3 Лекция Принципы компоновки эва на микросхемах и микросборках. Модульный принцип конструирования аппаратуры.

Цель: изучение принципов компоновки аппаратуры.

Задачи:

1. Рассмотреть модульный принцип конструирования аппаратуры.

2. Изучить частные принципы компоновки аппаратуры.

3. Рассмотреть особенности проектирования изделий на микросхемах и микросборках.

4. Проанализировать геометрию печатной платы.

Учебная информация

В процессе создания ЭВА основной задачей разработки конструкции является выбор принципов компоновки.

Под компоновкой понимают взаимную ориентацию изделий относительно друг друга в ограниченном пространстве. Установление основных геометрических форм и расстояний между ними отражает компоновочная схема, которая может быть выполнена в виде сборочного чертежа или (упрощенно) в виде эскизного рисунка. При разработке ЭВА используется модульный метод конструирования (или компоновки).

Термин «модульный метод» понимают как совокупность принципов проектирования и конструирования, в основе которых заложено общее требование: максимально расчленить электрическую схему устройства на функциональные устройства, функциональные ячейки и блоки, чтобы они были как функционально так и конструктивно законченными, и чтобы при этом их конструктивные размеры либо повторяли друг друга, либо были кратны одним базовым размерам, т.е. были унифицированны.

В размерном отношении модульная компоновка получается путем расчленения объема взаимнопараллельными и перпендикулярными плоскостями.

Расстояние между смежными плоскостями в каждом из трех измерений для устройства в целом и для отдельных его частей принимается равным или кратным размеру основного модуля М. Модульная компоновка позволяет “сворачивать” и “вытягивать”, “разрезать” и “разносить” в пространстве электрические схемы отдельных модулей в самых разнообразных вариантах и пропорциях. Модульный метод компоновки является одним из базовых принципов конструирования

К частным принципам компоновки следует отнести принципы пространственной (объемной) и поверхностной (планарной) компоновки устройств и их частей.

Пространственный (объемный) принцип компоновки реализован в блочном методе компоновке устройств, характерном для ЭВА первого поколения. Главный недостаток этого принципа - полное отсутствие возможности автоматизации конструирования и унификации изделий.

Поверхностный (планарный) принцип заключается в функционально - узловом методе компоновки, характерен для ЭВА второго и третьего поколений. Основная его особенность состоит в том, что практически все элементы конструкций оказалось возможным размещать на одной плоскости при соизмеримых высотах комплектующих изделий. При этом легче обеспечивать требования унификации и стандартизации модулей и автоматизировать процессы проектирования, конструирования и изготовления устройств.

Спецификой компоновки ячеек с применением ИС явилось разделение печатной платы модуля на соответствующие конструктивные зоны. Технологическая зона, состоящая из четырех краевых полей вокруг монтажной зоны, предназначается для крепления печатной платы в технологической оснастке при сборке, монтаже и контроле ячеек, а также для крепления несущей конструкции (рамки), если она предусматривалась, для установки разъема с выводами и при необходимости - планки с контрольными гнездами.

Специфика ячеек с применением ИС – это выделение участка монтажной зоны, на котором концентрировались преимущественно микросхемы. При этом привязка выводов корпусов ИС к точкам пересечения координатной сетки печатной платы привела к упорядочению расположения ИС в виде горизонтальных рядов и вертикальных столбцов.

Требование помехозащищенности ячеек приводит к необходимости введения в них наряду с микросхемами фильтров цепей питания. Эти фильтры, как правило, состоят из резисторов и конденсаторов. Поскольку цепи питания обычно выводятся на крайние выводы разъема через концевые контакты, элементы фильтра устанавливаются на месте крайних микросхем, расположенных на пересечении крайних столбцов с рядом, ближайшим к концевым контактам. Применение навесных ЭРЭ в сочетании с ИС не позволяет полностью реализовать все преимущества ИС. Особенно этот недостаток проявляется по мере роста степени интеграции ИС. Для борьбы с этим недостатком предложено упаковывать навесные ЭРЭ в микросборки (МСБ), корпуса которых конструктивно и технологически согласуются с корпусами ИС высокой степени интеграции.

Разделение монтажного пространства на зоны характерно не только для ячеек на микросхемах и МСБ, но также и для более высоких уровней компоновки аппаратуры, таких как блок, прибор и шкаф. Центральную часть конструкции составляет зона ячеек, в которой располагается пакет ячеек. С левой стороны блока предусмотрена зона коммутации ячеек, где сосредоточены розетки разъемов. Эти розетки либо впаиваются в объединительную печатную плату (кроссплата), либо устанавливаются на специальную раму. В задней части блока (иногда в передней) предусмотрена зона коммутации выходных разъемов. Блоки устанавливают в шкаф, стойку, или на стеллаже.