Проектирование печатных плат быстродействующих цифровых систем. Расширенный курс с практикумом в испытательной лаборатории ЭМС

Профессиональная компетенция, полученная слушателями при освоении настоящей программы, необходима для выполнения следующих видов профессиональной деятельности:

• разработки цифровых устройств;
• конструирование печатных плат и печатных узлов РЭА;
• обеспечение заданных показателей целостности сигнала в печатных узлах;
• обеспечения целостности питания в системе его распределения в печатных узлах;
• обеспечения минимальной помехоэмиссии от печатных узлов и минимальной восприимчивости в целях выполнения требований ЭМС.

В результате освоения программы слушатель должен:

знать:

• терминологию сферы внутрисистемной ЭМС;
• методы снижения помехоэмиссии и повышения помехоустойчивости электронной аппаратуры;
• основы теории обеспечения целостности сигнала в цифровых узлах на печатных платах;
• основы теории обеспечения целостности питания цифровых узлов;
• материалы и их свойства. применяемые при создании цифровых узлов;

уметь:

• выбирать материалы при конструировании печатных плат и печатных узлов с необходимыми свойствами;
• выполнять необходимые расчеты с целью обеспечения целостности сигнала;
• выполнять необходимые расчеты с целью обеспечения целостности питания;
• оценивать варианты технических решений при проектировании печатных плат;
• осуществлять элементарные измерения качества сигнала.

Учебно-тематический план

Тема 1. Введение в проблему внутрисистемной ЭМС и проектирования печатных плат

Рассматриваются основные понятия электромагнитной совместимости и целостности сигнала при проектировании печатных плат их значение как фактор конкурентоспособности продукции в современных рыночных отношениях и в условиях развития мировой торговли.

Для определения электромагнитной обстановки необходимы знания параметров источников помех искусственного и естественного происхождения, воздействующих на аппаратуру, механизмов их влияние на функционирование технических средств. Неидеальное поведение компонентов электронных схем, устанавливаемых на платах, определяет различие между идеальными моделями, определяющими работоспособность изделия и реальными характеристиками. Проектировщики плат должны прогнозировать поведение компонентов при рабочих частотах работы аппаратуры.

Особенности ЭМС цифровой быстродействующей аппаратуры и понятие целостности сигнала необходимо для прогнозирования функционирования конструкций цифровых узлов на платах на предельных показателях быстродействия.

Проектировщики плат должны иметь базовые сведения по вопросам технического регулирование, стандартизации и сертификации электронных средств в области ЭМС, а также понимать их место и роль в процедуре выхода продукции на рынок. Знакомство с системой стандартизации в области ЭМС и международными и национальными стандартами в области ЭМС.

В завершении темы дается обзор базовых методов и средства обеспечения ЭМС и ЦС на схемотехническом и конструкторском уровне, которые далее развиваются в отдельных темах.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 2. Элементная база современной электронной аппаратуры и параметры цифрового сигнала

Рассматриваются микросхемы, параметры их корпусов, пассивные компоненты, которые устанавливаются на плату, их «паразитные» параметры, влияющие на ЦС при высоком быстродействии.

Дается описание цифрового сигнала, и приводятся оценки быстродействия. Указывается связь между параметрами сигнала и конструкцией платы.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 3. Линии передачи в печатном монтаже и их параметры

Рассматриваются виды и конструкции монтажных соединений в конструкциях печатный плат. Приводятся конструкции печатных плат, в том числе многослойные.

Рассматриваются полосковые и микрополосковые линии передачи. Параметры линий: первичные - индуктивность, емкость, сопротивление, проводимость, и вторичные - волновое сопротивление, удельное время задержки распространения.

Рассматриваются многослойные платы и управление электрофизическими параметрами линиями передачи в них.

Для количественной оценки электрофизических параметров линий передачи в печатных платах рассматриваются соответствующие методы расчета.

По теме даются лекционные и расчетное занятие (расчет волнового сопротивления линий передачи в печатных платах).

Тема 4. Помехи в линиях передачи и их устранение

С целью прогнозирования уровня помех в печатном монтаже рассматриваются причины возникновения помех в нем: перекрестные и помехи отражения. Даются соотношения для определения уровня помех. Особое внимание уделяется возникновению помех в несогласованных линиях передачи и методам согласование линий передачи как средству устранения помех отражения.

По теме даются лекционные и расчетные занятия (расчет перекрестных помех и помех отражения).

Тема 5. Помехи в шинах питания и их устранения

Рассматривается механизм образования помех в шинах питания цифровых микросхем. С целью минимизации помех в шинах питания электронной аппаратуры даются соответствующие методы и средства, которые могут быть применены как для устройств, так и для узлов на печатных платах. К ним относятся конструкторские методы, приводящие к минимизации индуктивности шины питания, и схемотехнические, требующие установки развязывающих конденсаторов. Даются требования к конструкции шины питания в составе многослойных плат, отвечающих требованиям ЭМС и ЦС.

По теме даются лекционные и расчетные занятия (расчет емкости планарного конденсатора).

Тема 6. Особенности проектирования многослойных печатных плат

Рассматривается структурный метод проектирования многослойных печатных плат (МПП), отвечающих требованиям ЭМС и ЦС. Выделяются базовые структурные звенья, даются методы расчета параметров звеньев. Дается алгоритм синтеза МПП.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 7. Дифференциальная передача сигнала и обеспечение ЭМС печатных плат

Рассматриваются элементы ЭМС применительно к печатным платам. Показывается связь конструкции платы и параметрами ЭМС - помехоэмиссией и восприимчивостью. Даются расчетные соотношения по количественной оценке параметров ЭМС. Приводятся рекомендации по проектированию плат, отвечающих требованиям ЭМС.

По теме даются лекционные занятия.

Тема 8. Практикум в испытательной лаборатории ЭМС

1. Изучение типичного состава оборудования испытательной лаборатории ЭМС.
2. Калибровка испытательного генератора импульсных перенапряжений
3. Проведение измерений фонового шума в полубезэховой камере
4. Измерение эмиссии радиочастотного поля от эталонного излучателя в полубезэховой камере
5. Подготовка к работе генератора ЭСР, демонстрация его работы
6. Изучение принципов экранирования на примере полубезэховой камеры.

Тема 9. Итоговая аттестация

Курс читают: Александр Михайлович Ивко, Михаил Сергеевич Грязнов, Шилин Александр Борисович