Вибір матеріалу для несучої конструкції (корпусу) обумовлений його високі антикорозійні властивості, легкістю обробки та прийнятні показники витривалості та маси.
Конструкція передбачає зручну та надійну фіксацію та монтаж друкованої плати (ДП) в середині корпусу у процесі складання. Монтаж мобільного терміналу здійснюється в салоні ТРЗ, наприклад, під приладовою панеллю автомобіля, або у багажнику, з допомогою текстильної застібки та пластикових джгутів.
Однією з основних задач, поставлених при виконанні розробки даного пристрою, окрім забезпечення необхідних параметрів схеми, які б гарантували необхідні режими та надійність роботи пристрою, було створення малогабаритного, загальнодоступного, відносно дешевого модуля з використанням сучасної компонентної бази зо всіма її перевагами. ДП мобільного терміналу повинна мати якомога більший ступінь інтеграції.
За сучасного ступеню розвитку монтажу плат, повсякчас використовується автоматичний SMT, DIP та BGA монтаж, тому ще одним з критеріїв вибору радіоелементів була можливість автоматизації збирання плат на сучасних автоматичних лініях та підвищення характеристик надійності.
Суміщена активна GPS/GSM антена виконана з удароміцної пластмаси у пилозахищеному виконанні. Вона має самоприклеювальну основу для встановлення на рухомий об’єкт без використання засобів кріплення. З корпусу антени виходять два ВЧ кабелі довжиною по 5 метрів з роз’ємами типу SMA на кінцях. Зовнішній вигляд GPS/GSM антени наведений на рис.4.2.
Вибір активної антени зумовлений необхідністю максимізувати чутливість пристрою до слабких сигналів GPS та GSM мережі в умовах міської забудови та всередині залізобетонних приміщень.
GPS/GSM антена – покупний виріб. Її габаритні характеристики та спосіб кріплення обрані з огляду на необхідність прихованого встановлення на ТРЗ та забезпечення надійного зв’язку через канали GPS та GSM.
Антена встановлюється на горизонтальній поверхні таким чином, щоб у верхній полусфері були відсутні затінення та перешкоди для проходження радіосигналів від супутників.
Проведемо розрахунок необхідного коефіцієнта підсилення та ширини смуги пропускання сигналу [15] для частини мікрофонного підсилювача наведеній на рис. 4.1.
Коефіцієнт підсилення для цієї схеми становить:
Для забезпечення смуги пропускання 150 – 8000 Гц, необхідно розрахувати і ємність С3. Частота зрізу становитиме:
Вихідні дані для розрахунку зведені до табл. 4.1.
Таблиця 4.1 – Вихідні дані для розрахунку підсилення
Чутливість мікрофону, дБ·В/Па
-45
Вхідний опір диференційний, кОм
25
Номінальна вхідна чутливість, мВ
50
Максимальна вхідна напруга, мВ
360
Смуга пропускання (-3 дБ), Гц
150 - 8000
В умовах нормальної розмови на відстані 7 см від джерела акустичного сигналу створюється тиск в -4,7дБ для мікрофону з чутливістю -45 дБ·В/Па. При такому акустичному тиску вихідна напруга від мікрофону становить:
UВИХ.дБ=(-45)+(-4,7)=-49,7 (дБ·В),
що відповідає
UВИХ=10(-49,7/20)=3,3 (мВ)
Щоб забезпечити сигнал з амплітудою 50 мВ на вході наступного каскаду підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення:
Відповідно при підсиленні в 15 разів (24 дБ). При вхідному опорі розрахованого підсилювача в 10 кОм необхідний опір R4 буде дорівнювати:
R4=КПІДС·R3=10·103·15=150·103(Ом)
Промислові значення цих опорів з ряду Е96 складають 10 кОм та 150 кОм.
Відповідно значення ємності конденсатора С3:
(Ф);
З огляду на необхідну смугу пропускання, обираємо найближче значення С3 з ряду Е24 – 120 пФ.
Значення для другого каналу підсилювача ідентичні першому.
4.2.2.1 Розрахунок перетворювача на мікросхемі L6902D
Розрахуємо загальну потужність втрат PTOT на мікросхемі L6902 за формулою.
Вихідні умови:
– вхідна напруга UIN = 12 В;
– вихідна напруга UOUT = 4,2 В;
– вихідний струм IOUT = 1 А рівний сумі струмів споживаних елементами схеми (табл. 3.1);
– опір внутрішнього ключа RDSON = 0,4 Ом (середнє значення);
– час перемикання типовий TSW = 70 нс;
– струм споживаний самою ІС IQ = 2,5 мА;
Отже теплові втрати становлять 0,52 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.
Вона становитиме:
,
де TJ – температура кристалу мікросхеми, TА – температура навколишнього середовища та Rth J-A тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 42 ˚C/Вт [32]. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:
Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C [16].
Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 4,2 В.
звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 3,3 кОм R1 має рівнятись:
Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е48 найближче значення 7,87 кОм та перерахуємо значення для цього опору:
що, загалом, цілком влаштовує нас по точності.
4.2.2.2 Розрахунок перетворювача на мікросхемі МАХ1692
Розрахуємо загальну потужність втрат PTOT на мікросхемі MAX1692.
– вхідна напруга UIN = 4,2 В;
– вихідна напруга UOUT = 3,15 В;
– вихідний струм IOUT = 0,1 А, рівний сумі струмів споживаних елементами схеми, (табл. 3.3);
– опір внутрішнього ключа RDSON = 0,6 Ом (середнє значення);
– час перемикання типовий TSW = 50 нс;
– струм споживаний самою ІС IQ = 85 мкА;
Отже теплові втрати становлять 0,024 Вт, визначимо тепер температуру кристалу мікросхеми.
де TJ – температура кристалу мікросхеми, TА – температура навколишнього середовища та Rth J-A тепловий опір кристал-навколишнє середовище рівний 280 ˚C/Вт. При температурі навколишнього середовища 85 ˚C маємо наступну температуру кристалу:
Отже мікросхема перегріватись не буде, оскільки допустима температура кристалу становить 150 ˚C
Розрахуємо номінали резисторів зворотного зв’язку для одержання вихідної напруги 3,15 В.
звідси випливає, що при рекомендованому R2 = 301 кОм R1 має дорівнювати:
Але оскільки такого опору немає ні в ряді стандартних значень Е96, ні навіть в Е192, виберемо з Е192 найближче значення 470 кОм та перерахуємо значення для цього опору:
що також влаштовує нас по точності [17].
4.3 Проектування друкованого вузла
Визначення площі монтажу малогабаритних деталей
де –сумарна площа, яку займають конденсатори; - сумарна площа, яку займають діоди; - сумарна площа, яку займають мікросхеми, - сумарна площа, яку займають індуктивності; - сумарна площа, яку займають резистори; - сумарна площа, яку займають транзистори.
Визначення площі монтажу середньогабаритних деталей
де –сумарна площа, яку займають роз’єми; - сумарна площа, яку займають діоди; - сумарна площа, яку займають мікросхеми, - площа, яку займає кварц; - сумарна площа, яку займають резистори.
Визначення площі монтажу великогабаритних деталей
де –сумарна площа, яку займають роз’єми; - сумарна площа, яку займають мікросхеми.
Розрахунок площі монтажної поверхні.
де К – коефіцієнт, який вибирається з інтервалу 1,5…3, в залежності від кількості зв’язків.
ДП, що виготовляється розробимо у двосторонньому виконанні. Таким чином забезпечимо оптимальне розташування та режими роботи радіоелектронних компонентів різного цільового призначення. Отже, розділимо у просторі ВЧ модулі, джерела живлення, вузли ядра системи керування терміналом, забезпечивши оптимальні режими роботи з точки зору виділення теплової енергії, взаємного впливу наводок та оптимального трасування з’єднувальних провідників.
Вибір габаритних розмірів друкованої плати для розроблюваного терміналу здійснюємо використовуючи ряд стандартних лінійних розмірів за ГОСТ 10317-79 з урахуванням розрахованої площі монтажної поверхні та оптимального розміщення компонентів згідно їх призначення та вимог до монтажу.
Габаритні розміри ДП повинні відповідати ГОСТ10317-79 і не перевищувати співвідношення 3:1. З конструкторських та естетичних міркувань вибираємо ДП прямокутної форми та, керуючись рядом стандартних лінійних розмірів ДП, вибираємо плату з розмірами Д×Ш, мм. - 124×65.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16
