Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 6

2.!4. Сформулируем задачу определения оптимальной геометрии блока как задачу геометрического программирования. Длина части линии связи, проходящая внутри типового элемента замены, зависит от качества решения задачи трассировки соединений между микросхемами. В некоторых случаях при размерах типового элемента замены 140 х х 150 мм длина линии снязи в блоке достигает значения 800 мм.

Запишем ее в виде л,р1„тогда (ез. вл = 11 + (з + йтр(т (2.10) где Й,р — коэффициент, учитываюший качество трассировки (при отсутствии ограничений иа длину связей в ТЗЗ й,р ( 4, см. (8)). Объем блока ) а.= 1,1,1, (2.!1) На основании (2.10) и (2.11) целевая функция задачи будет: ппп аз — — ппп (1, + 1, + йтр1,), при ограничении дх = 11(з1тФбл.

Решение задачи дает следующие результаты: минимальная длина линии связи блока (2.12) оптимальное соотношение геометрических размеров блока 11 (з 1т= !. ! '1йтр. (2.13) Выражения для расчета размеров 1„1„1, при заданном значении длины линии свили будут: 1, = 1, = 1„131 (2.14) (2.15) Отметим, что (2.14) и (2.15) совпадают с выражениями, полученными в работе [8). Пример 2.2.

Рассчитать размеры основания панели и платы типового элемента замены и выбрать компоновочную схему панели, Длительность такта синхронизации функционального устройства, которое конструктивно оформляется в виде панели, Тс = 40 ис. Задержка сигнала между наиболее удаленными микросхемами устройства должна составлнть не более 0,18 Те. 15 Р е ш е н и е. Лопустимая эадержна сигнала в линии связи гэ.л.с.поп=о, !8Tе — — 7,2 нс. Считая, что внутрипанельные связи, в том числе и на ТЭЗ, выполнены печатными проводнинами на многослойной печатной плате, примем тэ р = 8 нс/и и рассчитаем допустимую длину линии связи 1 с э, доп = /а,л. с, поп/тэ. р = О, 9 и . По (2.!4) размеры основания панели = /э = 1св/3 = 0,9/3 = — 0,3 м.

Пусть йтр = 2, тогда в соответствии с (2.15) длина ТЭЗ (т = /сэ/6 = 0 9/6 = 0.15 и Расчет ширины платы ТЭЗ и выбор компоновочной схемы панели выполним для двух вариантов соотношения длины ТЭЗ к его ширине 1т/Ьт (см. рис. 2.14). В а р и а н т !. /т/Ьт =- 1. Из выражения (2.!3) имеем 1э '. (т = 1: 0,5, т. е. 1 = 2Ь . Получаем компоновочную схему панели с двумя рядами ТЭЗ. В ар иа нт 2. (т/Ьт 3/2, тогда Ьт = 2!т/3=0,! м.

С учетом 1,/(т = 2 получим 1,: Ьт =- 3: !. В этом случае компоновку ТЭЗ в панели целесообразно выполнить в три ряда. Описи. Размеры основания панели 1, = 1, = 0,3 м, длина ТЭЗ = 0,15 и, ширина Ьт = 0,15 м при двухрядной компоновке и Ь = О,! м— при трехрядной. Выбор компоновочной схемы многорамной стойки (конструкция типа ЕС ЭВМ).

Выше было отмечено, что при одном и том же объеме устройства однорамная конструкция стойки обеспечивает меньшую длину линии связи между наиболее удаленными микросхемами, чем многорамная. Однако при большом количестве оборудования, размещаемого в стойке, размеры платы ТЭЗ могут оказаться слишком большими и не позволят обеспечить механическую прочность и надежность ТЭЗ. В примере 2.1 для устройства объемом 80 000 микросхем подсчитано, что Е! —— 1080 мм.

При однорамной компоновке стойки это значение будет соответствовать длине ТЭЗ, а максимально допустимый размер стороны платы ТЭЗ равен 470 мм. Всвязи сэтим стойки основных устройств универсальных ЭВМ, в которых число микросхем достигает нескольких десятков тысяч, приходится делать многорамными при большом числе блоков в раме. Определим оптимальное соотношение /)/э: Л',: Фэ, где Л/, и д/э— количество вертикальных и горизонтальных рядов блоков в раме; Фз — количество рам в стойке.

Для выбора компоновочной схемы многорамной стойки используем соотношение (2.8), приняв й = 0 на том основании, что связи между блоками являются внутрирамными. Выражение (2.8) примет вид Еэ: Е„: 1., =- 1: 2: 2. (2.16) Запишем Е, = Жэ(П Е„=. /)/э1„Е! =- /)/з1,. Из формул (2.14) н (2.16) имеем 1, = (э/йтр. Подставив в (2.16) выражения для Е„ЕЬ, Еь получим оптимальное соотношение й/,: Л/э: й/э = 1: 2: 2 й,р. (2.17) В частном случае при й,р — — 2 приходим к соотношению, приведенному в работе 18), т. е. л/э: Фэ: л/э = 1: 2: 4. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЭВМ И СИСТЕМ 4 згь СУВВПОКИ Типовые конструкции ЭВМ предназначены для механического крепления и электрической коммутации входящих в ннх конструктивных узлов предыдущих уровней.

В общем случае в типовой конструкции можно выделить следующие составные части: несущие детали типовой конструкции, которые служат для размещения и защиты от внешних воздействий деталей, входящих в данную сборочную единицу; элементы крепления, стыковки и расстыковки типовой конструкции с конструктивным модулем следующего уровня; детали крепления и фиксации конструктивных элементов, входящих вданнуютиповую конструкцию: элементы внешней и внутренней электрической коммутации; лицевую панель; элементы индикации и контроля. В зависимости от уровня конкретной типовой конструкции, назначения и вида ЭВМ некоторые из перечисленных выше составных частей могут отсутствовать.

Субблоки конструктивно объединяют на одной или нескольких монтажных платах исходные схемотехнические компоненты — микросхемы разной степени интеграции и электрорадиоэлементы (ЭРЭ). На субблоках могут размещаться от десятков до сотен микросхем. Различают субблоки каркасного и бескаркасного исполнения. В общем случае субблок включает в себя: каркас, который является несущим элементом; монтажную плату с установленными на ней микросхемами и ЭРЭ; лицевую панель с элементами индикации и контроля; элементы внешней и внутренней электрической коммутации. Каркасные конструкции субблоков применяют в ЭВМ, работающих в условиях интенсивных механических воздействий, нли в многоплатных субблоках. Количество плат в субблоках зависит от объема реализуемой схемы, плотности ее компоновки и допустимых размеров печатных плат. Субблоки рекомендуется делать одноплатными с целью упрощения их конструкции.

Каркасы используются штампованные из стали или литые из алюминиевых сплавов. В бескаркасных субблоках роль несущей детали выполняет сама монтажная печатная плата. Конструкция двухцлатного каркасного субблока разъемного типа приведена иа рис. 3.1. Для фиксации субблока в типовой конструкции следующего уровня (блоке или панели) используются невыпадающне винты 4, расположенные на лицевой панели 3. Вилка разъема 5 осуществляет внешнюю электрическую коммутацию.

Соединения внутри монтажной платы 2 выполняются печатными проводниками. Межплатные связи и связи к вилке разъема осуществляются проводным монтажом от контактных площадок. Каркас 1 данного субблока показан на рнс. 3.2. 27 (пг Рис. Зтд Конструкция каркаса субблока Монтажная плата. Предназначена для установки схемотехнических компонентов и их электросоединения. Основной метод геометрической компоновки микросхем и ЭРЭ вЂ” плоскостной многорядный. Микросхемы со штырьковымн выводами должны устанавливаться с одной сто- Ряс 3.1. Конструкция двухплатного каркасного субблока роны печатной платы (рис.

3.3,а) (см. 116]). Микросхемы с планарными выводами, бескорпусные микросхемы и ЭРЭ допускается устанавливать с двух сторон монтажной платы (рнс. 3.3,б). Внутренние электрические соединения в субблоках выполняются печатными проводниками, допускается использование навесного монтажа. На рис. 3.4 схематично показана печатная плата одноплатного субблока. На плате выделены зона установки микросхем н краевые поля. Краевое поле у, предназначено для элементов контроля и крепления лицевой панели, на поле ут устанавливаются элементы внешней электрической коммутации, краевые поля хт и х, являются конструктивно-технологическими по пим, например, может осуществляться фиксапия в направляющих блока.

Рекомендуемые значения краевых полей: у, ) !О мм, ра ) ) 12,5 мм, хх = ха ) 2,5 мм. Ряс. 3.3. Установка микросхем со штырько- вымн (а) и планарными (б) выводами Рис. 3.4. Схема установки микросхем на пе. чатиоя плате Шаг установки микросхем на печатной плате зависит от размеров нх корпусов, требуемой плотности компоновки, температурного ре>кима н метода разработки топологии печатных плат (ручной или машинный). При соблюдении теплового режима микросхемы рекомендуется ориентировать относительно краевого поля внешней электрической коммутации, как показано на рис.

3.5,а. Для учета направления воздушного потока допускается их поворот на 90' (рис. 3.5,б). Крепление микросхем и ЭРЭ осуществляется в основном пайкой их выводов, причем незадействованные контакты должны запанваться для повышения жесткости крепления. Микросхемы с планарными выиодами можно устанавливать с использованием клея и лака. Их выводы прнпаиваются к контактным площадкам. Корпуса микросхем, устанавливаемые с зазором (рис. 3,6,а), крепятся за счет пайки или приварки выводов к контактным площадкам.

Корпус микросхемы с планарными выводами приклеивается непосредственно на монтажную плату (рис. 3.6,6) илн на прокладку (рис. 3.6,в). 11рокладка может быть из тонкого стеклотекстолита толщиной )> = = 0,3 мм или металлическая (медь, алюминий, их сплавы), й = 0,2 —: —:0,5 мм. Металлическая прокладка служит также в качестве теплоотводящей шины. Для ее изоляции от поверхности печатной платы используют специальную пленку.

При высоких требованиях к постоянству температурного градиента и большой удельной мощности, выделяемой микросхемами, вместо металлических прокладок можно применять металлическую пластинку толщиной 2 мм с окнами для выводов микросхем, Фрагмент такой конструкции показан на рис. 3.7. Гибридные микросхемы повышенной степени интеграции рекомендуется крепить компаундом. Навесные ЭРЭ следует устанавливать в посадочных местах микросхем. Микросхемы со штырьковыми выводами монтируются с зазором 1 —:2 мм, допускается их установка на изоляционных прокладках толщиной 1,5 мм, которые крепятся с й1 корпусах с планарными выводами устанавливаются на плате в соответствии с их разметкой с учетом симметричного расположения выводов относительно контактных площадок (рис. 3.8,в). Контактная площадка или металлизированное отверстие под первый вывод микросхемы должны иметь «ключ».

Габаритные размеры и присоединительные размеры ряда корпусов современных микросхем приведены в (13). Для повышения ремонтопригодности субблоков микросхемы высокой степени интеграции устанавливают в розетку специального Рнс. 3.6. Орвевтапвя мвкросхем относительно выходных контактов без учета направления воздушного потока (а) и с учетом направления воздушного потока (б) Рвс. 3.6.