5.5. Размещение конструктивных элементов

Итак, иерархический принцип построения ЭВМ позволяет каждый модуль спроектировать оптимально, изготовить самостоятельно.

При разбиении схемы на уровни учитывают: оптимальные размеры модулей различного уровня, иерархию этих уровней, число внешних выводов модулей и назначение модулей нижнего уровня в модуле высшего уровня.

Что это даёт? Это даёт оптимизацию количества типов модулей с учётом ограничений по стоимости, надёжности, простоте обслуживания, минимизацию числа выводов у модулей, система модулей обеспечивает минимальное время диагностики и локализации неисправностей, учёт требования минимизации числа соединений между модулями и т.д.

После выбора оптимального типоразмера модулей приступают к компоновке модулей другого уровня модулями предыдущего уровня и их размещению.

Задача размещения заключается в отыскании для каждого модуля проектируемого устройства оптимальной позиции на монтажной плоскости.

Цель создание наилучших условий для трассировки электрических связей.

Исходными данными для решения задачи размещения являются размеры установочной плоскости, схема установочных мест с указанием расстояния между установочными местами, расстояние между модулями, и функциональная схема модуля высшего уровня для подсчета количества связей между модулями и элементами внешней коммутации. Критерий: минимум суммарной длины всех соединений; минимум длины самой длинной связи; минимум числа пересечений связей и т.д.

При размещении может возникнуть несколько ситуаций:

1. Размещение однотипных модулей j уровня на монтажной плоскости (j+1)-ого уровня с заранее заданными однотипными установочными размерами.

Пример: размещение микросхем на печатной плате. Однотипность размеров подразумевает то, что микросхема может быть помещена в любое гнездо на плате.

2. Размещение модулей разного типа j-ого уровня на монтажной плоскости (j+1) уровня с заранее определенными установочными размерами.

Пример: установка микросхем, резисторов, конденсаторов на печатной плате.

3. Размещение модулей разного типа на монтажной плоскости, когда размеры не установлены и определяются в процессе размещения.

Пример: размещение элементов на подложке интегpальной микpоcхемы.

Размещение конструктивных элементов выполняется вручную или автоматизированным способом.

При автоматизации размещения используются различные алгоритмы, например алгоритм перестановки, алгоритм последовательного размещения, итерационные алгоритмы и т. д.

Наиболее распространён алгоритм последовательного размещения, при котором задача размещения решается следующим образом. Все модули упорядочиваются по какому-либо признаку. В установленной упорядоченности для каждого отыскивают начальную позицию ( критерий, например, суммарная длина связей с уже размещёнными). Процесс повторяется до тех пор, пока не будет получено размещение всех модулей.

Алгоритм следующий:

1. Определение для каждого неразмещённого модуля множества незанятых позиций, в которые модуль может быть установлен с учётом числа свободных магистралей.

2. Размещение всех неразмещённых элементов с учётом n.1.

3. Нахождение варианта размещения, для которых самая длинная связь минимальна.

4.Установка модуля в найденную позицию, трассировка его цепей с уже размещёнными модулями.

5. Определение изменения ресурса свободных магистралей у каждой незанятой позиции. Переход к п.1.

6. ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

6.1. ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА

В конструкции ЭВМ большое место занимают электрические соединения и электромонтаж: монтаж микросхем на ПП 1-ого уровня; объединение модулей 1-ого уровня в конструкции 2-ого уровня и т.д.

Цель электрических соединений (электромонтажа) – обеспечить электрические сигнальные связи между входными и выходными цепями конструктивных модулей разлтчного уровня.

Везде необходимо использовать различные методы выполнения соединений и монтажа для того, чтобы обеспечить электрическую и механическую неразрывность схем и ЭВМ.

Число электрических соединений огромно, достигает десятков и сотен тысяч. Поэтому так важен правильный выбор типа соединения при разработке ЭВМ.

Требования к электрическим соединениям:

1. высокая надёжность;

1. требуемые значения электрических параметров, их постоянство;

1. минимальные габаритные размеры и масса;

1. обеспечение нормальной работы электронных схем в условиях механических и климатических факторов;

1. помехоустойчивость конструктивной реализации схемы;

1. удобство и безопасность работы при эксплуатации и ремонте.

Исходным документом является электромонтажная схема. Электрические соединения должны соответствовать техническим условиям, схеме и монтажной таблице.

Электрические соединения разделяют на несколько видов:

1. разъемные.

1. неразъемные.

Неразъемные соединения делятся на постоянные и полупостоянные соединения. Постоянные соединения это соединения, демонтаж которых приводит к разрушению одного или нескольких присоединенных выводов.

Пример сварка.

Полупостоянные соединения это соединения, демонтаж которых требует применения специальных инструментов, не приводит к разрушению выводов.

Пример пайка, накрутка.

Разъемные соединения это соединения с применением различных разъемов.

Пример штепсельные контакты.

По виду используемых проводников монтаж делят на печатный и объёмный.

Печатный монтаж используется для электрического объединения микросхем в пределах плат первого уровня (ячеек, модулей).

Микросхемы и другие ЭРЭ, вернее, выводы присоединяются к металлизированным отверстиям различными методами: сваркой, пайкой.

Метод присоединения пайкой зависит от корпуса микросхемы и формы выводов.

Монтаж сваркой тоже разный. Это двусторонняя точечная сварка, ультразвуковая, лазерным лучом и т.д.

Но объединение ячеек в пределах блока или панели, использование дорогостоящих и неремонтопригодных многослойных печатных плат экономически невыгодно.

Поэтому разработаны методы объемного монтажа:

1. мягкий однопроводный и жгутовой;

1. жесткий;

1. накруткой;

1. с помощью пружинных захватов;

1. запрессовкой проводников;

1. приваркой проводников.

Последние четыре метода объемного монтажа разработаны специально для микроэлектронных устройств. Они позволяют получать надежные соединения с высокой плотностью расположения контактов.

Мягкий монтаж одиночными проводниками используется для соединения внутри блока или панели. Один конец проводника монтируют на одном контакте, другой напрямую с небольшим натягом на другой контакт.

Жгутовой монтаж это применение жгутов параллельно идущих проводов, связанных или уложенных в определённом порядке.

Жёсткий монтаж используется редко для внутристоечных соединений, для подвода питающих напряжений. Для этого на монтажных платах устанавливают перфорированные платы во взаимно перпендикулярных направлениях, в которых крепят жёсткие проводники.

Монтаж накруткой выполняется одножильным проводом на металлический штырь с острыми кромками. Накpутку оголённым проводом ведут с натягом, поэтому образуется в местах соприкосновения электрический контакт, стабильный во времени.

Монтаж пружинными захватами это метод механического контактирования. Захват прижимает жёсткий или многожильный провод к контактному штырю со специальным покрытием с силой. Образуется соединение. Захват может быть разжат, снят, передвинут вдоль штыря и снова зажат.

Монтаж запрессовкой проводников изолированный провод укладывают на плату, покрытую клейкой теpмоpеактивной пластмассой. Затем нагревают, подвергают давлению. Проводники оказываются запрессованными в тело платы.

Соединение между проводниками получают сверлением в нужном месте и металлизацией отверстия.

Монтаж приваркой проводников к запрессованным в плату штырям.

Проводник приваривается к металлическим штырям, к которым с другой стороны приварены выводы микpосхем.