УП Констр РЭС КП и ДП 2007_ (560572), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Постановку других задач электрического расчета связывают с конкретными особенностями проектируемого изделия, которые отражены в требованиях ТЗ. Задача расчетафункциональной точности обычно ставится при проектировании РЭС, выполняющих преобразование информации или измерение электрических величин. В ТЗ на разработку таких изделий всегда оговаривается требуемаяточность. Расчет функциональной точности, как правило, производится вероятностным методом [1].Необходимость расчета номинальных значений параметров навесныхдискретных элементов диктуется применением в изделии нетиповых (не18предусмотренных руководящими техническими материалами) включенийинтегральных микросхем.
Для расчета можно использовать модели и методики, приведенные в руководствах по применению ИС или литературныеисточники, посвященные проектированию РЭС на микросхемах [19, 20].Расчет ВИП проводят в случаях, когда обеспечение функциональныхпараметров проектируемого изделия выдвигает жесткие требования к стабильности и качеству питающих напряжений.Раздел расчетно-пояснительной записки, посвященный электрическимрасчетам, должен содержать: цель и постановку задачи расчета, обоснованиемодели и метода решения задачи, расчет и анализ полученных результатов.194. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭС4.1 Выбор системы охлажденияМассогабаритные характеристики РЭС в значительной мере зависят отспособа охлаждения, обеспечивающего нормальный тепловой режим изделия. Поэтому выбор системы охлаждения является одной из важнейшихпроектно-конструкторских задач, которая в соответствии с логикой проектирования представляет собой неотъемлемую часть процесса разработки конструкции.При выборе системы охлаждения используются следующие исходныеданные:• тепловой поток Р, Вт, рассеиваемый поверхностью теплообмена(корпуса) изделия;• площадь поверхности теплообмена (корпуса) Sk, м2;• допустимая рабочая температура наименее теплостойкого элементаtэл min, oC;• максимальная температура окружающей среды tc max ºC;• минимальное давление окружающей среды Hc min, мм рт.
ст.Значение теплового потока приближенно определяют через потребляемую от источников питания мощность Pп с учетом коэффициента полезногодействия изделия η:P =Pп · (1 – η).Величина максимальной потребляемой изделием мощности обычноуказывается в ТЗ или определяется на основании расчетов электрическогорежима.Коэффициент полезного действия определяется классом аппаратуры.Для цифровых РЭС значение η можно принимать равным нулю.Оценку площади поверхности корпуса конструкции находят через взятые из ТЗ габаритные размеры изделия.Допустимую рабочую температуру наименее теплостойкого элементаtэл min устанавливают по результатам конструкторского анализа элементнойбазы.Остальные исходные данные (tс max и Hс min) указываются в требованиях ТЗ.Чтобы выбрать систему охлаждения, необходимо найти поверхностнуюплотность теплового потока и допустимый перегрев в конструкцииP0S = kHP/Sk Вт/м2,20∆tдоп = tэл min – tс max .где kH = 1/(Hс min /H)0,5 – поправочный коэффициент на давление окружающей среды, Н = 760 мм рт.
ст. – нормальное давление,Значения P0S и ∆tдоп представляют собой координаты точки, положение которой на диаграмме (рис. 4.1) определяет систему охлаждения конструкции.Не заштрихованные зоны диаграммы относятся к следующим способамохлаждения: 1 – естественное воздушное, 3 – принудительное воздушное,5 – принудительное жидкостное, 9 – принудительное испарительное.Рис. 4.1Заштрихованным зонам соответствуют следующие способы охлаждения: 2 - естественное и принудительное воздушное, 4 - принудительное воздушное и жидкостное, 6 - принудительное жидкостное и естественное испарительное, 7 - принудительное жидкостное, принудительное и естественноеиспарительное, 8 естественное и принудительное испарительное.Если точка с координатами P0S и ∆tдоп попадает в заштрихованнуюзону, то выбор способа охлаждения производится по вероятностным зависимостям, которые для зоны 2 приведены в [9].В тех случаях, когда габаритные размеры изделия в ТЗ не указаны,площадь поверхности теплообмена Sк можно найти ориентировочно, используя коэффициенты дезинтеграции объема qV :Sk = 6(qV Vэл)2/3 ,где Vэл – суммарный установочный объем элементов.21При обеспечении нормального теплового режима в блоке за счет естественного воздушного охлаждения зазоры между ФЯ должны составлять неменее 6...8 мм.
Использование принудительного воздушного охлажденияпозволяет уменьшить зазоры до 2 мм, однако при этом объем блока увеличивается на 10...15% за счет установки вентилятора и воздуховодов и снижается надежность изделия за счет применения электромеханических устройств (вентиляторов).4.2 Обоснование компоновочной схемы РЭСВыбор типа конструкции и компоновочного решения блока обусловливается объектом установки РЭС, видом и интенсивностью воздействиявнешних дестабилизирующих факторов.Выбор компоновочной схемы блока проводится по результатам анализашести возможных вариантов организации его внутренней структуры(рис.4.2).h2V4V4V4V1V2V2Hh4V3V2V1LV1h3V3V3BIIIV4IIIV2+V4V1V2+V4V1V1V3V3V3V2IVVРис. 4..2VIПолезный объем блока можно условно представить в виде четырехобъемов: V1 (пакет ФЯ); V2 (электрические соединители и межъячеечный22монтаж), h2 – глубина зоны межъячеечного монтажа, определяемая типомэлектрического соединителя; V3 (элементы лицевой панели и монтаж установочных элементов), h3 – глубина зоны лицевой панели, определяемая типом компонентов, устанавливаемых на лицевой панели, способом электрического монтажа компонентов с ФЯ; V4 (элементы задней панели, внешниеэлектрические соединители и монтаж); h4 – глубина зоны задней панели,определяется типами межблочного электрического соединителя и элементов,устанавливаемых на задней панели.
Объем блокаVбл=V1+V2+V3+V4.Качество конструкции в большей степени будет зависеть от соотношения объемов V1 и V2. Объем V1 определяется объемом ФЯ, их количествоми шагом установки ФЯ в блоке. Для вариантов, представленных на рис.4.2(LI, BI, HI – глубина, ширина и высота внутреннего объема блока соответственно) очевидны следующие зависимости:V1V, VI ≥ V1III,IV ≥ V1I,II ;V2I,II ≥ V2III,IV ≥ V2V, VI .Варианты компоновки V и VI являются предпочтительными по эффективности использования внутреннего объема блока и наименее рациональными - варианты I и II.Варианты II и VI не обеспечивают необходимые условия для эффективного отвода тепла как в случае естественного , так и принудительноговоздушного охлаждения блока.
Для книжных конструкций при естественномвоздушном охлаждении предпочтительнее варианты IV и V, располагающиенебольшим количеством плат. При этом в варианте V за счет установкиэлектрического соединителя на короткой стороне ФЯ возможны трудностипри трассировке печатной платы и увеличение паразитных связей печатногомонтажа.
Вариант IV может использоваться в случае принудительного воздушного охлаждения при установке вентилятора на заднюю или лицевуюпанель. Варианты I и V предпочтительнее при набегающем воздушном потоке снизу.Для разъемной конструкции блока целесообразно использовать при естественном воздушном охлаждении вариант компоновки III, а при необходимости использования принудительного охлаждения в составе шкафа,стойки - вариант I.234.3 Разработка конструкции функциональной ячейкиКонструкция функциональной ячейки должна соответствовать выбранному типу конструкции блока. В этой связи различают конструкции ФЯблоков разъемного и книжного типов, имеющие характерные отличительныепризнаки.В зависимости от уровня механических воздействий на аппаратуруфункциональные ячейки могут быть в рамочном или безрамочном исполнении.Особенности элементной базы (например, тип корпуса ИС) позволяютприменить в конструкции ФЯ одностороннее или двухстороннее расположение элементов.Несущим элементом конструкции ФЯ на корпусных микросхемах служит печатная плата, конструкций ФЯ на бескорпусных МСБ – металлическая рамка.
Подробные сведения о применяемых в блоках РЭС конструкциях ФЯ приведены в [1, 7, 8].Разработка конструкции ФЯ на корпусных ИС состоит в определенииплощади и геометрических размеров печатной платы, проверке возможностиразмещения радиоэлементов на плате, разработке конструкции печатнойплаты и определении геометрических размеров ячейки.Разработка конструкции ФЯ на бескорпусных МСБ сводится к определению геометрических размеров металлической рамки по заданным размерам и числу МСБ. Рассмотрим порядок решения перечисленных задач.4.3.1. Расчет площади печатной платыПлощадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов, находят по формулеnSпл = qs ∑ S эл i ,(4.1)i =1где qS – коэффициент дезинтеграции площади; Sэл i – установочная площадьi-го радиоэлемента; n – число радиоэлементов.Коэффициент дезинтеграции площади qs обычно полагают равным2...2,5.Установочные площади Sэл i определяют по справочным данным нарадиоэлементы.
Количество радиоэлементов n определено результатамиразукрупнения электрической принципиальной схемы РЭС.244.3.2. Выбор размера печатной платыВыбор размера платы определяется условием: LxLy ≥ S, где Lx, Ly –линейные размеры платы.Габаритные размеры печатных плат Lx, Ly должны соответствоватьГОСТ 10317-79. Максимальное соотношении сторон не должно превышать3:1. Рекомендуемые значения линейных размеров печатных плат приведеныв [21] и приложении 3.Предпочтительны платы прямоугольной формы.
Конфигурацию плат,отличную от прямоугольной, следует применять лишь в технически обоснованных случаях.4.3.3. Оценка возможности размещения микросхем на плате ФЯНа плате цифровой ФЯ корпуса микросхем размещаются в правильномпорядке по строкам и столбцам (рис.4.3).Рис.4.3При выбранных размерах платы Lx и Ly число микросхем в строке nx истолбце ny для односторонней установки могут быть найдены по формулам:⎡ L y − l y − y1 − y 2 ⎤⎡ Lx − l x − x1 − x2 ⎤⎥ +1 ,⎥ + 1 ; n y = E⎢txty⎣⎦⎢⎣⎥⎦nx = E ⎢где Е – оператор выбора целочисленного значения с округлением в меньшуюсторону; lx, ly – размеры корпуса ИС; tx, ty – шаги установки ИС в строке(ось х) и столбце (ось y); x1, x2, y1, y2 – краевые поля.Ширина краевых полей x1 и x2 зависит от типа корпуса микросхем итолщины печатной платы и выбирается из условия: x1 = x2 = (3...5) δпл, гдеδпл – толщина печатной платы.25Краевое поле y1 предназначено для размещения вилки (розетки) электрического соединителя или контактных площадок для пайки проводниковвнутриблочных электрических соединений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
