Book1 (Учебник Конструирование РЭС), страница 4

Таким образом, плотность упаковки элементов в объеме конструктива является объективной оценкой качества конструкции, но пользоваться этим критерием для сравнения надо грамотно.

Удельная мощность рассеяния определяет тепловую напряженность в объеме конструктива и рассчитывается как

Р_{уд pacc}=P_pacc/V,где Р _расс= (0,8... 0,9) Р для цифровых регулярных структур. В аналоговых (особенно приемоусилительных) ячейках и блоках мощность рассеяния и тепловая напряженность невелики, и тепловой режим обычно бывает нормальным. В устройствах цифрового типа чем выше требова-

20

ния к быстродействию вычислительных средств, тем больше величинпотребляемой мощности и выше тепловая напряженность. Для РЭС на бескорпусных МСБ эта проблема еще более усугубляется, так как объем при переходе от III поколения к IV уменьшается в 5-6 раз. Поэтому в конструкциях блоков цифрового типа на бескорпусных МСБ должны
быть мощные теплоотводы (металлические рамки, медные печатные шины и т.п.). В некоторых случаях в бортовых РЭС применяют и системы охлаждения, тип которых выбирается по критерию удельной мощности рассеяния с поверхности блока

(Р_{уд pacc}=P_pacc/S Вт/дм²). Для блоков цифрового типа III поколения допустимая тепловая напряженность составляет 20...30 Вт/дм³ в условиях естественной конвекции и при перегреве корпуса относительно среды не более чем на 40°С, а для блоков IV поколения — порядка 40 Вт/дм и более.

Удельная масса конструкции m ' = m/V. Этот параметр ранее считался главным критерием оценки качества аппаратуры. Было принято условное деление конструкций на «тонущую РЭА» (т ' > 1 г/см ) и «плавающую РЭА» (т ' < 1 г/см ). Если конструкция — тонущая, то считалось, что она компактна и хорошо скомпонована (мало воздуха и пустот в корпусе). Однако с появлением конструкций РЭС IV поколения, в которых преобладающей долей массы являются металлические рамки и корпус с более толстыми стенками (для обеспечения требуемой жесткости корпуса при накачке внутрь сухого азота), даже плохо скомпонованные ячейки оказывались тонущими. И чем больше расходовался металл, тем более возрастал этот показатель, уже не отражаю-
щий качество компоновки и конструкции в целом. Поэтому сравнивать конструкции по этому критерию отказались, но он оказался полезным для решения другой задачи: распределения ресурса масс в конструктивах (см. разд. 3.9).

Степень герметичности конструкции D определяется величиной истечения газа из объема конструкции:

D= (1.3)

где V_г — объем газа в блоке, дм³ ; р — перепад внутреннего и внешнего давлений (избыточное давление) в блоке, Па (1 Па = 7,5 мкм рт.ст.); — срок службы или хранения, с.

Для блоков объемом V_г = 0,15 ... 0,2 дм³ в ответственных случа-
ях при нормальном давлении к концу срока службы в течение восьми лет степень герметичности

21

D = 6,65^-6 дм³·Па/с (5,5-10^-5 дм ³ · мкм рт.ст/с);

в менее ответственных случаях полная вакуумная герметизация не
обеспечивается, степень герметичности может быть уменьшена до

1,33·10^-4 дм ³ • Па/с (10 ^-3 дм ³-мкм рт.ст/с).

К относительным показателям относятся коэффициенты дезинтег-
рации объема и массы, показатель функционального разукрупнения,
величина перегрузки конструкции при вибрациях и ударах, а также
многие параметры технологичности конструкции, такие как коэффи-
циенты унификации и стандартизации, коэффициент повторяемости
материалов и изделий электронной техники, коэффициент автоматиза-
ции и механизации и др.

В конструкциях РЭС разного уровня компоновки при корпусирова-
нии ИС, компоновке их в ячейки и далее в блоки и стойки происходит
потеря полезных объемов, а следовательно, и масс. Величина этих яо-
терь может быть весьма значительна. Оценка потерь (дезинтеграции)
объемов и масс проводится с помощью коэффициентов дезинтеграции
q_v и q_m соответственно, определяемых как отношение суммарного

объема (массы) конструктива к его полезному объему (массе):

q_v=V/V_N, q_m=m/m_N, (1.4)

где V_N = Σ V_СЭ , m_N = Σ m_СЭ — полезные объем и масса схемных
элементов.

Коэффициенты дезинтеграции объема (или массы) q V_(m) показы-
вают, во сколько раз увеличивается суммарный объем (или масса)
комплектующих изделий при переходе с одного уровня компоновки
на более высокий. Например, при переходе от нулевого уровня (кор-
пусированных микросхем) к первому (функциональной ячейке) име-
ем q _v(m) = V(m) _фя /Σ V(m) _ис , при переходе от ячейки к блоку

q _v(m) = V(m)_б / Σ V(m) _ФЯ и т.д., где V(m) _ис ,V(m) _ФЯ ,V(m)_б —
соответственно объемы (или массы) микросхемы, ячейки, блока.

Коэффициенты дезинтеграции, как и плотность упаковки, реально
отражают качество конструкции, в частности ее компактность, но и они
не могут быть использованы для сравнения конструктивов, относящих-
ся к разным поколениям, разным уровням конструктивной иерархии,
или РЭС различного назначения и принципа действия.

Анализ существующих наиболее типовых конструктивов разных по-
колений и различного назначения позволил получить средние значе-

22

ния их коэффициентов дезинтеграции объема и массы (табл. 1.1). В
таблице приведены и значения удельной массы конструктивов.

Таблица 1.1

* КТЕ — конструктивно-технологическая единица: для РЭСIII поколения — корпусированная ИС, для РЭС IV поколения — бескорпусная МСБ

Показатель функционального разукрупнения (ПФР) конструкции
представляет собой отношение количества элементов N в конструктиве к количеству выводов М из него: ПФР = N / М. Например, для цифровой бескорпусной МСБ, содержащей 12 бескорпусных ИС с 40 элементами в каждом кристалле (N=40•12=480 элементов) и 16 выходными контактными площадками ПФР= 480/ 16 = 30. Чем выше ПФР, темближе конструкция к конструктиву высокой интеграции, тем меньше монтажных соединений, тем выше надежность и меньше масса и габариты. Наибольшее число функций и элементов монтажа содержат БИС и СБИС. Однако и у них есть предел степени интеграции, определяемый количеством допустимых выводов от активной площади кристалла к периферийным контактным площадкам (разд. 1.4).

23

Наконец, перегрузка п действующих на конструкцию вибраций или
ударов определяется как отношение возникающего от их действия ус-
корения масс элементов конструкции к ускорению свободного падения:
п = a/g , где а — ускорение при вибрации (или ударе). Вибро- и ударопрочность конструкции определяются допустимыми перегрузками при вибрациях и ударах, которые может выдержать конструкция без разрушения связей между элементами. Для того чтобы эти свойства были обеспечены, необходимо, чтобы реально возникающие в тех или иных условиях эксплуатации перегрузки не превышали предельно допустимые для конкретной конструкции.

1.2. Системный подход к конструированию РЭС

В общем смысле «система — нечто целое, представляющее собой
единство закономерно расположенных и находящихся во взаимной свя-
зи частей» [1]. При создании той или иной системы (информационной, энергетической, организационной, общественно'й, образования и др.) необходимо руководствоваться двумя основными правилами:

1. выявлять и устанавливать взаимные связи субъектов системы и
   среды во всей их совокупности, т.е. как внутренние (между субъекта-
   ми), так и внешние (между ними и средой существования);

2. вырабатывать требования на связи, качество и объем функций
   подсистем (субъектов) таким образом, чтобы они улучшали качество и
   функционирование системы в целом. В противном случае «получить
   оптимальную систему из всех оптимальных подсистем невозможно»,
   т.е. нужны компромиссы в выборе решений.

Метод оптимального решения задачи проектирования систем, осно-
ванный на всестороннем целостном рассмотрении системы и ее измене-
нии в процессе взаимодействия со средой, называется системным под-
ходом. Каждый субъект системы является частью системы высшего
ранга («большой системы»), но в то же время он может быть и большой
системой для подсистем низшего ранга, т.е. существует системная
иерархия. Кроме того, на разработку каждого субъекта системы зада-
ются требования, определяемые требованиями системы высшего ранга,
а требования на сам субъект определяют требования на разработку под-
систем низшего ранга. Эти требования в общем случае представляют
собой группу данных Д , состоящую из определенных подгрупп. Приме-
нительно к РЭС покажем это на примере бортовых РЭС IV поколения
самолета. На рис. 1.1 показана системная иерархия самолета [2]. Здесь
уровни иерархии и их звенья (субъекты) разбиты по функциональной
значимости решаемых задач, обеспечивающих выполнение основной
целевой функции самолета и основных функций подсистем низшего

24

Рис. 1.1. Системная иерархия самолета

ранга. Каждый уровень иерархиии имеет свое обозначение S_l, и группу данных Д_J, где l= 0,1,2,3,... — уровень иерархии, начиная с нулевого,соответствующего элементной базе РЭС. Следует отметить, что уровни представленной системы не являются уровнями иерархии РЭС по функциональной или конструктивной сложности, так как они отражают не столько конструкции (которые могут быть выполнены разновариантными), сколько те задачи (во многом совпадающие с делением по функциональной сложности), которые должен выполнять каждый субъект системы. Например, планер надо рассматривать не как конструкцию моноплана с двигателями, а как устройство, обеспечивающее полет в атмосфере и несущее основание всех остальных частей самолета. Группа данных l-ro уровня иерархии состоит из совокупности дан-