МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра «ВСиС»

Курсовой проект

по дисциплине:

«Конструкция и технологическое обеспечение производства ЭВМ»

Вариант №1

Руководитель:

Вишнеков А.В.

Выполнила студентка группы С-92:

Сильченкова А. М.

Москва 2011

Исходные данные:

Цель работы:

1. Ознакомление с методикой предварительной оценки метрических и топологических параметров и ее использование на конкретном примере.

2. Проектирование печатной платы данной принципиальной электрической схемы, т.е. ознакомление с:

- методикой создания принципиальной электрической схемы на конкретном примере и приобретение практических навыков в обращении с графическим редактором PC-CAPS (Shematic в САПР P-CAD 2006),

- методикой выполнения последовательности шагов, направленных на подготовку проекта к стадии размещения радиоэлементов на ПП и автоматической трассировке соединений,

- методикой размещения радиоэлементов на ПП и трассировки соединений на конкретном примере и приобретение практических навыков в обращении с графическим редактором PCB (САПР P-CAD 2006).

Для данной схемы необходимо рассчитать:

• Размер платы

• Коэффициент связности

• Среднюю площадь связности

• Среднюю длину межэлементных связей

• Максимально допустимую длину ребра графа G_x и G_y

Спецификация элементов схемы

Обозначение на схеме	Символьный файл (SYM)	Технологический файл (PRT)	Номинал
DD1	К561LN2	CD4049
DD2, DD3	К561TM2	CD4013
R1, R3, R5	R	R	15К
R2	R	R1	10К
R4	R	R	330K
R6, R10	R	R	47K
R7	R	R1	1M
R8	R	R	20K
R9	R	R1	220K
C1	CAPH	CAPH	0,33mk
C2	CAPH	CAPH	6800
C3, C5	CAPH	CAPH	1mk
C4,C6,C7	CAPH	CAPH	0.1mk
VD1-VD3	CRX	CRX	KD522B
SA1	PDM1-1B	PDM1-1B
XP1	PG01	PG01
XS1-XS4	PGI1	PGI1

1. Методика предварительной оценки средней длины связи

На схеме используется 3 микросхемы Необходимо взять удесятеренное число микросхем, то есть 30.

Корпуса микросхем на коммутационной плате расположим следующим образом: 6×5.

Корпус интегральной микросхемы имеет размеры: 19,5мм×7,5мм. Габаритные параметры коммутационного поля будут следующими:

;

Рис.1 Модуль с элементами, расположенными матричным способом

1.1. Оценка коэффициента связности

Коэффициент связности элементов на коммутационном поле В принимает значение:

1.2. Оценка средней площади связности элементов

Средняя площадь связности элементов - площадь, занимаемая на плате данным элементом и элементами непосредственно с ним связанными.

Расчет средней площади связности производится по формуле:

где В – коэффициент связности элементов,

n_x и n_y – количество элементов, расположенных на коммутационном поле, соответственно по оси X и по оси Y .

1.3. Оценка средней длины межэлементных связей

Предположим, что средняя площадь связности элементов имеет форму прямоугольника со сторонами, пропорциональными размерам коммутационного поля по оси X и по оси Y соответственно. Таким образом, если обозначить через А_х сторону прямоугольника по оси X, через А_у – по оси Y, получим:

;

где t_у и t_у – шаг расположения элементов по оси X и по оси Y, соответственно.

Так как в общем случае элементы располагаются случайным образом в позициях рассматриваемого прямоугольника, то значение средней длины связи для данного модуля определяется как среднее расстояние между двумя случайными точками, расположенными в прямоугольнике со сторонами А_х и А_у (рис. 2)

Рис. 2. Оценка средней длины межэлементных связей.

Среднее расстояние между двумя точками по оси ОХ определяется как среднее расстояние между двумя случайными точками на интервале длины А_y и, соответственно, среднее расстояние между двумя точками по оси ОY определяется как среднее расстояние между двумя случайными точками на интервале длины А_х.

Используя Теорему Крофтона о средних значениях, определяется среднее расстояние между двумя точками по оси ОХ и ОY, которое равно соответственно и .

Отсюда среднее манхеттеново расстояние между двумя случайными точками, расположенными в прямоугольнике со сторонами А_х и А_y определяется следующим образом:

Тогда среднюю длину межэлементной связи можно определить по формуле:

где S_cp – средняя площадь связности элементов на коммутационном поле.

2. Методика предварительной оценки габаритных размеров коммутационного поля

2.1. Построение графовой модели конструктивно-функционального модуля

Под графовой моделью конструктивно-функционального модуля по оси ОХ и по оси ОУ будем понимать, соответственно, неориентированный граф G_x=(X_x , A_x) и неориентированный граф G_y=(X_y , A_y), где:

X_x , X_y – множество вершин графа, определяемое соответственно количеством столбцов и строк элементов на коммутационном поде модуля,

A_x ,. A_y – множество ребер графа, определяемое соответственно количеством столбцов и строк элементов, связанных между собой проводниками.

Максимально допустимая длина ребра графа G_x и графа G_y определяется соответственно по формулам.

;

где S_ср – средняя площадь связности элементов на коммутационном поле,

n_x – количество элементов, расположенных по оси OX,

n_y – количество элементов, расположенных по оси OY.

Граф Граф

Рис. 3. Графовая модель модуля

2.2. Определение веса вершины графовой модели

Веса вершин графов G_x и G_y, обозначим их, соответственно через V_x и V_y, определяются количеством связей, пересекающих границы соответствующих столбцов и строк элементов на коммутационном поле, без учета транзитных связей.

Рассмотрим графовую модель модуля по оси ОХ.

Разобьём площадь коммутационного поля на равные части, в соответствии с количеством столбцов элементов. Тогда среднее количество межэлементных связей, пересекающих границы одного столбца элементов, без учета транзитных связей можно вычислить по формуле:

где n_c – количество цепей активных выводов элементов в данном модуле,

Р – вероятность пересечения границ столбца элементов связями одной цепи активных выводов,

Р' – вероятность того, что контакты одной цепи активных выводов находятся одновременно как в пределах данного столбца элементов, так и вне его (то есть для реализации соединений между контактами цепи необходимо пересечение границ столбца элементов),

Р'' – вероятность того, что начальный и конечный контакты цепи активных выводов находятся в одном столбце элементов (при расчетах положим Р" = 0),

N – общее количество активных выводов элементов модуля,

n – средний размер сети активных выводов.

1. Вычислим средний размер сети активных выводов n:

2. Общее количество активных выводов элементов модуля

2.3. Определение веса ребра графовой модели

Расчет веса ребра графовой модели модуля по оси ОХ и по оси ОY производится соответственно по формулам:

;

где V_x и V_y – соответственно вес вершины графовой модели модуля по оси ОХ и по оси OY,

r_x и r_y – соответственно максимальная степень вершины графовой модели модуля по оси ОХ и по оси OY.

2.4. Оценка числа пересечений межэлементными соединениями вертикальных и горизонтальных сечений модуля

Число пересечений межэлементными соединениями рассматриваемого вертикального, либо горизонтального сечения нетрудно оценить, зная число ребер графовой модели, пересекающих данное сечение.

,т.к .число ребер, пересекающих критическое сечение=9, , т.к. число ребер, пересекающих критическое сечение = 6.

2.5. Оценка числа транзитных проводников

Под транзитными соединениями будем понимать соединения, проходящие через столбцы (для вертикальных сечений) или строки (для горизонтальных сечений) элементов на коммутационном поле. Рассмотрим частный случай, представленный на рис. 2.3.

Рис. 4. Пример транзитных соединений и транзитных сечений.

Соединение 1 является транзитным для 2-го столбца.

Соединение 2 является транзитным для 2-го столбца и 2-ой строки.

Соединение 3 является транзитным для 2-ой строки.

Таким образом, сечение S₁ пересекают два транзитных соединения, и сечение S₂ пересекает также 2 транзитных соединения. В дальнейшем данные сечения будем называть транзитными сечениями. Количество транзитных соединений, проходящих через столбцы (строки) элементов на коммутационном поле определим по формулам:

, т.к. число ребер, пересекающих транзитное сечение = 6,

, т.к. число ребер, пересекающих транзитное сечение = 4.