МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

Стр 1 из 11Следующая ⇒

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра ВСиС

Курс лекций

по дисциплине: «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ»

Записали:

студенты группы С-92

Максимова И.А.

Царева О. М.

Лектор:

проф. Вишнеков А.В.

Москва

Лекция 1. 6

Базовые понятия САПР/АСТПП/САИТ. 6

Виды обеспечения САПР/АСТПП/САИТ. 9

Классификация САПР/АСТПП/САИТ. 10

Лекция 2. 12

Организация САПР/АСТПП/САИТ. 12

Принципы создания САПР/АСТПП/САИТ. 13

Стадии создания САПР/АСТПП/САИТ. 14

Системный подход к проектированию.. 14

Базовые технологии проектирования в САПР/АСТПП/САИТ. 15

Технология последовательного проектирования. 15

Технология сквозного проектирования. 15

Технология восходящего проектирования. 16

Лекция 3. 17

Базовые технологии проектирования в САПР/АСТПП/САИТ. 17

Технология нисходящего проектирования. 17

Технология параллельного проектирования. 18

Технология объектно-ориентированного проектирования. 19

WAVE – технология. 19

Структура процесса проектирования модуля ЭВТ. 20

Лекция 4. 22

Система проектирования устройств P-CAD.. 22

Структурная схема системы.. 22

Лекция 5. 24

Алгоритм проектирования модуля в системе P-CAD.. 24

Этапы проектирования. 24

(для ранних версий системы P-CAD) 24

Недостатки и достоинства P-CAD.. 29

Лекция 6. 30

Этап конструкторского проектирования изделий ЭВТ. 30

Компоновка конструктивно-функциональных модулей. 30

Размещение элементов на коммутационном поле кристалла или платы.. 34

Лекция 7. 36

Непрерывно-дискретные методы.. 36

Градиентные методы.. 36

Метод построения динамических моделей. 37

Дискретные методы.. 38

Алгоритмы случайного поиска. 38

Алгоритмы назначения. 38

Эвристические методы.. 38

Трассировка сигнальных соединений. 39

Краткая характеристика системы проектирования печатных плат CADdy. 39

Технологии изготовления печатных плат. 41

Лекция 8. 42

Печатные платы с микропереходами. 43

Способы получения микроотверстий. 44

Лекция 9. 46

Надежность печатных плат при различных способах их изготовления. 46

Лекция 10. 51

Печатные платы. Производство. Определение. 51

Технологический цикл производства печатных плат. 52

Обзор современных САПР модулей ЭВТ. 55

Лекция 11. 57

Современные тенденции развития САПР электронных систем (на примере систем фирмы Mentor Graphics) 57

Типовой маршрут проектирования. 59

Лекция 12. 62

Методы обеспечения надежности электронных систем. 62

Выбор конструктивного использования компонентов и создание топологии 62

Производственные дефекты компонентов. 62

Экранирование системы.. 63

Оценка предотвращения тепловых повреждений. 63

Особенности теплового анализа проекта. 64

Лекция 13. 66

Способы оценки надежности и качества функционирования электронного оборудования. 66

Надежность изделий. 68

Отбраковочные технологические испытания как средство повышения надежности партий интегральных микросхем. 69

Лекция 14. 70

Состав отбраковочных испытаний ИС в отечественной промышленности 73

Виды и методы отбраковочных испытаний. 73

Лекция 15. 76

Требования к отбраковочным испытаниям ИС за рубежом. 76

Лекция 16. 78

О подходе к выбору инструментальных средств для автоматизированного проектирования печатных плат. 78

Решение проблемы проектирования печатных плат EDA средствами. 78

Размещение и трассировка с учетом эффектов искажения сигналов. 79

Синтез межсоединений. 79

Лекция 17. 82

Интерактивный процесс трассировки с возможностью многократной реализации цикла «трассировка-анализ-трассировка». 82

Некоторые практические рекомендации для проектирования печатных плат в наносекундном диапазоне. 82

Анализ наводок ЭМИ (электромагнитных импульсов) от высокочастотных электронных устройств. 83

Анализ распределения температур по печатной плате. 84

Особенность EDA-средств для проектирования плат по технологии ТПМК 85

Лекция 18. 86

Создание проекта Concept HDL. 86

Управление библиотеками PE Librarian. 86

Пакет для программы системы топологического проектирования. 87

Интерактивный трассировщик Specctra. 87

Автотрассировщик Specctra. 88

Выход на производство. 88

Перспективы развития. 89

Лекция 19. 90

Проектирование вычислительных устройств с помощью VHDL. 90

Ход проектирования устройства на VHDL. 91

Технология разработки систем на кристалле. 92

Лекция 20. 94

Проектирование топологии заказных КМОП БИС.. 94

Методология проектирования систем на кристалле. 96

Лекция 21. 99

Новые методы проектирования кристаллов микросхем (моментально стали стандартными) 99

Уровни абстракции проекта. 99

Синтез проекта на основе поведенческого описания. 103

Лекция 22. 104

Основные ограничения, передаваемые на второй этап синтеза. 104

Верификация проекта. 104

Факторы, определившие появление СНК.. 105

Маршрут проектирования СНК.. 106

Лекция 23. 108

Системы на кристалле. Новые тенденции. 108

Сравнительная оценка методов разработки СНК.. 110

Лекция 24. 112

Организация средств проектирования систем на кристалле. 112

Средства системного проектирования. 113

Средства функционального проектирования. 114

Лекция 25. 117

Лекция 26. 120

Уровни кодирования на VHDL. 120

Классификация и основные этапы изготовления микросхем. 123

Основные конструктивные элементы интегральных схем. 124

Лекция 27. 125

Принципы формирования структур микросхем. 126

EUV-литография (Extrim Ultraviolet) 127

Лекция 28. 129

Использование СФ-блоков (IP) при проектировании СНК.. 130

Лекция 29. 134

Единая система конструкторской документации. 134

Единая система программной документации. 135

Автоматизированные системы – стадии создания ГОСТ 34.601 - 90. 137

Лекция 1

Виды обеспечения САПР/АСТПП/САИТ

1. Математическое обеспечение (МО) – это совокупность математических моделей и методов и алгоритмов, представленных в заданной форме.

2. Техническое обеспечение (ТО) – это совокупность связанных и взаимодействующих технических средств.

3. Программное обеспечение (ПО) – это совокупность машинных программ, необходимых для обеспечения процесса проектирования, включают в себя как системное, так и прикладное ПО.

4. Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность сведений, необходимых для процесса проектирования. Включает в себя СУБД, базу данных и базу знаний.

5. Лингвистическое обеспечение (ЛО) – это совокупность языков проектирования. Включает в себя термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов.

6. Методическое обеспечение (МТО) – это совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы.

7. Организационное обеспечение (ОО) – это совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связанной между подразделениями, а также формы, представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов.

Классификация САПР/АСТПП/САИТ

1. По разновидности и сложности объектов проектирования

а) САПР низко сложных объектов (число составных частей до 100)

б) САПР средне сложных объектов (число составных частей от 100 до 10000)

в) САПР высоко сложных объектов (число составных частей от 10000 и более)

2. По уровню автоматизации

а) низко автоматизированные (неавтоматизированные) (до 25% проектных процедур автоматизировано)

б) средне автоматизированные (от 25% до 50% проектных процедур автоматизировано)

в) высоко автоматизированные (от 50% до 75% проектных процедур автоматизировано)

3. По уровню комплексности

а) одноэтапные (выполняется один этап проектирования)

б) многоэтапные (выполняется несколько этапов проектирования)

в) комплексные (выполняется весь цикл проектирования объекта)

4. По характеру и числу выпускаемых проектных документов

а) низкой производительности (от 100 до 10000 проектных документов)[1]

б) средней производительности (от 10000 до 100000 проектных документов)

в) высокой производительности (от 100000 и более проектных документов)

5. По числу уровней технического обеспечения

а) одноуровневые (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого I класса со штатным периферийным оборудованием)

б) двухуровневые (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого I класса, которые в качестве интеллектуальных терминалов используются персональные ЭВМ)

в) комплексные (строятся на основе ЭВМ среднего или высокого I класса, которые объединяются в сеть и каждый из этих ЭВМ имеет свою сеть персональных ЭВМ)

Лекция 2

Организация САПР/АСТПП/САИТ

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и разрабатываемые как самостоятельные системы.

Подсистема САПР – это выделенная по некоторым признакам часть САПР, позволяющая получать законченные проектные решения.

САПР подсистемы бывают:

1. обслуживающие

а) подсистемы информационного поиска

б) подсистемы документирования

в) подсистемы графического отображения объектов проектирования

2. проектирующие

а) подсистемы функционально-логического проектирования

б) подсистема конструкторского проектирования

в) подсистема технологической подготовки производства

В состав как обслуживающих, так и проектирующих подсистем могут входить экспертные системы, системы поддержки принятия решений (в том числе проектных).

Лекция 3

WAVE – технология

(Альтернативные варианты проектирования)

Эта технология ориентирована на целевое управление глобальными модификациями, проводимыми в больших сборках, сложных изделий и основа на единой виртуальной цифровой модели объекта проектирования. Благодаря WAVE – технологии появилась возможность создавать полное электронное описание (представление) любого сложного изделия, оперативной модификации его по ходу развития проекта и поддерживать его параллельное проектирование.

Использование всех перечисленных подходов (технологий) и их конкретная комбинация зависит от вида проектируемого изделия, причем для отдельных блоков сложного изделия может быть применима одна технология, для других – другая, для изделия в целом – третья, т.е. выбор технологии обусловлен спецификацией проекта.

Лекция 4

Структурная схема системы

1. Пакет для проектирования принципиальных электрических схем и созданных образов радиоэлектронных компонент.

2. Программа извлечения списка электрических связей из графического образа принципиальной электрической схемы. В результате создается таблица соединений.

3. Программа соединения (или объединения) взаимосвязанных таблиц межэлементных соединений, находящихся в различных БД в единую базу всей принципиальной электрической схемы.

4. Программное преобразование текстового файла в библиотеки, использование в схеме компонентов.

5. Программа упаковки вентилей на кристалле микросхем и подсоединении конструктива, если это необходимо.

Конструктив – это кристалл или печатная плата, на основе которой ведется разработка. Этот пакет реализует задачу компоновки конструкторского модуля, т.е. распределение принципиальной электрической схемы по корпусу интегральных микросхем.

6. Программа автоматического или ручного размещения компонентов по полю конструктива. Основным критерием в программного размещении используется критерий минимальной средней или суммарной длины сигнального соединения, потому что этот критерий позволяет упростить задачу трассировки сигнальных соединений. Хотя сейчас более рационально считать критерий равномерности длины сигнальных соединений, т.к. он позволяет избегать появления областей на плате с очень высокой плотностью сигнальных соединений, что затрудняет задачу трассировки сигнальных соединений. Иногда указанные выше два критерия применяют для достижения наилучшего результата.

7. Программа коррекции принципиальной электрической схемы с учетом возможных изменений в результате работы программы размещения.

8. Программа автоматической трассировки сигнальных соединений с настройкой стратегии процесса трассировки (программа Specctra). В основе большинства программ трассировки лежит алгоритм Ме или волновой алгоритм.

9. Интеллектуальный графический редактор печатных плат. Редактирование рисунка топологии печатной платы.

10. Верификация топологии печатной платы на соответствие конструктивно-технологическим требованиям (контролирование ширины печатных проводников и расстояния между ними).

Кроме этих программ в системы может включаться пакет функционально-логического моделирования принципиальной схемы. В системе предусматривается возможность получения файлов для выводов чертежей на фотоплоттеры или на хост-процессоры для станков с числовым программным управлением.

Лекция 5

Этапы проектирования

(для ранних версий системы P-CAD)

1. Начальная настройка системы:

1) заготовка файла, содержащего имена всех используемых компонентов

2) все символьные отображения компонентов

3) все конструкторско-технологические отображения компонентов

4) задание ограничителя формата принципиальной электрической схемы

5) задание конструктива (размера печатной платы)

6) задание стратегии трассировки сигнальных соединений (для трассировщика Specctra)

7) все полученные данные заносятся в предварительно созданный справочник проектируемого модуля

2. Коррекция библиотек системы

Перед началом процесса проектирования необходимо убедиться, что все компоненты, используемые в данном модуле, описаны в эталонной библиотеке.

Описание состоит из двух частей:

1) создание символьного описания компонентов

· обозначение контактов элементов

· ведение контактов элементов

· установка рабочих параметров

· построение графического изображения

· задание ключевой точки (это левый нижний или правый верхний контакт микросхемы) для обозначения центра элемента, для вращения и перемещения центра

· ведение информации об упаковке вентилей в корпусе

· запись созданного описания

2) создание конструкторско-технологического образа объекта

· ведение конструкторско-технологического образа

· обозначение контактов элементов

· ведение контактов элементов

· установка рабочих параметров

· построение графического изображения

· ведение информации об упаковке вентилей в корпусе

· запись созданного описания

3. Построение принципиальной электрической схемы:

1) установка рабочих параметров

2) вызов файла формата чертежа

3) размещение элементов схемы на поле чертежа

4) построение графического отображения электрических связей

5) ведение конструкторских обозначений элементов

4. Выделение списка целей из принципиальной электрической схемы.

В результате создается файл электрических соединений.

5. Создание библиотеки описания элементов с помощью текстового редактора строится символьный файл, содержащий перечень используемых компонентов и соответствующих им файлов символьных и конструкторско-технологических образов.

6. Подготовка конструктива

7. Упаковка вентилей

Выполняется процедура упаковки вентилей по корпусам микросхем на основе списка электрических связей и подсоединению конструктив платы.

8. Создание базы данных проекта, в которую входят:

· конструктив с неустановленными компонентами

· командный файл для коррекции принципиальной электрической схемы

· файл ошибок

· набор файлов для программы выпуска справочно-технической документации

Все эти данные формируются автоматически в результате выполнения предыдущих процедур.

9. Размещение элементов по полю конструктива.

Задача размещения сводится к расстановке корпусов элементов на плате с учетом критерия минимальной длины сигнальных соединений, т.к. он обеспечивает более легкую трассировку сигнальных соединений.

Автоматическое размещение элементов состоит из следующих шагов:

1) настройка программы на конкретный проект

2) загрузка проекта

3) расстановка закрепленных элементов

Закрепленными называются элементы, которые в общем случае могут устанавливаться вне сетки размещения элементов (т.е. в любом месте платы и местоположение которых в дальнейшем менять нельзя)

4) указание сетки размещения элементов (шаг по горизонтали и вертикали)

5) указание элементов подлежащих автоматической установке

6) создание барьеров для размещения элементов, т.е. выделение областей, в которых размещение не допустимо (пример: отверстие для крепления в платное оборудование, расстояние от краев платы)

7) описание характеристики расположения регулярно располагаемых элементов и элементов обвязки

8) указание свободных зон вокруг размещаемых элементов

9) расстановка элементов по узлам сетки

10) улучшение качества размещения элементов путем итерационного алгоритма попарной перестановки, как самих корпусов элементов, так и взаимозамещении вентилей в различных элементах

11) ручная коррекция полученных размещений при необходимости

12) запись результатов

10. Прокладка проводников: земля и питание (как правило, на отдельном слое)

11. Формирование зон запрета на коммутационном поле платы для трассировки соединений. Эти зоны могут указывать как для каждого слоя платы отдельно, так и на все слои платы сразу, тогда они имеют одинаковую конфигурацию.

12. Трассировка сигнальных соединений

Самый сложный этап во всем цикле проектирования.

1) настройка параметров трассировки (ширина и расстояние между соседними проводниками)

2) настройка параметров алгоритма трассировки

· выбор весовых коэффициентов алгоритма

· выбор типа алгоритма трассировки (волновой, лучевой, канальный алгоритмы)

· приведение в соответствие ширины использования проводников и типов контактных площадок

· выбор ширины печатных проводников

3) запуск трассировки, запись результатов и ручная коррекция при необходимости результата трассировки

Волновой алгоритм


			В
Х	Х	Х
	Х	Х
А

Х – занятая зона

1 – источник 2

13. Формирование выходной информации на печатной плате.

К выходной информации относят:

1) принципиальная электрическая схема

2) перечень используемых элементов (спецификация в виде текстового файла)

3) рисунок топологии печатной платы с размещенными элементами (рисунок должен совпадать с двух сторон)

Как правило, добавляется техническое задание и описание индивидуальных особенностей проекта.

Лекция 6

Лекция 7

Градиентные методы

Задача сводится к минимизации суммарной взвешенной длины сигнальных соединений, которая является целевой функцией.

Градиент в точке с координатами (x, y, z) – это вектор, длина которого равна наибольшему значению производной по направлению и который направлен так же, как и вектор, соответствующий наибольшему значению производной по направлению в точке с координатами (x, y, z).

Достоинства:

1. небольшие затраты машинного времени

2. наличие стандартных программ для расчета

Недостатки:

1. возможность получения лишь локальных экстремумов

2. низкая эффективность при пологом экстремуме

Эффективность этого метода может быть улучшена путем совместного применения с методом случайного поиска (повышает вероятность нахождения глобального экстремума целевой функции).

Дискретные методы

Решают задачу размещения элементов на фиксированном числе посадочных мест, расположенных в узлах координатной сетки.

Алгоритмы случайного поиска

Решают задачу размещения на основе случайного начального размещения элементов и дальнейшего последовательного или итерационного улучшения начального размещения.

Алгоритмы назначения

Вводятся к назначению элементов в определенные узлы координатной сетки с учетом достижения экстремума целевой функции.

Достоинства:

1. уже разработано программное обеспечение для функционирования задач назначения

Недостатки:

1. трудоемкость при большой размерности

Эвристические методы

Сводятся к алгоритмической реализации того или иного приема (эвристике), которая может привести к рациональному результату.

Достоинства:

1. как правило, небольшое время решения задач

Недостатки:

1. в редких случаях приводит к оптимальному результату

Лекция 8

Рисунок 8.1

Рисунок 8.2

Многослойные печатаные платы (МПП) составляют 2/3 мирового производства печатных плат в ценовом исчислении, хотя в количественном выражении уступают одна- и двухслойным.

По своей структуре МПП значительно сложнее двухсторонних (двухслойных) плат. Они включают дополнительные экранные слои (земля и питание), а также несколько сигнальных слоев.

Для обеспечения коммутации между слоями МПП применяют межслойные переходы и микропереходы.

Межслойные переходы могут выполняться в виде сквозных отверстий, соединяющих внешние слои между собой и с внутренними слоями, применяют также глухие и скрытые переходы.

Глухой переход – это соединительный металлизированный канал, видимый только с верхней или нижней стороны платы.

Скрытые переходы используют для соединения между собой внутренних слоев платы.

Их применение позволяет значительно упростить трассировку платы (например, 12-слойную МПП можно свести к 8-слойной МПП).

Специально для поверхностного монтажа разработаны микропереходы.

Лекция 9

Надежность печатных плат при различных способах их изготовления[2]

1. Печатные платы, изготовленные методом металлизации сквозных отверстий, несмотря на их широкое применение, обладают рядом недостатков. С конструкторской точки зрения самое слабое звено таких плат – места соединения металлизированных столбиков в переходных отверстиях и проводящих слоев (контактных площадок).

Соединения металлизированного столбика и проводящего слоя идет по торцу контактной площадки. Длина такого соединения определяется толщиной медной фольги, обычно составляет 35-36 микрон.

Гальваническая металлизация стенок переходных отверстий предшествует стадия химической металлизации.

Химическая медь, в отличие от гальванической, более рыхлая, поэтому соединения металлического столбика с торцевой поверхностью контактной площадки происходит через промежуток более слабый по прочностным свойствам подслой химической меди.

Коэффициент термического расширения стеклотекстолита гораздо больше, чем у меди. При термических ударах (нагревании платы), которые по самым разным причинам испытывает печатная плата, это соединение испытывает очень большие механические нагрузки и может порваться, как следствие – рвется электрическая цепь.

В многослойных печатных платах повышение надежности внутренних переходов достигается введением процедур (операций) подтрава (частичного удаления) диэлектрика в переходных отверстиях перед проведением металлизации. В этом случае соединение металлизированных столбиков с контактными площадками осуществляется не только по торцу, но и частично по внешним кольцевым зонам этих площадок.

Более высокой надежностью обладают печатные платы, изготовленные методом послойного наращивания. В отличие от предыдущего метода (метода сквозных отверстий) в этом случае отверстие заполняется медью целиком и площадь соединения с проводником гораздо больше. Но всё равно переход гальваническая медь – химическая медь – гальваническая медь остается. Для устранения этого перехода сейчас используют метода прямой металлизации отверстий, который исключает химическую металлизацию.

2. Металлизированное отверстие может стать слабым местом и по другой причине. Толщина покрытия станок переходных отверстий в идеале должна быть равномерной по всей их высоте, иначе снижается надежность платы. Физическо-химическая особенность процессов нанесения гальванических покрытий препятствует этому. Толщина покрытия внутри отверстия, как правило, меньше, чем на поверхности.

В современных печатных платах диаметром отверстий (переходов) меньше или равно 100 микрон, а соотношение высоты отверстия к диаметру его как 20: 1.

Традиционно эта задача решалась благодаря использованию электролитов с выравнивающими добавками, которые абсорбируются (осаждаются) в тех областях, где выше плотность тока. Интенсивность абсорбции пропорциональна плотности тока и эти добавки создают барьерный слой, противодействуя избыточному осаждению гальванических покрытий на острых кромках и прилегающих к ним областях.

3. Трудность обеспечения изоляции в сверхплотных печатных платах. Уровень изоляции однозначно связан с расстоянием между токопроводящими элементами (проводниковые контакты). Чем это расстояние меньше, тем диэлектрические свойства подложки должны быть выше.

При попадании влаги на плату (влага всегда присутствует во внешней среде) печатная плата становится датчиком влажности.

Сейчас уровень разрешения в печатных платах составляет 100 микрон.

Большинство подложек сделаны из стеклотекстолита. Уменьшение зазоров между проводниками привело к тому, что они стали соизмеримы с толщиной стеклянных нитей или толщиной узлов переплетений этих нитей в стеклоткани, и проводники могут замыкаться этими узелками. И как следствие, образование капилляров в стеклотекстолите замыкающих проводники, так как в этих капиллярах конденсируется влага даже при нормальной влажности.

Надо иметь в виду, что уже сейчас компания SAMSUNG начала изготавливать платы с шириной проводников и расстояния между ними 8-10 микрон.

Решение этих задач состоит в подходе, которая заключается в том, что макро и микро дефекты в диэлектрической подложки платы заполняются жидкостью, которая при последующей термообработке способна превращаться в диэлектрик с очень хорошими электроизоляционными свойствами.

4. Задача связана в получении сверхузких проводников. Сегодня в большинстве своем используется субтрактивные методы, т.е. рисунок электрической схемы формируется путем удаления ненужных фрагментов фольги путем травления. Принципиальный недостаток всех методов травления состоит в том, что травление идет не только в желаемом направлении (по направлению поверхности диэлектрика), но и в нежелаемом поперечном направлении. Боковой подтрав проводников соизмерен с толщиной медной фольги (около 70%), поэтому у проводника получается неровный профиль. Если ширина проводников соизмерена с их высотой или даже меньше, то подтрав может привести к разрыву проводника.

Решение этой задачи связано с увеличением скорости травления и с использованием струйного облива (струя травителя совпадает с желаемым направлением, т.е. перпендикулярно поверхности меди). Это уже не эффективно, когда меньше 100 микрон (при размере). Тогда применяют тонкомерную фольгу. В момент травления толщина фольги маленькая, следовательно, подтрав маленький, а необходимая толщина проводника получается в результате последующего гальванического наращивания меди. При таком способе можно изготавливать платы 4 и 5 класса точности:

4 – ширина проводника и зазора между ними 0, 15 мм

5 – ширина проводника и зазора между ними 0, 10 мм

Сейчас наблюдается процесс интегрирования (сращивания) печатных плат и элементной базы. Некоторые элементы электрических схем (индуктивности, емкости, сопротивления) изготавливаются методами печати непосредственно в процессе изготовления печатных плат. Эффективность этого решения состоит в том, что планарные радиоэлементы, получаются одновременно с формированием рисунка схемы, не требует дополнительных затрат.

Применение в многослойных структурах сквозных переходов и микропереходов позволяет разместить эти элементы внутри печатной платы. Дальнейшим развитием этого процесса стало встраивание печатной платы кристаллов микросхем и даже в гибкие печатные платы, что позволяет получить законченное изделие в виде печатной платы.

5. Печатная плата – это совокупность множества материалов, обладающих различными физическими свойствами, которые необходимо согласовать, более того улучшение какой-либо одной характеристики, как правило, ведет к ухудшению другой характеристики.

Решение этой задачи связано с использованием новых материалов, в том числе полимеров, которые обладают необходимыми свойствами, в частности необходимого коэффициента расширения. Сюда же добавляется задача и согласование свойства материалов печатной платы с элементами, находящимися на или внутри неё.

Наиболее перспективны с точки зрения надежности являются платы с комбинацией методов металлизации сквозных отверстий и послойного наращивания – структура 2+4+2, т.е. основу платы составляет четырехслойная печатная плата со сквозными переходами, на которой с обеих сторон наращивается по два слоя с микропереходами.

Лекция 10

Лекция 11

Современные тенденции развития САПР электронных систем (на примере систем фирмы Mentor Graphics)

В настоящее время развитие средств автоматизации проектирования электронных систем определяется следующими факторами:

1. Быстрый рост ёмкости кристаллов и функциональных возможностей кристаллов. Считается, что этот рост подчиняется закону Мура: приблизительное удвоение числа транзисторов на кристалле каждые 2 года.

2. Увеличение доли потребительского сектора в общем объеме выпускаемых электронных изделий.

3. До последнего времени главной целью было получение требуемых характеристик устройства, реализуемого на кристалле. Главной характеристикой являлась производительность, в то время как длительность разработки и выпуска изделия на рынок не имели решающего значения.

4. Большинство современных систем ЭВТ с функциональной точки зрения представляют собой баланс между программной и аппаратной частями.

5. Программные и аппаратные части обычно разрабатывались отдельно друг от друга. В настоящее время, когда на весь цикл разработки устройства выделяется не более полугода (до запуска в производство), разработка программной и аппаратной частей производится параллельно.

Верхний уровень проектирования изделия ЭВТ включает функционально-логическое проектирование и верификацию полученных схем. Для цифровых и цифро-аналоговых систем особенностью является то, что с увеличением ёмкости кристалла до нескольких десятков тысяч вентилей и более перестает работать обычный подход к проектированию на вентильном уровне. Моделирование на вентильном уровне становится неприемлемым как с точки зрения затрат инженерного труда, так и с точки зрения требуемых ресурсов ЭВМ. Поэтому в настоящее время основным подходом к моделированию является моделирование с помощью языков высокого уровня (VHDL, Verilog).

Лекция 12

Экранирование системы

Применяется для снижения воздействия электромагнитных помех. Принцип действия экрана заключается либо в поглощении, либо в отражении электромагнитных и электростатических полей. На низких частотах магнитное поле поглощается, на высоких - отражается. На низких частотах рекомендуются магнитные материалы (железо). На высоких частотах экраны из немагнитных материалов (алюминий, медь). Для экранирования экран должен быть вокруг всей системы. Допускается наличие отверстий диаметром, не превышающим λ /2, где λ – минимальная длина волны сигнала. В противном случае отверстия играют роль щелевых антенн. Разъемы на плате также могут играть роль антенн, поэтому их рекомендуется закрывать поглощающими материалами.

Диэлектрические (изолирующие) материалы должны иметь достаточно высокую диэлектрическую прочность. Необходимо экранировать кабели, соединяющие различные платы между собой. Оплетка кабеля должна иметь хороший контакт с корпусом. Электронные модули должны находиться в металлизированных пакетах, которые имеют высокую стойкость к влаге и защитные функции от электромагнитных сигналов.

Лекция 13

Надежность изделий

Надежность изделия должна обеспечиваться во время всего срока эксплуатации изделия. Динамика процесса эксплуатации изделия представляется 3 фазами: отладкой, эффективной нормальной работой и старением (период ремонтов).

Отладка. Характеризуется коротким периодом времени, резким сокращением числа отказов, благодаря замене некачественных деталей и устранений ошибок сборки.

Нормальная работа. Характеризуется длительным временем, включающий гарантийный срок безотказной работы. На этом этапе уровень отказов очень низкий и они носят случайный характер. Этот период обеспечивает ценовую политику производителя и риск потребителя.

Старение. Характеризуется высоким уровнем отказов в связи с износом элементов, старением материалов, изменением их прочностных свойств.

Отказ на каждом этапе эксплуатации изделия описывается с помощью отдельных законов распределения случайных величин. Для описания первой фазы наиболее часто используются гамма-расределение. Для второй фазы – экспоненциальное распределение. Для третьей фазы – нормальное распределение или суперпозиция нормального и экспоненциального распределения. Для оценки надежности выполняется преобразование распределений для получения плотности распределения и вероятности отказов.

X – случайная величина;

a, b – параметры распределения;

Г – гамма-функция;

k – формообразующий параметр кривой распределения;

d – частота появления отказа;

Θ – срок службы изделия.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒