Курсовая работа: Разработка конструкции АЛУ

Применение микросхем высокой степени интеграции даёт выигрыш в плане линейного объёма и массы. С увеличением объёма несущей конструкции, а также за счёт корпуса и других приспособлений для защиты прибора от воздействий внешней среды, приходиться мириться с понижением показателей прочности, вибростойкости. Проблему уменьшения габаритов в блоке можно только при комплексном подходе: использование ИМС большой степени интеграции; отказ от совместного использования микросхем и дискретных элементов; широкое применение печатного монтажа и малогабаритных соединений.

Электромонтаж и электрические соединения занимают значительное пространство в конструкции ЭВМ. Для повышения надёжности, помехоустойчивости и уменьшения габаритов целесообразно использовать плату с печатным монтажом. Печатным монтажом называют способ соединения элементов при помощи печатных проводников, Печатный монтаж является групповым монтажом, т.к. за один этап изготовления можно получить все токопроводящие линии. Печатный монтаж позволяет: обеспечить значительное повышение плотности межэлементных соединений и возможность миниатюризации схемы; стабилизировать повторяемость параметров устройств; повысить надёжность и качество разрабатываемой аппаратуры. Применительно проектируемой схемы можно отметить, что в ней отсутствуют крупногабаритные элементы, топология схемы достаточно проста, но она должна обеспечить минимальные габариты и вес, а также высокую помехозащищённость.

Проблема надёжности складывается из решения задач обеспечения нормального теплового режима, защиты аппаратуры от вредоносных внешних воздействий как климатических так механических, так и электрических, магнитных и электромагнитных полей. Вследствие уменьшения габаритов устройств в настоящее время увеличивается рассеиваемая ими мощность на единицу объёма и уменьшается эффективность отвода тепла за счёт конвенции и излучения. Приходиться использовать искусственные методы отвода тепла подобным различным радиаторам либо использовать методы принудительного отвода тепла. Этот метод существенно увеличивает габариты конструкции, повышает производительные затраты и уменьшает площадь компоновки, поэтому поиск оптимального соотношения между габаритами устройства и надёжностью становиться одной из важнейших задач конструирования.

При проектировании устройств необходимо предусмотреть возможность быстро и без лишних затрат находить неисправности и повреждённые конструкции, а так же производить осмотры и профилактические ремонты, т.к. конструкция ремонтопригодна.

Технологичность конструкции ЭВМ в существенной степени определяется рациональным выбором её структуры, которая должна быть

разработана с учётом автономного, раздельного изготовления и наладки её основных элементов, узлов, блоков. Конструкция тем технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходиться выполнять после окончания её сборки. В технологичной конструкции должны максимально использоваться унифицированные, нормализованные и стандартные детали и материалы.

Исходя из этого целесообразно изготовлять проектируемый блок в виде двухсторонней ПП, изготовленной комбинированным позитивным методом, для увеличения степени минимизации с применением паяных соединений элементов с токопроводящими дорожками и соединением с внешними устройствами при помощи разъёма. Такой подход должен обеспечить высокую надёжность, минимальные габариты и высокую помехоустойчивость. В данной работе использована логика типа ТТЛ. Эти серии отличаются высокой надёжностью работы, что необходимо при эксплуатации устройства (в космосе, горной местности, корабле), а также достаточно большим быстродействием, удовлетворяющим всем условиям эксплуатации.

1.3 Выбор способа компоновки

От правильного расположения микросхем на печатной плате зависят такие параметры модуля, как габариты, масса, надежность работы, помехоустойчивость. Чем плотнее будут располагаться корпуса микросхем на плоскости печатной платы, тем сложнее автоматизировать ее монтаж, тем более жестким будет температурный режим ее работы, тем больший уровень помех будет наводиться в сигнальных связях. И наоборот, чем больше расстояние между микросхемами, тем менее эффективно используется физический объем модуля, тем больше длинна связей. Поэтому при установке микросхем на печатную плату следует учитывать все последствия выбора того или иного варианта их размещения.

Так как все ИМС данного модуля имеют одинаковые корпуса (прямоугольный типа К238.16) и, соответственно, одни и теже размеры, то решающим фактором выбора способа компоновки является минимальная суммарная длинна сигнальных связей между элементами. Рассмотрим несколько вариантов компоновки блока.

1 вариант показан на рисунке 2.1. В этом варианте микросхемы располагаются, согласно схеме электрическое принципиальной. При таком способе компоновки снижается длинна внутренних связей элементов, но в то же время увеличивается длина проводников, идущих на разъем, а значит увеличивается и возможность искажения входных и выходных данных.

Рисунок 2.1 Вариант 1 размещения микросхем

Поэтому целесообразно использовать вариант, изображенный на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 Вариант 2 размещения микросхем

На этом рисунке 2.2 микросхемы располагаются ближе к разъему, что в свою очередь ведет к уменьшению входных и выходных линий.

Из двух предложенных вариантов выбираем наиболее оптимальный, то есть второй.

В соответствии с малой степенью интеграции микросхем, на каждую пару ИМС устанавливается по одному конденсатору.

2.2. Выбор и обоснование конструкции блока.

Конструктивной особенностью разрабатываемого модуля является плата с печатным монтажом. В связи с повышенным количеством внутренних линий связей между микросхемами, элементы устанавливаются на двустороннюю печатную плату.

Для изготовления ДПП используется комбинированный позитивный метод. Комбинированный метод заключается в травлении фольгированного диэлектрика с металлизацией отверстий. Особенностью конструирования платы, изготавливаемой этим методом, является то, что при наличии зенковки допускается занижение контактной площадки до зенковки с одной или с двух сторон (для позитивного метода).

В таблице 2.1 приведены материалы для изготовления ПП.

Таблица 2.1

Материалы изготовления ПП

Наименование	Марка	ГОСТ, ТУ	Толщина материала, мм	Толщина фольги, мкм
Стеклотекстолит фольгированный	СФ-1Н-50	ГОСТ 10316	0,8-3,0	50
Фольгированный диэлектрик	ФДТ-2	ТУ ИЖ47-64	0,5	50
Фольгированный диэлектрик для микроэлектронных устройств	ФДМЭ-1	ТУ ИЖ54-67	0,1	35
Стеклоткань прокладочная	СП-1	ТУ 16503085-71	0,025	-
Лента медная	М1	ГОСТ 1173-70	-	50;80

Для обеспечения высокой прочности платы, особенно при ее механической обработке выбираем фольгированный диэлектрик, имеющий большое значение толщины. Основные особенности конструкции модуля

1) Рекомендуемая толщина платы 0,8-0,15 мм;

2) Основной шаг координатной сетки принять равным 2,5 мм , а дополнительный – 0,5 мм. В узлах координатной сетки располагать центры монтажных и переходных отверстий;

3) В ПП допускать не боле трех различных диаметров монтажных и переходных отверстий;

4) Диаметр монтажных и переходных отверстий представлены в таблице 2.2;

5) Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки;

6) Печатные проводники выполняются прямоугольной формы, одинаковыми по ширине на всем протяжении. Пересечение проводников устранять с помощью перевода на другую сторону платы с использованием переходных отверстий;

7) Навесные элементы не должны выступать над поверхностью платы выше, чем на 9,5 мм;

8) Все переходные и монтажные отверстия платы должны быть металлизированы;

9) Печатные проводники платы размещать по линиям размещать по линиям основной и вспомогательной координатных сеток;

10) Монтажные отверстия и контактные площадки должны иметь покрытие, обеспечивающие качественную пайку выводов навесных элементов. В качестве такого покрытия использовать сплав О-С (61) 9 с последующей гальванизацией сплава ПОСВ 50;

11) Размеры рабочего поля платы – 70*85 мм;