между соседними (смежными) элементами.

В слаботочной и низковольтной  аппаратуре (а это большинство  устройств, построенных с применением  цифровых и аналоговых микросхем) ширина печатных проводников и зазоры выбираются минимальными для технологии и конструкции  изделия. Эти данные для печатных плат различных классов точности и нескольких вариантов изготовления содержатся в таблице 5.1

Таблица 5.1 Ширины печатных проводников

Класс точности	Ширина проводника, мм			Минимальный зазор, мм
	Номинальное значение	Минимальное значение
		без покрытия	с покрытием
1	0,75	0,6	0,55	0,75
2	0,45	0,35	0,35	0,45
3	0,25	0,2	0,15	0,25
4	0,15	0,12	0,1	0,15
5	0,1	0,07	0,07	0,1

 

Кроме того, размеры (ширина) печатных проводников, зазоры между ними и  величина допусков влияют на шаг трассировки. Формально на печатной плате возможен любой шаг трассировки, но для получения максимальной трассировочной способности необходимо его согласовать с шагом металлизированных отверстий.