Звоните! 
 (926)274-88-54 
 Бесплатная доставка. 
 Бесплатная сборка. 
Ассортимент тканей

График работы:
Ежедневно. С 8-00 до 20-00.
Почта: soft_hous@mail.ru
Читальный зал -->  Электронные вычислительные машины 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

. ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ОБЩАЯ СБОРКА ЭВМ

ГЛАВА 14

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

14.1. Виды функциональных элементов

Основным методом разработки электронных устройств является разделение сложной электрической схемы на функциональные элементы (ФЭ), из которых собирают более сложные устройства.

Функциональным элементом (модулем) называется конструктивно и функционально законченная чсть схемы, имеющая унифицированные размеры и способная самостоятельно и в совокупности с другими элементами решать требуемые задачи.

Применение ФЭ значительно сокращает время на проектирование новых изделий. При этом резко уменьшается объем технической документации, которая разрабатывается только на специальные модули, ускоряется процесс оформления общих видов, принципиальных схем и др.

Эксплуатационная надежность устройства увеличивается, поскольку исключается возможность применения случайных и неотработанных схем. Номенклатура модулей должна постоянно обновляться на базе новейших схемных решений.

Функциональные модули изготовляют на специализированном производстве, что позволяет снизить их стоимость, так как процесс изготовления и контроля модулей может быть автоматизирован.

Эффективность применения ФЭ зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются следующие.

Универсальность функционального элемента. Она заключается в возможности применения его в возможно большем числе электронных устройств.

Размерная и функциональная взаимозаменяемость. Она обеспечивает возможность замены модуля без применения подгоночных операций и смены остальных модулей, удовлетворяющих техническим требованиям.

Унификация конструкций. Унификация заключается в приведении модулей к наименьшему числу типоразмеров. Наиболее удобной геометрической формой является параллелепипед.

Стабильность параметров, т. е. модуль должен обеспечивать заданные выходные значения при наихудшем сочетании параметров электроэлементов, изменении напряжения источников питания, механических и климатических условий.

Высокая надежность. Она обеспечивается рационально разработанной схемой и конструкцией, правильно выбранной и реализованной технологией изготовления, а также соответствующими условиями эксплуатации.

Технологичность. Конструкция модуля и блока должна предусматривать возможность применения высокопроизводительных методов изготовления деталей и сборки, разделения технологического процесса монтажа на отдельные операции и т. п. Эти требования можно реализовать за счет использования типовых элементов, сокращения номенклатуры применяемых деталей и материалов, возможности групповой пайки, наличия деталей с простой формой выводов.

Мал ыераз меры модуля. Уменьшение размеров функционального элемента является характерной особенностью развития электроники и оценивается рядом коэффициентов. Р1аиболее часто используются коэффициенты плотности упаковки /Су и заполнения объема Кзо-

K,=n/v; (14.1)

зап = Иакт/(У - акт). (14.2)


ЮТШГОШПГ

Рис. 14.1. руктивного

Пример конст-выполнения ячейки

где п--число элементов и компонентов; V - объем функционального элемента

без учета объема выводов; Иакт - объем, занимаемый материалами, без которых невозможно выполнение заданного физического процесса, например кристалл полупроводникового материала в транзисторе, сердечник магнитопровода, обмотка трансформатора и др.

Функциональные элементы, применяемые в ЭВМ, можно разделить на две большие группы: 1) модули и микромодули на дискретных компонентах; 2) интегральные микросхемы и микросборки.

К ФЭ первой группы относятся ячейки (ламповые, безлампо-вые); модули (плоские, объемно-залитые, объемно-гнездовые и др.)

Ячейки применялись в ЭВМ первого поколения. Они представляют собой металлическую рамку /, в которой размещаются на пластмассовых панелях 2 электронные лампы 5, дискретные электрорадиоэлементы 3 (ЭРЭ) и электрический соединитель 4, (рис.




tt t t\t



Рис. 14.2. .Модули иа дискретных компоиеитах

а - плоский; б - объемно-залитой (до и после заливки)


2 5 I I

Рис. 14.3. Микромодули: а - этажерочного типа (до заливки) (/ - плата. 2 - соединительные проводники); б - плоский микромодуль (/- бескорпусиые ЭРЭ, - изоляционная прокладка, 3 - колпачок, 4-заливочная масса, 4-ком пауид, 6 - вывод)

14.1). Основные недостатки ячейки - низкая надежность, большие габаритные размеры, высокая потребляемая мощность.

Модули используют в ЭВМ второго поколения. Плоские модули (рис. 14.2, а) представляют собой печатную плату стандартных размеров, на которой монтируются различные ЭРЭ. Объемно-залитые модули (рис. 14.2, б) имеют более высокую виброустойчивость и хорошую защиту от влаги. Микромодули этажерочного типа и плоские (рис. 14.3) собирают на керамической плате и защищают от воздействия внешней сферы заливкой компаундом и металлическим кожухом.

В ЭВМ третьего поколения основными ФЭ являются микросхемы среднего уровня интеграции, а в ЭВМ четвертого поколения - большие интегральные микросхемы и лшкросборки.

14.2. Микроминиатюризация функциональных элементов

В качестве общего названия различных методов значительного уменьшения размеров электронной аппаратуры применяется термин микроминиатюризация . Одним из наиболее удобных показателей степени микроминиатюризации является количество элементов электрической схемы, размещенной в 1 см объема.

Плотность монтажа можно повысить за счет миниатюризации - уменьшения размеров обычных навесных элементов и более плотного их размещения, что широко используется при модульном методе проектирования. Применение малогабаритных ламп, уменьшение размеров полупроводниковых триодов, конденсаторов и других навесных элементов позволяет получить плотность монтажа до 0,1 см. В микромодулях плотность монтажа можно увеличить до 10...20 дет/смз.

Микроминиатюризации свойственны трудности, связанные с рассеянием теплоты и вопросом о допустимых уровнях мощности. Для того ч1обы температура внутри электронного устройства не превышала допустимую, оно должно иметь вполне определенную величину поверхности рассеяния теплоты. Если в тот же объем поместить значительно большее число элементов с такой же мощностью рассеяния, то температура внутри устройства превысит допустимую величину и оно выйдет из строя.

В связи с этим большое значение имеет разработка схем с меньшей мощностью рассеяния, а также использование материалов и элементов, способных выдерживать более высокие температуры. В настоящее время средняя мощность рассеяния одной интегральной логической схемы равна примерно 10 мВт. Имеется тенденция уменьшения этой величины. Но так как мощность рассеяния растет пропорционально скорости работы схемы, то проблема отвода теплоты всегда будет существовать.

Проблема теплоотдачи решается также путем увеличения диаметра токопроводящих жил, создания больших металлизирован-



ных площадок на платах с печатными схемами, применения элементов специальной формы, предусматривающих пространство для движения воздуха, который может быть охлажден. В последнем счучае требуется специальная аппаратура для подачи воздуха.

Важное значение имеет правильное размещение элементов. Элементы, выделяющие большое количество теплоты, помещают вблизи теплообменника (если он применяется), а радиодетали, чувствительные к повышенным температурам, располагают возможно дальше от сильно нагревающихся деталей. В ряде конструкций применяют отвод теплоты через эпоксидные заливочные материалы, имеющие металлический заполнитель. Заливочный материал отводит теплоту от всех, радиодеталей равномернее, чем металлический проводник.

Трудностью микроминиатюризации является также соединение узлов в блоки и устройства. При высокой плотности монтажа объем, приходящийся на соединения, становится соизмеримым с объемом самих блоков. Для электронных устройств с повышенной степенью интеграции характерно наличие паразитных связей, имеющих емкостный и индуктивный характер. Уровень паразитных связей повышается при увеличении числа пересечений проводников и уменьшением толщины изоляции. Помехи можно снизить путем увеличения расстояния между проводниками и расположения их во взаимно перпендикулярном направлении. Предельный уровень j микроминиатюризации определяется также технологическими ог-1 раничениями.

14.3. Интегральные микросхемы и микросборки

Элементной базой современных ЭВМ являются микросхемы.

Интегральная микросхема (ИС) представляет собой ряд элементов, который нераздельно выполнен и электрически соединен между собой таким образом, что с точки зрения технических требований, испытаний, торговли и эксплуатации рассматривается как целое (ГОСТ 17021-88). Микросхему рассматривают как единое изделие, имеющее высокую плотность расположения элементов и (или) компонентов, эквивалентных элементам обычной схемы.

Элемент -часть ИС, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (ЭРЭ), например транзистора, резистора и др., которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований, предъявляемых к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Компонент -часть ИС, реализующая функция какого-либо ЭРЭ. Компонент может быть выделен как самостоятельное (комплектующее) изделие и отделен от ИС. По функциональному назнз чению ИС делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ИС служат для преобразования и обработки сигна

лов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Их применяют в аналоговых вычислительных машинах (АВМ), измерительных приборах, системах контроля. Особое место среди аналоговых ИС занимают операционные усилители, которые являются универсальным базовым элементом для построения аналоговых узлов.

Цифровые ИС предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной, например двоичной, функции. Переменные величины и функции от них, которые могут принимать только два значения: О и 1, -Называются логическими переменными.

Логические ИС выполняют операции конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ), инверсии (НЕ) и ои-.ее сложные логические операции. Они могут состоять из нескольких логических элементов, объединенных единой подложкой и корпусом, и, как правило, имеют общие выводы для подключения источника питания.

Большинство цифровых ИС включают триггеры, которые обычно выполняются на логических элементах и реализуют переключающие функции. Наряду с простейшими ИС изготовляются микросхемы, реализующие функции типовых узлов ЭВМ. Такими узлами являются регистры, счетчики, сумматоры, запоминающие Зстройства и др.

Сложность ИС характеризуется степенью интеграции, т. е. числом содержащихся в ней элементов:

K = lgN, (14.3)

где /С-коэффициент, определяющий степень интеграции (значение К округляют до ближайшего целого числа); N - число элементов интегральной микросхемы, в том числе содержащихся в составе компонентов, входящих в интегральную микросхему.

Различают интегральные микросхемы шести степеней интеграции: первой степени интеграции -до 10 элементов и компонентов; второй степени - свыше 10... 10; третьей степени - свыше 10.., 103; четвертой степени- свыше 10... Ю; пятой степени - свыше 10*... 10; шестой степени - 10... 10

В зависимости от числа компонентов и элементов, а также технологии изготовления различают малые, средние, большие и сверхбольшие ИС. Так, например, большой интегральной микросхемой (БИС) называется ИС, содержащая 500 элементов и более, изготовленных по биполярной технологии, 1000 элементов и более, изготовленных по МОП-технологии.

Показатель степени интеграции особенно важен для цифровых ИС, так как чем меньше схемный элемент, тем выше его быстродействие.

Интегральные схемы. По конструктивно-технологическому исполнению ИС делятся на три группы: полупроводниковые, гибридные и прочие. К прочим относятся пленочные ИС, вакуумные и керамические. Этим группам в системе условных обозначений



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69



ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.


Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы
.