Определение качественных характеристик конструктивного решения по синтезу рэс

Большое разнообразие РЭС требует от разработчиков знания наборов показателей, по которым можно сравнивать существующие модели РЭС. Важнейшую роль при этом будут играть эксплуатаци­онные и экономические показатели. С ними непосредственно связаны пара­метры, характеризующие РЭC как объект конструкторско-технологической разработки. К таким показателям следует в первую очередь отнести сле­дующие:

Сложность конструкции РЭС:

C = K₁(K₂N + K₃M), (1)

где N - число составляющих элементов, М - число соединений; К₁ – масштабный коэффициент, а K₂ и K₃ весовые коэффициенты составляющих элементов и соединений соответственно. Для малогабаритных РЭС К₁ = 0.8, K₂=1.1 и K₃=0.9.

Выражение (1) связывает число составляющих РЭС интегральных микросхем, полупроводниковых приборов, электрорадиоэлементов, элемен­тов коммутации с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет габариты, массу, надежность и другие общие параметры РЭА.

Число элементов, образующих РЭС:

, (2)

где N_y - число печатных плат в РЭС, К_j - число типов применяемых элементов в каждой j-ой печатной плате; n_ji - число элементов i - типа, входящих в j – ю печатную плату.

Коэффициент использования площади печатных плат в РЭС:

, (3)

где N_y - число печатных плат в РЭС, К_j - число изделий электронной техники (ИЭТ) размещенных на каждой j-ой печатной плате; s_i^ИЭТ – площадь, занимаемая корпусом ИЭТ i - типа, размещенного на j – ой печатной плате; s_j^ПП – площадь j-ой печатной платы.

Этот коэффициент характеризует плотность размещения ИЭТ на печатных платах, а значит и качество конструкторского решения по компоновке ИЭТ на поверхностях печатных плат и трассировке электрических связей между размещенными ИЭТ.

Коэффициент использования внутреннего объема РЭС (коэффициент интеграции):

, (4)

где N_y - число печатных плат в РЭС, К_j - число изделий электронной техники (ИЭТ) размещенных на каждой j-ой печатной плате; V_i^ИЭТ – объем, занимаемый корпусом ИЭТ i - типа, размещенного на j – ой печатной плате; s_j^ПП – площадь j-ой печатной платы; h_j^ИЭТmax – наибольшая высота ИЭТ, из числа размещенных на j-ой печатной плате.

Этот коэффициент характеризует степень использования физического объема РЭС элементами, выполняющими полезную функциональную нагрузку, т. е. непосредственно определяющими электрическую схему РЭА (K_V^РЭС всегда меньше 1 и приближа­ется к ней с использованием больших интегральных схем).

Общая мощность потребления РЭС:

(5)

где N – число ИЭТ в составе РЭС p_j - мощность потребления j – го ИЭТ. Для цифровых устройств потребляемая ими мощность зависит от средней мощности потребления электронных компонентов. Известно, что 80 — 90 % мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим РЭС и соответст­вующие перегревы элементов конструкции.

Существуют и другие показатели качества конструкции РЭС среди которых следует отметить: массу РЭС, габариты РЭС, площадь и объем для размещения и обслуживания РЭС, вероятность безотказной работы РЭС p(t) и среднюю наработку на отказ Т_ср. Последние два показателя характеризуют надежность РЭС. Порядок их расчета будет рассмотрен в рамках другой лабораторной работы.

Важнейшим параметром, определяющим большинство эксплуатаци­онных, конструкторских и экономических характеристик разрабатываемой РЭА, является технологичность, общее понятие о которой будет рассмотрено отдельно в рамках дисциплины «Технология РЭС».

Применительно к совокупности данных об изделии РЭС, с позиции ЖЦИ, в ней можно выде­лить следующие составные информационные документы, являющиеся результатом ее разработки: схемы, конструкция, технология и производство, техническая эксплуатация.

Схемы. Принципиальная электрическая схема есть изображе­ние, показывающее электрическое соединение элементов, облада­ющих различными электрическими (электромагнитными) свойст­вами. Схема РЭС должна предусматривать использование элемен­тов с такими электрическими (и электромагнитными) свойствами и такое их соединение между собой, при которых обеспечиваются операции над сигналами и помехами, вытекающие из принципа действия РЭС. При этом конструкция не принимается во внимание или учи­тывается косвенно. Совокупность методов синтеза и анализа схем именуют схемотехникой. Подсистемы «схемы» формируют основу для получения требующихся значений электрических параметров и характеристик, а также экономиче­ских показателей, но не могут без учета других подсистем (конст­рукция, технология и т. д.) полностью их определять.

Конструкция. Конструкция слагается из элементов. Здесь и в последующем под термином «элемент» будем понимать первичную неделимую составную часть конструкции.

Электрические элементы (дискретные и интегральные), входя­щие в схему, вместе с тем являются элементами конструкции. При этом у полупроводниковых приборов, электрорадиоэлементов ин­тегральных микросхем (ИС) и т. п. должны учитываться не толь­ко электрические параметры (которые определены схемой), но конструктивно-технологические и экономические. Помимо элемен­тов электрической схемы, конструкция РЭС включает много дру­гих элементов, выполняющих определенные функции: механиче­ское крепление элементов, увеличение прочности, демпфирование вибрации, обеспечение электрических связей (провода, жгуты, со­единители, цепи заземления, печатные проводники и платы), эк­ранирование магнитных, электрических и электромагнитных полей; герметизацию (защиту от действия влаги); контроль, ремонт, ре­гулировку, отвод тепла.

Таким образом, конструкция создается на основе схемы и избранных принципов построения конструкции в целом, а также ее элементов.

Технология. Этот термин обычно понимают как совокуп­ность способов и процессов обработки, оборудования, используе­мых при изготовлении элементов конструкции и сборке аппара­туры (механическом и электрическом соединении), обеспечиваю­щих получение заданной конструкции (или пространственной структуры) с высокой производительностью, малыми затратами и при исключении недопустимого вредного действия на окружаю­щую среду и здоровье человека. Технология определяет техниче­ское содержание производства. В процессе изготовления имеют место случайные отклонения параметров аппаратуры и формиру­ются ее свойства в части случайных изменений характеристик в процессе функционирования РЭС. Подсистемы «конструкция» и «технология» формируют конструктивно-технологические, эксплу­атационные и экономические характеристики РЭС и, кроме того, оказывают значительное влияние на электрические параметры и характеристики.

Эксплуатация. В процессе эксплуатации РЭС нуждается в контроле, регулировке, ремонте. Для этого при проектировании схемы и конструкции, а также при изготовлении предусматривается использование технических средств (например, встроенный контроль), разрабатываются ме­тоды контроля, поиска неисправностей, ремонта, относящихся к технической эксплуатации и обслуживанию.

Каждому из перечисленных элементов, в совокупности образующих полное описание данных об изделии РЭС, соответствует техническая доку­ментация (технические требования и техническое задание, конструкторская и тех­нологическая документация, техническое описание инструкция по эксплуа­тации и др.).