1304269840_660_maevec.ru (Конструирование РЭС метода), страница 6

Для электростатическихэкранов замкнутой формы(1.7)ЭЕ = 20lg(60πdσ) дБЭлектростатические экраны обязательно должны соединяться с общимпроводом электрической схемы, в противном случае эффективность ихрезко падает.1.5.3. Расчет перекрестных помех в линиях связиПаразитные параметры линий связи (собственная емкость и индуктивность) вызывают искажение передаваемых сигналов (для цифровыхсхем - увеличение длительности фронтов импульсов и дополнительная задержка сигналов). Взаимная емкость и индуктивность между электрическими цепями приводят к проникновению части сигнала из одной цепи вдругую, что в аналоговых устройствах приводит к нежелательным каналампрохождения сигнала, непредусмотренным обратным связям и даже возбуждению узла, а в цифровых устройствах - к сбоям в работе. В табл. I.IIприведены расчетные формулы, позволяющие с точностью 20...30% рассчитать собственные и взаимные паразитные параметры линий связи.Приведенные формулы могут быть использованы как для синтеза, так и дляанализа топологии коммутационных плат.При синтезе топологии из условий работы принципиальной схемы - допустимой задержки сигналов в линиях связи и допустимой величины напряжения помехи Uп доп - определяются требования к величине паразитных реактивных параметров линий связи и в соответствии с табл.

I.II к геометрическим параметрам проводников: L < τRвх при индуктивном характересвязи (рис. 1.21);41C < τ/Rвхпри емкостном характере связи (рис. 1.22);М1,2 < Uп допτф/I при индуктивной взаимной связи (рис. 1.23);С1,2 < Uп допτф/URвых при емкостной взаимной связи (рис. 1.24).Таблица 1.11После подстановки соответствующих выражении для L , С , М1,2, С1,2 получаем систему ограничений на геометрические размеры линий связи, например, ограничение на максимальные длины линий или рядом расположенных линий при фиксированных значениях ширины проводников и расстояниях между ними.

Далее эти ограничения должны учитываться приразработке топологии.При анализе уже разработанной топологии необходимо рассчитывать паразитные параметры цепей, имеющих на коммутационной плате наибольшуюдлину, минимальное расстояние, либо цепей, наиболее42чувствительных к перекрестным помехам (например, связь между выходоми входом усилителя). Если на плате имеется хоть одна цепь, для которойуказанные выше ограничения не выполнены, необходимо внести изменения в топологию коммутационной платы.1.5.4. Расчет перекрестных помех по цепям питанияШины питания и общего провода могут стать причиной передачи помех,если сопротивление и индуктивность их будут недостаточно малы. В наихудшем случае, когда все микросхемы подключены к общему проводу "поцепочке", величина статической помехи определяется падением напряжения на сопротивлении r при протекании суммарного тока потребления пмикросхем (рис. 1.25):UU1=nInr143Для последней микросхемы в цепочке (точка 4) напряжение помехи увеличивается до значенияUn=n(n + 1 )In r12Отсюда вытекает требование обеспечить малое сопротивление в цепи общего провода и шины питания:2 U п допr1 ≤(1.8 )I n (n+1)nгде In - ток потребления одной ИС.В момент переключения микросхем в цепях питания протекает кратковременный импульс тока, значение которого UIn для ТТЛ-микросхем в 3...I2раз превышает статический ток потребления [5] (для КМОП-ИС равен токуперезаряда емкости нагрузки элемента), а длительность приблизительноравна времени переключения логического элемента.

Поэтому с учетом динамической помехи Uп дин аналогично (1.8) должно выполняться условиеL1 ≤τ ф U п дин∆ I n (n+1)n(1.9 )2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИЙ РЭС2.1. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ КОНСТРУКЦИЙРЭСРасчет теплового режима производится с целью проверки обеспечениянормального теплового режима конструкции при выбранной системе охлаждения (рис. 2.1).

На рисунке цифрами обозначены области охлаждения: I естественно-воздушное (ЕВО); 2 - ЕВО и принудительное воздушное(ПВО); 4 - воздушное или жидкостное; 5 - жидкостное; 6 жидкостное или испарительное;7, 8 - жидкостное или испарительное с прокачкой; 9 - испарением жидксти с прокачкой.Поэтому расчет должен заканчиваться или определениемтемпературы радиоэлементов (впервую очередь теплонагруженных и наименее температуростойких), или определением темпе-44ратуры в центре нагретой зоны в случае равномерно распределенных источников тепла. Для некоторых классов конструкций по согласованию ; сруководителем проекта расчет теплового режима может быть закончен определением среднеповерхностных температур корпуса и нагретой зоны иприближенной оценкой температуры в центре нагретой зоны. Расчет теплового режима производится по тепловой модели конструкции, полученной в результате анализа конструкции, выявления ее теплофизическихсвойств и идеализации процессов теплообмена.

В зависимости от поставленной задачи тепловое моделирование выполняется методами изотермических поверхностей или однородного тела. При переходе от реальной конструкции к тепловой модели принимается ряд допущений, которые должныбыть четко сформулированы и обоснованы. Воздействия факторов внешнейсреды на РХ представлены в приложении 5.2.I.I. Тепловые модели и тепловые схемы типовых конструкций МЭАI. Конструкции блоков книжного, веерного, кассетного типов.Схематическое изображение конструкции и тепловая схема, отображающаяпроцесс теплообмена, приведены на рис. 2.2.Блок функциональных ячеек (нагретая зона) 2 размещен в корпусе I и закрепляется с помощью установочных элементов 3(рис.

2.2,а). Поверхностикорпуса и нагретой зоны приняты за изотермические с температурами tK иt3 . Источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно. Суммарную мощность источников тепла, обозначим Р , Вт. Тепло с поверхностинагретой зоны конвекцией σЗК , теплопроводностью через элементы крепления σЗТ и излучением (лучеиспусканием) через воздушные промежуткиσЗЛ передаются на корпус. Передача тепла с корпуса окружающей среде стемпературой tc осуществ-45ляется за счет конвекции σкк и излучения σкл (рис. 2.2,6).

При определенииконвективного и лучевого коэффициентов теплопередачи можно использовать номограммы (см. приложение П6). Температура в центре нагретойзоны зависит от эквивалентной тепловой проводимости нагретой зоны σЗ0 ,величину которой находят в результате замены нагретой зоны конструкциимоделью в виде однородного анизотропного тела.2.

Конструкции блоков планарной формы. Схематическое изображение ихи тепловая схема представлены на рис. 2.3.Особенностью таких конструкций является равномерное распределениеисточников тепла в одной плоскости. Механизмы теплообмена и тепловаямодель в целом аналогичны конструкциям с объемными структурами нагретых зон (см. рис. 2.2). Однако размещение тепловыделяющих элементовв плоскости дает возможность при оценке теплового режима ограничитьсярасчетом среднеповерхностной температуры нагретой зоны, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качестве характеристикитеплового режима элементов.3.

Конструкции аналоговой МЭА на металлических основаниях.Типичный представитель - конструкция в корпусах типа "пенал". Упрощенное изображение конструкции приведено на рис. 2.4,а.Бескорпусные микросборки I размещены на металлическом основании 2,которое устанавливается в корпус 3. Характерная особенность конструкций- передача тепла от элементов микросборок к корпусу преимущественнотеплопроводностью через внутреннюю тепловую проводимость элементовσвн , тепловую проводимость подложки σп и проводимость клеевого соединения подложки микросборки и основания σкл. Основание и корпус можнопринять за изотермическую поверхность.

Передача тепла с поверхностикорпуса среде осуществляется конвекцией и излучением. При условии, чтов пределах каждой из n микросборок отсутствует взаимное тепловое влияние между элементами,46тепловая схема может быть представлена в виде рис.

2.4,6. Значения тепловых проводимостей σп , σкл рассчитывают через известные коэффициентытеплопроводности и геометрические размеры элементов конструкций. Значения внутренних тепловых проводимостей для бескорпусных ИС и транзисторов берут из справочников или находят с учетом конструкции кристалла и способа его установки на подложке.После построения тепловой модели конструкции на основе принципа электротепловой аналогии составляют тепловую схему, рассчитывают величины тепловых сопротивлений (проводимостей) и в результате преобразования схемы находят температуры или перегревы в нужных узловых точках.2.1.2. Инженерные методики расчета тепловых режимов конструкций МЭАI.

Методика расчета cреднеповерхностной температуры корпуса по методупоследовательных приближений. Исходные данные: длина А, ширина В ,высота Н корпуса блока, εk - степень черноты его поверхности, максимальное значение температуры окружающей среды tCmax .мощность рассеиванияв блоке Р . Степень черноты поверхности определяется по табл.

П1.2.Порядок расчета:1) задают перегрев корпуса UtIK относительно окружающей среды, в первом приближении равный 5...10 °С.2) определяют температуру корпуса в первом приближении:IIt k = t Cm ax + ∆ t k(2.1 )473) находят среднюю температуру tIm между корпусом и средой в первомприближении:tIm = 0,5(tIk + tCmax)(2.2)4) рассчитывают площадь Sк поверхности корпуса:(2.3)SK = 2(AB + BН + АН) м2.5) находят определяющий размер L эквивалентного куба:L=SKмм(2.4 )66) определяют вид теплового потока от корпуса в среду по условию(2.5)UtIk ≤ (840/L)3Если условие выполняется, то существует закон степени 1/4, если нет - тозакон степени 1/3.7) находят по номограммам приложения П6 коэффициент конвекции αк(рис. П6.1 - для закона 1/4, рис.

П6.2 - для закона 1/3) от корпуса в среду ианалогичный коэффициент лучеиспускания (излучения) αк = α'лεк/0,8 (рис.П6.З), где α'л - значение этого коэффициента по номограмме.8) рассчитывают суммарную тепловую проводимость σI∑ от корпуса в средуВТ/0С (2.6)σI∑ = σкк + σкл = (αк + αл)SК9) находят реальный перегрев корпуса UtIkр в первом приближенииUtIkр = p/σI∑10) проверяют условие|UtIkр - UtIk| ≤ 2...3°С.(2.8)11) если условие выполняется, то принимают перегрев корпуса Utk =UtIkресли нет - то проводят расчет во втором приближении, принимая UtIIk==UtIkр и корректируя пп.2)...10). Расчет заканчивается в том приближении,в котором условие (2.8) выполняется.II. Методика расчета cреднеповерхностной температуры корпуса по методутепловых характеристик.