Probleme specifice legate de proiectul cu circuite integrate digitale

PROBLEME SPECIFICE LEGATE DE PROIECTUL CU CIRCUITE INTEGRATE DIGITALE

1. Norme generale de redactare a proiectului

a.) Este important ca lungimea textului scris sa nu depaseasca 5÷7 pagini - presupunand ca materialul scris se adreseaza unui potential beneficiar, acesta va obosi citind un text mai lung si va pierde unele elemente esentiale.

Pentru un proiect reusit, din acest punct de vedere, se ia drept model o foaie de catalog, care pe prima pagina reda succint caracteristicile piesei, urmate de o scurta descriere functionala. In continuare pot fi prezentate elemente legate de principiul metodei, tehnici speciale folosite, etc. Urmeaza o schema bloc, comentata, cu punctarea elementelor esentiale. La nivel de schema electrica vor fi descrise circuitele corespunzatoare blocurilor functionale si schemele mai deosebite. Sub nici o forma nu se va insista asupra elementelor cunoscute - de exemplu tabelul de functionare al unui numarator, care poate fi gasit in orice manual.

b.) Principalul mijloc prin care informatia circula de la un producator serios la un utilizator este schema electrica. Modul de prezentare a acestei scheme reprezinta cartea de vizita a producatorului; si de aceea este folositor a respecta urmatoarele reguli de prezentare:

modul de circulare a semnalelor pe schema este de la stanga la dreapta; intrarile se plaseaza la stanga desenului, iar iesirile la dreapta;

semnalele electrice vor fi denumite cat mai sugestiv, chiar de mai multe ori pe aceeasi schema (daca traseul semnalului este sinuos sau este prezent pe mai multe foi); de exemplu: START, /RAS, RESET, STOP; (prin /RAS se simbolizeaza semnalul RAS negat, notat uneori cu nRAS). Asemenea denumiri sunt preferabile unora ca: XY25, W27 etc.;

conexiunea intre doua legaturi se simbolizeaza printr-un punct ingrosat (.). Absenta punctului indica faptul ca cele 2 fire nu se ating;

mai multe semnale de acelasi tip (o magistrala de date de exemplu) pot fi simbolizate unitar printr-o linie mai groasa; semnalele electrice intra si ies din magistrala in puncte bine determinate si nominalizate (figura 1).

Figura 1. Reprezentarea unei magistrale de semnale

Simbolizarea circuitelor integrate numerice

. In general nu se reprezinta tensiunea de alimentare la circuitele logice TTL si CMOS. Acolo unde alimentarea nu este pe diagonala cipului se va preciza langa circuit acest lucru (V_cc pin 5, GND pin 10).

. Fiecare pin al circuitului integrat va purta un nume (de regula cel din cataloage), inscris in interiorul capsulei. Acest nume trebuie sa fie sugestiv, relativ la functia pinului, pentru a facilita recunoasterea pe cablaj si depanarea usoara. Numarul pinului va fi inscris in exteriorul capsului.

. Deasupra capsula integratului se va nota denumirea sa (de ex:74HCT74). Daca este o poarta dintr-o capsula se poate scrie ¼ 74HCT00 sau 74HCT00, iar in interiorul capsulei IC4A, B, C sau D in loc de IC4 (figura 2).

. Pentru o mai buna intelegere a schemei se pot folosi culori, cate o culoare pentru elemente similare.

. Sub nici o forma nu se vor reprezenta capsule cu pinii dispusi ca in realitate (privire de sus a capsulei), deoarece:

- se complica desenul;

- nu se mai poate urmari functionarea schemei.

. In schimb se vor reprezenta simbolurile functionale ale circuitelor (asa cum sunt date in cataloage).

Figura 2. Reprezentarea simbolica a unui circuit integrat digital.

c.) Toate elementele din schema electrica se vor regasi intr-un tabel de componenta. Acesta va contine toate informatiile indicate in tabelul 1 respectiv tabelul 2 fiind destinat aprovizionarii cu componente.

Tabelul 1

Tabelul 2

d.) Proiectul va contine obligatoriu desenele de cablaj imprimat. Se va utiliza circuit imprimat dublu placat. Corespunzator, vor fi 4 desene de cablaj.

Un prim desen reprezinta amplasarea componentelor (figura 3) si el va contine, la scara, dispunerea tuturor elementelor din tabelul de componenta. Acest desen este destinat ilustrarii echiparii placilor cu componente. El reprezenta si o masca aplicabila cu vopsea direct pe cablaj, in scopul recunoasterii componentelor. Fiecare piesa este notata cu denumirea din schema electrica.

Al II-lea desen se realizeaza in culori diferite: cu o culoare (rosu) se reprezinta traseele de pe fata cablata (fata de jos - bottom), cu albastru se reprezinta traseele de pe fata plantata (fata de sus - top), si cu verde se va reprezenta amplasarea componentelor. Acest desen este unealta de lucru a proiectantului, el permitand verificarea corectitudinii cablajului (figura 4).

Ultimele doua desene (tot color) reprezinta cele doua masti care printr-un proces fotografic sunt utilizate la corodarea cablajului (figura 5 si 6).

Figura 3. Amplasarea componentelor. Figura 4. Vedere cu traseele de pe ambele fete

si dispunerea componentelor.

Figura 5. Vedere cu traseele de pe fata cablata. Figura 6. Vedere cu traseele de pe fata plantata.

2. Norme de realizare a cablajului

Pentru realizarea cablajului imprimat se vor respecta urmatoarele norme:

a). in colturile placutei se vor face gauri de prindere avind diametrul de 3mm iar centrul gaurii va fi la 4mm de fiecare latura (figura 7);

Figura 7. Dimensiunile placutei de cablaj imprimat.

b). cupla de alimentare, de 2 pini, se amplaseaza pe latura mica din stanga in partea de sus; in jurul acesteia, cat mai aproape, se amplaseaza toate componentele sursei de alimentare; sub componentele sursei de alimentare se pozitioneaza componentele circuitelor de intrare; pe restul placutei se pozitioneaza componentele ramase (figura 8);

Figura 8. Amplasarea blocurilor componente si a cuplelor.

Pentru transmisia/receptia semnalelor se monteaza pe latura mica din stanga placutei cuple distincte. Se poate folosi o singura cupla atat pentru semnalele de intrare cat si pentru semnalele de iesire sau se pot folosi cuple. In ultimul caz, cupla pentru semnalele de iesire se poate pozitiona si pe latura mica din dreapta.

Cuplele se vor alege astfel incat un neavizat sa nu poata distruge montajul (cuple de dimensiuni diferite cu chei si/sau pini orbi).

c). se pozitioneaza butoanele, switch-urile, jumperii cat mai aproape de laturi astfel incat sa fie usor accesibili!!

d). se pozitioneaza circuitele integrate plasand cat mai aproape unele de altele integratele cu mai multe interlegaturi; circuitele integrate se orienteaza pe orizontala si/sau verticala (figura 3); obligatoriu toate circuitele integrate vor avea cheia (pinul 1) in aceeasi directie; ele se dispun intr-o grila imaginara, aliniindu-le, pe cat posibil, la pinul 1; toate circuitele integrate se vor monta in socluri.

e). se pozitioneaza celelalte elemente ale schemei (rezistente, tranzistoare, diode, condensatoare, LED-uri, etc.),

f). indiferent de familia de circuite integrate digitale utilizate, se realizeaza o decuplare a tensiunii de alimentare chiar langa cupla de alimentare a placii cu un condensator ceramic de 0,1μF si un condensator electrolitic cu tantal de 25μF - in cazul nostru aceste componente se regasesc in cadrul sursei de alimentare si nu mai trebuie adaugate suplimentar!!

O regula de aur a proiectarii cu TTL-uri cere decuplarea fiecarui circuit integrat cu un condensator ceramic sau multistrat de valoare 0,047÷0,1μF. Suplimentar, la aproximativ 20 circuite integrate, se foloseste un condensator electrolitic cu tantal de 4,7÷47μF. Daca dimensiunea placii nu este prea mare se poate decupla cate un rand de circuite integrate cu cate 2 condensatoare de 0,1μF plasate la capetele randului iar tot al patrulea rand va fi decuplat suplimentar cu un condensator cu tantal.

g). pinul 1 al circuitelor integrate, catodul diodelor, plusul condensatoarelor electrolitice se poate realiza (pentru a marca acest lucru) cu un pad patrat, toate celelalte paduri fiind rotunde.

h). pentru vizualizarea usoara a principalelor semnale ale schemei (cu ajutorul sondelor de osciloscop sau ale aparatului de masura), se vor prevedea pini de test.

i). sub nici o forma cablajul nu va contine strapuri, in schimb el poate contine oricate treceri - via - (trecerile sunt efectuate automat, deci sunt ieftine, iar firele se lipesc cu mana, deci sunt mult mai scumpe);

j). prevazand de la inceput posibilitatea extinderii viitoare a proiectului se pot lasa locuri libere sau chiar socluri in cablaj;

k). grosimea traseelor va fi de 1mm!! doar in situatiile in care nu este posibil acest lucru se admit trasee subtiri pana la 0,2mm; distanta minima intre doua trasee poate fi tot de 0,2mm; printre pinii unui circuit integrat se poate trasa un traseu iar pe sub circuitele integrate cate trasee incap;

l). cablajul se va realiza in modul manual!!; se vor face, pe bottom, doua trasee mai groase (de 2-3mm): unul de masa (GND) in partea de jos si unul pentru plusul tensiunii de alimentare (V_DD) in partea de sus (figura 9).

Figura 9. Realizarea traseelor pe cablajul imprimat.

Se vor duce traseele de alimentare ale integratelor. In continuare se vor conecta la GND si V_DD si ceilalti pini care trebuie conectati la GND sau V_DD.

Se duc toate traseele care rezulta din schema electrica. Se respecta regula care spune ca toate traseele verticale se duc pe bottom (rosu) iar cele orizontale pe top (albastru). In figura 9 se exemplifica o modalitate de realizare a legaturii intre pinul 2 al integratului 1 si pinul 5 al integratului 4.

m). toate gaurile - cu exceptia celor de fixare din colturile placutei - vor fi de 1mm; exceptie pot face si gaurile de fixare a anumitor componente (cuple, radiatoare, surse de tensiune) - care pot fi mai mari.

3. Reguli de realizare a cablajului impuse de S.C. C.E.E. S.A.

Pentru executia de circuite imprimate la S.C. C.E.E. S.A. prin comasarea mai multor proiecte pe un singur format se va tine cont de urmatoarele limitari tehnologice:

dimensiunea placilor standard este de: 3150 * 2350 mils (80.01 x 59.69 mm);

numarul placilor pe un format: 8

latimea minima a traseelor : 8 mils (0,2mm)

distanta minima intre trasee, insule, trasee si insule : 8 mils

distanta minima de la marginea placii la trasee si insule : 40 mils (1mm)

coroana minima in jurul gaurii: 8 mils

diametrul minim de gaura: 0.4 mm (16 mils)

Circuitele se executa o singura data, nu se mai pot comanda ulterior!!!

Pentru executie este nevoie de:

fisiere Gerber in format RS274D sau RS274X (extended Gerber), in primul caz fiind nevoie si de fisier de aperturi (PADS-ul furnizeaza fisiere Gerber in format extins - RS274X);

fisier de gaurire (nc_drill) in format Excelon si fisier cu dimensiunea burghielor, daca acestea nu sunt incluse in fisierul de gaurire.

Fisierele Gerber generate se vor redenumi: toate vor avea extensia GBR, iar numele va fi format dintr-un cod de 6 caractere, si un sufix format din doua caractere:

nume + sufix.gbr

Cele 6 caractere ale numelui vor fi, in ordine:

litera B (studentii seriei B) sau litera P (studentii de la engleza):

doua cifre care indica semigrupa;

trei litere semnificative ale numelui.

Se vor folosi urmatoarele sufixuri:

lb = Layer Bottom

lt = Layer Top

mb = Soldermask Bottom

mt = Soldermask Top

st = Silkscreen Top

De exemplu: fisierele generate de studenta Ciobanu Alexandra, IIB, sgr 1/2 vor fi:

b12cialb.gbr, b12cialt.gbr, b12ciamb.gbr, b12ciamt.gbr, b12ciast.gbr si nc_drill

Obs. Obligatoriu pe Silkscreen se va trece numele, anul, seria, si semigrupa proiectantului (proiectantilor) cablajului!!!