Разработка компоновки блока и выбор способа монтажа

Компоновка представляет собой процесс размещения модулей, электро-радиоэлементов и деталей РЭА на печатной плате с определением основных геометрических форм и размеров. При решении задач компоновки основным критерием оптимальности компоновки является минимизация числа межмодульных связей, а также ряд других требований:

между отдельными узлами, приборами и блоками должны отсутствовать заметные паразитные электрические и магнитные взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия;

взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечивать технологичность сборки и монтажа, легкий доступ к деталям монтажа для контроля, ремонта и обслуживания;

расположение и конструкция органов управления должны обеспечивать максимальные удобства;

изделие должно удовлетворять требованиям технической эстетики;

габариты и масса должны быть минимальными.

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не удается. Поэтому процесс компоновки сводится к нахождению оптимального решения.

Высокая сложность разрабатываемой в настоящее время РЭА, построенной с применением различного типа микросхем, микросборок и других, современных электрорадиоэлементов, вызвала необходимость поиска таких конструктивных и компоновочных решений, которые позволили бы удовлетворять следующим требованиям:

высокой степени микроминиатюризации аппаратуры в целом;

широкой унификации элементов конструкции;

возможности параллельной сборки и регулировки составных частей РЭА;

обеспечения высокой эксплуатационной надежности аппаратуры многоразового действия за счет быстрой замены вышедших из строя составных частей;

возможности проведения модернизации отдельных составных частей при сохранении неизменными других.

Основной задачей при этом является реализация схемы изделия в виде набора отдельных конструктивно законченных модулей, узлов или блоков, связанных друг с другом цепями электрической коммутации. Важным этапом при этом является разбиение электрической принципиальной схемы изделия на подсхемы (функциональное разбиение).

При выборе конструкции необходимо иметь в виду тот факт, что в настоящее время при конструировании РЭА наиболее приемлем базовый метод конструирования (модульный принцип, т.е. необходимо разбить изделие на составные части). При разработке радиоэлектронной аппаратуры может использоваться один из четырёх способов конструирования:

Моносхемный способ проектирования. Представляет собой способ, при котором электрическая схема располагается на одной печатной плате. Этот способ конструирования является простейшим и наиболее быстрым. Преимущество моносхемного конструирования - простота, отсутствие межблочных соединений, что улучшает электрические параметры, повышает надёжность, удешевляет изделие, сокращает количество вспомогательной аппаратуры при изготовлении, а также уменьшает общий вес и габариты. К недостаткам следует отнести трудность обслуживания изделия, так как отказ одного компонента приводит к отказу всей платы, невозможность оперативной замены неисправного компонента, низкую стойкость к механическим воздействиям.

Схемно-узловой способ проектирования. Представляет собой способ, при котором электрическая схема разбивается на несколько частей и выполняется на отдельных платах. А эти части уже выполняют моносхемным способом. Достоинства этого способа заключаются в том, что возможен более лёгкий способ доступа к неисправным деталям устройства, более высокая стойкость к механическим воздействиям, возможность более компактного размещения плат в корпусе. Недостатки метода заключаются в наличии переходных и межблочных соединений.

Каскадно-узловой способ проектирования. Представляет собой способ, при котором электрическая схема разбивается на отдельные каскады, и отдельный каскад выполняется на отдельной плате. Этот способ является более сложным, т.к. необходимо в схеме выделить каждый каскад, разработать для него печатную плату и выбрать оптимальное расположение плат в корпусе.

Функционально-узловой способ проектирования. Способ, при котором электрическая схема разбивается на отдельные блоки, выполняющие определённые функции и каждый блок выполняется на отдельной плате. Этот способ является более сложным, т.к. необходимо в схеме выделить все блоки, выполняющие определённые функции, разработать для них печатные платы и выбрать оптимальное положение печатных плат в корпусе[10].

Таким образом, при выборе того или иного принципа конструирования нужно руководствоваться в первую очередь сложностью схемы и количеством элементов. Так как схема проста, количество элементов в схеме чуть более 100, то при разработке данного изделия следует использовать моносхемный способ и проектировать устройство на одной печатной плате. Плата помещается в корпус из фенопласта.

Одной из важнейших задач, решаемой на этапе предварительной компоновки изделия, является выбор типа внутриблочного электрического монтажа. Его тип определяется используемой элементной базой, рабочим диапазоном частот, условиями эксплуатации и вариантом конструкции модуля. В РЭА используются два способа монтажа:

объемный (жгуты, провода, кабели);

плоский (печатный монтаж).

На конструкцию объемного электромонтажа решающее влияние оказывает частотный диапазон работы устройства. В устройствах, работающих на средних и низких частотах (до 1 МГц), монтаж выполняется объемным гибким проводом либо плоским кабелем. Их выбор зависит от силы тока, напряжения, частоты и условий эксплуатации. В блоках, работающих на высоких частотах (от 1 до 300 МГц), ощутимым становится влияние паразитной емкости и индуктивности элементов электромонтажа. При этом отдельные участки электромонтажа становятся источниками или приемниками радиопомех. С целью устранения паразитных связей между узлами применяют электромагнитные экраны, а электромонтаж выполняют экранированным или коаксиальным кабелем.

В блоках СВЧ (свыше 300 МГц) для электрического монтажа используют коаксиальные линии связи или волноводы.

Для реализации внутримодульного электромонтажа применяют печатный монтаж.

В нашем устройстве будут, применятся оба вида монтажей, поскольку некоторые элементы не целесообразно располагать не на самой плате, а просто пометить их в корпус приемника.

Для размещения элементов и разработки токопроводящего рисунка я использовал систему автоматизированного проектирования P-CAD 2001.