В.М. Микитин - Методические указания по курсовому проектированию, страница 2

10

К основным энергетическим характеристикам, подлежащих расчету, относятся: напряжение пита­ния, токовая нагрузка и потребляемая мощность. Следует учесть, что такие параметры как напряжение питания и потребляемая мощ­ность (в расчете на 1 ЛЭ) с ростом степени интеграции элементов на кристалле (а значит с повышением технологического уровня) мо­гут умень-шаться и при определенном уровне технологии будут ха­рак-теризоваться новыми значениями, отличными от значений при од­ном ЛЭ, принятым за основу. При этом полученные новые значения напряжения питания должны вписываться в стандар-тизованный ряд значений (напр., 5В; 4,5В; 3,5В; 3В и т.д.).

Выбор системы охлаждения устройства и обоснование требова­ний к элементам его конструкции. В этом разделе на основе анали­за тепловой нагрузки в кристалле БИС (СБИС) и устройстве в целом делается принципиальный выбор опреде-ленного вида системы охлаж­дения (воздушной или жидкостной) и формулируются требования к конструкции корпусов БИС, СБИС и МКМ. К их числу могут относи­ться требования по при-менению радиаторов и эффективности исполь­зования их конст-рукции, требования по размещению кристаллов в корпусах БИС, СБИС и МКМ, требования к материалам конструкции корпусов по обеспечению минимального теплового сопротивления.

Описание принципов обеспечения помехоустойчивости конструк­ции содержит основные правила проектирования уст-ройства, связан­ные с подавлением непреднамеренных помех, возникающих в линиях связи и цепях питания и земли. В разделе следует описать причины появления помех и сформулировать требования к конструкциям, обес­печивающие снижение уровня помех до допустимых норм.

К числу основных требований, которые должны быть отра-жены в разделе, следует отнести: выбор достаточного числа кон-тактов питания и земли в конструкциях кристаллов и корпусов БИС и СБИС, МКМ и ПАНЕЛИ, выбор соответствующих прин-ципов построения струк­туры многоуровневых коммутационных элементов, правил размещения и экранировки межсоединений, использование определенных правил проектирования и трас-

11

сировки линий связи в коммутационных эле­ментах, применения соответствующих критериев выбора электричес­ких параметров ЛС, использования (в варианте конструкции ПАНЕЛИ) согла-сующих и развязывающих элементов определенного номинала и типа конструкции.

Расчет конструкции коммутационных элементов устройства дол­жен включать:

- расчет габаритных размеров;

- расчет среднего числа связей в логической цепи;

- расчет средней длины связи;

- расчет трассировочной способности и слойности;

- выбор числа потенциальных слоев;

- расчет структуры и ее параметров.

Указанные расчеты должны учитывать результаты выбора и рас­чета параметров на более ранних этапах проектирования, а также требования по обеспечению помехоустойчивости линий связи.

При выборе габаритных размеров коммутационных элемен-тов не­обходимо учитывать как уровень интеграции и число элементов, так и число внешних контактов (включая контакты питания и земли) и требования по плотности компоновки, вытекающие из заданного кри­терия качества конструкции.

Выбор и обоснование общей конструкции устройства. В данном разделе должны быть определены и реализованы: способы крепления кристаллов в корпусах БИС, СБИС и на подложке МКМ; тип, парамет­ры и конструкция внешних выводов как внутри корпуса, так и вне его; способы герметизации корпусов и средства обеспечения тепло­вого режима; способы установки и присоединения выводов корпусных БИС, СБИС и МКМ на печатные платы.

Для конструкции ПАНЕЛИ должны быть определены места разме­щения элементов развязки, средств вывода внешних связей, подвода цепей питания и земли.

Результаты выбора по данному разделу, дополненные резу-льта­тами расчета коммутационного элемента и выбора пара-метров корпу­сов БИС (СБИС), являются основой для выполне-

12

ния сборочного чер­тежа, чертежа общего вида и чертежей отдельных элементов (или фрагментов) конструкции устройства.

Расчет параметров системного и функционального бы-стродейс­твия устройства предназначен для оценки качества спроектирован­ной конструкции и базируется главным образом на расчете систем­ной задержки логического элемента в объеме всего устройства (т.е. с учетом собственной задержки и задержки в линиях связи цепи об­работки, приходящейся на 1 каскад ЛЭ). Расчет системной задержки ЛЭ, системного и функционального быстродействия устройства вы­полняется по определенной мето-дике, приведенной в [ 1, 17 ].

При выполнении расчета рекомендуется воспользоваться ин-фор­мацией по числу каскадов ЛЭ и длинам цепей на каждом уровне ком­поновки, полученной на более ранних этапах проек-тирования.

При расчете задержки в логических цепях (напр., в RC- и LC-цепях) необходимо учитывать, что такие параметры как погонная емкость и погонное сопротивление на разных уровнях компоновки могут существенно изменять свои значения. Важное значение при определении собственной задержки ЛЭ (для КМОП-элементов) имеет учет зависимости его выходного сопротивления от уровня техно­логии кристалла.

Расчет устойчивости конструкции устройства к эксплуа-тацион­ным воздействиям. В этом разделе должен быть выпол-нен провероч­ный расчет спроектированной конструкции устрой-ства на предмет устойчивости к вибрациям и линейным нагруз-кам. При выполнении расчета рекомендуется воспользоваться моделью конструкции, наде­ленной массой и габаритными раз-мерами. Применительно к корпусным БИС, СБИС и МКМ сле-дует учесть способ их монтажа и крепление на печатной плате с учетом заданного разъемного или неразъемного принципа уста-новки.

Выбор и обоснование технических решений по конструк-ции ра­зъемных соединителей для СБИС и МКМ. Данный раздел должен содер­жать основные требования к конструкции разъемного соединителя, определяемые конструкцией корпуса

13

СБИС или МКМ (по габаритным размерам, числу и распо-ложению контактов, усилию сочленения/рас­членения и др.). При выборе технических решений необходимо учесть принцип соч-ленения (с малым или "нулевым" усилием), пара­метры хвосто-вых частей контактов, обеспечивающие минимальный, но досту-пный диаметр отверстия в МПП.

Описание технических решений должно содержать принцип рабо­ты контактов и соединителя в целом, уровень надежности сочлене­ния, применяемые конструкционные материалы и минимально возмож­ный шаг размещения на плате.

Технологическая часть. В этой части обосновывается вы-бор и приводится схема типового маршрутного технологи-ческого процесса изготовления основного коммутационного элемента конструкции или техпроцесса сборки устройства.

Заключение. В этом заключительном разделе студентом под­водится итог проделанной работы. Подчеркивается соот-ветствие выполненной работы техническому заданию или обос-нование откло­нения от него в случае невозможности обеспече-ния отдельных конструктивно-технологических или схемотех-нических параметров. Указанные отклонения при выполнении проекта должны быть заранее согласованы с преподавателем и скреплены его подписью на бланке задания.

Литература. В данном разделе содержится перечень ис-пользуе­мой литературы с обязательным указанием всех основ-ных аспектов библиографической части:

- фамилия авторов, их инициалы;

- название;

- место издания, издательство, год издания.

3.2. Графический материал

Графическая часть проекта является не иллюстративным мате­риалом, а технической документацией на разработанный студентом узел или устройство.

14

Графическая часть выполняется на 3-4 листах ватмана фор­мата А1. Условные обозначения, шрифты и масштабы чертежей должны соответствовать требованиям ЕСКД.

Рекомендуются следующие нормы представления графичес-ких ма­териалов проекта в виде:

- схема электрическая принципиальная БЛЭ - 0,5 листа;

- топологический чертеж БМК БИС (СБИС) - 0,5 листа;

- чертеж общего вида коммутационного элемента (подложки МКМ, МПП ПАНЕЛИ) - 1 лист;

- сборочный чертеж устройства (СБИС, МКМ, ПАНЕЛЬ) - 1 лист;

- сборочный чертеж разъемного соединителя (для вариантов уст-ройства СБИС и МКМ) - 1 лист;

- схема техпроцесса изготовления коммутационного элемента или техпроцесса сборки устройства – 1лист.

В случае необходимости, по согласованию с руководителем до­пускается изменение норм представления графических мате-риалов, внесение некоторых из них в расчетно-пояснительную записку (на­пример, схемы базового ЛЭ, топологического чертежа БМК и др.) при условии, что общий объем графических материалов проекта сос­тавляет не менее 2-х листов.

4. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

На начальной стадии студент анализирует задание, знако-мится с литературой и материалами проекта.

При выборе схемотехники и параметров БМК необходимо обра­тить внимание на известные характеристики и тенденции развития микроэлектронной технологии, наличие взаимосвязи между уровнем технологии, интеграцией и размерами кристалла, на фактор эффек­тивности использования интеграции и особен-ность использования площади БМК для размещения и трасси-ровки межсоединений. Оценка этих факторов на данном этапе может быть приближенной, получен­ной из литературных источ-ников, однако она необходима для аргу­ментированного выбора

15

варианта конструкции БМК. Возможность вы­бора двух и более вариантов подразумевает необходимость наличия в проекте их

сравнительного анализа, на котором, в конечном сче­те, и будет базироваться выбор варианта БМК.

Однако на этом этапе выбор параметров БМК не является за­вершенным, так как отсутствует информация по числу внешних кон­тактов (как сигнальных, так и потенциальных). Определению числа внешних контактов и ряда других характеристик посвящен раздел по расчету основных компоновочных параметров логи-ческой схемы уст­ройства, реализуемой в зависимости от ва-рианта задания полностью (в случае СБИС) или частично (в случае БИС) на БМК. Это позво­ляет студенту, с одной стороны, окончательно определиться с вы­бором структуры и параметров БМК, а с другой - получить новую информацию о значениях ряда других параметров, необходимую для использования их на последующих этапах.

После определения основных компоновочных параметров уст­ройства студент приступает к расчету его энергетических ха-ракте­ристик, используя анализ зависимости их значений от уро-вня тех­нологии кристаллов. Далее студент переходит к оценке тепловой обстановки, выбору системы и средств охлаждения, которые учиты­ваются в дальнейшем при разработке конс-трукции.

Следующий этап работы студента связан с изучением прин-ципов, анализом путей и выбором способов обеспечения помехо-устойчивости конструкции устройства. На этом этапе определя-ются правила про­ектирования и трассировки линий связи, уточ-няются вопросы их согласования, формулируются принципы по-строения структуры комму­тационных элементов, анализируются и принимаются решения по по­давлению помех в цепях электро-питания и др.

После того, когда определены все вопросы, касающиеся БМК, основных компоновочных параметров, энергетических характеристик и принципов обеспечения помехоустойчивости студент приступает к расчету конструкции коммутационного элемента. Определяются все основные его параметры (габа-

16

ритные размеры, шаг размещения эле­ментов, число слоев, элект-рические параметры линий связи, пара­метры структуры и элеме-нтов печатного монтажа и др.), которые будут использованы при выборе конструкции всего устройства.

Далее на этапе выбора и обоснования общей конструкции уст­ройства студент должен собрать и проанализировать всю информацию о параметрах кристаллов, корпусов БИС, харак-теристиках коммута­ционного элемента, дополнить ее техни-ческими решениями по технологии сборки и герметизации, размещению внешних выводов и спосо­бам установки устройства на следующие уровни конструкции ЭВМ.

Выбранная и обоснованная конструкция устройства позволяет студенту перейти к следующим этапам, связанных с оценочными рас­четами системных параметров быстродействия и устойчивости конс­трукции к эксплуатационным воздействиям для обеспечения требова­ний технического задания.