ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНСТРУКТОРСКИХ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

 

Стандарты

ЕСКД

устанавливают

основные

требования

к

выполнению

конструкторских

графических

документов: выбору

формата

чертежей

и

масштабов

изображения, правилам

простановки

размеров

и

введения

обозначений, выполнения

чертежей

различных

видов

изделий

и

построенияспецификаций.

 

Основными

форматами

приняты 11 – А4 (размеры

сторон 297 Х

210), 12 – А3 (297 X 420), 22 – А2 (594 X 420), 24 – А1 (594Х841) и 44

 

– А0 (1189Х841).

Вграфических

КД

определены:

масштабы

уменьшения (1:2, 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10;

1:15; 1:20; 1:25; 1:40; 1:50;

1:75; 1:100; 1:200; 1:400;

1:500; 1:800; 1:1000);

масштабы

увеличения (2:1; 2,5:1; 4:1; 5:1; 10:1; 20:1; 40:1; 50:1;

100:1).

 

Основные

правила

нанесения

размеров

и

предельных

отклонений

на

чертежах

следующие:

 

а) общее

число

размеров

на

чертеже

должно

быть

минимальным, но

достаточнымдляизготовленияиконтроляизделия;

 

б) размеры, необеспечиваемые

при

изготовлении

изделия

по

данному

чертежу

и

указанные

для

удобства

пользования, называют

справочными

иотмечаютзнаком «*» спомещениемзаписи «Размеры

для

справок»;

 

в) линейные

размеры

и

их

допустимые

отклонения

указывают

на

чертежах

вмиллиметрах

без

обозначенияединицыизмерения;

 

г) при

обозначении

размеров

простые

дроби

не

применяют, за

исключениемразмероввдюймах;

 

д) повторение

размеров

одного

и

того

же

элемента

изделия

на

разных

видахнедопускается;

 

е) нанесениеразмеровввидезамкнутойцепинедопускается;

 

ж) при

указании

радиуса

перед

размерным

числом

помещают

прописнуюбукву

R, приуказании

размерадиаметра – знаки

.;

 

з) предельные

отклонения

размеров

указывают

непосредственно

посленоминальныхзначений.

 

Стандарты

устанавливают

правила

нанесения

размеров

для

всех

встречающихся

на

практике

случаев, и

при

выполнении

чертежей

изделийследуетпользоватьсяегоправилами

иположениями.

 

ТРЕБОВАНИЯ

К

ВЫПОЛНЕНИЮ

ТЕКСТОВЫХ

КОНСТРУКТОРСКИХ

ДОКУМЕНТОВ

 

 

Государственные

стандарты

ЕСКД

устанавливают

основные

требования

к

выполнению

конструкторских

текстовых

документов

(ТД).

 

Текстовые

документы

выполняют

на

установленных

соответствующими

стандартами

формах

машинописным, рукописным

или

типографским

способом.

 

Вписывать

отдельные

слова, формулы, условные

знаки, вносить

схемы

ирисункинеобходимочернымцветом.

 

Для

размещения

утверждающих

и

согласовывающих

подписей

к

ТД

рекомендуется

составлять

одинилинесколько

титульныхлистов.

 

Содержание

ТД

разбивают

на

разделы

и

подразделы, а

при

большом

объеме — на

части. Разделы

должны

иметь

порядковые

номера,

обозначенные

арабскими

цифрами

в

пределах

всего

документа.

Подразделы

в

пределах

каждого

раздела

должны

иметь

 

составные

номера, первая

часть

которых

означает

номер

раздела, а

вторая,

отделенная

от

первой

точкой — номер

подраздела. В

пределах

подраздела

допускается

разбивать

текст

на

пункты

и

подпункты. Номер

пункта

должен

состоять

из

номера

раздела, подраздела

и

пункта,

разделенных

точками.

 

В

документах

большого

объема

содержание

рекомендуется

располагать

в

начале, а

список

литературы

и

документации,

использованной

при

составлении

документа, — в

конце. Если

в

документе

была

принята

специфическая

терминология, то

в

нем

необходим

перечень

принятых

терминов

с

пояснениями. Сокращения

словв

текстеи

подиллюстрациями

не

допускается.

 

 

СХЕМНАЯ

ДОКУМЕНТАЦИЯ

 

 

План

лекции:

 

1. Видыитипысхем

2. Правилавыполненияэлектрических

схем

ВИДЫ

И

ТИПЫ

СХЕМ

 

 

По

виду

элементов, входящих

в

 

состав

изделия, связей

между

ними

и

назначениясхемы

подразделяют

навидыитипы

 

 

Вид

схемы

Обозначение

Тип

схемы

Обозначение

Электрическая

Э

Структурная 1

Гидравлическая

Г

Функциональная

Пневматическая

П

Принципиальная

Кинематическая

К

Соединений

(мон

Оптическая

О

тажная)

Комбинированная

С

Подключений 5

Общая 6

Расположения 7

Прочие 8

Совмещенная 9

 

Структурные

схемы

определяют

основной

состав

изделия

и

его

функциональные

части, их

назначение

и

взаимосвязи. Структурные

схемы

разрабатывают

на

начальных

стадиях

проектирования

изделия

и

используют

как

для

построения

схем

других

типов, так

и

для

общего

ознакомлениясизделием.

 

Функциональные

схемы

поясняют

процессы, происходящие

в

отдельных

функциональных

узлах

и

частях

изделия

или

в

изделии

в

целом. Функциональными

схемами

пользуются

для

построения

принципиальных

схем, изучения

принципа

работы

изделия, а

также

при

его

наладке, ремонтеи

эксплуатации.

 

Принципиальные

схемы

определяют

полный

состав

элементов

и

связей

между

ними

и

дают

детальное

представление

о

принципе

работы

изделия. На

основе

принципиальных

схем

разрабатывают

такие

конструкторские

документы, как

схемы

соединений (монтажные),

чертежи

конструктивныхэлементов, узлов, устройств.

 

Схемы

соединений

показывают

соединения

составных

частей

изделия

и

определяют

провода, жгуты, кабели

и

другие

соединительные

изделия, а

также

места

их

присоединения

и

ввода. Схемы

соединения

используют

при

разработке

конструкторских

графических

и

текстовых

документов, атакже

приремонтеиэксплуатацииизделия.

 

Схемы

подключений

показывают

внешние

подключения

изделия

(или

изделий). Схемы

подключений

используют

при

монтаже

изделия

наместе

эксплуатации, атакжеприегоремонте.

 

Общие

схемы

определяют

составные

части

комплекса

и

соединения

ихмежду

собойнаместеэксплуатации.

 

Схемы

расположения

устанавливают

взаимное

расположение

отдельных

составных

частей

комплекса, а

при

необходимости

 

и

соединяющих

их

жгутов, проводов, кабелей

и

т. д. Схемами

расположенияпользуютсяприустановкеиэксплуатации

изделия.

 

При

проектировании

схем

следует

придерживаться

правил,

изложенных

в

соответствующих

стандартах

ЕСКД. В

них

устанавливаются

условные

графические

обозначения

элементов

схем,

требования

к

вычерчиванию

связей

между

элементами, правила

помещения

различных

технических

данных

на

условные

графические

обозначения

и

т. д. При

проектировании

ЭВМ

используют

в

основном

электрические

схемы.

 

ПРАВИЛА

ВЫПОЛНЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СХЕМ

 

 

Схемаэлектрическаяструктурная

 

 

На

схеме

электрической

структурной (Э1) показывают

все

функциональныечастиЭВМиосновныевзаимосвязи

междуними.

 

Функциональные

части

можно

изображать

условно

графически, как

указано

в

ГОСТе, или

в

виде

прямоугольников. В

последнем

случае

внутри

прямоугольника

приводят

наименование

данной

 

функциональной

части. Линии

взаимосвязей

рекомендуется

обозначать

 

стрелками, показывающими

направления

хода

процесса, движения

информации

и

т. п. При

большом

числе

функциональных

частей

рекомендуется

взамен

обозначений, наименований

и

типов

вводить

порядковые

номера, проставляя

их

 

слева

направо

и

сверху

вниз. В

этом

случае

расшифровку

номеров

производят

в

таблице, помещаемой

над

основнойнадписью.

 

Построение

структурной

схемы

поясняется

примером

схемы

электрической

структурной

ЭВМ (рис. 2.11, где

Пр— процессор; 0/7—

оперативнаяпамять; МП— местнаяпамять;

 

ПП— постоянная

память; У—управление; К— каналы, УВДустройство

ввода—вывода).

 

 

Рис. 2.11. Пример

построенияструктурнойсхемы

ЭВМ

 

 

Схемаэлектрическаяфункциональная

 

 

На

схеме

электрической

функциональной (Э2) показывают

функциональные

части

машины, участвующие

в

процессе,

иллюстрируемомсхемой, и

связимеждуэтимичастями.

 

Функциональные

части

изображают, как

правило, в

виде

условных

графических

обозначений, однако

допускается

применение

прямоугольников.

 

На

схеме

Э2 должныбытьуказаны:

 

длякаждой

функциональнойгруппы — наименование;

 

для

каждого

устройства, изображенного

прямоугольником, —

наименование, обозначениеили

тип;

 

для

каждого

устройства, изображенного

в

виде

условного

графического

обозначения, — обозначение

илитип;

 

для

каждого

элемента

— позиционное

обозначение, присвоенное

ему

на

принципиальной

схеме, или

тип. Наименования, обозначения

или

типы

рекомендуется

вписывать

в

прямоугольники. Допускается

на

схеме

помещать

поясняющие

надписи, диаграммы

или

таблицы,

определяющие

последовательность

прохождения

процессов

во

времени,

а

также

указывать

параметры

в

характерных

точках (форма

и

величина

импульсов, реализуемая

логическаяфункцияит. д.).

 

Построение

функциональной

 

схемы

поясняется

примером

схемы

электрической

функциональной

процессорного

блока

микро-ЭВМ,

построенного

наМПК

БИСсерииК580 (рис. 2.12).

 

Рис. 2.12. Пример

построения

функциональной

схемы

процессорного

блока

микро-ЭВМ (МПКБИСсерииК580)

 

Схемаэлектрическаяпринципиальная

 

 

На

схеме

 

электрической

принципиальной (ЭЗ) указывают

все

элементы, необходимые

для

построения

ЭВМ (или

ее

отдельного

узла),

связи

между

элементами

и

элементы, которыми

заканчиваются

входные

ивыходныецепи.

 

Элементы

в

схеме

изображают

в

виде

условных

графических

обозначений. Расстояние

между

двумя

соседними

линиями

условных

графических

обозначенийдолжнобытьнеменее 0,8 мм.

 

 

Условные

графические

обозначения

на

схеме

ЭЗ

располагают

так,

чтобы

изображения

связей

между

ними

были

кратчайшими

линиями

с

минимальным

числом

пересечений. Линии

связей

должны

быть

показаны

полностью, однако

при

необходимости

их

допускается

обрывать, заканчивая

места

обрыва

стрелками

с

обозначением

места

включения. Для

упрощения

чертежа

схемы

можно

несколько

электрически

не

связанных

линий

связи

сливать

в

общую

утолщенную

линию, но

при

подходе

к

контактам

каждая

линия

должна

быть

изображена

отдельно, линии

связи

при

этом

необходимо

пронумеровать

одинаковыми

числами

наобоихконцах (рис. 2.13).

 

Каждый

элемент, входящий

в

схему, должен

иметь

буквен-ноцифровое

позиционное

обозначение, составленное

из

буквенного

индекса

и

порядкового

номера. Порядковые

номера

элементам

присваивают

начиная

с

единицы

сверху

вниз

в

направлении

слева

направо, в

пределах

группы

элементов, которым

на

схеме

дан

одинаковый

буквенный

индекс.

 

Рис. 2.13. Объединение

электрически

не

связанных

линий

связи

в

схеме

 

 

Если

элемент

состоит

из

нескольких

частей, то

допускается

к

его

позиционному

обозначению

добавлять

цифры, присваиваемые

каждой

части

элемента (например, Э1-1, Э1-2, Э1-3 означают

первую, вторую

и

третью

частиэлемента 7).

 

Данные

о

всех

элементах, включенных

в

схему, должны

быть

записаны

в

перечень (связь

перечня

с

 

условными

графическими

обозначениями

элементов

осуществляется

через

позиционные

обозначения). В

отдельных

случаях

допускается

сведения

об

элементах

располагать

на

схемеоколоусловныхграфических

обозначений.

 

 

ИЕРАРХИЧЕСКИЙ

ПРИНЦИПКОНСТРУИРОВАНИЯ

ЭВА.

ИЕРАРХИЧЕСКИЕ

УРОВНИЭВА

 

 

План

лекции:

 

1. ОсобенностиконструктивнойиерархииЭВМ

2. УровниконструктивнойиерархииЭВМ

3. Примеры

организациииерархиивконструкцияхЭВМ

4. Принципыиерархического

конструирования

ОСОБЕННОСТИ

КОНСТРУКТИВНОЙ

ИЕРАРХИИ

ЭВМ

 

 

Конструкция

вычислительной

машины

должна

отвечать

рассмотренным

ранее

требованиям, приведенным

в

разделе

«Требования, предъявляемые

к

конструкции

ЭВА». Оптимальное

удовлетворение

этих

требований

может

быть

осуществлено

путем

рационального

разбиения

схемы

машины

на

относительно

мелкие,

часто

повторяющиеся

участки, реализуемые

в

виде

типовых

конструктивныхединиц.

 

Составные

части

конструкции

ЭВМ

находятся

в

иерархической

соподчиненности. Исходный

конструктивный

элемент

этой

иерархии —

интегральная

микросхема, все

или

часть

 

элементов

которой

нераздельно

связаны

и

электрически

соединены

между

собой

так, что

ее

устройство

рассматривается

какединоецелое.

 

Структурную

схему

ЭВМ

любого

класса

и

назначения

строят

из

некоторого

конечного

числа

микросхем. Функционально

одна

группа

микросхем

может

отличаться

от

другой, но

конструктивно

они

выполнены

в

виде

определенного

по

размерам

и

конфигурации

унифицированногокорпуса.

 

Применение

микросхем

с

различными

корпусами

в

пределах

одного

устройства

большой

ЭВМ

нецелесообразно, так

как

здесь

требуется

обеспечить

их

совместимость

по

электрическим, эксплуатационным

и

конструктивнымпараметрам.

 

При

использовании

интегральных

микросхем

операции

сборки

конструкции

начинают

на

уровне

схем, выполняющих

определенные

функции.

 

Интегральная

микросхема

при

этом

является

исходным

унифицированным

конструктивным

элементом, унификация

которого

требует

унификации

и

других

конструктивных

единиц

ЭВМ,

для

того

чтобы

она

была

технологичной

в

производстве, надежной

в

работе, удобной

в

наладке, ремонтеиэксплуатации.

 

УРОВНИ

КОНСТРУКТИВНОЙ

ИЕРАРХИИ

ЭВМ

 

 

ВконструкцииЭВМможновыделить

пятьуровней.

 

 

Уровень 0. На

этом

уровне

находится

конструктивно

неделимый

элемент — интегральнаямикросхема.

 

Уровень I. На

уровне I неделимые

элементы

объединяются

в

схемные

сочетания, имеющие

более

сложный

функциональный

признак, образуя

ячейки, модули, типовые

элементы

замены. Эти

конструктивные

единицы

не

имеют

лицевой

панели

и

содержат

единицы, десятки, а

иногда

и

сотни

микросхем. К

первому

структурному

уровню

относят

печатные

платы

и

большие

гибридные

интегральные

схемы (БГИС)

(полученные

путем

электрического

и

механического

объединения

обычных

бескорпусных

микросхем

и

кристаллов

полупроводниковых

приборов

на

общей

плате. На

этой

плате

нанесены

пассивная

часть

схемы

иконтактныеплощадки).

 

Уровень II. Этот

уровень

включает

в

себя

конструктивные

единицы,

предназначенные

для

механического

и

электрического

объединения

элементов

уровня I (панель, субблок, блок). Часто

конструктивные

единицы

уровня II содержат

лицевую

панель, не

имеющую

самостоятельного

применения.

 

Уровень

Ш. Уровень

Ш

может

быть

реализован

в

виде

стойки

или

шкафа, внутренний

объем

которых

заполняется

конструктивными

единицамиуровня II.

 

Уровень IV. Уровень IV — ЭВМ

или

система, включающая

в

свой

состав

несколькостоек (шкафов), соединенныхкабелем.

 

Пятиуровневый

метод

компоновки

требует

решения

ряда

задач,

связанных

с

выбором

оптимального

корпуса

микросхем

и

метода

присоединения

их

выводов

к

внутренним

соединениям

уровня I, выбора

оптимальных

размеров

конструктивной

единицы

уровня I и

числа

входящих

в

нее

микросхем, определения

мер

для

теплоотвода

и

выбора

методасоединений.

 

РазделениеконструкцииЭВМнауровнипозволяет:

 

1) организовать

производство

по

независимым

циклам

для

каждого

структурного

уровня;

 

2) автоматизироватьпроцессы

сборкиимонтажа;

 

3) сократить

период

настройки, так

как

может

быть

произведена

предварительнаянастройкаотдельныхконструктивныхединицпорознь;

 

4) автоматизировать

решение

задач

размещения

элементов

и

трассировкимежсоединений;

 

5) унифицировать

стендовую

аппаратуру

для

испытания

конструктивныхединиц;

 

 

6) повыситьнадежностьконструктивныхединиц.

 

Число

уровней

конструктивной

иерархии

может

быть

изменено

как

в

сторону

увеличения, так

и

в

сторону

уменьшения (в

зависимости

от

классаЭВМиуровнятехнологииееизготовления).

 

 

Например, реализация

различных

устройств

машины

в

виде

БИС

позволит

исключить

использование

конструктивных

единиц

уровня I

(такая

машинабудеткомпоноватьсянепосредственно

изБИС).

 

Но

большая

многопроцессорная

ЭВМ

со

сложной

структурой

требует

использования

четырех, а

иногда

и

пяти

уровней

конструктивной

иерархии.

 

Для

всех

типов

машин

уровень

иерархии 0 включает

в

себя

интегральныемикросхемы (корпусныеилибескорпусные).

 

ПРИМЕРЫ

ОРГАНИЗАЦИИ

ИЕРАРХИИ

В

КОНСТРУКЦИЯХ

ЭВМ

 

 

На

рис. 3.1 представлен

один

из

наиболее

распространенных

вариантов

конструктивной

иерархии

универсальных

ЭВМ

со

сложной

структурой.

 

В

нем

уровень I конструктивной

иерархии

включает

в

себя

типовой

элемент

замены (ТЭЗ) — конструктивно

законченную

единицу,

которая

самостоятельна

по

технологиипроизводства

и

служит

исходной

конструктивной

единицей

всей

машины

и

взаимозаменяема

с

однотипными

ТЭЗ.

 

Число

типов

ТЭЗ (их

номенклатуру) следует

делать

как

можно

меньшим. Это

достигается

рациональным

разбиением

функциональной

схемы

машинынаотдельныеповторяющиеся

участки.

 

 

Рис. 3.1. Конструктивнаяиерархиябольшихуниверсальных

ЭВМ

 

 

В

качестве

ТЭЗ

в

рассматриваемом

варианте

конструктивной

иерархии

используются

ячейки

— прямоугольные

печатные

платы

с

разъемом (печатным

или

штыревым) и (возможно) ручкой,

объединяющие

донескольких

десятковмикросхем.

 

Ячейки

монтируют

в

панели

— металлическую

конструкцию,

имеющую

в

своем

составе

ответные

части

 

разъемов

для

ячеек, ответный

монтаж, разводкупитанияишинызаземления.

 

Несколько

панелей

монтируются

в

стойке, имеющей

дверцы,

закрывающие

внутреннийобъем.

 

 

Кроме

панелей

в

состав

стойки

могут

входить

блоки

питания,

устройства

вентиляции, блокировки

и

т. д. Несколько

стоек (шкафов),

объединенныхэлектрически

спомощьюкабелей, образуютЭВМ.

 

Иерархию

микросхема --ячейка --панель --стойка --ЭВМ (система)

широко

использовали

в

серии

машин «System-360» фирмы «IBM»

(США), многопроцессорной

машине «Illiac-IV», в

машинах

ЕС

ЭВМ

и

др.

 

Недостаток

конструкций, применяющих

в

качестве

ТЭЗ

ячейки

с

 

постоянными

габаритными

размерами, — наличие

неиспользованного

объема, так

как

не

все

типы

ячеек

оказываются

насыщенными

микросхемами.

 

Этого

недостатка

лишены

конструкции, где

в

качестве

ТЭЗ

берется

модуль — структурная

единица

уровня I, унифицированная

по

конструктивным

размерам (геометрическим

и

присоединительным) и

имеющая

два

размера (толщину(высоту) и

ширину) постоянными, а

третий

размер (длину) — изменяющийся

от

одного

типа

 

модуля

к

другому.

 

На

рис. 3.2 представлена

конструктивная

иерархия

ЭВМ,

использующая

в

качестве

ТЭЗ

модули

различной

длины. Модуль

представляет

собойпрямоугольную

печатную

плату, накоторой

содной

или

с

обеих

 

сторон

в

2—3 ряда

располагаются

микросхемы.

Закрепление

модуля

на

субблоке

осуществляют

с

помощью

штырей,

перпендикулярных

плоскости

платы

модуля

и

монтируемых

или

на

самом

модуле, как

показано

нарисунке, или

на

базовойплате

субблока.

 

 

Рис. 3.2. Модульный

вариантконструктивнойиерархиибольших

ЭВМ

 

 

Субблок — плоская

конструкция, служащая

для

объединения

модулей

и

имеющая

в

своем

составе

раму, базовую

плату, разъем

и

 

механизм

фиксации

в

стойке (шкафу). Монтаж

стойки

ЭВМ

осуществляют

непосредственно

из

субблоков

без

промежуточных

конструктивныхединиц.

 

Уменьшение

функционального

состава

ЭВМ

приводит

к

упрощению

ее

конструкции. На

рис. 3.3 представлена

конструктивная

иерархия

небольшой

 

управляющей

ЭВМ (микросхема --ячейка --блок --стойка),

отличие

которой

от

предыдущих

примеров

иерархии — использование

блоков — конструктивных

единиц, объединяющих

ячейки

и

функционально

включающих

в

себя

целиком

устройства

машины

(арифметическое, запоминающее, управления

и

др.). Примером

блочного

построения

ЭВМ

могут

служить

машины, выпускавшиеся

фирмой «Stein Associates» (США), CM ЭВМ

и

др.

 

 

Рис. 3.3. Блочныйвариантконструктивнойиерархиисредних

 

 

ималых

ЭВМ

 

 

Для

небольших

настольных

и

бортовых

ЭВМ

необходимость

в

использовании

конструктивных

единиц

уровня II (субблоков, панелей,

блоков) отпадает — ЭВМмонтируютнепосредственно

изячеек.

 

При

этом

размеры

ячеек

и

число

монтируемых

на

них

микросхем, как

правило, больше, чем

в

больших

и

средних

ЭВМ. Это

связано

с

тем, что

разбиение

функциональной

схемы

сравнительно

небольших

вычислительных

машин

на

повторяющиеся

мелкие

узлы

приводит

к

необходимости

изготовления

ячеек (или

модулей) небольшого

размера, а

отсюда

к

появлению

большого

числа

проводных

и

разъемных

соединений.

 

 

Рис. 3.4. Конструктивная

иерархиянастольных

ЭВМ

 

 

На

рис. 3.4 представлены

структурные

уровни

конструктивной

иерархии

настольной, а

на

рис. 3.5—бортовой

ЭВМ. В

обоих

случаях

ячейки

вместе

со

смонтированными

на

них

микросхемами

устанавливаются

не-посредственно

на

базовую

плату, образуя

блок,

который

затем

помещают

в

кожух

с

пультом

управления (настольный

вариант) илисразъемом (бортовойвариант).

 

 

Рис. 3.5. Конструктивнаяиерархиябортовых

ЭВМ

 

 

Примером

двухуровневой

конструктивной

иерархии

может

служить

конструкция

одноплатной

управляющей

микро-ЭВМ, встраиваемой

непосредственно

в

объект

управления (рис. 3.6). В

такой

конструкции

БИС

устанавливается

на

печатную

плату

с

внешними

разъемами,

элементами

крепления

ее

в

объекте

управления

и

элементами

индикации (при

необходимости) с

лицевой

стороны. Управление

и

 

 

электропитание

осуществляются

от

 

управляемогообъекта.

Рис. 3.6. Конструктивная

иерархия

встраиваемыхмикро-ЭВМ

 

 

ПРИНЦИПЫ

ИЕРАРХИЧЕСКОГО

КОНСТРУИРОВАНИЯ

 

 

Рассмотрим, как

приведенные

варианты

конструктивной

иерархии

ЭВМ

согласуются

с

общими

принципами

 

 

конструирования

радиоэлектронной

аппаратуры

напечатныхплатах.

 

В

настоящее

время

получили

широкое

распространение

такие

принципы

конструирования, как

моносхемный, схемно-узловой,

каскадно-узловой, функционально-узловой

и

модульный.

 

Моносхемный

принцип

конструирования.

 

Этот

принцип

конструирования

заключается

в

том, что

полная

принципиальная

схема

радиоэлектронного

аппарата

располагается

на

одной

печатной

плате

и

поэтому

выход

из

строя

одного

элемента

приводитксбоювсейсистемы.

 

Оперативная

замена

вышедшего

из

строя

элемента

затруднена

из-за

сложности

его

обнаружения. ЭВМ, построенная

по

моносхемному

принципу, должна

быть

смонтирована

из

нескольких

БИС, в

которых

предусмотрены

меры

увеличения

надежности

путем

введения

аппаратурной

и

информационной

избыточности. Нахождение

неисправностей

при

этом

должно

производиться

программными

методами.

 

Схемно-узловойпринцип

конструирования.

 

При

этом

принципе

конструирования

на

каждой

из

печатных

плат

располагают

часть

полной

принципиальной

схемы

радиоаппарата,

имеющую

четковыраженныевходныеивыходныехарактеристики.

 

По

такому

принципу

сконструированы

настольные

и

бортовые

ЭВМ,

где

различные

устройства

ЭВМ

выполняют

на

одной

или

нескольких

(небольшом

числе) платах, а

объединение

их

между

собой

производят

с

помощьюкоммутационнойплатыипроводныхжгутов.

 

Каскадно-узловойпринцип

конструирования.

 

Этот

принцип

конструирования

заключается

в

том, что

принципиальную

схему

радиоаппарата

делят

на

отдельные

 

каскады,

которыенемогутвыполнятьсамостоятельных

функций.

 

Вариант

конструктивной

иерархии, представленный

на

рис. 3.3,

занимает

промежуточное

положение

между

схемно-узловым

и

каскадно-узловым

принципами.

 

ЭВМ

с

относительно

сложной

и

большой

структурой

строится

по

каскадно-узловому

принципу, а

ЭВМ

с

более

простой

структурой—по

схемно-узловому

принципу.

 

Функционально-узловойпринцип

конструирования.

 

Этот

принцип

конструирования

нашел

широкое

распространение

при

разработкебольшихЭВМ (см. рис. 3.1 и 3.2).

 

Базовым

элементом

конструкции

здесь

является

ТЭЗ. Имея

необходимый

набор

ТЭЗ, можно

построить

целый

ряд

вычислительных

машин

с

различными

техническими

характеристиками.

 

Модульный*1 принципконструирования.

 

Этот

принцип

конструирования

предполагает, что

основные

функциональные

узлы

вычислительной

машины

взаимосвязаны

с

помощью

одного

канала. Чтобы

установить

связь

с

модулемприемником,

модуль-передатчик

посылает

нужный

сигнал

вместе

с

 

 

1 Под

модулем

в

данном

случае

подразумевается

функционально-структурная, а

не

конструктивная

единица

машины, так

как

он

может

выполнять

как

функции

отдельного

устройства

ЭВМ (устройства

управления,

процессор, оперативная

память

и

т. д.), так

и

целой

вычислительной

машины. Конструктивная

же

организация

каждого

модуля

может

быть

основана

на

одном

из

вышерассмотренных

вариантов

конструктивной

иерархии

адресом

по

одной (или

более) шине. Сигналы

поступают

на

входы

всех

подключенных

кканалу

модулей, ноотвечаеттолькозапрашиваемый.

 

Применяя

этотпринцип, можнопостроитьвычислительнуюмашину

с

практически

неограниченной

производительностью

и

сложностью,

сохраняя

при

этом

гибкость

в

ее

организации, так

как

разработчик

использует

ровно

столько

модулей, сколько

ему

требуется. Разработчик

ЭВМ

может

также

легко

модернизировать

конструкцию, меняя

или

добавляя

отдельные

модули

и

получая

при

этом

необходимые

параметры.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ

МОДУЛИ (КМ) НУЛЕВОГОУРОВНЯ.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

СХЕМЫ (ИС)

 

План

лекции:

 

1. Классификация

исистема

обозначений

ИС

2. Корпусаинтегральныхмикросхем

3. Основныепараметрыинтегральныхлогических

микросхем

КЛАССИФИКАЦИЯ

ИС

 

 

На

низшем, нулевом, уровне

конструктивной

иерархии

ЭВМ

любого

типа

и

назначения

находятся

интегральные

микросхемы (ИС), выполняющие

логические, вспомогательные, специальные

функции, а

такжефункциюзапоминания.

 

В

настоящее

время

промышленностью

выпускается

большое

количество

интегральных

микросхем, которые

можно

классифицироватьпорядупризнаков.

 

По

функциональному

назначению

ИС

делят

на

логические

(цифровые), линейно-импульсные

и

линейные (аналоговые).

 

Логические

ИС

используют

в

цифровых

устройствах. К

логическим

ИС

принадлежат

микропроцессорные

схемы, схемы

памяти

и

другие

интегральныесхемы, выполняющиелогические

функции.

 

Линейно-импульсные

и

линейные

ИС

применяются

в

аналоговых

вычислительных

машинах

и

в

устройствах

преобразования

информации. К

этим

ИС

относятся

различные

преобразователи,

операционныеусилители, компараторы, ЦАП, АЦПидругиесхемы.

 

По

технологии

изготовления

ИС

разделяют

на

полупроводниковые

и

гибридные.

 

Элементы

электрической

схемы

полупроводниковых

ИС

формируют

в

объеме

и (или) на

поверхности

полупроводникового

материала (подложки). Формирование

активных

и

пассивных

элементов

схемы

производят

введением

концентраций

примесей

в

различные

части

монокристаллической

пластины.

 

В

зависимости

от

применяемых

активных

элементов

полупроводниковые

ИС

подразделяют

на

схемы

с

биполярными

и

униполярными

структурами.

 

По

методу

изоляции

компонентов

эти

схемы

делят

на

ИС

с

изоляцией

диффузионными p-n-переходами

и

ИС

с

изоляцией

диэлектриком.

 

В

гибридных

ИС

пассивную

часть

схемы

выполняют

в

виде

пленок,

наносимых

на

поверхность

диэлектрического

материала (подложки), а

активные

элементы, имеющие

самостоятельное

конструктивное

оформление, крепят

кповерхностиподложки.

 

В

гибридных

ИС

используют

как

тонкие, так

и

толстые

резистивные,

проводящие

и

диэлектрические

пленки. Пленки

толщиной

до 1 мкм

считают

тонкими, а

толщиной

свыше 1 мкм — толстыми. ИС,

использующие

тонкие

и

толстые

пленки, называют

соответственно

тонко-и

толстопленочными.

 

 

В

зависимости

от

метода

подсоединения

бескорпусных

активных

 

элементов

гибридные

ИС

делят

на

микросхемы

с

гибкими

ис

жесткими (шариковыми, столбиковыми, балочными

и

лепестковыми)

выводами.

 

Степень

интеграции

Ки

микросхемы

определяется

числом N

содержащихсявнейэлементарныхсхем:

 

Ки = [lgN] + 1,

 

где [lgN|—целая

часть IgN.

 

Таким

образом, микросхема, содержащая

до 10 элементарных

схем,

имеет

первую

степень

интеграции (малая

ИС), до 100 схем — вторую

(средняя

ИС), до 1000 схем—третью (БИС), свыше 1000 схем—

сверхбольшую

ИС (СБИС).

 

По

конструктивному

оформлению

ИС

делят

на

корпусные

с

выводами, корпусные

без

выводов

и

бескорпусные.

 

Ряд

отдельных

функциональных

микросхем, объединенных

по

виду

технологииизготовления, напряжениямисточниковпитания, входными

выходным

сопротивлениям

и

уровням

сигналов, конструктивному

оформлениюиспособам

крепленияили

монтажа, образуют

серию

ИС.

 

Обычно

в

серию

ИС

входит

такой

набор

функциональных

микросхем, из

которых

можно

построить

законченное

устройство.

Существуют

также

серии

специальных

микросхем, предназначенных

для

работы

в

специфических

условиях, или

специального

назначения

(специализированные

ИС), например

для

управления

запоминающим

устройством, внешнимиустройствами

ит. д.

 

КОРПУСА

ИНТЕГРАЛЬНЫХ

МИКРОСХЕМ

 

 

Корпуса

интегральных

микросхем

выполняют

ряд

функций,

основные

из

которых

следующие: защита

от

климатических

и

механических

воздействий; экранирование

от

помех; упрощение

процессов

сборки

микросхем; унификация

исходного

конструктивного

элемента (микросхемы) погабаритнымиустановочнымразмерам.

 

По

конструктивно-технологическому

признаку

различают

корпуса:

 

а) металлостеклянные (стеклянное

или

металлическое

основание,

соединенное

с

металлической

крышкой

с

помощью

сварки; выводы

изолированыстеклом);

 

б) металло-полимерные (подложка

с

элементами

и

выводами

помещается

в

металлическую

крышку, после

чего

осуществляется

герметизацияпутемзаливки

компаундом);

 

в) металлокерамические (керамическое

основание, соединенное

с

металлической

крышкой

спомощью

сварки

или

пайки); г) керамические

(керамическое

основаниеи

крышка, соединенные

между

собойпайкой);

 

д) пластмассовые (пластмассовое

основание, соединенное

с

пластмассовой

крышкойопрессовкой).

 

Каждый

вид

корпуса

характеризуется

габаритными

и

присоединительными

размерами, числом

выводов

и

расположением

их

относительноплоскостиоснованиякорпуса.

 

Выводы

микросхем

могут

лежать

в

 

плоскости

основания

корпуса

(планарные

выводы) или

быть

перпендикулярными

ему

(штыревые

выводы}.

 

Планарные

выводы

по

сечению, как

правило, прямоугольные,

штыревые — круглыеилипрямоугольные.

 

Основной

недостаток

как

 

корпусных

микросхем, так

и

построенных

на

них

устройств — большой

объем

вспомогательных

конструктивных

элементов: корпусов, выводов, элементов

герметизации, теплоотвода

и

т. п., не

несущих

функциональной

нагрузки. Использование

корпусных

микросхем

приводит

к

непроизводительно

большим

затратам

полезного

объема

и

массы

устройства, уменьшает

на

один — два

порядка

плотность

компоновки

элементов

по

сравнению

с

плотностью

их

размещениявкристаллеили

наподложке.

 

С

целью

увеличения

степени

эффективного

использования

объема

и

массы

микроэлектронных

цифровых

устройств

в

последние

годы

находят

распространение

бескорпусные

полупроводниковые

и

гибридныеИС.

 

Наиболее

широко

их

применяют

в

бортовых

и

настольных

ЭВМ, а

такжевмикрокалькуляторах.

 

Бескорпусная

ИПС

представляет

собой

п/п

подложку

с

нанесенной

на

ней

одним

из

методов

интегральной

технологии

схемой. Для

осуществления

монтажа

между

бескорпусными

ИС

на

подложке

предусматриваются

контактныеплощадки.

 

Гибридные

бескорпусные

микросхемы

представляют

собой

сравнительно

больших

размеров

ситалловую

или

керамическую

подложку (основание), на

которой

пассивная

часть (межсоединения,

резисторы) выполнена

напылением, а

активная

часть (диоды,

транзисторы, кристаллы

полупроводниковых

микросхем) наклеивается

вотведенныеместаиприпаиваетсяперемычкамикостальнойсхеме.

 

Попериметру

подложкирасполагаются

контактныеплощадки.

 

Так

как

площадь

основания

сравнительно

большая, то

на

нем

можно

выполнять

тонкопленочные

конденсаторы

и

индуктивности, используя

длянихместа, накоторыемонтируются

кристаллы

активныхэлементов.

 

Применение

бескорпусных

интегральных

схем

наряду

с

резким

уменьшением

габаритных

размеров

и

массы

создаваемой

на

их

основе

аппаратуры

приводит

к

увеличению

трудоемкости

ее

изготовления, а

следовательно, и

стоимости, к

необходимости

предусматривать

дополнительныемерызащиты

игерметизации.

 

Этих

недостатков

практически

лишены

получившие

широкое

распространение

безвыводные

корпуса

с

уменьшенными

размерами

или

микрокорпуса.

 

Микрокорпус

является

частью

конструкции

ИС (БИС) и

предназначен

для

защиты

кристаллов

от

внешних

воздействий

и

соединения

их

посредством

выводных

площадок (выводов) с

внешними

электрическими

цепями

аппаратуры.

 

Применение

микрокорпусов (МК) дает

возможность

не

только

увеличить

плотность

компоновки

БИС, но

и

улучшить

их

электрические

параметры, расширить

возможности

автоматизированного

контроля

и

аттестации, атакжеуменьшитьстоимостьпроизводства

аппаратуры.

 

Наиболее

очевидным

преимуществом

микрокорпусов

по

сравнению

с

традиционными

корпусами

ИС

является

значительное

уменьшение

геометрических

параметров — основных

размеров, площади

и

объема

конструкции, соответствующих

одному

и

тому

же

кристаллу

с

одинаковымчисломвыводов.

 

Микрокорпуса

более

плотно

располагаются

на

плате

в

гибридной

ИС

или

микросборке, а

также

на

печатной

плате, что

делает

возможным

 

достижение

более

плотной

компоновки (упаковки

микро-ЭВМ

в

целом).

Это

обусловливает

уменьшение

сложности

конструкций

и

компоновки

ЭВМи, следовательно, снижениестоимостиее

производства.

 

Микрокорпус

обеспечивает

оптимальную

организацию

измерений

статических

и

особенно

динамических

параметров

ИС, что

позволяет

проводить

наиболее

объективный

выходной

контроль

при

изготовлении

ИСи

входнойконтрольупотребителейИС.

 

Уменьшение

размеров

МК

приводит

к

значительному

сокращению

расхода

дорогостоящих

материалов: уменьшается

расход

керамики,

золота, сокращается

номенклатура

технологической

оснастки. При

обнаружении

и

отбраковке

дефектной

ИС

применение

недорогого

МК

дает

значительную

экономиюпосравнениюскорпуснойИС.

 

Применение

микрокорпусов

улучшает

электрические

параметры

ИС

за

счет

получения

более

коротких

токопроводящих

дорожек, снижения

сопротивления

и

уменьшения

межвыводной

емкости, что

повышает

быстродействиеИС.

 

ОСНОВНЫЕ

ПАРАМЕТРЫ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ

ЛОГИЧЕСКИХ

МИКРОСХЕМ

 

 

Интегральные

логические

микросхемы

представляют

собой

самое

массовое

изделиесовременноймикроэлектронной

промышленности.

 

Среди

всех

типов

интегральных

микросхем

логические

схемы

характеризуются

наибольшей

надежностью, максимальной

степенью

интеграции

элементови

наименьшей

стоимостью.

 

Интегральные

логические

микросхемы

в

зависимости

от

способа

передачи

входного

тока

или

напряжения, порядка

применения

логики

и

принципа

использования

активныхипассивных

элементовразделяютна

 

 

схемы

транзисторныеснепосредственнойсвязью (НСТЛ),

 

резисторнойсвязью (РТЛ),

 

резистивно-емкостнойсвязью (РЕТЛ);

 

диодно-транзисторнойлогики (ДТЛ);

 

транзисторно-транзисторнойлогики (ТТЛ) (ТТЛШ);

 

эмиттерно-связаннойлогики (ЭСЛ);

 

интегральной

инжекционнойлогики (И2Л);

 

униполярныеМДПс n-проводимостью (n-МДП);

 

униполярныеМДПс p-проводимостью (р-МДП);

 

униполярныескомплементарными

МДП-транзисторами (КМДП);

 

кремний

насапфире (КНС).

 

Каждая

из

интегральных

микросхем

независимо

от

технологии

изготовления

и

схемотехнической

базы

характеризуется

совокупностью

параметров, которые

определяют

логические,

схемотехнические

и

эксплуатационные

возможности

той

или

иной

микросхемы

и

по

которым

можно

производить

их

сравнительный

анализ

ивыбор.

 

Кэтимпараметрам

длялогических

интегральных

микросхем

относят:

 

1) реализуемуюлогическую

функцию;

 

2) коэффициентразветвления

повыходуКраз;

 

 

3) коэффициентобъединенияповходуКоб,

 

4) коэффициентобъединенияповыходу

Кобвых;

 

5) мощностьпотребленияРпот;

 

6) среднеевремязадержкираспространения

сигнала

tзд.р.ср;

 

7) рабочуючастоту f,

 

8) помехоустойчивость Uп

max;

 

9) напряжение «О» U° или «1» U1;

 

10) напряжениеисточникапитания Uип;

 

11) допускнаноминалыисточниковпитания

.Uип;

12) входнуюСвхивыходнуюСвыхемкости;

 

13) токпотребления Iпот;

 

14) входное Rвхивыходное

Rвыхсопротивления;

 

15) допустимыйдиапазонрабочихтемператур

.Tр;

 

16) допустимуювеличинумеханических

воздействий;

 

17) допустимый

диапазон

атмосферного

давления

окружающей

среды;

 

18) устойчивость

к

радиационнымвоздействиям;

 

19) массу;

 

20) надежность.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ИРАСЧЕТПЕЧАТНЫХПЛАТ

 

 

План

лекции:

 

1. Задачи

конструированияпечатныхплат

2. Основныевидыпечатныхплатиособенностиих

констукций

3. Расчет

электрическихпараметровпечатных

плат

4. Автоматизацияпроектированияпечатныхплат

5. Основныеправилаконструированияпечатных

плат

ЗАДАЧИ

КОНСТРУИРОВАНИЯ

ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТ

 

 

Конструкции

ЭВМ

основаны

на

применении

печатных

плат.

Использованиепечатных

плат

позволяет

 

 

1) увеличить

надежностьузлов, блоковиустройства

вцелом;

 

2) улучшить

технологичность

за

счет

автоматизации

операций

сборки

имонтажа;

 

3) повыситьплотностьразмещения

компонентов;

 

4) повыситьбыстродействие

ипомехозащищенностьсхем.

 

При

разработке

конструкции

печатных

плат

решаются

следующие

задачи:

 

1) схемотехнические - трассировка печатных проводников,

Минимизация количества

слоевит.д.;

 

2) радиотехнические -расчет

паразитных

наводок, параметров

линий

связи

и

т.д.;

 

3) теплотехнические - температурный режим работы печатной платы,

теплоотводит.д.;

 

4) конструктивные -размещение

элементов

на

печатной

плате,

контактированиеит.д.;

 

5) технологические -выбормедаизготовления, защитаит.д.

 

Все

эти

задачи

взаимосвязаны

между

собой. Например, от

метода

изготовления

зависят

точность

размеров

проводников

и

их

электрические

характеристики, а

от

расположения

печатных

проводников -степеньвлиянияихдруг

надругаит.д.

 

ОСНОВНЫЕ

ВИДЫ

ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТ

И

ОСОБЕННОСТИ

ИХ

КОНСТУКЦИЙ

 

 

По

числу

проводящих

слоев

печатные

платы(ПП) бывают

одно-

двух-и

многослойные. Первые

два

типа

называют

также

одно-и

двухсторонними.

 

Многослойные

печатные

платы (МПП) по

сравнению

с

первыми

двумя

типами

 

обладают

следующими

преимуществами:

 

1) большей

плотностьюразмещения

печатных

проводников;

 

2) меньшимипотерями

сигналоввних;

 

3) меньшими

удельными

массами

и

габаритами, приведенными

к

одномуслою.

Повиду

материалаосновы

ППразделяют

на

1) изготовленные

на

основе

органического

диэлектрика (текстолит,

 

гетинакс, стеклотекстолит);

 

2) изготовленныена

основекерамических

материалов;

 

3) изготовленныена

основе

металлов.

 

По

виду

соединениймежду

слоями

ППразличаютнаследующие:

 

1) сметаллизированными

отверстиями;

 

2) спистонами;

 

3) изготовленныепослойнымнаращиванием;

 

4) соткрытымиконтактными

площадками.

 

Поспособуизготовления

ППразделяютнаплаты, изготовленные

 

1) химическимтравлением;

 

2) электрохимическимосаждением;

 

3) комбинированнымспособом (1 и 2-йспособы).

 

По

способунанесения

проводников

ППделят

наплаты

 

 

1) полученныеобработкойфольгированных

диэлектриков;

 

2) полученныенанесениемтонкихтокопроводящих

слоев.

 

Последний

способ

более

точен

и

производительнее

и

отработан

на

технологиигибридных

схем.

 

Рисунки

в /1/.

 

Широкое

распространение

получают

МПП

на

керамической

основе.

По

сравнению

с

органическими

диэлектриками

керамика

позволяет

улучшить

теплоотвод, повысить

плотность

компоновки

микросхем

(особенносиспользованием

микрокорпусов).

 

 

Недостатки:

 

1) большаямасса;

 

2) небольшие

наибольшие

линейные

размеры (ограничены

технологией - 150 х 150 мм).

 

Металлические

ПП

изготавливаются

на

основе

стальных,

алюминиевыхиинваровыхлистов.

 

Пластины

окисляются

и

покрываются

слоем

керамики, эмали, лака

или

другого

диэлектрика. Поверх

наносятся

печатные

проводники,

пленочные

резисторы, конденсаторы, индуктивности, а

затем

монтируютсямикросхемы (какправило, бескорпусные).

 

Преимущества:

 

1) сравнительноневысокая

стоимость;

 

2) неограниченные

размеры;

 

3) высокаятеплопроводность;

 

4) лучшаяпомехозащищенность;

 

5) высокаяпрочностьитеплостойкость.

 

Недостатки:

 

1) высокаяудельнаяемкость

проводников;

 

2) большаямасса.

 

РАСЧЕТ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ

ПП

 

 

Печатные

проводники

проходят

на

достаточно

близком

расстоянии

друготдругаиимеютотносительно

малые

линейныеразмеры

сечения.

 

С

увеличением

быстродействия

ЭВМ

все

большее

значение

приобретают

вопросы

учета

параметров

проводников

и

высокочастотных

связей

между

ними.

 

Рассмотрим

определение

основных

характеристик

печатных

проводников.

 

Сопротивление

проводника

 

 

Сопротивлениепроводника

определяетсявыражением

 

 

R=.l/(bt),

 

где

 

 

. -удельноеобъемноеэлектрическое

сопротивлениепроводника;

 

l -длинапроводника;

 

b -ширинапроводника;

 

t -толщинапроводника.

 

Величина

.

различается

для

проводников, изготовленных

различными

методами. Так, для

медных

проводников, полученных

электрохимическим

осаждением, .

равно 0,02-0,03 мкОм/м, а

для

медных

проводников, полученных

методом

химического

травления

.

равно

примерно 0,0175 мкОм/м.

 

Постоянный

ток

в

проводниках

 

 

Величина

тока

в

печатных

проводниках

определяется, в

первую

очередь, ограничением

на

максимально

допустимую

плотность

тока

для

конкретного

материала

.. Для

медных

проводников, полученных

электрохимическим

осаждением

.

равна

около 20 А/мм2, и

около 30

А/мм2 для

проводников, полученных

методом

химического

травления

фольги.

 


 

 

Исходя

из

этого

допустимый

ток

в

печатных

проводниках

определяется

как

 

 

I = 10-3 .bt,

 

аширинадолжнаотвечать

следующемуусловию:

 

b . 103 I/(.t)

 

Падение

напряжениянапечатных

проводниках

 

 

Падение

напряжениянапечатныхпроводникахопределяется

как:

 

.U = .[l/(bt)]

 

Переменный

токвпечатных

проводниках

 

 

В

отличие

от

постоянного

тока

распределение

переменного

тока

в

печатных

проводниках

происходит

неравномерно. Это

обусловлено

наличием

поверхностного

эффекта, возникающего

при

протекании

по

проводникувысокочастотного

переменного

тока.

 

При

этом

 

внутри

проводника

образуется

магнитное

поле, приводящее

к

возникновению

индукционного

тока, взаимодействующего

с

основным. Вследствие

этого

происходит

перераспределение

тока

по

сечению

проводника, и

в

результате

его

плотность

в

периферийных

областях

сечения

возрастает, а

ближе

к

центру

уменьшается. На

высоких

частотах

ток

во

внутренних

слоях

проводника

уменьшается

практическидонуля.

 

Емкости

 

 

Емкость (пф) между

двумя

параллельными

печатными

проводниками

одинаковой

ширины b (мм), расположенными

на

одной

стороне

платы

определяется

как

 

 

0,12.

l

 

C =

,

 

lg[2a /(b +

t)]

 

где

l -длинаучастка, накоторомпроводникипараллельны, мм ;

 

. -диэлектрическая

проницаемостьсреды;

 

a - расстояние

между

параллельными

проводниками.

 

Емкость (пф) между

двумя

параллельными

проводниками

шириной b

(мм), расположенными

по

обе

стороны

печатной

платы

с

толщиной

диэлектрикаа (мм) определяется

как

 

 

C = 0,008842 .

l b/a [1+a/(.b) (1+lg(2.b/a))]

Приведенные

выражения

позволяют

произвести

оценку

емкости (пф)

печатных

проводниковсточностью

±(20-30)%.

На

высоких

частотах

возникает

необходимость

оценивать

индуктивность

ивзаимнуюиндуктивность

печатныхпроводников.

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТ

 

 

Высокая

сложность

современных

 

схем

приводит

к

необходимости

автоматизации

задач

размещения, трассировки, расчета

тепловых

 

 


 

режимов, электромагнитного

взаимодействия

компонентов

на

печатной

плате.

 

По

существу, задача

размещения

и

трассировки

сводится

к

перебору

(полному

или

частичному) возможных

вариантов

размещения

соединяемых

элементов

и

нахождения

оптимального. Критерием

оптимальности

является

минимальная

сумма

длин

всех

размещаемых

на

платепечатныхпроводников (либоболеесложныецелевыефункции).

 

Соответствующие

вопросы

подробно

рассматриваются

дисциплиной

САПР.

 

ОСНОВНЫЕ

ПРАВИЛА

КОНСТРУИРОВАНИЯ

ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТ

 

 

1. Максимальный

размер

стороны

ПП

не

должен

превышать 500 мм.

Это

ограничение

определяется

требованиями

прочности

и

плотности

монтажа.

2. Соотношения

размеров

сторон

ПП

для

упрощения

компоновки

блоков

и

унификации

размеров

ПП

рекомендуются

следующие: 1:1, 2:1,

 

3:1, 4:1, 3:2, 5:2 ит.д.

3. Выбор

материала

ПП, способа

ее

изготовления, класса

плотности

монтажа

должны

осуществляться

на

стадии

эскизного

проектирования,

так

как

эти

характеристики

определяют

многие

электрические

параметры

устройства..

4. При

разбиении

схемы

на

слои

следует

стремиться

с

минимизации

числаслоев. этодиктуетсяэкономическими

соображениями.

5. По

краям

платы

следует

предусматривать

технологическую

зону

шириной 1,5-2,0 мм. Размещение

установочных

и

других

отверстий , а

такжепечатныхпроводниковвэтойзоненедопускается.

6. Все

отверстия

должны

располагаться

в

узлах

координатной

сетки.

В

крайнем

случае

хотя

бы

первый

вывод

микросхемы

должен

располагаться

вузлекоординатнойсетки.

7. На

печатной

плате

должен

быть

предусмотрен

ориентирующий

паз

(или

срезанный

левый

угол) или

технологические

базовые

отверстия,

необходимыедляправильнойориентацииплаты.

8. Печатныепроводникиследует

выполнять

минимальнокороткими.

9. Прокладка

рядом

проводников

входных

и

выходных

цепей

нежелательно

воизбежание

паразитныхнаводок.

10. Проводники

наиболее

высокочастотных

цепей

прокладываются

в

первую

очередь

и

имеют

благодаря

этому

наиболее

возможно

короткую

длину.

11. Заземляющие

проводники

следует

изготовлять

максимально

широкими.


 

КОНСТРУИРОВАНИЕМОДУЛЕЙ 1-4 УРОВНЕЙ

 

 

План

лекции:

 

1. Конструирование

типовых

элементов

замены (модулей 1-го

уровня)

2. Основные

правила

конструирования

элементов

уровней II иШ

конструктивнойиерархииЭВМисистем

КОНСТРУИРОВАНИЕ

ТИПОВЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

ЗАМЕНЫ (МОДУЛЕЙ 1ГО

УРОВНЯ)

 

Типовой

 

элемент

замены (ТЭЗ) --конструктивно

законченный

элемент

машины, служащий

для

электрического

объединения

ИС

и

компонентов, самостоятельный

по

технологии

изготовления

и

взаимозаменяемый

без

подгонки

и

дополнительной

настройки

с

однотипнымиТЭЗмашины.

 

К

ТЭЗ

стационарных

ЭВМ

относят — ячейку

и

модуль-элементы

первого

уровня

конструктивной

иерархии. Рассмотрим

общие

правила

ихконструирования.

 

Размеры

печатных

плат. Количество

возможных

значений

размеров

ПП — высота

Н

иширина

В —исочетаний

ихоченьвелико.

В

общем

случае

типоразмеры

ПП

выбираются

исходя

из

требований

двух

направлений — функционального

и

технологического.

 

Требования

функционального

направления

в

конструктивном

плане

 

 

выражаются

плотностью

компоновки (Nис/см2), зависящей

от

размеров

 

 

и

количества

корпусов

микросхем

и

вида

монтажа

активных

и

 

 

пассивныхсвязей (цепей) электрическойсхемы.

 

Требования

технологического

направления

определяют

ограничения

 

 

типоразмеров

с

точки

зрения

технологических

возможностей

и

 

 

эффективности

производства

заготовок, разрешающей

способности

 

 

фотолитографии, механической

прочности, возможностей

систем

 

 

автоматизированного

проектирования.

 

Таким

образом, исходя

из

вышеизложенного, основные

размеры

ПП

 

 

для

средств

вычислительной

техники (СВТ) следует

выбирать

из

двух

 

 

рядов

рекомендуемых

МЭК

типоразмеров, кратных

размерным

 

 

модулям 55,5 и 100, причем

для

одного

семейства

ЭВМ

целесообразно

 

 

выбирать

типоразмеры

одного

ряда.

 

Однако

для

конкретных

типов (или

семейств) ЭВМ

возможно

 

 

использование

отличающихся

от

рекомендованных

размеров. Так, в

 

 

технике

ЕС

ЭВМ

применялся

единый

размер

печатной

платы

для

 

 

типовыхэлементов

замены: 150Х140 мм.

 


 

ОСНОВНЫЕ

ПРАВИЛА

КОНСТРУИРОВАНИЯ

 

ЭЛЕМЕНТОВ

УРОВНЕЙ II

И III КОНСТРУКТИВНОЙ

ИЕРАРХИИ

ЭВМ

И

СИСТЕМ

 

 

К

элементам

уровней II и III конструктивной

иерархии

относятся

панели, блоки, субблоки, шкафы, стойки. К

ним

можно

отнести

также

тумбы, столы, корпуса

частичные, комплексные

и

другие

виды

конструктивных

элементов, характерные

для

тех

или

иных

конструкционныхсистем.

 

Всеонидолжныобеспечивать:

 

1) требуемую

механическую

жесткость

ипрочность;

 

2) удобствовсборке, наладкеиэксплуатации;

 

3) оперативную

замену

вышедших

из

строя

конструктивных

элементов;

 

4) минимальный

вес

при

сохранении

требуемой

жесткости;

надежное

закреплениеконструктивныхэлементов;

 

5) максимальное

использование

унифицированных

деталей

и

их

взаимозаменяемость.

 

При

разработке

конструкции

блоков, субблоков, панелей, стоек,

шкафов

и

т. д. следует

использовать

такие

конструкционные

материалы

и

покрытия, которые

отвечают

предъявляемым

требованиям

по

условиям

эксплуатации.

 

Каждый

из

элементов

 

конструктивной

иерархии

уровней II и III

характеризуется

длиной L, высотой H и

глубиной (шириной) B. В

зависимости

от

назначения

того

или

иного

типа

ЭВМ

соотношение

размеров

определенных

ее

конструктивных

частей

может

быть

различным. Однако

эти

соотношения

должны

подчиняться

определенным

правилам

и

закономерностям, которые

устанавливают

соответствующие

стандарты, распространяющиеся

на

определенный

класс

аппаратуры.

 

В

конструкционных

системах

любого

типа

электронной

вычислительной

аппаратуры

основные

размеры

L, Н, В

базовых

конструкций

для

всех

уровней

устанавливаются

соответствующими

единому

модулю.

 

В

каждом

направлении

развития

размеров

по

координатам

x(L), у(Н),

z(B) указанный

модуль

равен

2,5 мм. Он

устанавливается

в

соответствии

с

шагом

координатной

сетки

печатных

плат

и

выводов

элементов

на

печатной

плате

и

передней

панели

по

x(L), шагом

выводов

элементов

и

соединителей

на

функциональной

печатной

плате

и

на

кроссплате

по

у(Н) и

z(B). В

необходимых

случаях

применяются

значениямодуля, кратныеосновному, — 1,25; 0,625 мм.

 

Единый

размерный

модуль

обеспечивает

компоновку

различных

изделий

конструкционной

системы

ЭВМ

как

в

пространстве, например

в

трех

различных

плоскостях

комплектного

корпуса

или

блока, так

и

на

плоскости — наповерхности

одноплатнойЭВМ.

 

Для

каждого

уровня

базовых

конструкций

устанавливаются

ряды

 

 


 

размеров

по L, Н, В, каждый

из

которых

взаимосвязан

с

рядами

размеров

других

уровней

с

целью

обеспечения

прежде

всего

конструктивной

совместимости, обусловливающей

и

другие

виды

совместимости — электрические, эстетические, тепловые. Эти

ряды

размеров — простые

арифметические. Каждый

последующий

член

ряда

образуется

приращениемкпредыдущему

принятогозначениямодуля.

 

Для

конкретного

проектирования

базовых

конструкций

из

отдельных

членов

рядов

составляются

оптимальные

типоразмеры, среди

которых

выделяются

предпочтительные. Главным

исходным

требованием

при

выборе

типоразмера

является

плотность

компоновки, определяемая

отношением

числа

активных

элементов — корпусов

ИС

к

площади

(объему) изделия. Типоразмеры

являются

рабочим

средством

достижения

сквозной

совместимости

изделий

системы. Например,

типоразмеры

плат

образовываются

сучетом

стандартной

установки

ихв

соответствующий

корпус, а

типоразмеры

корпусов, в

свою

очередь,

устанавливаются

 

сучетомосуществления

взаимоприменений.

 


Обеспечение помехоустойчивости при конструировании элементов, узлов и устройств ЭВМ и систем

 

Классификация помех