Метод включает в себя следующие операции:

исключение "переходной области" амплитуды джиттера, в которой прекращается безошибочная работа;

измерение отдельных секунд с ошибками в течение 30 с для каждого увеличения амплитуды джиттера, начиная с "переходной области";

определение для каждой частоты наибольшей амплитуды джиттера, при которой суммарное число секунд с ошибками не превышает двух.

Процесс повторяется для числа частот, достаточного для того, чтобы измерение точно отражало допустимый для испытываемого объекта синусоидальный входной джиттер в заданном диапазоне частот. Анализатор при этом должен вырабатывать сигнал с управляемым джиттером и измерять количество секунд с ошибками, обусловленных этим джиттером.

1.8 Структура маски MTJ

Рассмотрим форму маски на максимально допустимый уровень джиттера (MTJ) и различные факторы, влияющие на её форму. В большинстве анализаторов MTJ форма маски задаётся самим оператором в зависимости от типа измеряемого оборудования, поэтому такое рассмотрение будет не лишним.

Для начала рассмотрим поведение зависимости устойчивости к джиттеру наиболее простого компонента оборудования - узкополосной цепи восстановления синхронизации. Графики реальной устойчивости к джиттеру и кривой, моделирующей устойчивость, приведены на рисунке 1.13.

Рис. 1.13. Графики модели и реальной характеристики MTJ репитера

Некоторые устройства имеют характеристику такого типа, например, репитеры и регенераторы, в которых влияние на устойчивость к входному джиттеру определяется только цепью восстановления синхронизации. Поскольку эта цепь является узкополосной, для восстановления фазы принимаемого сигнала требуется большое количество импульсов. В результате появление длинных последовательностей нулей приводит к джиттеру, уровень которого зависит от скорости (частоты) передачи данных. Поэтому на низких частотах появляется убывающая зависимость MTJ от частоты. На высоких частотах основным параметром, определяющим уровень джиттера, является ширина глазковой диаграммы. MTJ на этом участке практически не зависит от частоты. В результате зависимость определяется влиянием двух факторов: на низких частотах - шириной полосы цепи восстановления синхронизации, на высоких частотах - шириной глазковой диаграммы.

Рассмотренная характеристика соответствует наиболее простому устройству, где на параметр MTJ влияет только одна цепь. В реальном оборудовании таких цепей может быть несколько. Рассмотрим характеристику MTJ оборудования с несколькими цепями (рисунки 1.14 и 1.15). В частности, для ослабления эффекта влияния полосы цепи восстановления синхронизации в мультиплексорах и устройствах с подавлением джиттера используются эластичные буферы на входе. В этом случае (рисунок 1.14) в характеристике появляется вторая "ступенька", связанная с шириной глазковой диаграммы в точке дискретизации буфера. В результате характеристика MTJ "приподнимается" и устойчивость устройства к входящему джиттеру увеличивается.

Рис. 1.14. Параметр MTJ Рис. 1.15. Параметр MTJ - устройств с подавлением мультиплексора/демульти-джиттера. плексора

Состав характеристики MTJ мультиплексора (рисунок 1.15) определяется многими факторами. На низких частотах основным фактором влияния является ширина полосы ФАПЧ демультиплексора. Для увеличения устойчивости работы демультиплексора к джиттеру на входе мультиплексора используется эластичный буфер. Вторая "ступенька" определяется процессами стаффинга и его вкладом в параметр джиттера. Поскольку полоса стаффинга сравнительно узкая (несколько килогерц), его влияние будет доминировать в средней зоне характеристики. Наконец, третья "ступенька" характеристики определяется влиянием цепи восстановления синхронизации мультиплексора.

Все три перечисленных характеристики вошли в состав требований к устойчивости к джиттеру мультиплексоров PDH. Эти требования были определены ITU-T в рекомендациях серии G.7хх. Маска MTJ ITU-T представлена на рисунке 16 и соответствует виду характеристики рисунок 1.15.

Рис. 1.16. Параметр MTJ по синусоидальному джиттеру мультиплексора PDH

1.9 Методы измерения параметра MTJ

Измерения проводятся в ручном или автоматическом режимах на нескольких частотах и по результатам выстраивается характеристика реального MTJ, которая должна быть расположена выше заданной нормативной характеристики MTJ (рисунок 1.17).

Обычно в анализаторе MTJ заложено несколько типовых масок этого параметра для проведения измерений, однако всегда имеется возможность редактирования маски для того, чтобы учесть состав оборудования.

Для лабораторного тестирования оборудования параметр MTJ является обязательным. Для эксплуатационных измерений необходимость измерений этого параметра зависит от уровня проведения стрессовых измерений на сети.

Рис. 1.17. Пример результата измерений MTJ анализатором

Проведение измерений обычно выполняется в режиме с отключением канала и использованием ПСП в качестве сигнала цифровой нагрузки. Однако для проведения эксплуатационных измерений может быть использован режим включения прибора в разрыв и проведение измерений на реальном трафике. В этом случае прибор вносит джиттер в реальную нагрузку.

Измерения BER проводятся с использованием избыточного циклического кода CRC-4.

Измерение передаточной характеристики джиттера. Передаточная характеристика джиттера (JTF - Jitter Transfer Function) определяется как приведённая разность между джиттером на входе устройства/ канала:

.

Также как и параметр MTJ, параметр JTF измеряется на определённой частоте. В качестве примера на рисунке 1.18 представлена схема измерения параметра JTF мультиплексора SDH. Анализатор JTF в этом примере входит в состав анализатора SDH.

Рис. 1.18. Схема организации измерений параметра JTF

Принцип организации измерений достаточно прост: во входящий цифровой поток добавляется джиттер определённой амплитуды и анализируется джиттер на выходе. Вариация частоты даёт характеристику зависимости параметра JTF от частоты.

На результаты измерений существенное влияние оказывают собственный джиттер устройства/канала и джиттер, вносимый анализатором JTF.

В отличие от маски MTJ маска JTF представляет собой две зависимости для верхнего и нижнего уровней JTF. Реальная кривая параметра JTF должна располагаться между двумя кривыми маски (рисунок 1.19а). На рисунке 19б представлен вариант результата измерений параметра JTF, выполненный на анализаторе SDH ANT-20 компании W&G.

Выше рассматривалась методология измерений джиттера для простых участков цифровых систем передачи и отдельных устройств в составе таких каналов. В реальной практике обычно приходится иметь дело с составными каналами цифровых систем передачи. В этом случае практически невозможно определить точно нормы на джиттер. Это обусловлено самой природой джиттера и его связью с фазовыми характеристиками распространения сигнала. При разработке методологии измерений параметров джиттера в составном канале цифровых систем передачи обычно рассматриваются модели взаимовлияния параметров различных систем передачи.

(а) (б)

Рис. 1.19. Вид маски параметра JTF и расположение реальной характеристики параметра (а) и реальный результат измерения параметра JTF (б) анализатором

Вопросы методологии измерений джиттера составного канала. На основании анализа рассмотренных процессов разрабатывается нормы на параметры цифровой системы передачи и методология их измерений.

Таким образом, общая методология измерений параметров джиттера в составном канале находится пока в стадии исследования. Можно выделить лишь несколько основных подходов к рассмотрению джиттера в составном канале.

При разработке норм на параметры джиттера в канале последние должны специфицироваться в зависимости от скорости цифровой передачи.

Джиттер не обязательно накапливается в цифровой системе по заданному закону. Некоторые устройства в цифровой системе передачи, такие как оборудование TDM, мультиплексоры и т.д., могут выступать в роли компенсаторов джиттера.

Если джиттер во входящем потоке превышает допустимый параметр MJT устройства, в системе могут возникнуть битовые ошибки. Поэтому при рассмотрении цифровой системы передачи необходимо рассчитывать вероятность превышения джиттером предела MJT.

Длинна участков цифровой системы передачи практически мало влияет на параметр джиттера, гораздо сильнее на параметр влияет состав системы передачи и характеристики входящих в неё устройств.

Практически все перечисленные выше параметры устройств (собственный джиттер, MJT и JTF) оказывают влияния на суммарный параметр джиттера в составном канале. В качестве иллюстрации такого влияния на рисунке 1.20 представлена схема участка цифровой системы передачи с перечислением параметров, влияющих на общий уровень джиттера в цифровой системе передачи.

Рис. 1.20. Влияние различных параметров на уровень джиттера в составном канале цифровой системы передачи

Методология измерений вандера. Как уже отмечалось выше, при разработке методологии эксплуата-ционных измерений на цифровых системах передачи имела место полемика относительно целесообразности измерений джиттера. Это было связано со сложностью методологии измерений и вторичным влиянием джиттера на параметры цифровой системы передачи. Важным вопросом также был вопрос об устранении последствий влияния джиттера (воздействие джиттера практически невозможно скомпенсировать).

Относительно методологии измерений вандера такой полемики не было, что связанно с простотой самой методологии и возможностью её реализации в портативных приборах. Кроме этого, важность параметра вандера состоит в том, что этот параметр имеет явную эксплуатационную ценность, а последствия вандера можно компенсировать в отличие от последствий джиттера. Действительно, вандером называется изменение частоты принимаемого сигнала с большим периодом. Поскольку период изменения частоты достаточно большой, то уровень вандера может фиксироваться визуально при измерениях частоты цифровой передачи.

Рассмотрим методологию измерений параметра вандера. Для этого вновь обратимся к рассмотрению процесса измерения частоты передаваемого/ принимаемого сигнала (рисунок 1.21). Основным результатом воздействия джиттера на цифровые устройства является сбой в работе петлей ФАПЧ и, как следствие, возникновение ошибок цифровой передачи. Исключить такие ошибки без измерения параметров ФАПЧ или устранения причины возникновения джиттера практически невозможно. В результате возникает парадоксальная ситуация, когда можно сказать, что параметр не в норме, но точно ответить, насколько он влияет на параметры качества цифровой передачи и сделать что-либо нельзя. Как следствие, возникают определённые сомнения в ценности параметра джиттера для целей эксплуатации.

Рис. 1.21. Влияние вандера на параметры цифровой системы передачи

В отличие от джиттера вандер приводит к переполнению буферов приёмных устройств и проскальзованиям. Поскольку в случае вандера речь идет об измерении частоты принимаемого сигнала с большим периодом, невозможно каким-либо способом компенсировать воздействия вандера. Такой эффект называют "прозрачной трансляцией" вандера по сети. Основное воздействие вандера связано с системой синхронизации. Выделенный синхросигнал из принимаемого потока, содержащего вандер, может привести к существенной деградации параметров системы синхронизации, поэтому системные измерения параметров вандера делаются при анализе систем синхронизации.

При эксплуатации цифровых систем передачи анализ вандера делается параллельно с анализом частоты передачи информации. Вандер в этом случае рассматривается как периодическое колебание частоты передачи. Для более детального рассмотрения влияния вандера рассмотрим механизм возникновения проскальзываний.

Проскальзованием называется повторение или исключение группы символов в синхронной или плезиохронной последовательности двоичных символов в результате различия между скоростями считывания и записи в буферной памяти. Механизм возникновения проскальзываний достаточно прост и представлен на рисунке 1.22.

Рис. 1.22. Механизм возникновения проскальзываний

Цифровое устройство 1 генерирует цифровой сигнал с частотой f1, этот сигнал также с частотой f1 записывается в оперативную память эластичного буфера, из которого считывается приёмным цифровым устройством 2 с частотой f2. Частоты передачи и считывания определяются частотой задающих тактовых генераторов (ТГ 1 и ТГ 2 соответственно). В случае, если f1>f2, буфер постепенно переполняется, что приводит к потере информации в размере ёмкости буфера, возникает положительное проскальзывание. Если же f1>f2, то цифровое устройство 2 рано или поздно начнёт считывать информацию с дублированием битов (повторное считывание), что приведёт к ошибке - отрицательному проскальзыванию.

В отсутствии эластичного буфера проскальзывания возникают по мере накопления фазового сдвига сигналов передачи и приёма. В этом случае в зависимости от среднего уровня рассинхронизации будут возникать битовые проскальзования, т.е. ошибки в считывании бита. Современные цифровые сигналы в области связи структурированы (как правило, на циклы или кадры), битовые проскальзывания будут нарушать цикловую синхронизацию в то время как, с точки зрения алгоритмов взаимодействия цифровых устройств, наиболее желательным являются цикловые проскальзывания, которые приводят к потере цикла информации, однако не приводят к нарушению цикловой синхронизации. Так, например, одно битовое проскальзывание приводит в современных цифровых АТС к потере до трёх циклов информации, что необходимо для восстановления цикловой синхронизации. Такие проскальзывания называются неуправляемыми. Эластичные буферы используются для управления проскальзываниями с целью сохранения цикловой синхронизации.

Рассмотрим теперь влияние вандера. Фактически влияние вандера будет означать периодическую вариацию частоты f1 в схеме на рис. 1.22. Поскольку эта вариация периодическая, то эластичный буфер будет сначала заполнятся в течении полупериода вандера, затем опустошаться. В случае большого размера эластичного буфера вандер не окажет влияния на параметры цифрового канала. Отсюда следует важный вывод: последствия вандера могут быть компенсированы путём расширения размера эластичного буфера памяти. Это является очевидным аргументом в пользу рассмотрения вандера как важного эксплуатационного параметра, который не только позволяет обнаружить причину деградации качества связи, но и предпринять определённые меры по ликвидации такой деградации.

Минимальный размер буфера, необходимый для компенсации вандера можно определить согласно:

.

Поскольку буфер начинает заполняться с середины, в выражение введён коэффициент 2. Фактически значение интеграла соответствует площади под кривой рисунок 1.21.

Таким образом, вандер представляет собой важный параметр эксплуатационных измерений. Рассмотрим теперь методы его измерения.

Измерения вандера делятся на два класса: системные измерения вандера, связанные с анализом параметров системы синхронизации, и эксплутационные измерения. Технология системных измерений будет подробно рассмотрена отдельно, здесь лишь укажем, что такие измерения крайне существенны для современных цифровых сетей.

Эксплуатационные измерения связаны с параллельными измерениями частоты принимаемого сигнала и её вариации - вандера. В большинстве портативных анализаторов PDH до последнего времени было реализовано только измерение частоты без анализа его вариации и только в последнее время появилось несколько анализаторов с функцией измерения вандера, включающих измерение помимо частоты принимаемого сигнала ещё двух параметров: максимальной и минимальной частоты за период измерений. Три параметра - текущая частота, максимальная и минимальная частота - позволяют оперативно идентифицировать наличие или отсутствие вандера в системе передачи.

Для оценки уровня вандера используется анализ эквивалентных битовых проскальзываний, т.е. проскальзываний в пересчете на 1 бит буфера, вызванных увеличением или уменьшением частоты. Анализ периода вандера в этом случае проводится визуально, что вполне достаточно для портативных устройств. В качестве примера на рисунке 1.23 показано экранное меню портативного анализатора ИКМ с функцией измерения вандера - SunSet E10. Наглядно видно, что в спецификации измерений включены параметры частоты принимаемого сигнала (RCV), максимальной (МАХ) и минимальной (MIN) частоты, общего количества битовых проскальзований (CRSLIP), положительного (+WANDR) и отрицательного (-WANDR) вандера. Для визуального контроля вандера имеется своего рода "планка" смещения частоты, по краям которой расположены указатели на положительное (POS) и отрицательное (NEG) смещение частоты.

Помимо описанных выше методов эксплуатационной оценки параметров вандера для анализа систем синхронизации получили широкое распространение методы точного анализа параметров вандера.

Рис. 1.23. Экран измерений линейной частоты портативного анализатора SunSet E10 (компания Sunrise Telecom)

К таким параметрам относятся ошибка временного интервала (Time Interval Error - TIE) и максимальная ошибка временного интервала (Maximum Time Interval Error - MTIE).

Измерение этих параметров требует внешнего источника синхронизации, в качестве которого обычно используется лабораторный источник GPS.

Структура измеряемых параметров представлены на рисунке 1.24.

Рис. 1.24. Анализ параметров вандера

2. Техническая часть

2.1 Разработка структурной схемы устройства

Структурная схема анализатора приведена на рисунке, опишем назначение её блоков. Устройство сопряжения включает в себя: ключ, для переключения режимов передачи тестового сигнала/приёма тестового сигнала, устройство согласования анализатора с линией, для избежания искажения принимаемого/передаваемого сигнала за счёт внесения затухания из-за их рассогласования, а также усилитель (+внешняя телефонная трубка) для усиления телефонного сигнала, приходящего от оператора, находящегося на другом конце тестируемей линии. Сигнальный процессор используется как синтезатор частот, для генерации многочастотного тестового сигнала, с частотами в диапазоне от 100 Гц до 3800 Гц. Тестовый многочастотный сигнал поступает на ЦАП, который его преобразует в аналоговую форму и посылает в канал. Устройство управления, которое состоит из: процессора Intel 8051, ОЗУ, ПЗУ, блока ввода/вывода и таймера, управляет процессом работы анализатора по измерению характеристик канала передачи данных. В частности, посылает управляющий сигнал на сигнальный процессор, синусоиду какой частоты надо подать в линию, для проведения измерений. Также даёт команду на запись в память, цифровых данных, снятых с линии и преобразованных АЦП, для дальнейшей обработки и хранении уже на персональной ЭВМ. Устройство развязки, выполненное на оптронах служит, для развязки ЭВМ с устройством анализатора, и через него соединённого шлейфом по COM порту уже с самой ЭВМ. Панель управления служит интерфейсом для управления анализатором и его режимами работы (автономным и в сопряжении с компьютером). Дальнейшая обработка и хранение результатов ведётся на компьютере с помощью специальной программы, которая графически на мониторе, будет представлять обработанные результаты измерения параметров канала.

3. Конструкторско-технологическая часть

3.1 Задачи конструирования

Основная задача конструирования заключается в обеспечении работоспособности устройства с параметрами, заданными в техническом задании. Задача конструирования состоит из ряда частных задач, таких как [31,32]:

поиск оптимального взаимного расположения элементов, блоков и узлов на печатной плате (ПП) или шасси, при котором были бы минимальны паразитные связи, что обеспечивает высокую устойчивость устройства, решение с этой целью вопросов экранировки, магнитной и электростатической защиты;

обеспечение жесткости конструкции, надежного теплоотвода от нагревающихся деталей схемы, в некоторых случаях герметизации и коррозионной стойкости устройства. Данные мероприятия направлены на защиту прибора от случайных ударов и тряске при транспортировке, от неблагоприятных условий окружающей среды и механических повреждений;

обеспечение удобства управления, контроля, ремонта, транспортировки, серийного и массового производства, а также внешнего оформления в соответствии с современными требованиями технической этики;

уменьшение габаритных размеров и массы;

конструктивное согласование прибора с той аппаратурой, для совместной эксплуатации с которой он предназначен. Для определения размеров печатных плат, а также их количества производится ориентировочный расчет компоновки изделия.

Компоновка элементов радиоэлектронной аппаратуры - это их размещение в пространстве или на плоскости, - является одной из важнейших задач, решаемых в процессе конструирования. Наиболее важным является выполнение рациональной компоновки элементов именно на начальном этапе разработки радиоэлектронного устройства, так как это позволяет рационально и современно использовать или разрабатывать унифицированные или стандартизированные конструкции.

На практике задачи компоновки решаются при использовании готовых элементов с заданными формами и массогабаритными показателями, которые должны быть расположены в пространстве и на плоскости с учётом электромагнитных, механических и тепловых связей.

Расчёт печатных плат устройства выполняется на основе электрических расчётов принципиальных схем.

3.2 Разработка эскиза печатной платы устройства с помощью САПР PCAD

Интегрированная САПР PCAD - это наиболее популярная в мире система автоматизированного проектирования и подготовки производства печатной платы (ПП) начиная от создания принципиальной электрической схемы и заканчивая выводом конструкторской и технологической документации на ПП и формированием управляющих программ для станков с частичным управлением (ЧПУ) и фотокоординаторов. Популярность программы заключается в сочетании нескольких её качеств: доступности и относительно низкой цены, интуитивно понятного интерфейса, высокого уровня интеграции и легкой настройки на различные уровни автоматизации проектирования от практически полной автоматики до ручной разводки топологии, используя дисплей ПЭВМ.

В мире существует довольно много САПР и, конечно, САПР PCAD версии 4.5, которая используется в дипломном проекте, не самая мощная из этих систем, но среди электронных САПР для ПЭВМ класса IBM PC PCAD - несомненный лидер.

Интегрированная САПР PCAD разработана фирмой Personal CAD System. Система PCAD версии 4.5 позволяет выполнять следующие проектные операции:

создание графических изображений компонентов принципиальной схемы и физических образов;

графический ввод чертежа принципиальной схемы и чертежа ПП проектируемого устройства;

математическое моделирование цифровых электронных устройств;

одно и двустороннее размещение разногабаритных элементов с планарными и многослойными контактными площадками на поле ПП с печатными или навесными шинами питания в интерактивном и автоматическом режиме;

ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины в интерактивном режиме;

размещение межслойных переходов;

проектирование программных логических матриц;

автоматическая коррекция электрической принципиальной схемы по результатам размещения элементов на ПП;

выпуск конструкторской документации и технической информации на ПП.

Программный комплекс системы PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ и отдельные программы, образующие систему сквозного проектирования РЭА. В данном дипломном проекте при помощи системы PCAD 4.5 была создана принципиальная электрическая схема разрабатываемого устройства, приведено автоматизированное размещение и трассировка печатных проводников.

3.3 Компоновка конструкции анализатора

Компоновка - размещение в пространстве или на плоскости различных элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) - одна из важных задач при конструировании [33].

Под компоновкой блока понимают взаимное расположение ячеек или других конструктивных элементов в заданном объёме блока.

Необходимо найти такие компоновочные решения, которые удовлетворяли бы требованиям [34]:

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

взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечить технологичность сборки монтажа с учётом использования автоматов, лёгкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

расположение и конструкция органов управления должны обеспечивать максимальные удобства для оператора;

изделие должно удовлетворять требованиям технической эстетики;

габариты и масса устройства должны быть минимальными.

Добиться того чтобы устройство одновременно удовлетворяло всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не удаётся, поэтому процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сводится к нахождению оптимальных решений.

Эскиз расположения элементов приведён в приложении №.

3.4 Трассировка печатной платы

Критериями оптимальности трассировки являются [35]:

суммарная длина проводников на плате должна быть минимальна, это обеспечит большое число вариантов проведения трасс на свободных участках платы;

равномерность распределения проводников по проводящим слоям;

ортогональное расположение проводников на противоположных сторонах двухсторонней печатной платы (ДПП). Это позволяет значительно уменьшить взаимное влияние проводников;

минимум длинны параллельно идущих участков соседних проводников;

минимальное количество переходных отверстий между слоями ПП.

При трассировке ДПП необходимо стремится таким образом расположить трассы, чтобы с одной стороны полученная монтажная схема соответствовала электрической, с другой стороны были выполнены все нормы на конструирование ПП (ширина проводников, расстояние между проводниками, размеры контактных площадок, расстояние между ответвлениями на плате и их диаметр и т.п.)

Эскиз трассировки печатной платы представлен в приложении №.

После завершения трассировки ПП необходимо оценить качество трассировки и в случае возможности, устранить лишние изгибы проводников, а также многократные переходы печатных проводников с одного слоя на другой.

При выше изложенных требованиях осуществление основных этапов проектирования конструкции ПП целесообразно проводить на базе САПР [35,36].

3.5 Технология изготовления печатной платы

Одно из основных направлений на пути увеличении выпуска радио электронной аппаратуры, снижения себестоимости производства и эксплуатации, увеличения надёжности, заключается в использовании печатных плат.

Изготовление печатных плат должно производится согласно технологическому процессу, принятому на предприятии - изготовителе, обеспечивающем выполнение всех требований чертежа и технических условий.

Печатная плата - изоляционное основание с системой печатных проводников и печатных элементов [33 и др.]. Все электроэлементы, входящие в монтажную схему, устанавливаются на основании и соединяются с печатными проводниками при помощи пайки.

К печатным платам предъявляются следующие требования [37, 38]:

Ширина печатных проводников должна быть не менее 0,18 мм.

Минимальное расстояние между печатными проводниками должно быть не менее 0,2 мм.

Контактные площадки должны быть размером не менее 2 мм².

Слой металла должен обладать удельной проводимостью медных проводников.

Площадь поперечных сечений проводников и поверхность металла дорожки должна удовлетворять допустимой плотности тока и рабочей частоты, на которой работает плата.

Поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, вздутий, посторонних включений, сколов, выбоин, трещин и расслоений материала основания.

Расположение интегральных микросхем со штыревыми выводами, должно совпадать с узлами координатной сетки.

Созданию печатных проводников предшествует нанесение на заготовку изображения печатных проводников в виде защитных покрытий определённых участков. К числу наиболее употребляемых способов относятся [38]:

фотоспособ;

сеточный способ;

офсетный способ.

Фотоспособ основан на том что изображение контактным способом с негатива копируется на основание, покрытое светочувствительной эмульсией. После проявления и травления засвеченные участки оказываются без эмульсии.

Сеточный способ основан на применении сеточного трафарета и нанесении сквозь него кислостойкой краски на основании печатной платы. Сеточный способ обладает значительно меньшей точностью и разрешающей способностью, чем фотоспособ.

Офсетный способ основан на применении принципа офсетной печати.

Методы травления печатных плат включает в себя операции, с помощью которых создаётся токопроводящий слой на изолированном основании.

Существуют три основных метода изготовления печатных плат [33].

Химический;

Электрический;

Комбинированный.

Химический. На фольгированное диэлектрическое основание наносится кислостойкой краской или фотоспособом рисунок печатного монтажа. Незащищённые участки фольги удаляются травлением. Металлизация отверстий в этом случае отсутствует.

Электрохимический. Он заключается в том, что на участках поверхности основания, образующих проводники, создаётся проводящий слой химически осаждённого металла требуемой толщины. Преимущество этого метода - возможность одновременно с образованием проводников осуществлять металлизацию отверстий.

Комбинированный. Данный метод может быть как негативным, так и позитивным. Негативный способ заключается в том, что первоначально получают печатный монтаж по аналогии с химическим способом, затем проводится химическая обработка отверстий и их металлизация и далее электрохимическая металлизация проводников и отверстий. Позитивный способ основан на получении рисунка печатного монтажа, электрохимической металлизации отверстий и проводников, а после этого травления фольги с пробельных мест. Комбинированный метод позволяет получить металлизированные отверстия, но он отличается большей трудоёмкостью технологического процесса.

При позитивном способе последовательность операций изготовления печатных плат следующая:

Раскрой материала и изготовление заготовок плат;

Подготовка поверхности заготовки. Производят зачистку заготовки шкуркой, промывку в воде, обработку в растворе соляной кислоты;

Нанесение изображения печатного монтажа на заготовку. Наносят на поверхность заготовки фоторезист, совмещают с фотопозитивом, проявляют, производят окрашивание изображения, промывки в воде, химическое дубление и сушку;

Сверление и зенкование отверстий;

Нанесение лака. Сушка;

Химическое меднение отверстий. Перед меднением заготовку обрабатывают в растворе двух хлористого олова, и соляной кислоты. После осаждения меди заготовку промывают и сушат;

Снятие лакового покрытия;

Ретуширование изображения;

Гальваническое меднение. Сначала заготовку обезжиривают, затем производят наращивание медного слоя. Далее промывка и сушка;

Гальваническое серебрение. Производят деталировку платы. Далее наносят слой серебра и промывают в воде;

Раздубливание фоторезиста. Обработка происходит в растворе щавелевой кислоты и хлористого натрия. Далее промывка и сушка;

Травление фольги с пробельных мест. Травление производят в растворе хлористого железа. Затем промывка в воде, после этого осветление серебра, затем промывка и сушка.

Маркировка. Нанесение монтажных обозначений. На этом этапы технологии изготовления печатных плат заканчиваются.

Недостатками комбинированных методов являются [33]:

сложность технологических операций;

продолжительное воздействие агрессивных сред на изолированное основание, что может ухудшить его свойства.

Преимуществами комбинированных методов являются:

большая электропроводимость проводников;

прочность сцепления проводников с основанием;

большая точность и разрешающая способность (около 0,3 мм);

одновременная металлизация отверстий, что позволяет изготавливать двухсторонние платы.

Комбинированный метод изготовления печатных плат является наиболее перспективным, удовлетворяющим требованиям промышленности. Он имеет наивысшую плотность монтажа.

3.6 Размещение навесных элементов на печатной плате

При размещении элементов на ПП необходимо учитывать следующее [31,39]:

полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты;

необходимо предусмотреть возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

необходимо предусмотреть возможность легкого доступа к элементам, которые подбираются при регулировке схемы;

равномерное распределение масс элементов по поверхности платы;

обеспечение малых габаритов и массы.

Размещение навесных элементов на ПП осуществляется в соответствии с ОСТ 4.Г 0.010.030. и ОСТ 4.Г 0.010.009.

В качестве критериев оптимальности размещения используем:

минимум суммарной длины всех печатных проводников;

минимум максимальной длины сигнальных проводников;

максимально близкое расположение элементов с наибольшим числом взаимных связей.

3.7 Обоснование выбора корпуса устройства

При разработке конструкции устройства необходимо выбрать наружную оболочку устройства для защиты изделия от внешних воздействий, а персонала от прикосновения ко внутренним частям устройства. Такая оболочка называется корпусом устройства. Корпус придаёт устройству законченную форму. Существует ряд требований, предъявляемых к корпусу изделия [31]:

корпус должен обеспечивать нормальный тепловой режим устройства;

должен обеспечивать защиту расположенных в нем элементов от механических повреждений;

должен обеспечивать защиту от пыли и влаги;

в конструкции корпуса должны быть предусмотрены места для кладки жгутов, соединяющих плату коммутации с внешними разъёмами;

корпус должен обеспечивать лёгкий доступ к расположенным в нем элементам для осмотра, ремонта и замены, а также к элементам внешней коммутации;

конфигурация корпуса должна предусматривать элементы крепления для её фиксации на объекте;

конфигурация корпуса должна позволять экономично размещать изделие на месте его эксплуатации;

использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющие минимальную массу.

3.8 Оценка надёжности конструкции

Эффективность работы любого радиотехнического устройства существенно зависит от надёжности входящих в него элементов. Под понятием надёжности понимают свойства элементов системы выполнять задание функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах, при определённых условиях эксплуатации в течение требуемого промежутка времени. Надёжность аппаратуры обусловлена её безотказностью. В случае выхода за пределы допустимого хотя бы одного параметра, происходит отказ системы.

Произведём расчёт надёжности. При расчёте примем следующие допущения:

отказ любого элемента системы приводит к отказу всей системы, то есть элементы в смысле надёжности соединены последовательно;

отказы элементов являются случайными и независимыми событиями;

интенсивности отказов всех элементов системы не зависят от времени, то есть время работы системы до отказа распределено по экспоненциальному закону.

Количественно надежность устройств выражается показателями надёжности:

вероятностью безотказной работы P(t);

частотой отказов ;

средним временем работы до отказа Т_О.

К настоящему времени интенсивности отказов основных элементов радиоэлектронной аппаратуры определены. Это позволяет рассчитать характеристики надёжности всей разрабатываемой системы.

Интенсивность отказов системы:

где N - число элементов i-го типа, - интенсивность

отказов элементов i-го типа, m-число типов применяемых элементов.

Наработка на отказ, то есть среднее время работы до отказа:

где d - эксплуатационный элемент.

Функция вероятности безотказной работы определяется формулой:

.

Необходимые данные для расчёта надёжности приведены в таблице 3.8.1.

Таблица 3.8.1

Наименование элемента	Оi -6	Ni	Оi Ni -6
Микросхемы цифровые	0,3	16	14,7
Резисторы	0,9	3	1,8
Конденсаторы	0,5	13	6,5

Расчет надёжности произведён при помощи программы Mathcad 7.0:

Исходные данные для расчёта:

N₁ =16 N₂ =3 N₃ =13.

₁ =0,3 ₂ =0,9 ₃ =0,5.

Интенсивность отказов системы:

Наработка на отказ:

часов.

Функция вероятности безотказной работы:

, .

График P(t)

4. Экспериментальная часть

4.1 Разработка протокола взаимодействия микропроцессоров устройства

Разработаем протокол взаимодействия микропроцессоров ADSP2181 и 1816ВЕ 751.

Микропроцессор МП 1 (1816ВЕ 751), является управляющим: осуществляет сбор информации в пакеты, а также отправку, после сжатия, пакетов в цифровой канал. Микропроцессор МП 2 (ADSP2181) осуществляет лишь функцию сжатия.

Микропроцессоры МП 1 и МП 2 работают с общим блоком памяти данных, который позволяет им обмениваться данными. Блок памяти данных (БПД) состоит из 2048 шестнадцатиразрядных слов (ячеек) рисунок 4.1, и может быть представлен в виде трёх частей:

БПД 1 (адреса ячеек 0000-0020) - ячейки управления; двадцать шестнадцати разрядных ячеек, 16 первых ячеек, 16 первых ячеек памяти предназначены для управления работой микропроцессоров;

БПД 2 (адреса ячеек 0020-1760) - записываются данные телеметрических и речевых каналов; этот блок развязки на шестнадцать блоков памяти, в каждом из которых занимают данные i-го канала;

БПД 3 (адреса ячеек 1760-2047) - в этих ячейках записываются сжатые данные с шестнадцати каналов; этот блок так же разбивается на 16-ть блоков.

5. Экономическая часть

5.1 Ленточный график

Процесс создания и освоения новых изделий состоит из многих стадий и этапов, выполняемых различными исполнителями. Перечень этапов научно-исследовательской работы определяется в соответствии с темой проекта [55].

Чтобы наиболее полно составить план, этапы необходимо максимально детализировать, выбрать такое направление для воздействия на ход подготовки производства, чтобы весь комплекс работ был выполнен в сжатые сроки и с минимальными затратами.

Ленточный график как элемент системы планирования и управления должен отражать те стороны выполняемых работ, которые являются существенными в отношении достижения конечных целей.

Разработчика многофункционального анализатора канала передачи данных включает в себя последовательность работ как исследовательских, так и производственных. Поэтому планирование разработки устройства предполагает использование планового ленточного графика, где каждый последующий этап начинается только после окончания предыдущего.

Плановый ленточный график разработки анализатора канала передачи данных представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1

№	Содержание работы	Трудоемкость, дней.
1	Получение задания на разработку	1
2	Изучение и согласование с заказчиком	2
3	Подбор литературы и других материалов	6
4	Изучение литературы и материалов	7
5	Анализ методов реализации устройства	4
6	Разработка общей структурной схемы	4
7	Согласование структурной схемы	1
8	Разработка функциональной схемы	4
9	Разработка принципиальной схемы	6
10	Согласование принципиальной схемы	1
11	Разработка электрической схемы и конструкции с использованием САПР "PCAD"	6
12	Разработка алгоритмов ЦОС	20
13	Программирование алгоритмов ЦОС	8
14	Снятие характеристик алгоритмов	5
15	Расчет надежности	2
16	Составление ТЗ на конструкцию	3
17	Согласование ТЗ на конструкцию	1
18	Изготовление КД	12
	Итого	93

Рис. 7.1. Ленточный график

5.2 Составление сметы затрат на разработку

Целью планирования себестоимости работ по разработке устройства является экономически обоснованное определение величины затрат на их выполнение. В плановую себестоимость включаются все затраты, связанные с разработкой, независимо от источника их финансирования. Определяю сумму затрат на разработку производителя [39]

Себестоимость является основным параметром, на основании которого осуществляется планирование и учет затрат на разработку.

Сумма затрат включает в себя следующие элементы:

Материалы и комплектующие табл. 9.2.1;

Основная заработная плата (ОЗП);

Дополнительная заработная плата (ДЗП);

Отчисления на соц. нужды;

Накладные расходы;

К статье "Основная заработная плата" относятся основная заработная плата инженерно-технических работников (ИТР), лаборантов и техников, непосредственно занятых выполнением конкретной разработкой. Размер основная заработная плата устанавливается исходя из численности различных категорий исполнителей, трудоемкостей, затраченных на выполнение отдельных видов работ и их ставки (средней заработная плата) за один рабочий день. Средняя заработная плата для каждой категории работающих исходя из месячного должностного оклада и количества рабочих дней в месяце. Результаты расчета основной заработной платы приведены в таблицах.

Поз. обозначение	Наименование	Ед. изм.	Количество	Цена за ед., руб.	Цена руб.
А	Сырье и материалы
	Печатные платы	м 2	0,034	50	1.7
	Припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76	Кг	0,05	70	3.5
	Канифоль сосновая ГОСТ 19113-73	Кг	0,05	40	2
	Спирт гидролизный ГОСТ 18300-87	л	0,05	45	2.25
	Провод МНВ 1х 0,12-IVБ ТУ 16-505.928-76	м	3	5	15
	Трубка 305ТВ-40, 1,5 ГОСТ 19034-82	м	0,5	5	2.5
	Итого по разделу А				26.95
	Транспортно-заготовительные расходы		10 %		2.695
	Всего по разделу А				29.645
Б	Комплектующие
	Конденсаторы
C1,C2	К 10-17-1б-Н 90-0.1мкФ ОЖО.460.107.ТУ		2	0.2	0.4
C3	К 53-4А-16В-10мкФ 20 % ОЖО.464.149.ТУ		1	1	1
C4-C17			14	0.2	2.8
	Микросхемы
DD1	АD775		1	320	28
DD2	TMS32010		2	345	56
DD3	K548УН 1		1	50	7
	Резисторы
R1-R26	SMR-1206,348		26	2	52
R27-R28	SMR-1206,100		2	2	4
R29	SMR-2106,270		1	2	2
	Полупроводниковые приборы
VD1-VD2	IN2810		2	2.5	5
VD2	NC202		1	3.5	3.5
	Разъемы
X1-X3	BJ2-1p		3	2	6
X4	РП 15-23ГВФВ ГЕО.364Ю 160 ТУ		1	12	12
	Итого по разделу Б				1351.7
	Транспортно-заготовительные расходы		10 %		135.2
	Всего по разделу Б				1486.9
	Сумма затрат по разделам А и Б				1515.6

№	Исполнитель	Трудоемкость, дней	Дневной оклад	ОЗП, руб.
1	руководитель	1	40	40
2	вед. инженер	2	40	80
3	инженер	6	18.2	109.2
4	инженер	7	18.2	127.4
5	ст. инженер	4	28.2	112.8
6	ст. инженер	4	28.2	112.8
7	ст. инженер	1	28.2	28.2
8	ст. инженер	4	28.2	112.8
10	ст. инженер	6	28.2	169.2
10	ст. инженер	1	28.2	28.2
11	ст. инженер	6	28.2	169.2
12	инженер-программист	20	16.4	328
13	инженер-программист	8	16.4	131.2
14	инженер-программист	5	18.2	91
15	инженер	2	18.2	36.4
16	ст. инженер	3	28.2	84.6
17	ст. инженер	1	28.2	28.2
18	инженер	12	18.2	218.4
Итого:	2007.6

На статью "Дополнительная заработная плата" относятся выплаты, предусмотренных законодательством за не явочное (не проработанное) время, оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей, оплата очередных и дополнительных отпусков, выплата вознаграждений за выслугу лет и прочие выплаты.

Дополнительная заработная плата работников, непосредственно связанных с разработкой, составляет 30 % от ОЗП.

ДЗП=0,3*ОЗП=0,3*2007.6=602.3 руб.

К статье "Отчисления на соц. нужды" относятся выплаты на оплату в перерывов в работе по временной нетрудоспособности и отчисления в пенсионный фонд, в фонд обязательного медицинского страхования, в фонд занятости, в фонд социального страхования. Размер отчислений на соц. нужды составляет 38,5 % от суммы ОЗП и ДЗП работников, занятых разработкой.

ОСН=0,385(ОЗП+ДЗП) = 0,385(2007.6+602.3) = 2609.9 руб.

К статье "Накладные расходы" относятся расходы на управление и хозяйственное обслуживание производства, которые в равной степени относятся ко всем выполняемым разработкам. По этой статье учитываются заработная плата аппарата управления и общехозяйственных служб, затраты содержание и текущий ремонт зданий, сооружений, оборудования и инвентаря, амортизационные отчисления на их полное восстановление и капитальный ремонт, расходы по охране труда, получению научно-технической информации и другие затраты. Величина накладных расходов составляют 200 % от основной заработной платы работников, непосредственно участвующих в разработке.

НР=2*ОЗП =3*2007.6=4015.2 руб.

На основании всех полученных данных определяем сумму затрат на разработку данного устройства, которая приведена в таблице.

Плановая себестоимость:

Сп=ОЗП+ДЗП+ОСН+НР+РМК=2007.6+602.3+2609.9+4015.2+1515.6= 10750.6 руб.

Наименование статей расходов	Сокращённое название	Всего руб.
Материалы и ПКИ	РМК	1515.6
Основная заработная плата	ОЗП	2007.6
Дополнительная заработная плата	ДЗП	602.3
Отчисления на соц. нужды	ОСН	2609.9
Накладные расходы	НР	4015.2
Сумма затрат на разработку	Сп	10750.6

5.3 Расчет себестоимости опытного образца

Себестоимость продукции включает в себя все затраты предприятия, идущие на его изготовление.

Калькуляция себестоимости опытного образца составляется по следующим статьям затрат:

материалы и комплектующие;

заработная плата;

накладные расходы; [26]

К статье "Материалы и ПКИ" относятся затраты на сырье, основные и вспомогательные материалы и покупные изделия, необходимые на изготовление опытного образца. Затраты по этой статье определяются действующими на данный момент ценами. Расчет затрат приведен в таблице 5.3.1.

К статье "Основная заработная плата" относится основная заработная плата рабочих непосредственно занятых в изготовлении опытного образца. Размер основная заработная плата устанавливается исходя из численности различных категорий рабочих, трудоемкости, затраченной на выполнение отдельных видов работ и их средней часовой ставки.

Таблица 5.3.1

№	Исполнитель	Трудоёмкость час.	Разряд	ЗП за 1 час	ОЗП руб.
1	Слесарь	35	3	1.7	59
2	Сверловщик	3	3	1.8	5.6
3	Монтажник	160	5	2	327
Итого:	391.6

В статью "Накладные расходы" включаются на управление и хозяйственное обслуживание, которые в равной мере относятся ко все выпускаемой продукции на предприятии. Величина накладных расходов, приходящихся на изготовление опытного образца, определяется в процентах от основной заработной платы рабочих, занятых его изготовлением.

Накладные расходы складываются из следующих статей:

1. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (50 % от ОЗП):

Рсэо=0,50*2007.6=1003.8 руб.

2. Цеховые расходы (100 % от ОЗП):

Рц=1*2007.6=2007.6 руб.

3. Общезаводские расходы (150 % от ОЗП):

Роз=1,5*2007.6=3011.4 руб.

Результаты расчета приведены в таблице 7.3.2.

Таблица 5.3.2

№	Накладные расходы	% от ОЗП	Сумма, руб.
1	Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	50	1003.8
2	Цеховые расходы	100	2007.6
3	Общезаводские расходы	150	3011.4
Итого:	6022.8

Дополнительная заработная плата рабочих составляет 20 % от ОЗП.

ДЗП=0,2*2007.6=401.5 руб.

Отчисления на социальные нужды составляют 38,5 % от суммы ОЗП и ДЗП.

ОСН=0,385*(2007.6+401.5...