Получение печатных проводников на поверхности платы
Печатные проводники на диэлектрическом основании получают также поэтапно (рис. 2). Излучение ультрафиолетового лазера большой мощности используется для испарения металлического покрытия на поверхности платы. Когда остаточная толщина покрытия составляет всего единицы микрон, лазерная обработка прекращается, чтобы избежать разрушения материала подложки.
Рис. 2. Последовательность образования печатных проводников
Дальнейшее удаление проводящего покрытия осуществляется стандартным химическим способом. Но поскольку травлением необходимо снять всего несколько микрон меди, то процесс протекает достаточно быстро и практически не вызывает подтравливания печатных проводников. В результате комбинированной лазерно-химической обработки материала становится возможным сформировать на поверхности платы структуру печатных проводников с шириной и расстоянием между ними, приблизительно равными первоначальной толщине проводящего покрытия. Минимальные же размеры проводящей структуры определяются диаметром пятна фокусировки и составляют около 20 мкм.
Обработка полимерных защитных масок
Излучение ультрафиолетового лазера позволяет формировать прецизионные структуры не только в медной фольге, но и в других материалах; возможна прецизионная обрезка печатных плат, формирование отверстий сложной формы в материале самой платы или в покрытии на ее поверхности. Типичным примером может служить изготовление защитной маски, используемой при поверхностном монтаже компонентов. Причем большая разница в мощности, необходимой для разрушения полимерного материала и меди, обеспечивает обработку полимерной защитной маску уже после нанесения ее на поверхность платы.
Прямое лазерное формирование проводящей структуры
Проведенные исследования показали, что слой металла толщиной от 20 до 100 нм, нанесенный на поверхность полимерной подложки, может быть легко удален при облучении поверхности ультрафиолетовым лазером при плотности мощности в пределах от 50 до 200 мДж/см2. Излучение лазера, проникая сквозь металлическое покрытие, вызывает взрывообразное разрушение материала подложки, снимающее с поверхности слой металла даже без его испарения. Необходимая для этого плотность мощности значительно ниже уровня, при котором наступает разрушение самого металла, и может быть легко достигнута без фокусировки лазерного излучения. В качестве одного из подходящих для лазерной обработки материалов может использоваться полиамид. После подготовки поверхности и сушки на полиамидное основание напыляется промежуточный слой хрома толщиной около 20 нм и затем медное или золотое покрытие толщиной не более 100 нм. Прозрачность металлического покрытия гарантирует возникновение плазмы на границе раздела между металлическим покрытием и полиамидной подложкой. Формирование необходимой структуры происходит не в результате плавления металлического покрытия, а в результате мгновенного испарения материала подложки, приводящего к удалению металла с поверхности.
Прямое формирование рисунка
Прямое лазерное формирование рисунка возможно при использовании специального фоторезиста. Растровый рисунок экспонируется на этом фоторезисте непосредственно лучом лазера, в связи с чем отпадает необходимость изготовления фотошаблонов и экспонирования через них фоторезистивного слоя. Существующие LDI-системы позволяют осуществить 180 экспонирований при размерах печатных плат 457х609 мм /4/. Однако LDI-системы являются дорогостоящими, поэтому их использование экономически выгодно при больших объемах производства печатных плат.
Литература
Локшин Ю.А., Медведев А.М., Производство электронных модулей в России // Технологии и средства связи, 2000. № 5.
www.compitech.ru
Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник: - М.: ФОРУМ: ИНФРА - М, 2005. 560 с.
Медведев А.М. Обновление технологий в российской электронной промышленности // Технологии в электронной промышленности, 2005. № 1. С. 3-12.
Воронежский государственный технический университет
УДК 681.3
Л.Н. Никитин, А.Т. Болгов, И.А. Мерцалин, В.А. Муратов,
И.А. Новикова
УСИЛИТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА
Разработка усилителя линейного тракта представляющего собой усилитель регенератор цифровых потоков
В настоящее время с постоянным ростом численности абонентов городских и сельских автоматических телефонных станций (АТС), а также из-за невозможности передачи значительного объема информации с помощью аналоговых систем передачи, появилась необходимость построения новых цифровых систем передачи для образования каналов связи между вновь строящимися АТС. Разработанный усилитель линейного тракта входит в состав аппаратуры, необходимой для организации цифровых систем передачи и представляет собой усилитель-регенератор цифровых потоков.
Отличительной особенностью вновь разработанного блока от базового изделия является то, что он осуществляет межстанционную связь в пределах до 7 км без установки на линейно-кабельном участке промежуточных необслуживаемых усилительных пунктов (НУП), а также не требует организации служебной связи. Усилитель линейного тракта применяют для организации цифровых систем передачи между АТС городской телефонной сети, где не имеется больших расстояний между оконечными телефонными станциями.
Усилитель линейного тракта позволяет обеспечить восстановление электрических и временных параметров цифрового сигнала при затухании в линии до 45 дб на кабелях типа КСПП (кабель сельский, полиэтиленовая изоляция, полиэтиленовая оболочка), ТПП (кабель телефонный, полиэтиленовая изоляция, полиэтиленовая оболочка). Усилитель линейного тракта обеспечивает передачу данных со скоростью 2048 или 1024 кбит/с. Электропитание УЛТ осуществляется от станционной сети 60 В с током 50 мА, работает данное устройство при температуре окружающей среды от 5 до 40°С и относительной влажности до 80 %.
УЛТ является модификацией устройства окончания линейного тракта с числом образуемых каналов связи 15 или 30 (УЛТ15-30).
Принцип работы УЛТ рассмотрим на примере функциональной схемы рис. 1. Линейный сигнал направления А поступает на устройство грозозащиты приемника, состоящее из линейного трансформатора и разрядников. Далее сигнал поступает на усилитель, корректирующий унифицированный УКУ, который осуществляет автоматическую коррекцию амплитудно-частотных искажений, вносимых кабельным участком в диапазоне затуханий от 0 до 45 дб. Усиленный сигнал поступает на пороговое устройство, регенерационный и выходной каскады ПУ-РК, где происходит формирование сигнала для станционного стыка. Устройство тактовой синхронизации (УТС) производит выделение сигнала тактовой частоты из спектра цифрового рабочего сигнала и устанавливает фронты тактового сигнала строго по середине символов рабочего сигнала, для обеспечения работы регенерационного каскада. Для контроля наличия линейного сигнала служит датчик линейного сигнала (ДЛС).
Рис. 1. Функциональная схема усилителя линейного тракта-45 дб
Станционный сигнал направления Б поступает в линию через устройство грозозащиты передатчика, выполненное аналогично устройству грозозащиты приемника.
Электропитание усилителя осуществляется от станционной сети 60 В, или дистанционно по фантомной цепи линейного кабеля (через средние точки трансформаторов). Устройство УП выполняет функции вторичного источника питания и вырабатывает стабилизированное напряжение +5 В и -3 В.
К фантомной цепи линейного кабеля через разделительные конденсаторы подключены гнёзда СС для подсоединения переговорного устройства. Изменение режима питания осуществляется установкой перемычек на станционном разъёме. Исполнения УЛТ на скорость 2048 или 1024 кбит/с отличаются установкой перемычек на плате и некоторыми номиналами конденсаторов и резисторов.
Конструктивно усилитель линейного тракта выполнен на одной печатной плате, установленной на металлическое основание и закрытой крышкой. На лицевой части основания, расположены разъёмы для подключения к линейному кабелю и станционному оборудованию, органы управления и индикации.
Усилитель линейного тракта характеризуется следующими техническими данными.
1. Скорость передачи - 2048 или 1024 кбит/с.
2. Параметры сигнала на стыке со станционным и линейным оборудованием:
2.1. параметры импульсов - соответствуют маске импульса (рис. 2);
2.2. вход и выход - симметричные - сопротивлением 120 Ом;
2.3. допустимое затухание сигнала на линейном входе усилителя от 0 до 45 дб;
2.4. допустимое переходное затухание в кабеле между парами приёма и передачи - не менее 60 дб.
3. В УЛТ имеется сигнализация наличия питания и сигнала на приеме.
4. Мощность, потребляемая усилителем линейного тракта, не превышает 3 Вт.
5. Габаритные размеры УЛТ 190х190х30 мм.
На рис. 2 представлен шаблон импульса для согласования линейного и станционного сигнала для исполнений 2048 и 1024 кбит/с, который осуществляется в пороговом устройстве усилителя.
Параметры импульса согласования не должны отклоняться от параметров представленных в таблице.
Усилитель линейного тракта располагается на концах кабельной линии, как правило, рядом с оборудованием формирования цифрового потока (ОФЦП) рис. 3.
Рис. 2. Шаблон импульса для согласования
Длительность импульсов кодов ЧПИ и МПЧИ
Скорость Кбит/с |
Тип кода |
Длительность, нс |
||||
А |
В |
С |
D |
E |
||
2048 |
ЧПИ, МПЧИ |
269 |
194 |
244 |
219 |
488 |
1024 |
ЧПИ, МПЧИ |
538 |
388 |
488 |
438 |
976 |
Электрическую принципиальную схему усилителя представим на рис. 4. Грозозащиту обеспечивают разрядники F1-F6. Исполнения УЛТ-45 дб со скоростью 2048 или 1024 кбит/с отличаются установкой перемычек на плате: для УЛТ-1024 устанавливаются перемычки 1-5, 2-6, для УЛТ-2048 1-6, 2-5.
Рис.
3. Схема расположения усилителя линейного
тракта
Тактовая синхронизация осуществляется с помощью такто вого генератора УТС, конструктивно выполненного на микросхеме 198НТ1Б и транзисторах 2Т316Б, 2Т326Б. Стабилизированное напряжение +5 В и -3 В вырабатывается источником питания, собранного на микросхеме 140УД12, транзисторах 2П103Д, КТ816Г, 2Т316Б, стабилитроне КС139А, и выполняет роль вторичного источника питания.
Таким образом, на основе вышеизложенного можно признать, что данный усилитель позволяет в значительной мере регенерировать (восстановить) номинальный уровень цифрового сигнала, его электрические и временные параметры при затухании в линии до 45 дб, а также осуществить грозозащиту и коррекцию амплитудно-частотных искажений, вносимых кабельным участком. Предлагаемое устройство позволяет в 30 раз увеличить объем передаваемой информации. Элементная база рассматриваемого устройства отечественного производства, что позволяет изготавливать усилитель линейного тракта гораздо дешевле, чем с применением импортных электрорадиоэлементов.
Литература
1. Скалин Ю.В., Берштейн А.Г. Цифровые системы передачи. М., 1992. 488 с.
2. Аболица И.А. Многоканальная связь. М.: «Связь», 1971. 355 с.
3
.
Иванова Л.С. Системы передачи ИКМ-30.
М., 1990. 247 с.
Рис. 4. Электрическая принципиальная схема усилителя
Воронежский государственный технический университет
УДК 681.3
И.В. Гузеев, М.Ю. Чепелев
особенности использования преобразователей
напряжения во вторичных источниках питания
Рассматриваются особенности применения параллельного включения преобразовательных ячеек в источниках вторичного электропитания
Сегодня особенно важно располагать свежей информацией о предлагаемых на рынке современных источниках питания, специфике их использования и закладывать эту информацию в проект заранее, еще на этапе системного проектирования, т.к. даже в удачно спроектированном изделии в большинстве случаев около половины его объема и более половины случаев отказа приходится именно на источник питания.
Современные системы электропитания (СЭП) предназначены для преобразования, регулирования, распределения электроэнергии и обеспечения бесперебойной подачи различных напряжений постоянного и переменного тока, необходимых для нормальной работы аппаратуры связи, радиотехнических устройств, вычислительных комплексов, персональных ЭВМ, аппаратуры защиты и сигнализации. В состав СЭП могут входить выпрямительные устройства, аккумуляторные батареи, агрегаты бесперебойного питания постоянным и переменным током, преобразователи и стабилизаторы напряжения, коммутационное оборудование и токораспределительные сети, связывающие между собой оборудование электропитания и потребителей электроэнергии.
Система электропитания может быть выполнена по централизованной структуре, децентрализованной и смешанной.
При централизованной структуре источники электропитания сгруппированы в отдельных шкафах или блоках, и питание различных нагрузок осуществляется по одной или нескольким силовым цепям от единой электропитающей установки (ЭПУ). Достоинством централизованной СЭП является удобство ее обслуживания и эксплуатации. Недостатки: трудность передачи больших токов по проводам, необходимость резервирования блоков, а также трудности миниатюризации источников вторичного питания, входящих в состав СЭП.
При децентрализованной структуре питание отдельных нагрузок осуществляется по одной или нескольким цепям питания от индивидуальных ЭПУ. Причем, достижения в области разработки силовых полупроводниковых преобразователей и герметичных аккумуляторов позволяют реализовать децентрализованные системы, ЭПУ которых могут размещаться в одних помещениях (или стойках) с питаемой аппаратурой. Приближение ЭПУ к питаемой аппаратуре позволяет улучшить качество питающего напряжения, сэкономить цветной металл (требуемый для токораспределительной сети), повысить КПД и надежность ЭПУ и уменьшить взаимные влияния между различной питаемой аппаратурой.
Смешанная СЭП содержит как централизованные, так и децентрализованные устройства электропитания. Достоинством смешанной СЭП является возможность при унификации ИВЭП производить требуемые изменения в схеме электропитания с минимальной затратой времени и материальных ресурсов.
Любая технология, способная воздействовать на состояние той или иной области схемотехники, постоянно совершенствуется, это приводит к процессу непрерывного создания новых схем. Каждая из существующих схем и по компонентам, и по топологии чем-то отличается от других и предназначена для получения каких-либо специфических свойств, обеспечивающих улучшение параметров.
Без дополнительных конструирования, расчета и сравнительного анализа новой схемы с ранее разработанными схемами обычно трудно объективно оценить достоинства вводимых схемотехнических изменений. Часто бывает сложно определить сами критерии сходства и различия схем. Именно такая ситуация сложилась в сравнительно новой и быстро развивающейся области преобразовательной техники вообще и импульсивных преобразователей постоянного напряжения, в частности.
Развитие импульсных преобразователей было обусловлено необходимостью повышения коэффициента полезного действия (КПД), уменьшения объема и массы устройств вторичного электропитания с тем, чтобы обеспечить их совместимость с уменьшенными по размерам системами связи и обработки данных.
Преобразователи постоянного напряжения в постоянное и постоянного напряжения в переменное гармонически сочетаются с такими типами источников первичного электропитания, как солнечные батареи, топливные элементы, термоэлектрические генераторы, и являются главной составной частью большинства систем непрерывного электроснабжения. Преобразователи, работающие с частотами переключения от десятков до сотен килогерц, являются основой построения большинства современных источников вторичного электропитания для ЭВМ и систем связи, к примеру последние двадцать лет применения в космических программах всех стран импульсных преобразователей доказали их высокую эффективность. Практика применения преобразователей показывает, что при построении преобразователей средней и большой мощности наиболее эффективно наращивать не мощность одного преобразователя, а количество преобразователей включённых параллельно, т.к. при этом резко уменьшаются пульсации тока и напряжения на входе и выходе преобразователя, уменьшается размер входного и выходного фильтров. При этом отпадает необходимость применения дорогих полупроводниковых элементов, рассчитанных на большую мощность.
Имеется ряд факторов, обуславливающих необходимость параллельного включения преобразовательных ячеек. Основным из них является решение задачи увеличения выходной мощности преобразователей постоянного напряжения (ППН). Для увеличения выходной мощности преобразователя можно каждый управляемый ключ и каждый коммутирующий диод заменить соответственно параллельным соединением нескольких коммутирующих диодов. Однако при таких соединениях возможности каждого из элементов будут использоваться в недостаточной степени, поскольку точного деления токов через них добиться практически нельзя. Поэтому выходная мощность преобразователя с параллельным включением однотипных элементов будет меньше, чем преобразователя, построенного на тех же элементах, но с параллельным включением преобразовательных ячеек. К сожалению, обычно трудно определить, какой подход в каждом конкретном случае проектирования является наиболее оправданным. Единственный точный ответ на этот вопрос можно получить лишь после практического выполнения двух различных конструкций преобразователя, соответствующих указанным подходам.
Еще одним фактором, обусловливающим использование параллельного включения преобразовательных ячеек, является увеличение надежности работы преобразователя в целом. Предположим, что преобразователь содержит три параллельно включенные ячейки и двух из них достаточно для получения требуемой выходной мощности. Пусть преобразователь рассчитан так, что его отказ означает отказ одновременно двух преобразовательных ячеек из трех. Очевидно, что вероятность отказа такого преобразователя значительно меньше, чем вероятность отказа преобразователя, выполненного в виде одной ячейки. В настоящее время обычными стали преобразователи с пятью параллельно работающими ячейками, трех из которых достаточно для получения требуемой выходной мощности.
Высокое качество конструирования позволяет, несмотря на сложность схемы, обеспечивать создание мощных надежных преобразователей с параллельным включением силовых ячеек.
В системах вторичного электропитания параллельное включение преобразовательных ячеек нередко используется для увеличения частоты и уменьшения размаха пульсаций тока источника питания или выходного тока силового коммутатора. В перспективе это позволяет уменьшить габариты и массу входного или выходного фильтров подавления электромагнитных помех.
Производство источников вторичного электропитания, содержащих ППН, должно учитывать возможность широкого применения и тенденцию к снижению стоимости таких источников. Производственная политика многих фирм, выпускающих источники вторичного электропитания, заключена в стремлении сконструировать одиночный преобразовательный модуль средней мощности и выпускать этот модуль в больших количествах. Требования покупателей для нагрузок большой мощности сводятся к обеспечению возможности параллельного включения двух или более таких одиночных преобразовательных модулей в сочетании с необходимыми дополнительными узлами устройств управления. Естественно, что фирмы стремятся уменьшить расходы на какие либо разработки за счет сокращения числа этих разработок и, по возможности, уменьшить себестоимость уже выпускающих изделий.
Существует одна весьма серьезная проблема, связанная с созданием преобразователей с параллельным включением силовых ячеек, когда необходимо разделить поровну токи (входные выходные) между этими ячейками. Следует отметить, что отсутствует какой-либо механизм, обеспечивающий деление этих токов, кроме близких по значению эквивалентных входных сопротивлений преобразовательных ячеек. Поэтому при отсутствии каких-либо специальных мер возможны существенные разбалансы в делении токов между включенными параллельно ячейками преобразователя. Для выравнивания токов обычно используют автоматические регуляторы. При этом в соответствующей системе управления осуществляется сравнение напряжений, пропорциональных токов через силовые ключи каждой ячейки, с напряжениями, пропорциональными току нагрузки, и последующая коррекция токов преобразовательных ячеек.
Для рационального построения схемы электропитания существенное значение имеет технически и экономически обоснованный выбор числа, мощности и типа ЭПУ, а также числа силовых цепей питания.
Литература
1. Лазученков А. Построение современных систем электропитания // Компоненты и технологии: 2000. № 1. С. 8–9.
2. hhtp://hiworld.h11.ru/electronica
Воронежский государственный технический университет
УДК 621.3
Е.А. Рогозин, О.В. Ланкин, Р.А. Залогин, П.В. Зиновьев,
О.Ю. Макаров