Дипломная работа: Устройство аппаратного шифрования данных с интерфейсом USB

2)  Составим матрицу приведенных параметров:

-  если большее значение параметра  соответствует лучшему качеству ИМС, то ;

-  если параметр не удовлетворяет этому условию, то .

;

3)  Составим матрицу нормированных параметров A:

,

где  – максимальное значение j-го параметра.

;

4)  Вычислим оценочную функцию :

;

Т.к.  наименьшее, то LM1117 будет оптимальным выбором.

2.2  Описание работы схемы

Питание +5 В и сигнал интерфейса USB поступает с разъема XS1. Резистор R1 подтягивает линию USB D+ на +3,3 В (для автоматического определения скорости устройства хостом). Дроссели L1-L5 используются для подавления высокочастотных помех. Конденсаторы С3, С5, С6 и резисторы R2, R3 представляют собой стандартную схему фильтрации сигналов USB. После фильтров сигнал USB поступает в микроконтроллер AT91SAM7S64 DD1.

Схема питания, генерирующая +3,3 В, собрана на линейном стабилизаторе напряжения LM1117-3.3 DA1, диоде Шотки VD1, предотвращающем обратные токи, и блокировочных конденсаторах С1, С2, С4.

Конденсаторы С7, С9 и резистор R4 это цепочка, необходимая для работы ФАПЧ (PLL) микроконтроллера.

Конденсаторы C12, C13 совместно с кварцевым резонатором ZQ1 представляют собой колебательный контур, задающий частоту генератора, встроенного в микроконтроллер.

C8, C10, C11, C14, С15, С16, С17, С18, С19, С20, С21, С22 – это блокировочные конденсаторы по питанию микроконтроллера.

При включении устройства в порт USB, микроконтроллер инициализирует внутренние регистры, настраивает ФАПЧ и проводит процесс энумерации USB устройства. Далее проходит процедура инициализации алгоритма Blowfish и программа микроконтроллера входит в цикл ожидания команд от хоста.

2.3 Моделирование в пакете схемотехнического проектирования OrCAD

Для моделирования в системе OrCad была выбрана схема стабилизации напряжения питания +3,3 В. Схема питания состоит из: стабилизатора питания LM1117, диода Шотки MBRS130T3 и блокировочных конденсаторов. На рис. 2.8 представлена схема для моделирования в редакторе Schematics.

Рис. 2.8 – Схема для моделирования DC Sweep

Для моделирования были использованы специальные библиотеки моделей от производителей, чтобы получить максимально достоверные результаты. Так как на вход этой схемы напряжение подается от USB, то промоделируем ее по напряжению питания от 0 до 6 В с шагом 0,1 В. Для этого в меню Analysis/Setup выбираем вид анализа DC Sweep и проводим анализ схемы по Voltage Source от 0 В до 6 В с шагом 0,1 В.

В результате как показано на рис. 2.9, данная схема стабилизирует напряжение 3,3 В начиная с 4,5 В источника, т.е. подходит для нашего устройства.

Рис. 2.9 – DC Sweep анализ

Чтобы проверить как стабилизатор справляется с низкочастотной помехой, промоделируем схему, подключив на вход источник синусоидального напряжения 50 Гц со смещением в 5 В и амплитудой колебаний 0,1 В. Для этого вместо источника постоянного напряжения VDC установим источник типа VSIN, как показано на рис. 2.10.

Рис. 2.10 – Схема питания с источником синусоидального сигнала

На рис. 2.11 показан сигнал, подаваемый на вход, а на рис. 2.12 – сигнал получаемый на выходе стабилизатора.

Рис. 2.11 – Входной синусоидальный сигнал

Рис. 2.12 – Выходной сигнал стабилизатора

Как видно из рис. 2.12 амплитуда колебаний составляет 0,00006 В, при входной амплитуде 0,1 В.

Т.е. коэффициент подавления будет:

 (Дб);

3.  РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОГО УЗЛА АППАРАТНОГО ШИФРАТОРА

3.1  Выбор и обоснование типа печатной платы

Существует 4 типа печатных плат (ПП) [4]:

-  односторонние (ОПП);

-  двухсторонние (ДПП);

-  многослойные (МПП);

-  гибкие (ГПП).

ОПП просты в конструировании и экономичны в изготовлении. Они характеризуются: возможностью обеспечить повышенные требования к точности выполнения проводящего рисунка; установки навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной пайке, без дополнительной изоляции; возможностью использования перемычек из проводникового материала. Монтажная и трассировочная возможности этих плат низкие. Надежность и механическая прочность крепления элементов низкие. Для повышения прочности крепления элементов возможно изготовление ОПП с металлизацией отверстий. Обычно, ОПП применяют для монтажа бытовой ЭВА, в силовой электронике, в НЧ устройствах.

ДПП имеют высокую плотность монтажа и хорошую механическую прочность крепления.

МПП – это совокупность слоев диэлектрика и слоев печатного монтажа, имеющие межслойные соединения или открытый доступ к внутренним слоям. По сравнению с ОПП и ДПП они характеризируются повышенной плотностью монтажа, устойчивостью к климатическим и механическим воздействиям, уменьшением размеров и числа внешних выводов.

Преимущества ГПП:

– толщина d=0,1…0,28 мм → значительное уменьшение веса;

– высокая ударопрочность (удары практически не влияют).

Для своего устройства я решил использовать ДПП, т.к.:

·  Применение двухсторонней печатной платы позволяет облегчить трассировку соединений, компактнее разместить элементы, рационально использовать площадь печатной платы, следовательно, уменьшить ее размер и расход материала.

·  ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммутационными свойствами; повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы; повышенной плотностью монтажа.

3.2   Выбор и обоснование материала печатной платы

Основными материалами для изготовления двухсторонних печатных плат являются гетинакс и стеклотекстолит. Гетинакс – спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой. Стеклотекстолиты – прессование слои стеклотканей пропитанные эпоксидной смолой. Оба материала имеют малую водопроницаемость (0,2-0,8 % при Т = 260 ºС), большое поверхностное сопротивление (104 МОм), термостойкость материала в течении 1000 часов. Но по остальным электромеханическим параметрам стеклотекстолит превосходит гетинакс. Поэтому я выбрал стеклотекстолит фольгированный марки СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78. Как видно из обозначения, толщина фольги – 35 мкм, толщина основания – 1,5 мм.

3.3   Выбор и обоснование класса точности печатной платы

По точности изготовления элементов печатного монтажа ПП делят на 5 классов.

Таблица 3.1 – Классы точности печатных плат [4]

Для своего устройства я решил использовать четвертый класс точности, потому что:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14