Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 19
Текст из файла (страница 19)
По заданной электрической схеме для каждого i^ro микроэлектронного устройства проводится его функционально-конструктивноеразбиение на г ячеек цифрового, п ячеек аналогового и / ячеек силового типов.2. По выбранной элементной базе для каждого типа микросхемы(или типовой МСБ) определяется средняя масса, например для цифровой — m 1, аналоговой — т 2, силовой — m 3.3. Для каждой ячейки 1-го устройства определяются из перечня элементов и паспортных данных число комплектующих микросхем (илиМСБ) и массы навесных ЭРЭ, например для цифровой ячейки соответственно р и т’1, для аналоговой — s и т’2, для силовой — t и m’3.Результаты выполнения пп. 1-3 могут быть сведены в табл.
3.5.4. Рассчитывают активные (полезные) массы микросхем (МСБ) иЭРЭ, входящих в каждую цифровую, аналоговую и силовую ячейки i-гоустройства соответственно:тN1 =рт1+т'1;mN2=sm2+m’2;mN3=tm3+m’3.100Таблица 3.5Тип ячейки ЧислоячеекЦифроваяАналоговаяСиловаяrпlМассамикросхем(МСБ), гЧисломикросхем(МСБ) БФЯМасса ЭРЭ вФЯ, гm1,m2m3Рstm'1m’2m’35.
Определяют массу пакета ячеек 1-го устройства по коэффициентам дезинтеграции массы для выбранных компоновочных схем этихячеек:тпак I =qm[КТЕ-ФЯ]1 mN1r+qm[КТЕ-ФЯ]2 mN2n+qm[КТЕ-ФЯ]3mN3l6. Рассчитывают массу блока i-го устройства с учетомкоэффициента дезинтеграции массы в блоке:mσi=qmФЯ-σmпакi7. Находят суммарную массу микроэлектронных блоков с учетомдезинтеграции массы в комплексе (стойке, шкафу):kmΣ = qm p −k ∑ mσ ii =18. Определяют массы специфических конструкций т сп икабельной сети m б по прототипам или рассчитывают по удельнымкоэффициентам, длине и погонной массе.9. Находит суммарную массу комплекса РЭСmРЭС=mΣ+mСП+mкабПорядок расчета массы комплекса РЭСдля моноблочного метода компоновки (в контейнере)1.По заданной электрической схеме микроэлектронной частикомплекса РЭС проводят функционально-конструктивное разбиениена k панелей.2.
Аналогично изложенному выше определяют средние масm1 ,m2 ,m3,1013. Для каждой i-й панели определяют число микросхем (МСБ) цифрового (р), аналогового (s) и силового (t) типов, а также массу навесныхРЭС; заполняют графы табл. 3.5.4. Рассчитывают активные (полезные) массы микросхем (МСБ) иЭРЭ, входящих в каждую i-ю панель:тNi =рт1 +sm 2 +tm 3 +mЭРЭ5. Находят массу i-й панели с учетом коэффициента дезинтеграциимассы от уровня микросхем (МСБ) к панели:mпi=qm[МСБ-п]mNiгде qm[МСБ-п] = qm[КТЕ-ФЯ] по табл 1,1[10]6. Определяют массу пакета панелейkmпак = ∑ mПii =17.
Рассчитывают массу моноблока микроэлектронных устройств сучетом дезинтеграции массы при корпусировании в контейнер:mΣ=qm[П-К]mпак8. Определяют массы специфичных конструкций т сп и кабельнойсети mкаб9. Находят суммарную массу комплекса РЭС по формуле, приведенной в п. 9 предыдущего порядка расчета.Пример 3.6. Комплекс РЭС бортового типа содержит: специфичноеустройство (зеркальную антенну с приводом) массой т сп = 1357 г, кабельную сеть массой m каб = 150 г, микроэлектронное устройство приема и обработки сигналов, сложность которого определяется 288 цифровыми и 60 аналоговыми интегральными схемами. Блок питания конструктивно выполнен отдельно и имеет массу 150 г. По ТЗ на разработку mрэс≤ 5кг.
В ТЗ на конструирование необходимо указать рекомендуемый метод конструирования микроэлектронного устройства, его частей и их общую компоновку.В качестве I варианта выберем метод конструирования на печатныхплатах с корпусированными ИС. Из цифровых ИС выбираем сериюК561 в корпусе 401.14-2 с массой m t = 1 г.
В одной двухсторонней цифровой ячейке содержится р =36 микросхем, а всего ФЯ r = 8. В нейимеется также по четыре резистора С2-23-0.125 с общей массой 0,6 г ипо три конденсатора К53-28 с общей массой 6,4 г, или масса ЭРЭ в цифровой ячейке m '1= 7 г. Из аналоговых ИС выбрана серия К175 в корпу102се 401.14-3 с массой т 2= 0,9 г. В одной ФЯ пенального типа размещеныs = 6 микросхем, а всего аналоговых ФЯ n =10.
Каждая микросхемаимеет обрамление [9] из трех резисторов С2-23-ОД25 с общей массой0,6 г, четырех конденсаторов (типы К53-28 и КШ-17 с проволочнымивыводами) с общей массой 6,4 г и одной тороидальной катушки с массой 3 г. В итоге суммарная масса ЭРЭ в ячейке m '2 = 6 • 10 = 60 г. Полученные данные сведем в таблицу по форме табл. 3.5:ТипФЯЦифроваяЧисло Массаячеек микросхемы,г81Аналоговая 100,9Число микросхем Масса ЭРЭ вФЯ,в ФЯ367г660Из табл. 1.1 определим для выбранных компоновок ячеек иблокакоэффициенты дезинтеграции:qm[КТЕ-ФЯ] =3.2; qm[КТЕ-ФЯ]2=6.6; qm[КТЕ-ФЯ]3=1.3Рассчитаем активные массы ячеек: m N1 =36•14+7 = 43 г, mN2 == 6 • 0,9+60 = 65,4 г. Определим массу пакета цифровых ячеек т пак = 3,2 • 43• 8 = 1100,8= 1,1 кг, далее массу пакета аналоговых ячеект пак = 6,6 • 65,4 • 10 = 4316= 4,32 кг.
Эти два пакета по функциональномуназначению удобн ее к омп он овать в виде дв ух от дельныхбл ок ов,массы которых соответственно будут m б1 = 1,3 • 1,1 = 1,43 кг и т Б == 1,3 • 4,32 = 5,6 кг. Эти два блока вместе с автономным блоком питаниямогут быть скомпонованы в общей ферме, при этом коэффициентдезинтеграции от блоков к комплексу qm[б-1] =1,2. Тогда масса микроэлектронного устройства и блока питания вмест е с рамой-фермойсоставит m Σ= 1,2(1,43+5,6+ 0,15) = 8,6 кг, а масса комплекса mрэс=8,6+1,35+0,15= 10,1 кг > 5 кг по ТЗ.Рассмотрим II вариант — метод конструирования на металлическихрамках с бескорпусными МСБ. Для цифровых ячеек примемодностороннюю компоновку с восьмью МСБ размерами 24x30 в каждой (р= 8).Каждая МСБ содержит по 12 бескорпусных ИС. Тогда общее числоцифровых ячеек r = 3.
Масса одной МСБ указанного размера из ситалловой подложки m1 = 1,1 г. Общая масса ЭРЭ в цифровой ячейке складывается из тех же элементов, что и ранее, и составляет т’1 = 7 г. В103аналоговых ячейках пенального типа скомпонованы в каждой 5 = 5микросборок размерами 16x30 мм, а в каждой МСБ имеется по три бескорпусные ИС, откуда число ячеек п = 4, Масса одной МСБ т 2 = 1,7 г(с учетом навесных компоненте в). Из навесных ЭРЭ, не устанавливаемыхна МСБ, могут применяться либо пьезофильтры, либо тороидальные катушки, массу которых можно принять для одной ячейки т '2 = 6 г. Полученные данные поместим в рабочую таблицу:Тип ФЯЧисло ячеекМасса МСБ, гЧисло МСБ в ФЯМасса ЭРЭ в ФЯ, гЦифровая31,187Аналоговая41,756Из табл.
1.1 определим для выбранных компоновок ячеек и блокаqm[КТЕ-ФЯ] =7.7; qm[КТЕ-ФЯ]2=11.5; qm[КТЕ-ФЯ]3=3Найдем активные массы ячеек: тN1 =8•1,1 + 7 = 15,8 г; mN2 = 5•1,7+6=14,5г.Определим далее массу пакета ячеек, собранных совместно:mпак=7,7•15,8•3+11,5•14,5•4=1032≈1,03кг. Блок питания может быть собранна силовых МСБ и помещен в общий герметичный моноблок. При этоммасса блока питания может быть уменьшена до 50 г.Тогда общая массамикроэлектронного моноблока составит т б == 3 • (1,03 +0,05) = 3,24 кг, a mРЭС=3,24+ 1,35+ 0,15= 4,74 < 5 кг по ТЗ.Таким образом, для выполнения требования ТЗ по массе необходимо в ТЗК рекомендовать построение микроэлектронной части комплекса в виде моноблока на металлических рамках с бескорпуснымимикросборками.
Поскольку запас по массе практически отсутствует,лучше применять двухстороннюю компоновку цифровых ячеек (см.табл. 1.1).3.9. Распределение ресурса масс и объемов в конструкциях РЭСБудем рассматривать конструкцию как совокупность различных посвоему назначению элементов и компонентов, объединенных общимисвязями. Эти элементы и компоненты подразделяются на три основныегруппы, а именно: полезные (схемные) элементы — группа N, несущиеконструкции — группа Н, монтаж — группа М. В соответствие с этимделением массу и объем любого конструктива РЭС можно записать каксуммы этих величин составляющих групп:104m=mN+mH+mM, V=NN+VH+VM+VВгде V ъ — объем незаполненных элементами и компонентами конструкции воздушных промежутков.
Из приведенных выше выражений, используя общее выражение для удельной массы (m ' = m/V), можно получить уравнение, отражающее распределение ресурса масс и объемовв конструктиве любого уровня:m' = m'NVNVV+ m'H H + m'M MVVVгде т’N m'H , m'M,-удельные массы соответствующих групп элементов икомпонентов, как правило, отражающие плотности материа-лов, изкоторых они выполнены.Само по себе определение удельной массы конструктива, напримерблока или ячейки, не представляет особого интереса для сравнения качества конструкции, так как с ростом интеграции ИС доля полезныхэлементов в общей массе конструкции уменьшается, а доля несущихконструкций и монтажа при существующих методах их изготовленияувеличивается.
Иными словами, увеличение плотности конструкциидостигается не ее компактной компоновкой, а «утяжелением» за счетнесущих и монтажных конструкций в общей массе. Это положение подтверждается усредненными результатами проведенного анализа [10] пораспределению масс и объемов в современных наиболее компактныхконструкциях ячеек и блоков РЭС (табл. 3.6).Используя данные табл.
3.6 и уравнение распределения ресурсамасс и объемов, можно на этапах разработки конструкции более правильно путем расчетов выбрать вид материала несущей конструкции,вид монтажа и компоновочной схемы и др. Покажем это на примерахПример 3.7. В цифровой ФЯ на металлической рамке содержится 8МСБ по 12 ИС в каждой. Требуется выбрать материал рамки. Мощностьпотребления каждой ИС равна 40 мВт, а мощность рассеяния 32 мВт.Тогда ячейка рассеивает мощность 3,07 Вт. Допустимая мощность рассеяния для ячейки равна 60 Вт/ дм3' Тогда объем ее должен быть не менее V≥ 3,07/60 = 0,051 дм3 = 51 см3.
Масса ячейки по ТЗК не должнапревышать 75 г, откуда удельная масса т ' ≤ 75/51 = 1,47 г/см3 . Уточним исходные данные: для ситалловых подложек МСБ рс т = 2,6 г/см3 = т 'N ,плотность стеклотекстолита р сф= 2,47 г/см3 =m’M , из табл. 3.8 имеем 0,18,VN/V=0.18, VH/V=0,24A и VM/V=0,04.Подставляя эти данные вуравнение ресурса масс, получаем, чтоm'H ≤1.47 − 2.6 ⋅ 0.18 − 2.47 ⋅ 0.04= 3.76 г / см30.24105Таким образом, для выбора материала рамки рассчитанадопустимая(не более) плотность этого материала. Из применяемых металловможно рекомендовать алюминиевые (рал = 2,8 г/см3) или магниевые(р мг = 1,8 г/см 3) сплавы, например АМг, В95, МА8 и др.
Выбираемалюминиевый сплав АМг, тогда т 'н=2,8 г/см . Определим реальную величину т ' = 2,6 0,184-2,8' 0,24+2,47- 0,04= 1,24 г/см3, откуда массаячейки при минимально допустимом объеме будет равнат = 1,24 • 51 = 63,24 г < 75 г по ТЗК.Таблица 3.6КонструктивДвухсторонняя ФЯна печатной плате скорпусированнымиИСVN/V VH/V Vм/V Vв/V тN/т тH/т mM/т0,14 0,13 0,1m ',г/см30,63 0,31 0,47 0,22 0,75ДвухсторонняяФЯ на металлических0,18 0,24 0,04 0,54 0,23 0,69 0,08 0,95рамках с бескорпусными МСББлок книжнойконструкции из ФЯ 0,08 0,11 0,06 0,75 0,24 0,55 0,21 0,5на печатных платахсБлок книжнойконструкции из ФЯна металлических0,1 0,2 0,1 0,6 0,15 •0,62 0,23 1,15рамках бескорпусными МСБПример З.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
