Порядок проектирования рэс с печатными узлами Исполнитель

Порядок проектирования рэс с печатными узлами

Перед  рассмотрением методики проектирования печатных узлов (ПУ),  покажем ее место в  общем  цикле разработки РЭС. Процесс разработки  РЭС в целом строится, как правило, на основе типовых проектных процедур. Количество процедур и их последовательность определяются как спецификой РЭС, так и методологией проектирования, которая основывается в  настоящее время на системных принципах  проектирования РЭС с применением САПР. 

{spoiler=Подробнее}

 Исходя из вышеизложенного, рассмотрим   маршрут автоматизированного проектирования (АП) РЭС нестационарного исполнения для самых ранних стадий  их разработки. Предполагается, что РЭС выполняется  в  виде блока,  который,  в  свою  очередь, имеет в своём  составе  ряд  конструктивных  узлов. На приведенном  маршруте (рис.20) показаны проектные процедуры, связи между которыми отображаются в виде различных информационных потоков.  Нумерация автоматизированных проектных процедур на схеме маршрута отражает генеральную последовательность их выполнения. Рассматриваемый маршрут ориентирован на исследование в РЭС различных физических процессов  электрических, тепловых, электромагнитных, механических, деградационных и т. п. На рис.26 условно изображены информационные потоки (Дтз1 – Дтз7), которые отражают как требования ТЗ к определенным характеристикам и показателям РЭС (например, электрическим, надежностным, массо-габаритным и т. д.), так и уровень дестабилизирующих факторов (например, температурные и механические воздействия и т.  д.).

Блок 1. На начальном этапе маршрута проектирования выполняется процедура предварительного моделирования электрических процессов,     протекающих в схеме РЭС. Результаты моделирования (вектор электрических характеристик (ЭХ)) сравниваются с требованиями технического задания (ТЗ) к ЭХ, которые содержатся в информационном потоке Дтз1. Неопределенность некоторых данных на рассматриваемом этапе (отсутствие информации о локальных температурах ЭРЭ, о значениях паразитных параметров печатного монтажа и т. п.),  снимается их заданием в первом приближении на основе личного опыта инженера-проектировщика. Позднее, когда эта информация будет получена по результатам соответствующего моделирования, осуществляется итеративная обратная связь (повторение расчётов с новыми данными, например, температурами ).

Блок 2. Исходя  из  результатов  моделирования  ЭХ  разрабатываемого РЭС,  требований  к  параметрам конструкции (если задаются в ТЗ), а также   уровня   тепловых   и   механических   воздействий, включая мощности  тепловыделений на электрорадиоэлементах (ЭРЭ),  осуществляется предварительная автоматизированная разработка конструкции проектируемого устройства. В процессе разработки конструкции решаются, например, следующие задачи: компоновка электрической схемы в типовые конструктивные узлы (разрезание схемы на части);  размещение  конструктивных  узлов,  например  в  блоке, с   учетом   тепловых,   электромагнитных   и    механических  характеристик; определение параметров корпуса блока, исходя из действующих на него дестабилизирующих факторов, а также требований к массо-габаритным и удельным характеристикам (обычно задаются в ТЗ или ЧТЗ (информационный поток Дтз2) и т. п.

Блок 3. Для разработанного первоначального варианта конструкции РЭС моделируется ее тепловой режим (ТР) при помощи соответствующих программных  средств. Для  анализа  теплового   режима используется макромодель всей конструкции, т. е. осуществляется контроль теплового режима конструкции самого верхнего уровня иерархии (стойки, блока или микроблока). В потоке исходной информации для моделирования ТР могут быть использованы данные ТЗ (информационный поток   Дтз3),   в   качестве   которых    могут    выступать:   воздействующие температуры окружающей среды и их временные диаграммы; допустимые перегревы или интегральные температуры отдельных конструктивных узлов или ЭРЭ; вид охлаждения и его параметры и т.п.

Блок 4. Основываясь на результатах предыдущих процедур, решается в первом приближении задача размещения ЭРЭ на монтажных полях конструктивных узлов (КУ), на которых реализуются соответствующие фрагменты электрической схемы. На данном  этапе  выполняется также предварительная трассировка  печатного или  пленочного  монтажа.

 Используемые в процессе решения перечисленных задач топологического  проектирования, алгоритмы  и  критерии определяются дестабилизирующими  факторами  и технологическими требованиями (классом точности изготовления печатной платы, количеством слоев печатной платы), уровнем помехозащищенности и т. п.

Рис.26. Маршрут сквозного АП  РЭС

Блок 5. Используя результаты размещения ЭРЭ на несущих конструктивах (подложках, печатных платах, основаниях функциональных ячеек и т. п.), а также вектор мощностей ЭРЭ (), граничные или краевые условия (), полученные в блоке 3 маршрута проектирования, осуществляется детальное моделирование тепловых режимов конструктивных узлов (печатных узлов (ПУ), функциональных ячеек (ФЯ), узлов радиаторов (УР), микросборок (МСБ) и т.п.) с помощью соответствующих программных средств.

Блок 6. Выполняется процесс моделирования механических режимов работы (МР) проектируемой конструкции. При этом в качестве исходной информации используют данные ТЗ или ЧТЗ (поток Дтз4), которые определяют требования к резонансным частотам конструктивных узлов и элементов РЭС, а также вид механических воздействий и их параметры, включая информацию об уровнях механических воздействий в местах установки конструктивных узлов. Кроме этого, в качестве исходных данных выступают координаты установки ЭРЭ (), полученные в результате размещения (см. блок 4) и скорректированные в процессе анализа и обеспечения тепловых характеристик в блоке 5, а также тепловые поля конструкции () для возможного учета температурных зависимостей физико-механических параметров материалов и т. д.

Блок 7. Осуществляется анализ электромагнитной совместимости (ЭМС) разрабатываемого устройства. В первом приближении оценивается, например, необходимость введения экранов и их эффективность. Исходной информацией для анализа ЭМС являются конструктивные параметры устройства и его электрические характеристики (частотные характеристики, токи и напряжения в узлах схемы и т. д.).

Для оценки основных характеристик внутриаппаратурной ЭМС используется специальная программа.

Блок 8. На  основе результатов предыдущих этапов маршрута АП (блоки 1, 3, 5, 6)   осуществляется   оценка  безотказности  устройства  по постепенным отказам, допусковый анализ и т. п. Исходной информацией для данного вида анализа служат электрические характеристики (токи (), функции чувствительности выходных характеристик устройства к изменению параметров элементов схемы () и т. д., параметры дестабилизирующих факторов, например температуры элементов () и виброперегрузки на ЭРЭ () и т. д., а также требования ТЗ к анализируемым показателям безотказности (информационный поток Дтз5).

Блоки 9–10.  Выполняется  анализ показателей надежности проектируемого устройства по внезапным отказам. В качестве исходной информации для моделирования выступают  коэффициенты электрической нагрузки ЭРЭ (), интенсивности отказов ЭРЭ (), температуры и виброускорения ЭРЭ ( и ), механические напряжения  в материалах. Кроме этого, в ТЗ или в ЧТЗ регламентируют данные на показатели безотказности устройства в целом (информационный поток Дтз7), а также на отдельные конструктивные узлы (информационный поток  Дтз6).

Блок 11. С учетом внесенных на предыдущих этапах маршрута АП изменений в координатах размещения ЭРЭ с позиций обеспечения тепловых  и механических  режимов работы, анализа ЭМС  (введение экранов), анализа показателей надежности и качества (замена отдельных ЭРЭ, введение резервирования как отдельных ЭРЭ, так и функциональных узлов и т. д.) выполняется окончательное размещение ЭРЭ на конструктивах с учетом закрепленных ЭРЭ. Затем  осуществляется процесс окончательной трассировки соединений. В результате топологического проектирования получают информацию, которая была не определена на начальных этапах проектирования. К такой информации можно отнести данные о параметрах печатного монтажа, которые в ряде случаев необходимо использовать при моделировании электрических характеристик (блок 1), а также при анализе электромагнитной совместимости (блок 7) проектируемого устройства. В последнем случае параметры печатного монтажа позволяют произвести анализ возможного наведения и распространения помех по различным электрическим цепям конструктивного узла или устройства в целом. Учитывая это, а также тот факт, что процесс трассировки может вестись итеративно с процессом размещения дополнительных ЭРЭ, необходимо повторно выполнить все вычислительные процедуры, начиная с 1-го блока. Повторное выполнение процедур позволяет также учесть в расчетах системные связи (учет вектора в блоке 1; учет вектора в блоках 4 и 6; учет вектора в блоках 3 и 5 и т.п.).

Блок 12. На заключительном этапе маршрута после итеративных расчетов осуществляется автоматизированный выпуск комплекта конструкторской документации (КД), например, средствами системы AutoCAD на проектируемое устройство. В данном блоке также выполняются операции по разработке комплекта технологической документации (ТД).

Как следует из маршрута сквозного автоматизированного проектирования РЭС (рис.26, блоки 2, 4, 11), разработка топологии печатных плат состоит из двух взаимосвязанных основных этапов: размещение компонентов и трассировка печатных   проводников.  Их  взаимосвязь  обусловлена  не  только  внешними  факторами:  механическими  и  тепловыми воздействиями, условиями распространения электрического сигнала, расположением и закреплением платы в блоке и т. д., но и технологией изготовления ПП и ПУ, а также конструкторско-технологическими нормами на проектирование.

Относительно РЭС в целом можно выделить следующие хорошо отработанные процедуры автоматизированного топологического проектирования:

1. Компоновка (упаковка частей схемы в типовые конструктивные единицы).
2. Размещение (размещение конструктивных узлов или ЭРЭ на монтажном пространстве несущей конструкции (блока, печатной платы, подложки, кристалла) по определённым критериям).
3. Трассировка (определение конкретных геометрических параметров печатного, плёночного или проводного монтажа, реализующего соединения между элементами схемы).

В общем случае, можно выделить следующую последовательность автоматизированных процедур проектирования печатных узлов:

1. Анализ частного технического задания (ЧТЗ) на разработку платы.

2. Выбор класса точности и шага координатной сетки.

3. Выбор  типа  ПП,  ее  габаритов  и   материала основания.

4. Выбор и расчёт элементов печатного рисунка.

5. Размещение электрорадиоэлементов.

6. Исследование  путем  математического  моделирования  различных физических  процессов (тепловых, механических, электромагнитных).

7.Трассировка печатных элементов, уточнение типа ПП, класса точности и габаритов.

8. Выбор конструкционных покрытий.

9. Анализ показателей надежности.

{/spoilers}