Учебное пособие к практическим занятиям (Учебное пособие к практическим занятиям (М. Н. Ушкар))
Описание файла
Файл "Учебное пособие к практическим занятиям" внутри архива находится в папке "Учебное пособие к практическим занятиям". PDF-файл из архива "Учебное пособие к практическим занятиям (М. Н. Ушкар)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технология эвс" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "технология эвс" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ⎯⎯ • ⎯⎯МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)М.Н. УШКАРКОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВУчебное пособиек практическим занятиямУтвержденона заседании редсовета14 сентября 2006 г.МоскваИздательство МАИ20071УДК: 681.323:629.7(075.8)Ушкар М.Н. Конструирование электронно - вычислительных средств:Учебное пособие к практическим занятиям.
- М.: Изд-во МАИ, 2007 -с:ил.В данном пособии на конкретных примерах излагаются методики инженерной оценки параметров конструкций устройств ЭВС на ранних этапах проектирования и обеспечения помехоустойчивого их функционирования.Предназначено для студентов специальности 21202 "Проектирование и технологияэлектронно-вычислительных средств", выполняющихпрактические занятия по курсу "Конструирование ЭВС", а также курсовые идипломные проекты.Рецензенты: учёный секретарь РТИ им. Академика А.Л.
Минца,д.т.н., профессор А.Б. Шмелёв,Кафедра«Конструированиеисредств» СГАУ.2производстворадиоэлектронныхПРЕДИСЛОВИЕВ процессе создания современной электронно-вычислительной аппаратуры на ранних этапах проектирования большое внимание уделяетсявопросам сравнительного анализа вариантов реализации исходного технического задания, прогнозирования параметров конструкций проектируемых устройств и обеспечения их помехоустойчивого функционирования.Вовремяизучениякурса"Конструированиеэлектронно-вычислительных средств (ЭВС)" при выполнении соответствующих курсовых и расчётно-графических работ студенты должны овладеть практическими навыками инженерного анализа и выбора параметров конструкциймикропроцессоров, запоминающих устройств, аналого-цифровых преобразователей, коммутационных плат; осуществляемых на этапах технического предложения и эскизного проектирования,Основой построения устройств ЭВС являются модули микропроцессора, запоминающего устройства, аналого-цифрового преобразования(АЦП).В данной работе отрабатываются практические навыки инженернойоценки параметров конструкций перечисленных устройств на ранних этапах проектирования.
Проводится сравнительный анализ возможности реализации соответствующих модулей и выбор лучшего из вариантов по критерию минимума общей площади монтажных плат.3I. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР ВАРИАНТАКОНСТРУКЦИИ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.Большое число различных типов БИС запоминающих устройств (ЗУ)и противоречивость требований, предъявляемых к модулям памяти, предопределяют многообразие вариантов их реализации.Рассмотрим задачу прогнозирования параметров и выбора вариантаконструкции ЗУ по критерию минимума общей площади монтажных плат.Исходными данными являются: емкость ЗУ, разрядность операндов, констант, команд и их количество; частота дискретизации входного сигнала,длительность цикла вычисления результата Тц, допустимое значениеудельной мощности рассеивания; возможные конструктивные вариантыреализации модуля ЗУ - печатная плата (одно-, двухсторонняя, многослойная), МСБ (однослойная, многослойная).
Кроме параметров реализации модуля ЗУ задаются также основные характеристики и перечень сериймикросхем полупроводниковой памяти. Этот перечень может быть задан,например, в виде таблице I.4Таблица 1СерияЕмкость, бит Организацияt0, нсPn, Вт Un, В Тип корпусамикросхемОЗУКР132РУ6АI6K16Кх1750,552101.18-1КР132РУ4А1K1Kх1300,452103.16-2КР537РУ8АI6K2Кх81500,15239.24-2КР541РУ2А4К1Кх4900,652108.22-1КР537РУЗБ4К4Кх11500,152107.18-1КР565РУ6БI6K16Кх12200,552103.16-2КР565РУ5Б64К64Кх12200,552103.16-8КР565РУ7В256К256Кх12900,452103.16-8КР565РУ9 Д1024К1024Кх11800,352103.16-86116 (holtek)16К2Кх8700,45PDIP 24 (1)62256 (holtek)1024К128Кх8700,025 3,3;5 PDIP 28ППЗУКР556РТ54К512x8700,95239.24-2KP556PTI24К1Кх4600,752104.18-5KP556PTI74К512x8500,85239.24-2KP556PTI8I6K2Кх8600,95239.24-2KP556PTI664К8Кх8851,05239.24-2K500PT4I61К254x4200,7-5,2238.16—2К573РФ4А64К8Кх83000,452121.28-8К573РФ6А64К8Кх83000,652121.28-6К573РФ81А128K16Кх83500,552121.28-8К573РФ8А256К32Кх83500,552121.28-88K x 321505PDIP 288K x 641505PDIP 281M x 81203PDIP 32256KM27C256B *(ST-microelectronics)512КM27C512 *(ST-microelectronics)8MM27W801 *(ST-microelectronics)*Чертежи корпусов приведены в приложении 15Методика выбора варианта конструкции ЗУ включает следующиеэтапы:1.
Определяется коэффициент распараллеливания ЗУ, обеспечивающий считывание и запись информации в реальном времени:K 1р ≥]N 0t0 / Tц [ ,где ]а[ - ближайшее к а большее целое число; N0 - общее число входных операндов, считываемых из ЗУ (Nвх) и результатов вычислений, записываемых в ОЗУ (Nвых), N0 = Nвх + Nвых; t0 - длительность цикла обращения,под которой понимается либо большее из времен записи или считывания(для ОЗУ), либо время считывания ПЗУ.2. Рассчитывается коэффициент распараллеливания ОЗУ, обеспечивающий временное согласование работы АЦП и ОЗУ, предназначенногодля хранения входного массива:К р2 ≥]t0 / Tд [ ,где Tд - период дискретизации АЦП.Выбираем значение коэффициента распараллеливания:К р ≥ max{K 1p , K p2},3. Число микросхем для реализации одного модуля ЗУ определяетсяпо формуле:⎤ lKE зу ⎡К зу = ⎥ р [x ]⎢,К р Еисзу ⎣⎢⎦⎥ lисзугде Езу - число слов ЗУ; tисзу, Eисзу - разрядность и число слов микросхем ЗУ.4.
Определяется значение общей площади коммутационных плат необходимой для размещения модуля ЗУ. Рассмотрим реализацию модуляЗУ в виде микросборки и функциональной ячейки на печатной плате.4.1. Реализация в виде микросборки. Посадочное место кристаллаограничено контуром, проведенным по внешним сторонам контактных6площадок. Минимальные размеры посадочного места кристалла определяются по формулам:b1 = bкр + 2( a + c )l1 = l кр + 2( a + c ),где bкр, lкр - размеры кристалла; a - сторона квадратной контактнойплощади; с - минимальное расстояние от края контактной площади докрая кристалла.Сравнительные данные посадочных мест кристаллов и корпусированных микросхем приведены в таблице 2 .Таблица 2Число выводовКристалл в ДИП Кристалл в микро-Кристалл на полиимидномкорпусе, ммкорпусе, мм14-1820,5x8,5x3,09x9x2,95,3x6,4x0,842-4860,6x16x3,316,7x16,7x2,97,1x7,1x0,860-6481,5x21x10,720,8x20,8x2,99,5x9,5x0,8но-сителе, ммМинимальные значения шагов установки кристаллов по осям x и y:tymin= b1 +a1 +2d1, tx min = l1 + a1 + 2d1 ,где d1 - минимальное расстояние между двумя контактными площадками;a1 - минимально допустимое расстояние между внешними краямиконтактных площадок.Значение а1 определяет площадь трассировки линий связи на микросборке и задается преподавателем.
Число рядов (mx) и столбцов (my) кристаллов на МСБ рассчитывается из их общего числа (Kзу=mxxmy), при этом7учитывается, что соотношение длины и ширины МСБ, а следовательно, иотношение mx/my предпочтительнее от 1:1 до 1,5:1.Минимальное значение размеров подложки МСБ, необходимой дляразмещения ИС рассчитывают из выражений:Lx = (mx − 1)t x min + l1 + x1 + x2 ,(1)L y = ( m y − 1)t y min + b1 + y1 + y2 ,где x1, x2, y1, y2 - значения краевых полей МСБ, для приближенныхрасчетов можно считать x1≈x2≈y1≈y2 = 0,5 - 1 мм.Площадь подложки МСБ определяют по формулеS = Lx Ly + S тр ,(2)где Sтр - площадь трасс линий связи МСБ;Sтр = (l hтр ) N св ,(3)hтр - шаг трасс (для тонкопленочных МСБ hтр≈0,1 мм, для толстопленочных - 0,3 мм); l - средняя длина линий связи на МСБ l ≈Lx + L y3Nсв - число линий связи на МСБ (Nсв≈КзухM), M - среднее число задействованных выводов одной микросхемы ЗУ).Выбираем ближайший рекомендуемый размер подложки МСБ 60x48,48x30, 30x24, 24x20, 24x15, 20x16, 12x15, 16x15, 15x12, 16x12, 12x12,10x12.
Размеры указаны в мм.4.2. Реализация в виде функциональной ячейки на печатной плате..Минимальные габаритные размеры печатной платы ячейки ЗУ определяютпо формуле, аналогичной (1), принимая во внимание, что: l1, b1, txmin, tymin размеры корпусов микросхем и шаги их установки по осям x, y соответственно; значения l1, b1, txmin, tymin зависят от типа корпуса и среднего числазадействованных выводов [2, приложение 3]; х1,х2 - краевые поля печатнойплаты, зависящие от ее толщины и типа корпуса микросхемы [2, приложение 1]; y1, y2 - краевые поля для размещения соединителя и элементов8контроля и крепления, если они не предусмотрены, то y2≈x1≈x2.
Значенияy1 приведены в [2, приложение 2].Площадь печатной платы ячейки ОЗУ определяется по формуле:S = Lx L y , ,(4)Исходя из принципиальной возможности трассировки сигнальныхпроводников на данной печатной плате, определяется класс точности изготовления платы.Поскольку S тр ≤ S , и принимая hтр=2W, где W – ширина печатныхпроводников, получим:Wmin ≤3S,2( Lx + L y ) • N СВ(5)Из таблицы 3 определяется класс точности изготовления печатнойплаты ( ГОСТ 10317-79) /1/.Таблица 3Размеры элемента для класса точности123450,6 0,45 0,25 0,150,1Наименование элементаШирина проводника, ммРасстояние между проводниками, ммШирина пояска контактнойплощадки наружного слоя, ммШирина пояска контактнойплощадки внутреннего слоя, ммОтношение диаметра металлизированногоотверстия к толщине платы0,60,450,250,150,10,30,20,10,05 0,0250,150,10,050,03 0,0150,50,50,330,330,2Если полученное значение Wmin меньше 0,1 мм корректируется значение площади печатной платы.5.
Удельная рассеиваемая мощность модуля ЗУ:9ПPуд =k ∑ k i pii =1S,где pi - мощность, потребляемая микросхемой i-го типа; k – коэффициент тепловых потерь мощности (k=0,8-0,9), Кi - число микросхем ЗУ i-готипа; П -число типов микросхем.Полученное значение pуд сравниваем с допустимым pд . Если pуд > pд,корректируем значение S:⎛ П⎞S ≥ ⎜ k ∑ K i pi ⎟ / pд⎝ i =1⎠Определив площадь и геометрические размеры печатной платы, выбираем её ближайший стандартный типоразмер.
Для бортовых РЭС в соответствии с ГОСТ 26765.11-86 рекомендуются следующие типоразмерыпечатной платы:125х160, 160Х220, 160Х280, 170Х75, 170Х110,170Х150, 170Х200, 170Х220, 170Х240, 170Х280, 170Х320, 240Х150,280Х160, 360Х200, 360Х280,. Размеры указаны в мм.6. Расчеты по пп.1 - 5 повторяются для возможных типов микросхемЗУ. После проведения вычислений получаем массив значений S. Оптимальным считается вариант конструкции модуля ЗУ, имеющий минимальное значение площади монтажной плат.Пример I. Определить параметрыконструкции модуля ОЗУ реали-зованного на микросхемах КР132РУ6А.Исходные данные: ЕОЗУ 16 Кслов, TЦ = 2 мкс, l = 16, Тд = 1 мкс, N0 =10, рд = 0,06 Вт/см2.Тип конструкции: базова несущая конструкция по ГОСТ 26765.12-86.Тип соединителя: СНП-34-30/449.4Р.1.