pregatire tie lectia nr. 2

Conf.dr.ing. Gheorghe [email protected]

A. Notiuni introductive de proiectare a PCBa) Structura unei componente virtualeb) Fabricarea PCBc) Rolul OrCAD Layout în proiectarea PCBd) Fişiere de proiectare create cu Layout

B. Etapele proiectarii PCBa) Proiectarea schemeib) Simularea schemeic) Proiectarea layout-ului PCB/PWBd) Post-procesarea

04/22/23Pregatire TIE - Lectia nr.2 2

“part”


Un circuit imprimat (Printed Circuit Board – PCB) este alcătuit din 2 părţi de bază:

1.Suportul izolator (placa)=structura care din punct de vedere fizic susţine componentele şi traseele imprimate şi asigură izolaţia între trasee.Substrat tipic=FR4 (fiber-glass–epoxy laminate).

2.Circuitul imprimat (traseele de cupru)


Se porneste de la o placă izolatoare acoperită pe toată suprafaţa cu o folie subţire de cupru


Cablaj dublu placat(pe 2 straturi)

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.


Exemple de realizare a circuitelor multistrat

(a)3 cablaje dublu-placate lipite între ele cu 2 prepreg;

(b)2 cablaje dublu-placate, 3 prepreg şi folii exterioare de cupru pentru traseele “top” şi “bottom”


Straturile interioare (inner) sunt realizate înainte de efectuarea lipirii straturilor şi a găurilor.

Straturile exterioare se corodează după lipirea tuturor straturilor (a).

Folia de cupru este mai ieftină decât acoperirea cu cupru, motiv pentru care se preferă structura (b).


(c) Metodă care îmbină mai multe tehnici de fabricaţie:


Realizarea circuitelor imprimate cuprinde, în principal:

1. Indepartarea selectivă a stratului de cupru:◦ Fotolitografie şi corodare chimică◦ Frezare mecanică

2.Alinierea straturilor


1. Acoperire cu fotorezist


2. Utilizarea măştilor pentru expunerea selectivă la raze ultraviolete a fotorezistului


(a) masca pozitivă (b) masca negativăpt. fotorezist pozitiv pt. fotorezist negativ

pad

traseu

Masca se pune pe fotorezist


Exemplu: masca pozitivă pusă pe fotorezistul pozitiv

3. Corodarea fotorezistului (developare):◦ La fotorezistul pozitiv, prin expunere la raze

u.v., scade rezistenţa mecanică şi fotorezistul expus se înlătură prin developare. Se foloseşte hidroxid de sodiu (NaOH)

◦ La fotorezistul negativ, partea expusă devine rezistentă şi prin developare se înlătură partea neexpusă. Se foloseşte carbonat de sodiu (Na2CO3)


Fotorezist developat:


4. Inlăturarea cuprului nedorit. Se foloseşte soluţie de clorură ferică (FeCl3) sau persulfat de sodiu (Na2S2O8):


5. Inlăturarea fotorezistului. Rezultă modelul dorit de cupru corodat:


Se foloseşte la serii mici de producţie; Se înlătură minimul de cupru pentru a se

asigura izolarea între trasee.


Milling Machine for PCB

In engleză se numeşte “Layer registration” Straturile care alcătuiesc un circuit multistrat se

aliniază şi apoi se lipesc. Tiparele de aliniere se numesc “fiduci” şi

constau din găuri de ghidare. Straturile aliniate se lipesc prin presare la cald

(asamblare). După asamblare se dau găurile în placa

multistrat. Pot fi:◦ Găuri nemetalizate (NPTH – Non-Plated Through Hole)◦ Găuri metalizate (PTH - Plated Through Hole)


(a) găuri nemetalizate (b) găuri metalizate

Metalizarea se face cu strat subţire de cupru (grosime 1mil=0.001in (inch) adică 25.4mm/1000=0.0254mm)


Nu toate straturile au trasee. Unele straturi sunt plane şi asigură conexiuni de foarte joasă impedanţă pentru alimentare şi masă. Sunt aşa numitele plane de alimentare şi plane de masă.

Terminalele care se conectează la aceste plane trec prin găuri metalizate.


Exemplu de utilizare a planului de masă pentru reducerea efectului de antenă


Pentru lipire fără încălzire excesivă, în vecinătatea găurilor metalizate se efectuează nişte ferestre în cupru – thermal reliefs, care reduc căile de conducţie termică dar păstrează conexiunile electrice.


Realizarea zonei “clearence” care asigură izolare între o gaură metalizată şi un plan prin care trece acea gaură:


Ultimele straturi sunt:◦ Soldermask (verde) cu rol de protecţie la

oxidare;◦ Silk screen (alb) cu rol de marcare a locului

fiecărei componente.


Se bazează pe sisteme de programe EDA (Electronic Design Automation), cum ar fi, de exemplu, ORCAD CAPTURE;

Reprezintă etapa de inţelegere a funcţionării viitorului modul/sistem electronic;

Se culeg informaţii referitoare la componente;

Se generează schema circuitului.


Proiectantul trebuie să acorde atenţie:◦ Componentelor virtuale (parts) la alocarea pinilor

şi a conexiunilor electrice;◦ Tipului componentelor;◦ Funcţionării circuitului deoarece în orice schemă,

după ce a fost simulat circuitul în PSPICE, se utilizează cel puţin un conector.

La terminarea proiectării sunt necesare:◦ proceduri de verificare şi◦ proceduri de validarea proiectului schemei electronice pentru evitarea erorilor (în special a erorilor umane).


Să se proiecteze, să se simuleze în SPICE şi să se realizeze cablajul imprimat al amplificatorului subwoofer din fig. 1 alcătuit dintr-un sumator, un FTJ (filtru trece-jos) şi un amplificator de putere în punte. Montajul se alimentează dintr-o sursă simplă de c.c. (notată VCC pe schema sumatorului şi a FTJ, respectiv Vs pe schema amplificatorului de putere).


Circuitul sumator


FTJ – filtrul trece-jos


Amplificatorul de putereîn punte

Amplificatorul simplu


Amplificatoarele operaţionale (AO) sunt amplificatoare de c.c., cu câştig foarte mare, care amplifică diferenţa semnalelor aplicate pe cele 2 intrări şi pot efectua, în combinaţie cu alte componente, diferite operaţii: sumă, diferenţă, logaritmare, exponenţiere, integrare, diferenţiere ş.a. de unde provine şi atributul de “operaţional”.


Simbolul AO şi semnificaţia pinilor


+3

-2

V +7

V -4

O U T6

O S 11

O S 25

U 1

L M 7 4 1

a lim e n t a re (+ )

a lim e n t a re (-)

a ju s t a re o f f s e t

I E S I R E

a ju s t a re o f f s e tin t ra re I N V E R S O A R E

in t ra re N E I N V E R S O A R E

AO se alimentează, de obicei, cu tensiune dublă şi simetrică:


+3

-2

V +7

V -4

O U T6

O S 11

O S 25

U 1

L M 7 4 1

V 11 5 V d c

V 2

1 5 V d c

0

La alimentarea cu tensiune simplă, pentru ca semnalul de ieşire să conţină ambele alternanţe ale unui semnal alternativ (sinusoidal), potenţialul de c.c. de pe pinul de ieşire trebuie să fie 1/2 din valoarea tensiunii de alimentare.

Acest lucru se poate obţine doar în circuitele de c.a. unde se folosesc condensatoare de cuplaj care separă componenta de c.c de cea de c.a.


Injumătăţirea tensiunii de alimentare se poate obţine cu ajutorul unui divizor rezistiv în care rezistenţele au valori egale.

Această tensiune se aplică pe pinul corespunzator intrării neinversoare (de obicei).

AO trebuie să fie în configuraţie de repetor pe schema echivalentă de c.c. Astfel, la ieşire, se repetă tensiunea VCC/2 aplicată la intrarea neinversoare.


Exemplu de amplificator inversor de c.a.


+3

-2

V +7

V -4

O U T6

O S 11

O S 25

U 1

L M 7 4 1

V C C2 0 V d c

0

V C C

R A3 3 k

R B3 3 k

C F4 7 0 u F1 6 V

0 0

0

R 1

1 0 k

R 2

3 0 k

R L1 0 k

C 2

4 . 7 u F

1 6 V

C 1

4 . 7 u F1 6 V

V C C / 2

V in

0

se obţin din folie de catalog:◦ AO de tipul TL084 - TL08x.pdf◦ Amplificator de putere LM386 - LM386.pdf

din cărţi sau de pe Internet◦ 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


Sumator + alimentarea întregului modul (PAGE 1)


U 1 A

TL 0 8 4

+3

-2

V +4

V-

11O U T

1

R D 13 0 k

R D 23 0 k

R 1 1

2 0 0 k

R 1 2

2 0 0 k

R 1 3

2 0 0 k

C 1 1

4 . 7 u

1 0 V

C 1 2

4 . 7 u

1 0 V

C 1 3

2 n

V C C

V C C

V 1

1 2 V

C F1 0 0 u1 6 V

0

00

V C C / 2

0

V C C / 2

V 2

F R E Q = 6 0 H zV A M P L = 2 5 m VV O F F = 0

A C = 2 5 m V

V 3

F R E Q = 6 0 H zV A M P L = 4 5 m VV O F F = 0

A C = 4 5 m V

in 1

in 20

0

o u t 1

FTJ (PAGE 2)


C 2 1

6 . 8 n

C 2 23 . 3 n

R 2 1

2 2 0 k

R 2 2

2 2 0 ko u t 1 +

5

-6

V+

4

V -1 1

O U T7

U 1 B

TL 0 8 4

+1 0

-9

V+

4

V -1 1

O U T8

U 1 C

TL 0 8 4

+1 2

-1 3

V+

4

V -1 1

O U T1 4

U 1 D

TL 0 8 4V C C

0

o u t 2

V C C V C C

R 2 3

2 2 0 k

R 2 4

2 2 0 k

C 2 3

6 . 8 n

C 2 43 . 3 n

o u t

0

0V C C / 2

V C C / 2

o u t

Al 4-lea AO, neutilizat, din integratul TL084 se conectează ca repetor!

amplificator (PAGE 3)


R 3 41 0

R L8

0

0

0

R 3 2

1 . 2 k

C 3 2

1 0 u F

1 0 V

C 3 34 7 n F

R 3 11 0 k

C 3 1

1 0 u F1 0 V

0

R 3 3

1 G0

R 3 71 0

0

0

o u t -

0

R 3 5

1 . 2 k

C 3 4

1 0 u F

1 0 V

C 3 54 7 n F

R 3 6

1 G0

o u t +

o u t 2 V C C

G A I N 11

I N -2

I N +3

G N D4

O U T5

V s6

B Y P A S S7

G A I N 28

U 2

L M 3 8 6

G A I N 11

I N -2

I N +3

G N D4

O U T5

V s6

B Y P A S S7

G A I N 28

U 3

L M 3 8 6

Trebuie să se creeze partvirtual pentru CI – LM386

Simularea permite: Verificarea unui viitor produs înainte de a fi

realizat fizic, fiind utilă în faza de cercetare-dezvoltare a produselor electronice;

Evitarea investigaţiilor teoretice ale unor fenomene prea complexe;

Evitarea dezvoltării unor laboratoare cu un set foarte larg de echipamente de măsură.


Pentru CI de tipul LM386 este necesar: să se creeze part-ul virtual şi să se facă o asociere între modelul SPICE şi part-

ul creat. Part-ul se poate crea:

Manual după foile de catalog Automat dacă se cunoaşte modelul SPICE

Asocierea între modelul SPICE şi part:a)Cu Associate Pspice Model…b)Cu Configuration Files


pregatire tie lectia nr. 2

Documents