УП Констр РЭС КП и ДП 2007_ (560572), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Принятые в результате анализа ТЗ техническиерешения в процессе проектирования детализируются и уточняются.3.2 Конструкторско-технологический анализ электрическойпринципиальной схемыЦелью конструкторско-технологического анализа электрической принципиальной схемы является установление соответствия между схемотехническим построением изделия, элементной базой и требованиями ТЗ к параметрам изделия и условиям его применения.Конструкторско-технологического анализ схемы целесообразно начинать с изучения принципа работы изделия, что необходимо для принятияобщего конструкторского решения и выявления функциональных особенностей изделия, влияющих на частные конструкторские решения. В результатеизучения принципа работы устанавливают частотные свойства отдельныхузлов, необходимость применения экранирования; выясняют, имеются литеплонагруженные элементы и элементы, требующие особых способов монтажа и закрепления и др.12После изучения принципа работы изделия выполняют анализ элементной базы с целью установить соответствие радиоэлементов требованиямусловий эксплуатации и заданным массогабаритным характеристикам проектируемого изделия.
Для этого составляют таблицу допустимых значенийэксплуатационных характеристик радиоэлементов, в которую заносят предельные значения рабочей температуры, относительной влажности, вибраций, ударов, линейных перегрузок и интенсивности отказов. Анализ таблицыпозволяет ответить на поставленные вопросы и одновременно произвестиоценку схемной надежности изделия; Если некоторые радиоэлементы несоответствуют условиям эксплуатации изделия, то разработчик может выдвинуть требование о применении в конструкции виброизоляции, термостатирования, герметизации и т.д.
В отдельных случаях может быть поставленвопрос о пересмотре элементной базы.Известно [1] , что между материальными показателями элементной базы и конструкции существует прямая связь. Материальные параметры конструкции зависят также от значений функциональных показателей. Поэтому,располагая данными об элементной базе и функциональных параметрах изделия, приведенных в ТЗ, можно проверить, выполнимы ли требования кмассогабаритным характеристикам изделия при заданном схемотехническомпостроении.Для решения данной задачи используются коэффициенты дезинтеграции массы qm , объема qv , и площади qs , плотность упаковки элементов γ,эл/см3 , плотность конструкции т0 , кг/дм3 , коэффициенты связи функциональных и материальных параметров k0 .Через известную массу элементов mэл можно определить массу конструкции:mk=qmmэл .Зная плотность конструкции т0 , легко определить объем:Vk = mk/m0 .Масса и объем конструкции могут быть найдены с использованиемдругих исходных данных, например, суммарного объема элементов Vэл,числа элементов Nэл.
ТогдаVk=qvVэл, Vk=Nэлγ, mk=Vkm0 .Если известны коэффициенты связи функциональных и материальныхпараметров конструкции, то масса конструкции13mk=k0F ,где k0 - коэффициент связи доминирующего функционального показателя Fс массой конструкции.Более подробно вопросы ориентировочных оценок массогабаритныхпоказателей изделий изложены в [1]. Значения коэффициентов дезинтеграции и плотности для некоторых конструкций РЭС приведены в приложении 4.Последней задачей конструкторского анализа схемы электрическойпринципиальной является разукрупнение схемы, т.е. выделение в схеме конструктивно и функционально законченных структурных технологическихединиц (КТЕ). Принципы разукрупнения схем и порядок решения задачирассмотрены в разделе 4.6.3.3 Разукрупнениe электрических схем РЭСИсходя из многоуровневого принципа построения конструкций РЭС,структурная схема разукрупняется (разбивается) на конструктивные уровни,каждому из которых соответствует конструктивно-технологическая единица(КТЕ).
Количество уровней КТЕ определяется функциональной сложностьюпроектируемого изделия. Низший уровень КТЕ конструкций РЭС на корпусных ИС обычно представлен функциональным узлом (функциональнойячейкой), в конструкциях РЭС на микросборках - бескорпусной микросборкой.Независимо от назначения и функциональной сложности изделия разукрупнение имеет ряд общих принципов, главными из которых являются:• функциональная законченность КТЕ;• максимальная повторяемость КТЕ в проектируемом или других изделиях;• увеличение в пределах технологических и экономических ограничений функциональной сложности КТЕ низших уровней;• минимизация числа внешних выводов КТЕ;• конструктивная, технологическая, тепловая и электромагнитная совместимость КТЕ.Смысловое содержание перечисленных принципов говорит об их тесной взаимосвязи и, в известной мере, о равнозначности. Приоритет того илииного принципа определяется исходными предпосылками задачи разукрупнения, а именно, требованиями ТЗ к изделию.Наиболее часто встречаются два варианта формулировки этих требований:• в ТЗ оговариваются допустимые значения массогабаритных показателей конструкции;14• при заданных массогабаритных показателях конструкции указывается на необходимость использования базовых несущих конструкций (базовыйпринцип конструирования).В первом случае при решении задачи разукрупнения предпочтение отдается принципу функциональной законченности КТЕ, во втором - принципу конструктивной совместимости КТЕ с базовыми несущими конструкциями.
Таким образом, задача разукрупнения одновременно имеет и схемотехническое, и конструкторско-технологическое содержание.При решении задачи разукрупнения следует рассмотреть нескольковозможных вариантов деления схемы на КТЕ. Каждый из вариантов анализируется с позиций соответствия перечисленным выше принципам и сопровождается расчетом критериальной оценки. Такими оценками могут служитьсоответствующие каждому варианту ожидаемые материальные показателиконструкции и формализованные показатели качества разукрупнения.Известно, что для любой конструкции РЭС распределение массы можно представить следующим уравнением:mk = mэл + mнк + mТ ,где в правой части – составляющие массы элементов, несущих конструкций,соединений и теплоотвода.Не зависит от варианта разукрупнения масса элементов, другие составляющие будут существенно изменяться.
В частности, масса несущих конструкций mнк будет зависеть от размеров и формы корпуса, числа и размеровкоммутационных (печатных) плат. Масса электрических соединений, в своюочередь, зависит от количества плат, количества соединителей, длины электрических соединений. Лучшему варианту разукрупнения РЭС должна соответствовать меньшая масса изделия mk.Объем конструкции Vk определяется размерами и формой корпуса и,следовательно, количеством и размерами плат КТЕ.Общую площадь коммутационных плат можно представить соотношением Sпл= Sр + Sв .
где Sр – рабочая площадь, на которой размешаются радиоэлементы и проводники; Sв – вспомогательная площадь (краевые поля,элементы закрепления платы, рамки и т.д.). Легко убедиться, что при выбранном конструктивном оформлении с ростом числа КТЕ составляющая Sва следовательно, и Sпл будут возрастать, а отношение Sр/Sв -ухудшаться.Таким образом, названные материальные параметры конструкций (mk,Vk, Sпл ) могут эффективно использоваться в виде критериальных количественных оценок качества разукрупнения электрических схем на КТЕ. Оценкиявляются противоречивыми, поэтому лучший вариант разукрупнения выби15рают по заранее выбранному критерию или расчету комплексной оценки(3.2) по совокупности критериев.Формализованной оценкой качества разукрупнения электрическихсхем служит показатель разукрупненияПр = Nв/Nc ,(3.3)где Nв – число вентилей (p-n переходов) в КТЕ, Nc - число внешних электрических соединений.Лучшему варианту разукрупнения соответствует большее значение показателя.При использовании (3.3) параметр Nв можно заменить числом эквивалентных дискретных элементов Nэл = Nдэ + Nиэ, где Nдэ – количество дискретных навесных элементов (компонентов) в КТЕ, Nиэ – количество интегральных элементов на кристалле или подложке микросхемы.3.4 Выбор и оценка технического решенияПринятие в процессе проектирования любого технического решения(выбор элементной базы, радиотехнических и конструкционных материалов,структуры изделия или в общем случае некоторого объекта) основано наанализе и оценке возможных решений и выборе лучшего.
Ввиду того, чтотехническое решение (объект), как правило, характеризуется совокупностьюотдельных (дифференциальных) параметров, то его оценка производится спомощью комплексного показателя качества.Комплексный показатель качества для каждого объекта записывается ввиде:nQ = ∑ ϕiα i* ,(3.4)i =1где φi - весовые коэффициенты, определяющие значимость дифференциаль-ных показателей качества; αi* – нормированные значения показателей качества; n – число дифференциальных показателей качества.Для вычисления значения Q по выражению (3.4) необходимо:• -обосновать группу объектов, из которых производится выбор, идифференциальные показатели качества α1, α2,…, αn;• -привести влияние дифференциальных показателей на качество объекта к одной тенденции: повышения или понижения качества;• -произвести нормирование дифференциальных показателей;• -обосновать значения весовых коэффициентов.16Выбор дифференциальных показателей качества αi, в число которыхмогут входить функциональные и материальные параметры объекта, производится в интересах обеспечения требований ТЗ к показателям качества проектируемого изделия.Приведение влияния выбранных дифференциальных показателей накачество объекта к одной тенденции состоит в замене на обратные величиныпоказателей, воздействие которых на качество объекта противоположнобольшинству дифференциальных показателей.Нормирование дифференциальных показателей может быть выполненопо следующим соотношениям:αi* = (αimax – αi) / αimax ,(3.5)αi* = αi / αimax ,(3.6)αi* = αi / αiтз ,(3.7)где αimax – максимальное из значений i-го дифференциального показателядля сравниваемых элементов, αiтз – значение дифференциального показателя, оговоренное в ТЗ.Выражения (3.5…3.7) в целом равнозначны.
Однако в инженернойпрактике нормирование дифференциальных показателей обычно выполняется по формулам (5) и (6).Весовые коэффициенты φi подчеркивают значимость того или иногодифференциального показателя качества объекта по отношению к показателям качества проектируемого изделия. Выбор весовых коэффициентов производится из условияn∑ ϕii =1где k – некоторое целое число. Обычно полагают k =1, 10, 100 и т.д.При выборе элементной базы необходимо иметь в виду, что интегральные микросхемы и другие радиоэлементы характеризуются рядом материальных показателей, часть которых (тип корпуса, число выводов, способустановки и др.) не может быть оценена количественно. Поэтому при формировании комплексного показателя (3.4) вводят обобщенный материальный показатель радиоэлемента. В качестве такого показателя целесообразноиспользовать ожидаемое значение массы или объема изделия в случае применения данного типа радиоэлемента.Расчет массы (объема) изделия производится приближенно с помощьюкоэффициентов дезинтеграции:17mk = mэл·qm1·n·qm2 ,Vk =Vэл·qV1·n·qV2 ,где mэл, Vэл – соответственно суммарные масса и объем элементов, размешенных на плате функционального узла (ячейки); n – число функциональных узлов в конструкции изделия; qm1, qm2 – коэффициенты дезинтеграциимассы «элемент -функциональный узел (ячейка)», «функциональный узел(ячейка) – блок»; qV1, qV2 – то же для объемов.Число функциональных узлов (ячеек) определяется после решения задачи разукрупнения схемы.
Значения коэффициентов дезинтеграции приведены в приложении 2.Критерий комплексного показателя качества является универсальным.Тем не менее, часто при обосновании выбора элементной базы используютсястоимостные показатели [1].При выборе корпусированной ЭБ рекомендуется отдавать предпочтение ЭБ, предназначенной для технологии монтажа на поверхность (ТМП),так называемые чип- или SMD элементы и компоненты.3.5 Электрические расчеты в дипломных проектахЭлектрические расчеты в дипломных проектах могут быть представлены обоснованием внутренних параметров РЭС по заданным внешним, расчетами на соответствие заданным величинам основных функциональныхпараметров конструкции, функциональной точности параметров конструкции или узлов, определяющих точность и стабильность параметров конструкции изделия, номинальных значений параметров навесных дискретныхэлементов, вторичных источников электропитания (ВИП).Электрические расчеты, приводимые в дипломном проекте, должнызанимать соответствующее место в логической цепочке решаемых проектомзадач.В виду того, что обоснование внутренних параметров конструкции относится к этапу внутреннего проектирования, то его постановка и решениеобязательны для большинства дипломных проектов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
