Тема 4 Основы конструирования ФЯ и блоков РЭА (Конспект лекций ОКТРЭС)

14. Основы конструирования функциональных узлов и блоков РЭА4.1 Факторы, учитываемые при конструировании.При конструировании РЭА необходимо учитывать следующие группы факторов (рис.4.1).Системотехнические методы реализации определяют: структуруаппаратуры, ее разбиение на конструктивно законченные части, параметры элементной базы, соотношение наземной и бортовой части, способпредставления информации.Схемотехнические методы реализации определяют: диапазон частот, уровни сигналов, помехоустойчивость, требования к стабильностипараметров элементов и т.д.Технологические возможности производства определяют экономически целесообразную степень интеграции, надежность и стоимостьаппаратуры, массогабаритные характеристики и энергопотребление.Учет технологических возможностей производства особенно актуален для аппаратуры на МСБ, когда уже на ранних этапах разработки аппаратуры необходимо закладывать ограничения, определяемые производством.ЭксплуатационныетребованияСовместимостьс человекомоператоромСовместимостьс объектомустановкиСовместимостьс окружающейсредойОграничения, обусловленныесистемо- и схемотехническими методами реализацииКОНСТРУКЦИЯОграничения, обусловленныетехнологическими методамиреализацииРис.4.1.Тактикотехническиетребования2Совместимость конструкции с человеком-оператором определяет: внешнее оформление конструкции с учетом эргономики.

Совместимость с объектом установки определяет: габаритные показатели составных частей конструкции, которые в свою очередь определяются отводимыми для аппаратуры объемами, накладывают требования к вибропрочности конструкции. Совместимость с окружающей средой определяет требования защиты аппаратуры от внешних климатических воздействий.4.2 Разработка конструкции РЭАИсходными данными для разработки конструкции служат техническое задание и схема электрическая принципиальная. Следовательно,конструктор, приступая к разработке, располагает данными о требованиях к конструкции блока и об элементной базе.Процедуру разработки конструкции блока можно представить решением цепочки следующих связанных между собой задач:- выбор типа конструкции и компоновочной схемы блока;- разукрупнение схемы электрической принципиальной;- разработка конструкции функциональной ячейки;- разработка конструкции печатной платы;- проверка выполнения требований ТЗ к конструкции блока.Рассмотрим более подробно содержание и порядок решения перечисленных выше задач.4.3 Выбор типа конструкции и компоновочной схемы блокаВыбор типа конструкции и компоновочного решения блока обуславливается объектом установки РЭА, видом и интенсивностью воздействия внешних дестабилизирующих факторов.

В свою очередь, тип конструкции в значительной степени определяет свойства внутренней структуры блоков РЭА. Находят применение три основных типа конструкций:разъемная и книжная.Отличительной особенностью разъемных конструкций блоков является использование для организации внутриблочных электрических соединений электрических соединителей "вилка-розетка" и кросс-платы, накоторой размещаются розетки соединителей (рис.4.2). Конструкция обеспечивает высокую ремонтопригодность: неисправная функциональнаяячейка легко вынимается из блока и заменяется на исправную. Однако3наличие электрических соединителей снижает надежность (интенсивность отказов электрических контактов относительно высока) и ухудшаетмассогабаритные показатели блоков.

Конструкция находит применение вбытовой, вычислительной, авиационной и контрольно-измерительной аппаратуре.Рис. 4.2В книжной конструкции блоков функциональные ячейки с помощью шарнирных соединений объединяются в пакет, раскрывающийся ввиде книги (рис. 4.3). Различают конструкции блоков с вертикальной игоризонтальной осями раскрытия. В блоках, выполненных на корпусныхинтегральных микросхемах, несущим элементом конструкции служиткаркас, на продольных центральных связях которого закрепляется кроссплата.Внешние выводы функциональных ячеек соединяются с контактными площадками кросс-платы с помощью гибких плоских проводов(гибкий плоский кабель, гибкий печатный кабель), что позволяет уменьшить массу и габариты блоков и повысить их надежность. Однако этопреимущество достигается за счет снижения ремонтопригодности, особенно на объекте установки, когда оперативное восстановление работоспособности нередко осуществляется путем замены блока.4Книжные конструкции блоков на бескорпусных микросборках выполняются герметичными в металлических коробчатых корпусах.

Функциональные ячейки (одно- и двухсторонняя) часто объединяются в пакетс помощью гибкой матрицы-ремня, которая наряду с функцией электрического соединения ячеек берет на себя функции корешка книги. Герметизация блоков осуществляется, как правило, методом паяного шва.Конструкции книжного типа находят применение в аппаратуре, размещаемой на ракетах, космических объектах и в изделиях, требующихпредельной минимизации массогабаритных характеристик изделия.Рис.4.3Выбор компоновочной схемы производится по результатам анализашести возможных вариантов организации внутренней структуры блока.Полезный объем блока (рис.4.4) можно условно представить в видечетырех объемов: V1 (пакет ФЯ), V2 (электрические соединители и межъячеечный монтаж), hз2 - глубина зоны межъячеечного монтажа, определяемая типом электрического соединителя; V3 (элементы лицевой панелии монтаж установочных элементов), hз3 - глубина зоны лицевой панели,определяемая типом компонентов, устанавливаемых на лицевой панели,способом электрического монтажа компонентов с ФЯ; V4-(эле-менты задней панели, внешние электрические соединители и монтаж); hз4 - глубиназоны задней панели, определяется типами межблочного электрическогосоединителя и элементов, устанавливаемых на задней панели.

Объем блока:Vбл=V1+V2+V3+V4.5Рис.4.4Качество конструкции в большей степени будет зависеть от соотношения объемов V1 и V2. Объем V1 определяется объемом ФЯ, их количеством и шагом установки ФЯ в блоке. Для вариантов, представленныхна рис. 3.4:VVV,V11I,I11III,IV> V1III,IV> V1I,II> V1V,VI> V1Варианты II и VI не обеспечивают необходимые условия для эффективного отвода тепла как при естественном , так и принудительном воздушном охлаждении блока. Для книжных конструкций при естественномвоздушном охлаждении предпочтительнее варианты IV и V, обеспечивающие небольшое количество плат.

При этом в варианте V за счет установки электрического соединителя на короткой стороне ФЯ возможнытрудности при трассировке печатной платы и увеличение паразитныхсвязей печатного монтажа. Вариант IV может использоваться в случаепринудительного воздушного охлаждения при установке вентилятора назаднюю или лицевую панель. Вариант V предпочтительнее при набегающем воздушном потоке снизу.Для разъемной конструкции целесообразно использовать при естественном воздушном охлаждении вариант компоновки III, а при необходимости использования принудительного охлаждения – вариант I.64.4. Разработка конструкции функциональной ячейкиКонструкция функциональной ячейки (ФЯ) должна соответствоватьвыбранному типу конструкции блока. В этой связи различают конструкции ФЯ блоков разъемного, кассетного и книжного типов, имеющие характерные отличительные признаки.Классификация возможных конструкций ФЯ представлена нарис.4.5Конструкция ФЯФЯ для блоковразъемной конструкцииФЯ для блоковкнижной конструкцииРамочноеисполнение ФЯБезрамочноеисполнение ФЯОдностороннеерасположение ЭРЭДвухстороннеерасположение ЭРЭРис.

4.5В зависимости от уровня механических воздействий на аппаратуруфункциональные ячейки могут быть в рамочном или безрамочном исполнении.Несущим элементом конструкции ФЯ на корпусных микросхемахслужит печатная плата, конструкций ФЯ на бескорпусных МСБ - металлическая рамка.Особенности элементной базы (например, тип корпуса ИС) позволяют применить в конструкции ФЯ одностороннее или двухстороннеерасположение элементов.Разработка конструкции ФЯ на корпусных ИС состоит в определении площади и геометрических размеров печатной платы, проверке возможности размещения радиоэлементов на плате, разработке конструкциипечатной платы и определении геометрических размеров ячейки.74.4.1.

Расчет площади и выбор типоразмера печатной платыПлощадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов, находят по формуле:n=Sп л q S ∑ S элi ,i =1где i=1 где qs - коэффициент дезинтеграции площади, Sэл i - установочнаяплощадь i-го радиоэлемента, n - число радиоэлементов.Коэффициент дезинтеграции площади qs обычно полагают равным2...2,5.Установочные площади Sэл i определяют по справочным данным нарадиоэлементы. Количество радиоэлементов n определено результатамиразукрупнения электрической принципиальной схемы РЭА.Согласно ОСТ 4 ГО.010.009 выбор печатных плат ограничиваетсяследующими типоразмерами: 135х110, 135х240, 140х130, 140х150,150х200, 170х75, 170х110, 170х120, 170х130, 170х150, 170х160, 170х200мм.

Для межвидовой унификации ФЯ различных видов аппаратуры широко используют типоразмеры печатных плат, представленные в ОСТ 4ГО.410.224: 170х75, 170х110, 170х150, 170х200, 170х280, 170х360 мм.Вдоль базовой стороны платы (170 мм) устанавливается розетка соединителя СНП34. При использовании платы типоразмера 360х170 мм набольшей стороне (360 мм) устанавливается две розетки соединителяСНП34.Выбор типоразмера платы определяется условием:LxLy ≥ Sпл,где Lx, Ly - линейные размеры платы.4.4.2.