Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов (1986), страница 14

1)т структурный уроввнь составляет система, которая служит для объедвнения ряда монтажных устройств на объекте. Монтажные устройства могут быть разбросаны по разным помещениям или отсекам и и тому же конструктивно чаще всего бывают различиымн: пульт, стойка, рама, прибор. Может быть другое деление на уровни, включающее в себя меньшее или большее количество структурных уровней конструкции. Появление дополнительных структурных уровней (например,. модули) ведет к увеличению связей, переключений и ухудшает надежность и технологичность конструкции. Сокращение структурных уровней конструкции, наоборот, ведет к лучшему заполнению шкафов и уменьшению связей (иапример, минуя 11 структурный уровень, когда монтажное устройство в виде рам с монтажными панелями заполняется сразу функциональными ячейками, каи это происходит в стационарных ЭВМ).

Количество структурных уровней в конструировании кроме функцональной сложности устройства определяется элементным базисом. Элементный базис в РЭА значительно изменился. Сначала элементный базис составляли только дискретные схемные элементы, в том числе электронные лампы, на смену которым пришли полупроводниковые приборы. Затем появились полупроводниковые и гибридные ИМС. й з . ~аав 65 Интегральная микросхема является неделимой конструктивной единицей, изготовленной групповыми технологическими методами, и, как правило, представляет собой не только конструктивно, но и функционально законченный узел. Поэтому в данном случае в элементный базис оказались заложенными функциональные признаки, в то время как до появления ИМС эти признаки формировались в первом структурном уровне при объединении дискретных элементов в схемные сочетания.

Например, для конструктивного выполнения схемы тригге а трап исторы, резисторы и конденсаторы надо располоз Р жить на общем основании и выполнить электрический монтаж схемы, В таком исполнении триггер конструктивно представляет собой первый структурный уровень конструкции. Но если в качестве нулевого структурного уровня использовать ИМС, представляющую собой триггер, то в первый структурный уровень войдет более сложное устройство и количество структурных уровней в конструкции уменьшится.

С появлением ИМС элементный базис стали характеризовать степенью интеграции. При этом различают элементную и функциональную интеграции. Под э л е м е н тн ой понимают такое объединение дискретных компонентов в одном твердом теле, при котором каждому элементу соответствует определенный объем твердого тела, а под функциональной — объединение схемных функций элементов, при котором невозможно выделить тот илн иной объем твердого тела, выполняющий функции какого-либо элемента. Под степенью интеграции К понимается десятичный логарифм количества элементов У, объединенных на одном основании: К=!д )т'. В ГОСТ 17021 — 75 различают ИМС по степени интеграции; 1-я — до 1О элементов, 2-я — от 10 до 100 элементов, 3-я — от 100 до 1000 элементов, 4-я — свыше 1000 элементов, 5-я — свыше 10 000 элементов.

Микросхемы 1 — 5-й степеней интеграции также соответственно называют: ИМС малого уровня интеграции (МИС) — для 1-й степени интеграции; ИМС среднего уровня интеграции (СИС) — для 2-й и 3-й степеней интеграции, большие интегральные схемы (БИС) — для З-й и 4-й степеней интеграции, сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) — для 5-й степени интеграции.

Увеличение степени интеграции ИМС дает возможность повышать качественные показатели и надежность РЭА при меньших затратах Повышение надежности РЭА достигается благодаря уменьшению числа технологических операций и внешних соединений. Снижение стоимости РЭА обусловливается уменьшением объема монтажно-сборочных работ.

Если элементный базис составляют конструктивно неделимые элементы„то остальные структурные уровни в конструкции всегда являются сборными, к ним относятся функциональные узлы, блоки, шкафы, рамы. Деление конструкции на структурные уровни позволяет: снизить брак в производстве за счет увеличения степени интеграции неделимых узлов; организовать параллельное изготовление различных узлов, что сокращает производственный цикл рзделия и облегчает организацию контроля в процессе производства; обеспечить ремонтопригодность при эксплуатации.

Конструкция современной РЭА является прежде всего результатом эволюции элементного базиса, которая повлекла за собой изменение методов компоновки и характера структурных уровней в конструкции. При компоновке преследуется цель максимально использовать высокие качества элементной базы.

С увеличением степени интеграции уменьшается число монтажных соединений, увеличивается плотность компоновки, уменьшается масса н объем устройства. Все большее количество соединений переходит внутрь самой микросхемы, и сложность конструкции как бы переходит в сложность элементного базиса. За период развития РЭА произошла смена трех поколений. Основнымн отличительными признаками поколении РЭА считаются элементный базис и метод конструирования: в первом поколении— электронная лампа, крупногабаритные навесные электрорадиоэлементы (ЭРЭ) и блочный метод конструирования; зо второй — транзистор, миниатюрные ЭРЭ и модульный метод конструирования; в третьем — ИМС с небольшой степенью интеграции и функционально-узловой метод конструирования; в четвертом (современная аппаратура) — БИС н СБИС, функциональные компоненты и функционально-узловой метод конструирования с применением микросборок (МСБ) .

Первое поколение РЭА характеризовалось мелкоблочной конструкцией с применением реле, электронных ламп н крупногабаритных элементов, ие предназначенных для печатного монтажа. Компоновка осуществлялась на едином блочном шасси, где невозможно параллельное изготовление и применение средств автоматизации. Контактирование осуществлялось пайкой, монтаж — объемным проводом. Достигнутый уровень быстродействия составлял !О' опер/с.

Аппаратура второго поколения, выполненная на основе транзисторном техники и печатного монтажа, в конструктивном отношении 66 реализована модульным методом, при котором базовым схемным элементом стал функциональный узел (ФУ), 'что позволяло увеличить надежность, эксплуатационные характеристики аппаратуры, освоить серийный выпуск унифицированных ФУ, Процесс унификации и стандартизации параметрических рядов ФУ, их формы, габаритов и типов соединений привел к созданию конструкций в виде модулей различного типа (этажерочных.

плоских, микромодулй), зто открывало путь к параллельному изготовлению н проектированию. Конструкция мелко- и среднеблочная, контактирование пайкой, двусторонние печатные платы, но печать с малыми возможностями, а установка на печать разновысотных элементов (этажерочные модули м ЭРЭ) вела к большим потерны объема. Достигнутый уровень быстродействия составлял 1О' опер/с. Аппаратура третьего поколения выполняется на основе корпусированных полупроводниковых и гибридных ИМС малой и средней степеней интеграции, миниатюрных ЭРЭ и многослойных печатных плат, что позволиет уменьшать массогабарнтные характеристики аппаратуры (при тех же функциональных задачах) и существенно повышать надежность РЭА. Конструкция среднеблочная с более высоким применением средств автоматизации и механизации при изготовлении и проектировании, многожильные кабели, контактирование пайкой, сваркой, накруткой.

Достигнутый уровень быстродействия составляет !О' опер/с, Аппаратура четвертого поколения в составе элементного базиса содержит БИС, СБИС, а также большие гибридные интегральные схемы (БГИС). По функциональной сложности БИС н БГИС могут соответствовать блоку в аппаратуре первого нли второго поколения. Кроме того, аппаратура четвертого поколение в составе элементного базиса содержит микросборки.

При этом микросхемы предназначены для широкого применения и выпускаются крупными сериями специализированными заводами-изготовителями ИМС, з МСБ (в основном гибридные) разрабатываются для конкретной РЭА, т. е. являются микросхемами частного применении. Микросборкн, как и микросхемы, могут быть корпусированиыми н бескорпусными. Аппаратура четвер~ого поколения выволняется с большой долей отказа от дискретных элементов (в корпусах ИМС) на основе многослойных печатных и керамических плат, гибких печатных шлейфов. Автоматизированное проектирование занимает главенствующее положение вплоть до выпуска конструкторской документации.