Тема 2. Методы и задачи конструирования

2.1 Модульный метод конструирования

Модульному методу конструирования способствует микроминиатюризация электронных компонентов, создание и использование м/с, БИС, печатных плат, в том числе многослойных ПП. Модульный метод конструирования эффективен при разработке ЭВА. Конструкцию электронного устройства можно представить как иерархическую структуру, в которой узлы низшего уровня в узлы высшего уровня, т. е. конструкция состоит из модулей различного уровня сложности.

5

Электронная

система

4

Устройство

3

Блок

2

ТЭЗ

1

элемент

Рис.2.1.1

Модуль 1-го уровня: ИС.

Модуль 2-го уровня объединяет на ПП несколько десятков ИС – называется типовым элементов замены (ТЭЗ).

Модуль 3-го уровня: блок –объединение ТЭЗов, конструктивно м. б. оформлено в виде кассеты для реализации монтажа.

Модуль 4-го уровня - отдельное устройство. Оно содержит ряд кассет (панелей), конструктивно объединяемых в стойку, шкаф и т. п.

Модуль 5-го уровня - электронная система.

Межпанельные соединения реализуются жгутовым (ленточным) монтажом.

Модульный метод конструирования имеет не только технико-экономические достоинства, но и вызывает необходимость решения ряда проблем:

-конструктивная и схемная унификация узлов;

-реализация соединений на высшем уровне.

Основные стимулы создания унифицированной системы узлов является снижение стоимости и уменьшение сроков разработки аппаратуры.

Создание в электронной аппаратуре значительно определяют её основные технические параметры (вес, объём, быстродействие, надёжность, стоимость, сроки разработки).

2.3 Основные задачи конструирования.

 Распределение элементов схемы по конструктивно - функциональным узлам различного уровня.

 Размещение узлов низшего уровня в узлах высшего уровня.

 Трассировка межсоединений на всех уровнях.

 Получение конструкторско-технологической документации.

2.3.1 Компоновка узлов

Процесс компоновки может выполняться «снизу вверх» или «сверху вниз», т.е.:

 последовательная компоновка узлов возрастающей сложности (плат, панелей, стоек и т. д.);

 узлы высшего уровня последовательно разбиваются на узлы меньшей сложности.

Два класса задач компоновки узлов

I класс. Задачи разбиения схем на узлы с учетом ограничений:

 количество элементов в узлах;

 число внешних выводов на узлах;

 суммарная площадь, которую занимают элементы и соединения…

Главными критериями для такого разбиения является:

 минимум числа образующихся узлов;

 минимум межузловых соединений или внешних выводов в узлах

Могут быть др. критерии – условия, обеспечивающие электромагнитную совместимость отдельных элементов в узле и нормальный режим теплообмена. Эти элементы могут быть выделены в отдельные узлы или проверены после компоновки.

В ряде случаев при компоновке узлов особое внимание должно быть уделено определённым соединениям. Это касается минимизации задержек в распространении сигналов (цепи обратных связей в логических схемах). Они должны быть в одном узле.

В других случаях определённые сигналы должны быть доступны для контроля неисправностей и потому, иметь внешние выводы.

Т.О. это класс задач компоновки конструктивных узлов, где критерии оптимизации и ограничения могут быть сведены к определённым конструктивным параметрам расположения элементов и их межсоединений.

II класс. Задачи компоновки, в которых существенны функциональные характеристики узлов, помимо конструктивных характеристик. Набор типовых модулей должен обладать свойством полноты, т. е. должен быть функционально закончен.

Основные критерии при компоновке схем типовыми модулями:

 минимум числа модулей, необходимых для покрытия исходной схемы;

 минимум количества межмодульных соединений;

 минимум числа типов используемых модулей и др.

Ограничения - конструктивные и функциональные характеристики типовых модулей (анал. БИС из типовых ячеек).

После проведения компоновки узлов электронных устройств возникают задачи размещения элементов и трассировки их соединений. (При ручном методе – одновременно). В конструкциях электронной аппаратуры наиболее распространён печатный монтаж (ОПП, ДПП, МПП).

При алгоритмическом подходе задачи размещения элементов и трассировки их соединений рассматривают раздельно.