Конструирование элементов, узлов и устройств эа
Лекция № 8. Конструирование элементов, узлов и устройств ЭА.
Для того, чтобы снизить затраты на разработку, изготовление и освоение производства ЭА, обеспечить совместимость и преемственность аппаратных решений при одновременном улучшении качества, увеличении надежности и срока службы применяют модульный принцип конструирования. Под этим принципом понимают проектирование изделий ЭА на основе конструктивной и функциональной взаимозаменяемости составных частей конструкции – модулей.
Модуль – составная часть конструкции, выполняющая в конструкции подчиненные функции, имеющая законченное функциональное и конструктивное оформление и снабженная элементами коммутации и механического соединения с подобными модулями и с модулями низшего уровня в изделии.
Модульный принцип конструирования предполагает разбивку электронной схемы ЭА на функционально законченные подсхемы, выполняющие определенные функции. Эти подсхемы разбивают на более простые и так до тех пор, пока электронная схема изделия не будет представлена в виде набора модулей разной сложности, а низшим модулем не окажется корпус микросхемы. Модули одного уровня объединяются между собой в ЭА на одной конструктивной основе (несущей конструкции).
Возможен другой подход к конструированию, когда частям функциональной схемы изделия ставятся в соответствие схемы выбранной серии ИМС, а электрическая схема изделия «покрывается» электрическим схемами ИМС. При этом отдельные части схемы могут оказаться непокрытыми ИМС существующих серий, тогда такие подсхемы реализуются дискретными ЭРЭ. В результате будет получен набор ИМС и ЭРЭ, реализующий схему изделия. Эти корпуса и ЭРЭ устанавливаются и коммутируются между собой в модулях следующего уровня иерархии, которые устанавливаются и коммутируются в модуле более высокого уровня и т.д. В зависимости от сложности проектируемого изделия будет задействовано разное число уровней модульности. При выборе числа уровней модульности проводится типизация модулей, т.е. сокращение их разнообразия и установление таких конструкций, которые выполняли бы самые широкие функции в изделиях определенного функционального назначения.
Выделяется четыре основных и два дополнительных уровня модульности. Под основными понимаются уровни модульности, широко применяемые в различной аппаратуре, под дополнительными – используемые в специальной аппаратуре и не всегда. Иерархия модулей и их установка приведены на рис. 8.
Модулем нулевого уровня является электронный компонент, т.е. ЭРЭ или ИМС.
Модулем уровня 0,5 является микросборка, состоящая из подложки с размещением на ней безкорпусными микросхемами. Межмодульная коммутация обеспечивается введением по периферии подложки контактных площадок. Модуль вводится для увеличения плотности компоновки аппаратуры.
Модуль первого уровня – типовой элемент замены (ТЭЗ) – представляет собой печатную плату с установленными на ней модулями нулевого уровня и электрическими соединениями.
Рекомендуемые материалы
Рис. 8. Конструктивная иерархия и входимость модулей:
1 – микросхема; 2 – бескорпусная микросхема; 3 – микросборка; 4 – типовой элемент замены (ТЭЗ); 5 – блок; 6 – рама; 7 – стойка.
Модуль второго уровня – блок, основными конструктивными элементами которого является панель с ответными соединителями модулей первого уровня. Межблочная коммутация выполняется соединителями, расположенными по периферии панели блока. Модули первого блока размещаются в один или несколько рядов.
Модуль уровня 2,5 представляет собой раму, в которой размещаются 6-8 блоков. Рама применяется в стоечной аппаратуре, использующей небольшие по размерам модули первого уровня.
Модуль третьего уровня – стойка, в которой устанавливаются блоки или 2-3 рамы.
Модульный принцип конструирования предусматривает несколько уровней коммутации:
уровень 0,5 – электрическое соединение вводов бескорпусных микросхем пленочными проводниками;
1-й уровень – коммутация печатным и (или) проводным монтажом электронных компонентов на плате;
2-й уровень – коммутация печатным или объемным монтажом ответных соединителей модулей первого уровня в блоке;
уровень 2,5 – коммутация блоков в раме проводами, жгутами или кабелями;
3-й уровень – электрическое соединение блоков или рам в стойке и стоек между собой жгутами и кабелями.
При разработке структурных и функциональных схем необходимо удовлетворить следующим требованиям:
· функциональной законченности, когда выделяемая подсхема должна обладать необходимой полнотой и выполнять частные функции по приему, обработке, хранению и передаче информации;
· минимизации внешних подсхем, либо, если электрические соединители модулей заданы, чтобы число внешних связей не превысило число контактов соединителей;
· максимального заполнения отводимого конструктивного пространства модулями;
· компоненты подсхем должны рассеивать приблизительно одинаковые мощности во избежание местных перегревов;
· компоненты подсхем не должны быть чрезмерно чувствительными к электрическим, магнитным и электромагнитным помехам и не должны создавать чрезмерных помех сами.
Ускорение разработки и производства аппаратуры, увеличение ее серийности, снижение стоимости можно достигнуть унификацией, нормализацией и стандартизацией основных параметров и типоразмеров печатных плат, блоков, приборных корпусов, стоек, широким применением модульного принципа конструирования. В основе стандартизации модулей и их несущих конструкций лежат типовые функции электронных схем. Для использования при проектировании модульного принципа разработаны ведомственные нормали и государственные стандарты, устанавливающие термины, определения, системы типовых конструкций модульных систем.
Бесплатная лекция: "16 Становление византийской православной государственности" также доступна.
Базовым называется принцип конструирования, при котором частные конструктивные решения реализуются на основе стандартных конструкций модулей или базовых конструкций, разрешенных к применению в аппаратуре определенного класса, назначения и объектов установки. Базовые конструкции не должны быть полностью конструктивно завершенными, необходимо предусмотреть возможность их изменения для создания модификаций аппаратных решений. Иерархическое построение базовых конструкций с гибкой структурой и числом уровней не более четырех является вполне достаточным для разработки ЭА любой сложности.
При стандартизации параметры конструкции объединяются в параметрические ряды, характеризующихся совокупностью числовых значений на основе принятых градаций и диапазонов. Оптимальными с позиций стандартизации следует считать ряды, обеспечивающие наибольший экономический эффект от их использования и опережающую стандартизацию, т.е. сокращение объема работ, связанных с пересмотром стандартов и их модернизацией.
Примером стандартизации может служить система несущих конструкций, разработанная в 70-х годах и получившая название «Евромеханика». Эта система применяется в технических приложениях при разработке аппаратуры для производства, транспорта, телекоммуникаций, в военной сфере. В частности в качестве стоек серверов.
Базовым размером системы «Евромеханика» является ширина передней панели блоков (19”= 482,6 мм). Высота блоков определяется единицами U= 1,75” = 44,45 мм. Блоки могут быть разными по высоте от 1U до 6U. Глубина печатных плат может изменяться от 100 мм с шагом 60 мм, а высота – также от 100 мм, но с шагом 1U.
Блоки являются основной частью конструктивов системы «Евромеханика». В них устанавливаются платы ячеек, модулей, типовых элементов замены, источники электропитания и другие модули как с лицевой панелью, так и с защищенным кожухом.
Каркасы блоков состоят из двух боковых панелей и нескольких (минимум четырех) поперечных стяжек, к которым с шагом 1НР= 0,2”= 5,08 мм крепятся направляющие. Направляющие устанавливаются по мере необходимости. Минимальное расстояние между соседними направляющими составляет 3НР. Таким образом, в блок размером 19” можно установить не более 21 модуля.
