Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 11
Текст из файла (страница 11)
После выбора направления конструирования и анализавозможностей разбиения электрической схемы всего устройства наблоки необходимо определить, сколько содержится (или будет содержаться) в электрической принципиальной схеме каждого блока корпусированных ИС или бескорпусных МСБ; при этом надо учесть, что наплощади 24x30 мм тонкопленочной подложки возможно разместить порядка 12 бескорпусных ИС.Выбор элементной базы является одним из главных этапов обеспечения качества изделия. В ряде случаев этот выбор может быть сделаниз широкого круга представленной номенклатуры элементов и осуществлен с помощью критерия предпочтения.
В других случаях, в особенности в диапазоне КВЧ, этот выбор весьма узок, поэтому может случиться, что по электрическим параметрам активные элементы удовлетворяют разработчика, а по условиям работы — не удовлетворяют. Тогдаконструктору предстоит обеспечить этим элементам нормальные условия функционирования за счет принятия соответствующих конструктивных решений, например улучшение теплоотвода от мощных транзисторов СВЧ введением брокеритовых вставок (разд.
3.5).Анализ конструктивных аналогов и выбор прототипа выполняется сцелью представления конструктору образа будущего изделия и выборавсего самого ценного из ранее сделанного в конструкции. В качествеконструкторских аналогов в соответствии с ГОСТ 2.116-81 надо выбирать изделия, имеющие то же функциональное назначение и соответствующее лучшим отечественным и зарубежным аналогам. Из всех аналогов выбирают наиболее подходящий прототип, по функциональными материальным показателям которого можно рассчитать удельные коэффициенты (разд.
1.1) и далее использовать их для оценочных расчетов масс и габаритов разрабатываемого изделия.Выбор метода конструирования во многом определяется назначением иусловиями эксплуатации изделия. Как известно [10], одним из общих методов конструирования является модульный (или базовый), основанный на принципах функциональной и размерной взаимозаменяемости, схемной и конструктивной унификации. На его основе былиразработаны унифицированные функциональные узлы, микромодули,ин56тегральные схемы (разд. В.2), а с введением базовых несущих конструкций (БНК) — многие конструкции современных ЭВМ, самолетных РЭСи др.
Этот метод может быть рекомендован для РЭС наземного использования многоблочных конструкций. Иногда неправильно считают, что»для бытовой радио- и электронной аппаратуры, такой как телевизионные приемники и калькуляторы, этот метод наиболее приемлем с использованием БНК. По-видимому, БНК тут ни при чем, а на первыйплан должны быть выдвинуты требования эргономики и дизайна.При конструировании бортовых РЭС, например ракетных, космических, для которых предъявляются жесткие требования к массе, габаритам и форме, отраслевая унификация вряд ли приемлема.
Поэтому вэтих конструкциях наблюдается четко выраженная как схемная, так иконструктивная специфика методов конструирования. Однако при выборе компоновки можно различать два основных метода: блочный ифункционально-узловой (объемная и планарная компоновка). Для самолетных РЭС нетранспортной авиации характерна моноблочная компоновка устройств по «разбросанному варианту» в пределах фюзеляжа,а для транспортной авиации — в стойках по функционально-узловомуметоду. Для ракетных РЭС практически всегда применим функционально-узловой метод с компоновкой в контейнерах, для космическихаппаратов — комбинированный.
После выбора метода конструирования, зная состав каждого блока или устройства, инженеры-конструкторы КБ выбирают варианты компоновочных схем ФЯ, а далее блоков икомпонуют их в общих несущих конструкциях. При этом разрабатывается эскизная проектная документация на изделия в виде сборочныхчертежей и спецификаций. При ее разработке учитываются ранее выявленные требования на условия эксплуатации, электромагнитную совместимость, форму, массу, габариты и др.Конструкторские расчеты позволяют получить ответ на следующиевопросы: удовлетворяет ли разработанная конструкция требованиямвибро- и ударопрочности, нормального теплового режима.
Допустимыхмассы, габарита, соответствует ли мировым стандартам по показателям качества или нет. Если хотя бы по одному из параметров расчет неподтверждает допустимой величины, то конструкция должна быть переработана. Если же при расчетах выявляются чрезмерные запасы по параметрам, то и в этом случае конструкция требует изменений, напримеруменьшения массы за счет неоправданного увеличения ее жесткости.Оптимизация (синтез) конструкции подразумевает выявление средигруппы показателей качества конструкции наиважнейшего — целевойфункции — и перевод всех остальных параметров в разряд ограниченийили условий. С помощью известных методов оптимизации определяют оп57тимальное значение целевой функции и по ней корректируют все параметры конструкции, после чего разрабатывают рабочую документацию.Выбор элементной базы и материалов конструкций РЭС проводитсяпо критерию предпочтения [13]mQ j = Σ ϕ iα i , Σϕ i = 1(3.1)i =1где т — число параметров компонента (материала);φi— коэффициент значимости («веса») i-ro параметра, i = 1,2, ...,m; ai ,- — нормированный параметр компонента (материала).Если рассматриваются по критерию предпочтения/ вариантов длявыбора из них предпочтительного, то значения критерия предпочтениядля каждого варианта оцениваются по формулеmQ j = Σ ϕ iα ij = 1(3.2)i =1где аji — нормированный параметр i относительно одного из выбранных вариантов/ (или значения параметра заданного ТЗ на проектирование),aj= 1,2, ...,n.Коэффициенты значимости определяются методом экспертныхоценок по результатам небольшой статистической совокупности данных, полученных путем опроса k специалистов данного профиля конструирования конкретного класса РЭС.
Известными способами обработки статистических данных определяют среднее значение φ i,. и среднеквадратичное σφi ; при этом те значения φ ik> которые лежат за пределами ± 3 σφi , отбрасывают и снова определяют φ i,. которые и используют в дальнейших расчетах. Для нахождения нормированных значений параметров аji , вначале составляют матрицуx11 x12……..x1i……..x1m…………………………| | | X | | xj1 xj2……..xji……..xjm…………………………xn1 xn2……..xni……..xnmГде хij – справочныеданные на i-й параметр в j–ом варианте58Поскольку с увеличением одних параметров качество изделия улучшается, а с увеличением других — ухудшается, то последние преобразуются в обратные величины и составляется матрицаy11 y12……..y1i……..y1m…………………………|||Y||yj1 yj2……..yji……..yjm…………………………yn1 yn2……..yni……..ynmв которой для первых параметров приняты уij =хij а для вторых (ухудшающих качество) — уij = 1/хijПри оценке сравнения вариантов по качеству можно остановитьсяна этой второй матрице и по формуле (3.2), заменив уij на аij „, рассчитать Qj,.
Вариант, обладающий большим значением критерия качества,будет предпочтительным. Можно также продолжить вычисления, введя матрицуa11 a12……..a1i……..a1m…………………………| | | A | | aj1 aj2……..aji……..ajm…………………………an1 an2……..ani……..anmгде aij , = (уj max,- уij ) /уj max, , уi max, — максимальное значение параметраi в матрице | | Y | | для j-го варианта (столбца матрицы).Чем ближе y jj, к уj max, тем ближе этот вариант к высокому качеству, разность же (числитель) aij .
будет меньше, следовательно, и самозначение Qj получится меньше. Поэтому предпочтительным вариантомнадо считать тот, у которого величина Q будет минимальной.Пример 3.1. Пусть задано спроектировать ЭВМ, к которой предъявляются основные требования по минимально возможной массе т , высоким быстродействию и надежности. Для серий логических ИС главными паспортными параметрами являются: 13 — время задержки сигнала, ипх — напряжение помехи (уровень статической помехоустойчивости тем выше, чем больше это значение), P0 (I0) — потребляемая мощность (ток), п — коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная59способность), масса корпуса т к. В табл.
3.1 представлены исходныеданные для выбора предпочтительного варианта из нескольких серийИС, а также коэффициенты значимости параметров.Таблица 3.1Серия ИСК155К134К531К555Ф,-tз, нсипх ВI0,мАтк, г1160 ... 100520 ... 350,350,40,30,50,50,211 ...50(1... 3)10-33040,11,2I1,01,01 ... 1,20,35Запишем матрицу ||X||:tз,ипхI0,mк,110.4501.2| | | X | | 100 0.33·10-3 1.050.5301.0350.541.0Далее составим матрицы ||Y||и||A||:0.090.4 0.02 0.8| | | Y | | 0.010.33330.20.53.33 10.030.50.25 10.550.210.8| | | A | | 0.950.400000.9900.8500.99901Рассчитаем показатели Q для этих вариантов:Q1 = 0,35• 0,55+ 0,2 • 0,2+0,1 • 1 + 0,35-0,2=0,4025,Q2 = 0,35•0,95+ 0,2•0,4 = 0,4125,Q 3 = 0,1•0,99=0,099,60Q 4 = 0,35 • 0,85 + 0,1 • 0,999 = 0,3974.Таким образом, третий вариант (серия К531) — предпочтительнее.Аналогичным образом можно выбирать материалы печатных плат,корпусов, рамок, а также типы ЭРЭ, если среди многих их характеристик выбрать наиболее влияющие на качество РЭС, например на жесткость и прочность несущих конструкций, надежность, стабильность иточность ЭРЭ и т.п.3.2.
Конструирование цифровых функциональных ячееки блоков на печатных платахКонструкции цифровых РЭС, выполненные на печатных платах, относятся к конструкциям III поколения, достоинства и недостатки которых были рассмотрены в разд. В. 2. Здесь же отметим основные особенности конструктивов ячеек и блоков этого поколения для цифровыхРЭС и связанные с ними правила конструирования.Первой особенностью этих конструктивов является регулярностькомпоновки, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
