Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Малая длинаразъемов не позволяет иметь достаточно контактов, что исключает возможность получения функциональнозаконченных узлов. Чрезвычайно большое число контактов приводит к усложнению конструкции разъема.Если на плате можно расположить несколько функциональных узлов, то устройство расчленяют так, чтобыузлы, связанные большим числом соединений, оказались в одной ячейке.Одним из способов уменьшения числа внешних соединений является введение избыточности в ячейки.Пример, который поясняет этот способ, приведен на рис, 8.5,«, где показана схема, содержащая устройствопамяти и счетчик, расположенные в разных ячейках. Для соединения рассматриваемых узлов требуется восемьконтактов. При введении дополнительных инверторов в ячейку памяти (рис.
8.5,6) число внешних контактовуменьшается в 2 раза. Другой критерий расчленения — максимальная повторяемость функций внутри ячейки.Это обеспечивает простоту, максимальную плотность и минимальную площадь монтажных соединений, атакже удобство эксплуатации. Кроме того, при расчленении устройства на ячейки учитывают необходимостьобеспечения минимального времени для диагностики неисправностей.Число микросхем в ячейках должно быть примерно одинаковым, оно определяется размерами ячеек,микросхем и шагом их установки.
Как показывает опыт проектирования с учетом всех перечисленныхфакторов, число микросхем, размещаемых на печатной плате, обычно не превышает 100.Седьмой этап — разработка специализированных микросхем или микросборок (если есть потребность). Приэтом выбирают технологию, размеры подложек, схемы соединений.
Чаще всего специализированныемикросхемы выполняют по гибридной технологии с широким использованием бескорпусных микросхем,транзисторов, диодов, навесных конденсаторов.BBBBBBРис. 8.5. Использование избыточности для сокращения числа внешних соединенииВосьмой этап — конструктивно-технологическая разработка аппаратуры.Задача данного этапа — создание конструкции, которая имела бы минимальный объем, обеспечивала бынеобходимый тепловой режим, кратчайшую длину соединений и малые паразитные взаимосвязи междуэлементами, удобство эксплуатации и ремонта.
При этом должны быть максимально использованыунифицированные и стандартные элементы конструкции, а также типовые технологические процессы.Конструирование аппаратуры как на аналоговых, так и на цифровых микросхемах включает следующиеосновные этапы: разработку топологии печатных плат, размещение на них микросхем, конструирование ячеек иблоков, обеспечение связей между ними. Значение этапа конструирования при построении аппаратуры намикросхемах очень велико, потому что именно такие элементы конструкции, как платы, элементы крепления итеплоотвода, штепсельные разъемы, кабели и т. п., в значительной мере определяют объем и массу аппаратуры.Так, для устройств типа ЭВМ за счет конструктивных деталей число элементов и компонентов в единицеобъема аппаратуры уменьшается в 100 раз и более по сравнению с пчетностью размещения элементов икомпонентов в микросхемах.Вопросам конструирования микроэлектронных устройств, которое значительно отличается отконструирования аппаратуры на дискретных компонентах, посвящен следующий параграф.Процесс проектирования завершают разработкой комплекта рабочей конструктивно-технологическойдокументации, по которой изготовляют опытный образец аппаратуры.Приведем несколько замечаний к основным этапам проектирования аппаратуры на микросхемах.Этапы проектирования, указанные на рис.
8.2, соответствуют в основном созданию аппаратуры средней ибольшой сложности. Для простых устройств последовательность проектирования может быть упрощена,например, могут быть исключены этапы 7 и 8.Показанный процесс проектирования рассмотрен в виде последовательного проведения этапов.
Однакоследует иметь в виду на-чичие многочисленных обратных связей между этапами (рис. 8.2), так что фактическиаппаратуру проектируют путем последовательных уточнений. Например, принципиальную схему,разработанную на пятом этапе могут корректировать после разработки специализиро-ванных микросхем.Введение избыточности, в частности поканально-го резервирования, на четвертом этапе может вызватьизменение структурной схемы аппаратуры и необходимость возврата ко ВТОРОМУ этапу После разработкифункциональной схемы может также измениться и серия для реализации устройства. Таким образом, поопесспроектирования электронной аппаратуры на микросхемах достаточно сложен и связан с оценкой и сравнениеммногочисленных вариантов.
Особенно трудоемки этапы выбора элементной базы учетом конструктивнотехнологическихфакторов,разработки(Ьунгционачьнойсхемы,проектированиямикросхемспециализированного применения, конструктивно-технологической разработки аппаратуры.Таблица 8.2этапаСодержание этапаОперация, рыггллняемая с помощью ЭВМ1Разработка требований кпроектируемой.аппаратуре—2Разработка структурнойсхемыМоделирование при проверке структурнойсхемы3Выбор элементной базыЧастные задачи, например выбор серии истепени интеграции, в том числе и с учетомконструктивно-технологических факторов дляустройств типа ЭВМ4Разработка функциональной схемыСинтез функциональных схем на заданныхлогических элементах5Построение принципиальных схемПереход от функциональной к принципиальнойсхеме.
Моделирование схемы6Расчленение аппаратуры Выбор геометрических размеров ячеек и блоков.на ячейкиРаспределение микросхем по печатным платамс учетом минимальной длины соединений7Разработка специализированных микросхем и ммкросборокРазработка логической и принципиальной схем,расчет параметров элементов, проектированиетопологии, разработка тестов для проверки, создание конструкторской документации8Конструкторско-технологическая разработкаПроектирование печатных плат, трассировкасоединений, разработка тестов для проверки,создание конструкторской документацииСложность и трудоемкость процесса проектирования микроэлектронных устройств привели кнеобходимости перехода от общепринятых эмпирических приемов конструирования, зачастую опирающихсяна субъективные оценки и интуитивные соображения разработчиков, к более рациональным методам,основанным на использовании ЭВМ.В табл.
8.2 показаны операции, выполняемые в настоящее время с помощью ЭВМ.Полностью автоматизировать процесс проектирования аппаратуры пока не представляется возможным,однако для наиболее трудоемких этапов (5, 6, 8) существуют системы комплексной автоматизации, начиная отпостроения принципиальной схемы до представления топологии печатных плат я всех соединений в виде чертежей, а также соответствующего кода на носителях информации (перфоленты, перфокарты) для последующегоавтоматического изготовления фотошаблонов, которые используются для металлизации и диффузии.Применение ЭВМ дает большой выигрыш во временя и в качестве проектирования. Например, даже припостроении сравнительно простой печатной платы с 32 микросхемами получен выигрыш во времени в 40 раз, ав длине проводников, что существенно для быстродействия, в 2 раза.Проектирование аналоговой аппаратуры имеет ряд особенностей, основными из которых являютсяследующие.
При построении аналоговой аппаратуры используют более широкую номенклатуру микросхем,чем в цифровых устройствах. Это обусловлено в первую очередь большим многообразием функций,выполняемых аналоговой аппаратурой и ее узлами. Указанная особенность определяет необходимостьширокого использования микросхем специализированного применения и микросборок, разработанных с учетомспецифики проектируемых устройств.Аналоговые микросхемы в отличие от цифровых характеризуются большим числом параметров.
Всправочных данных, как правило, приводится ограниченное число параметров, соответствующих главнымобразом одному из частных вариантов использования микросхем. Поэтому при проектировании новойаппаратуры нередко требуется дополнительная информация о параметрах микросхем. Например, дляиспользования преобразователя частоты 2ПС351 в приемных устройствах, кроме приведенных в справочникахданных, необходимо знать следующие параметры: крутизну преобразования на различных частотах,коэффициент подавления напряжения гетеродина, коэффициенты шума и нелинейных искажений, динамический диапазон и т.
п.Информация, недостающая для проектирования, может быть получена экспериментальным или расчетнымпутем.Недостаток информации о параметрах аналоговых микросхем часто создает затруднения при решениивопросов выбора элементной базы, а также согласования микросхем между собой и с другими элементамисхемы. Эти затруднения наиболее заметны при использовании микросхем различных серий. Поэтому длярешения вопросов согласования и выбора режима работы микросхем широко используют макетированиеотдельных узлов аналоговой аппаратуры, а также их моделирование на ЭВМ.К стабильности и разбросу параметров аналоговых микросхем предъявляют более жесткие требования, чемк цифровым микросхемам. Указанную особенность необходимо учитывать на этапе выбора серии микросхемдля реализации проектируемого устройства.В аналоговой аппаратуре шире, чем в цифровой, применяют навесные дискретные компоненты.
Причинамиэтого являются ограниченные возможности изготовления конденсаторов и катушек индуктивности винтегральном исполнении, а также необходимость использования микросхем на различных частотах, с разнымивидами нагрузки и напряжения питания. Особенно широко используют дискретные компоненты суниверсальными микросхемами,8.2. ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ НА МИКРОСХЕМАХРассмотрим теперь более подробно те элементы конструкции и процессы создания аппаратуры, которыеспецифичны для микроэлектронных устройств, в частности многослойные печатные платы, а также вопросыкомпоновки узлов, ячеек, блоков и обеспечения необходимого теплового режима.Печатные платы для установки микросхем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
