ktop-1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


Кафедра «ВСиС»



Курсовой проект
по дисциплине:

«Конструкция и технологическое обеспечение производства ЭВМ»

Вариант №1


Руководитель:
Вишнеков А.В.


Выполнила студентка группы С-92:
Сильченкова А. М.









Москва 2011
Исходные данные:

Цель работы:
1. Ознакомление с методикой предварительной оценки метрических и топологических параметров и ее использование на конкретном примере.
2. Проектирование печатной платы данной принципиальной электрической схемы, т.е. ознакомление с:
- методикой создания принципиальной электрической схемы на конкретном примере и приобретение практических навыков в обращении с графическим редактором PC-CAPS (Shematic в САПР P-CAD 2006),
- методикой выполнения последовательности шагов, направленных на подготовку проекта к стадии размещения радиоэлементов на ПП и автоматической трассировке соединений,
- методикой размещения радиоэлементов на ПП и трассировки соединений на конкретном примере и приобретение практических навыков в обращении с графическим редактором PCB (САПР P-CAD 2006).
Для данной схемы необходимо рассчитать:
Размер платы
Коэффициент связности
Среднюю площадь связности
Среднюю длину межэлементных связей
Максимально допустимую длину ребра графа Gx и Gy


Спецификация элементов схемы
Обозначение на схеме
Символьный файл (SYM)
Технологический файл (PRT)
Номинал

DD1
К561LN2
CD4049


DD2, DD3
К561TM2
CD4013


R1, R3, R5
R
R
15К

R2
R
R1
10К

R4
R
R
330K

R6, R10
R
R
47K

R7
R
R1
1M

R8
R
R
20K

R9
R
R1
220K

C1
CAPH
CAPH
0,33mk

C2
CAPH
CAPH
6800

C3, C5
CAPH
CAPH
1mk

C4,C6,C7
CAPH
CAPH
0.1mk

VD1-VD3
CRX
CRX
KD522B

SA1
PDM1-1B
PDM1-1B


XP1
PG01
PG01


XS1-XS4
PGI1
PGI1







1. Методика предварительной оценки средней длины связи
На схеме используется 3 микросхемы Необходимо взять удесятеренное число микросхем, то есть 30.
Корпуса микросхем на коммутационной плате расположим следующим образом: 6Ч5.
Корпус интегральной микросхемы имеет размеры: 19,5ммЧ7,5мм. Габаритные параметры коммутационного поля будут следующими:
13EMBED Equation.DSMT41415;
13EMBED Equation.DSMT4141513EMBED Equation.DSMT41415

13EMBED Visio.Drawing.111415

Рис.1 Модуль с элементами, расположенными матричным способом

1.1. Оценка коэффициента связности
Коэффициент связности элементов на коммутационном поле В принимает значение:
13EMBED Equation.DSMT41415
1.2. Оценка средней площади связности элементов
Средняя площадь связности элементов - площадь, занимаемая на плате данным элементом и элементами непосредственно с ним связанными.
Расчет средней площади связности производится по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
где В – коэффициент связности элементов,
nx и ny – количество элементов, расположенных на коммутационном поле, соответственно по оси X и по оси Y .
1.3. Оценка средней длины межэлементных связей
Предположим, что средняя площадь связности элементов имеет форму прямоугольника со сторонами, пропорциональными размерам коммутационного поля по оси X и по оси Y соответственно. Таким образом, если обозначить через Ах сторону прямоугольника по оси X, через Ау – по оси Y, получим:
13EMBED Equation.DSMT41415; 13EMBED Equation.DSMT41415
где tу и tу – шаг расположения элементов по оси X и по оси Y, соответственно.
Так как в общем случае элементы располагаются случайным образом в позициях рассматриваемого прямоугольника, то значение средней длины связи для данного модуля определяется как среднее расстояние между двумя случайными точками, расположенными в прямоугольнике со сторонами Ах и Ау (рис. 2)
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. 2. Оценка средней длины межэлементных связей.

Среднее расстояние между двумя точками по оси ОХ определяется как среднее расстояние между двумя случайными точками на интервале длины Аy и, соответственно, среднее расстояние между двумя точками по оси ОY определяется как среднее расстояние между двумя случайными точками на интервале длины Ах.
Используя Теорему Крофтона о средних значениях, определяется среднее расстояние между двумя точками по оси ОХ и ОY, которое равно соответственно 13EMBED Equation.DSMT41415 и 13EMBED Equation.DSMT41415.
Отсюда среднее манхеттеново расстояние между двумя случайными точками, расположенными в прямоугольнике со сторонами Ах и Аy определяется следующим образом:
13EMBED Equation.DSMT41415
Тогда среднюю длину межэлементной связи можно определить по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
где Scp – средняя площадь связности элементов на коммутационном поле.

























2. Методика предварительной оценки габаритных размеров коммутационного поля
2.1. Построение графовой модели конструктивно-функционального модуля
Под графовой моделью конструктивно-функционального модуля по оси ОХ и по оси ОУ будем понимать, соответственно, неориентированный граф Gx=(Xx , Ax) и неориентированный граф Gy=(Xy , Ay), где:
Xx , Xy – множество вершин графа, определяемое соответственно количеством столбцов и строк элементов на коммутационном поде модуля,
Ax ,. Ay – множество ребер графа, определяемое соответственно количеством столбцов и строк элементов, связанных между собой проводниками.
Максимально допустимая длина ребра графа Gx и графа Gy определяется соответственно по формулам.
13EMBED Equation.DSMT41415; 13EMBED Equation.DSMT41415
где Sср – средняя площадь связности элементов на коммутационном поле,
nx – количество элементов, расположенных по оси OX,
ny – количество элементов, расположенных по оси OY.



Граф 13EMBED Equation.DSMT41415 Граф 13EMBED Equation.DSMT41415

Рис. 3. Графовая модель модуля

2.2. Определение веса вершины графовой модели
Веса вершин графов Gx и Gy, обозначим их, соответственно через Vx и Vy, определяются количеством связей, пересекающих границы соответствующих столбцов и строк элементов на коммутационном поле, без учета транзитных связей.
Рассмотрим графовую модель модуля по оси ОХ.
Разобьём площадь коммутационного поля на равные части, в соответствии с количеством столбцов элементов. Тогда среднее количество межэлементных связей, пересекающих границы одного столбца элементов, без учета транзитных связей можно вычислить по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
где nc – количество цепей активных выводов элементов в данном модуле,
Р – вероятность пересечения границ столбца элементов связями одной цепи активных выводов,
Р' – вероятность того, что контакты одной цепи активных выводов находятся одновременно как в пределах данного столбца элементов, так и вне его (то есть для реализации соединений между контактами цепи необходимо пересечение границ столбца элементов),
Р'' – вероятность того, что начальный и конечный контакты цепи активных выводов находятся в одном столбце элементов (при расчетах положим Р" = 0),
N – общее количество активных выводов элементов модуля,
n – средний размер сети активных выводов.

Вычислим средний размер сети активных выводов n:
13EMBED Equation.DSMT41415
Общее количество активных выводов элементов модуля 13EMBED Equation.DSMT41415
13EMBED Equation.DSMT41415
13EMBED Equation.DSMT41415
2.3. Определение веса ребра графовой модели
Расчет веса ребра графовой модели модуля по оси ОХ и по оси ОY производится соответственно по формулам:
13EMBED Equation.DSMT41415; 13EMBED Equation.DSMT41415
где Vx и Vy – соответственно вес вершины графовой модели модуля по оси ОХ и по оси OY,
rx и ry – соответственно максимальная степень вершины графовой модели модуля по оси ОХ и по оси OY.
2.4. Оценка числа пересечений межэлементными соединениями вертикальных и горизонтальных сечений модуля
Число пересечений межэлементными соединениями рассматриваемого вертикального, либо горизонтального сечения нетрудно оценить, зная число ребер графовой модели, пересекающих данное сечение.
13EMBED Equation.DSMT41415,т.к .число ребер, пересекающих критическое сечение=9, 13EMBED Equation.DSMT41415, т.к. число ребер, пересекающих критическое сечение = 6.
2.5. Оценка числа транзитных проводников
Под транзитными соединениями будем понимать соединения, проходящие через столбцы (для вертикальных сечений) или строки (для горизонтальных сечений) элементов на коммутационном поле. Рассмотрим частный случай, представленный на рис. 2.3.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. 4. Пример транзитных соединений и транзитных сечений.

Соединение 1 является транзитным для 2-го столбца.
Соединение 2 является транзитным для 2-го столбца и 2-ой строки.
Соединение 3 является транзитным для 2-ой строки.
Таким образом, сечение S1 пересекают два транзитных соединения, и сечение S2 пересекает также 2 транзитных соединения. В дальнейшем данные сечения будем называть транзитными сечениями. Количество транзитных соединений, проходящих через столбцы (строки) элементов на коммутационном поле определим по формулам:

13EMBED Equation.DSMT41415, т.к. число ребер, пересекающих транзитное сечение = 6,
13EMBED Equation.DSMT41415, т.к. число ребер, пересекающих транзитное сечение = 4.
2.6. Определение необходимой площади коммутационного поля модуля
Произведя оценку числа соединений, пересекающих вертикальные и горизонтальные сечения коммутационного поля, нетрудно определить критические сечения, то есть сечения, которые пересекает максимальное количество сигнальных соединений. Анализ модулей ЭВА показывает, что это как правило центральные сечения, то есть сечения, делящие площадь коммутационного поля на две равных части.
Тогда минимально допустимый размер коммутационного поля модуля по оси ОХ определяется по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
a = 0,5 – допустимая ширина сигнального соединения, b = 0,5 – допустимое расстояние между двумя соседними сигнальными соединениями, 13EMBED Equation.DSMT41415 – число элементов, расположенных по оси 13EMBED Equation.DSMT41415, 13EMBED Equation.DSMT41415 – число внешних выводов элемента по оси 13EMBED Equation.DSMT41415,
13EMBED Equation.DSMT41415 – число сигнальных соединений, блокируемых одним внешним выводом элемента, R = 0 – число сигнальных соединений, блокируемых шиной “Земля”, “Питание”.
Аналогично размер коммутационного поля по оси ОY определится по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
Следовательно, минимальная площадь коммутационного поля модуля, необходимая для успешной трассировки соединений определяется по формуле:

13EMBED Equation.DSMT41415
Таким образом методика предварительной оценки габаритных размеров конструктивно-функционального модуля включает следующие основные этапы:
Построение графовой модели.
Определение веса вершины графовой модели.
Определение веса ребра графовой модели.
Оценка числа пересечений вертикальных и горизонтальных сечений модуля.
Оценка числа транзитных проводников, проходящих через столбцы (строки) элементов.
Оценки габаритных размеров и площади коммутационного поля.
2.7. Влияние расположения внешних выводов модуля на количество соединений в вертикальных и горизонтальных сечениях
Область внешних выводов расположена по одной из сторон модуля. В этой ситуации области внешних выводов в графовой модели модуля соответствует одна дополнительная вершина, связанная с каждой из вершин графовой модели.
Вес ребер графовой модели, связанных с вершиной, соответствующей области внешних выводов вычисляется по формуле:

13EMBED Equation.DSMT41415
где 13EMBED Equation.DSMT41415– количество внешних выводов модуля,
13EMBED Equation.DSMT41415– количество ребер, соединяющих вершину графовой модели, соответствующую области внешних выводов с другими вершинами графовой модели.

Таким образом общее количество сигнальных соединений, пересекающих i-ое вертикальное или горизонтальное сечение определяется по формулам:
13EMBED Equation.DSMT41415
13EMBED Equation.DSMT41415
где 13EMBED Equation.DSMT41415, 13EMBED Equation.DSMT41415– соответственно, количество ребер графовой модели по оси ОХ и по оси ОY, не связанных с вершиной, соответствующей области внешних выводов модуля и пересекающих i -ое сечение,
13EMBED Equation.DSMT41415, 13EMBED Equation.DSMT41415 – соответственно, вес ребер графовой модели по оси ОХ и по оси ОY не связанных с вершиной, соответствующей области внешних выводов.
13EMBED Equation.DSMT41415, 13EMBED Equation.DSMT41415 – соответственно, количество ребер графовой модели по оси ОХ и по оси ОY, пересекающих i-ое сечение и связанных с вершиной, соответствующей области внешних выводов.
3. Методика предварительной оценки числа межслойных переходов
Одним из основных элементов, влияющих на надёжность конструктивно-функциональных модулей матричного типа с многослойной структурой (многослойных печатных плат и матричных БИС) является межслойный переход.
Предлагаемая методика позволяет на этапе аванпроектирования на основе анализа принципиальной схемы, размещаемой на данном коммутационном поле и конструктивных параметров элементной базы, выбранной для реализации модуля, производить оценку числа межслойных переходов с учетом выбранной стратегии размещения элементов и трассировки межслойных соединений.
Рассмотрим коммутационное поле прямоугольной формы с регулярно расположенными матричным способом (в узлах прямоугольной решетки) элементами. Будем полагать, что печатные проводники, реализующие электрические соединения, располагаются в вертикальных и горизонтальных каналах в области трассировки.
Построим дерево цепей для решения задачи предварительной оценки количества межслойных переходов.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. 5. Дерево цепей для решения задачи предварительной оценки количества межслойных переходов
S0 – оценка общего количества межслойных переходов, возникающих при реализации модуля на данном коммутационном поле,
S1, S2 – оценка количества межслойных переходов, возникающих при реализации соответственно горизонтальной и вертикальной части одного соединения,
S3, S4 – оценка плотности непересекающихся отрезков соединений в одном канале трассировки соответственно по оси OX и по оси OY,
S5, S6 – оценка суммарной длины сигнальных соединений соответственно по оси OX и по оси OY,
S8 – оценка количества внешних выводов узла,
S7, S9 – оценка средней длины сигнального соединения соответственно по оси OX и по оси OY,
S10 – оценка средней площади связности элементов на коммутационное поле.
3.1. Оценка суммарной длины сигнальных соединений
Оценка суммарной длины горизонтальных и вертикальных составляющих сигнальных соединений позволит достичь соответственно целей S5 и S6
В работе показано, что в общем случае для того, чтобы соединить n-контактов, требуется (n-1)-проводник.
Тогда суммарную длину сигнальных соединений по оси ОХ и по оси ОY определим по формулам:
13EMBED Equation.DSMT41415
13EMBED Equation.DSMT41415
где 13EMBED Equation.DSMT41415,13EMBED Equation.DSMT41415 – суммарная длина соответственно горизонтальных и вертикальных частей сигнальных соединений,
13EMBED Equation.DSMT41415,13EMBED Equation.DSMT41415 – средняя длина межэлементных связей, соответственно по оси ОХ и по оси ОY,
С – среднее число активных выводов элемента,
13EMBED Equation.DSMT41415,13EMBED Equation.DSMT41415– количество элементов, расположенных, соответственно, по оси ОХ и по оси ОY на коммутационном поле,
VR – число внешних контактов рассматриваемого конструктивно-функционального модуля.
Нетрудно видеть, что общая суммарная длина сигнальных соединений на коммутационном поле определяется как:
13EMBED Equation.DSMT41415
3.2. Оценка плотности непересекающихся отрезков соединений в канале трассировки
Оценку средней плотности соединений произведем по следующей упрощенной формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
где 13EMBED Equation.DSMT41415 – суммарная длина сигнальных соединений,
13EMBED Equation.DSMT41415 – площадь поля трассировки,
13EMBED Equation.DSMT41415 – шаг сетки трассировки, 13EMBED Equation.DSMT41415
3.3. Оценка количества межслойных переходов, возникающих при трассировке одного соединения
Оценку количества межслойных переходов для одного соединения произведем по формуле, полученной на основе анализа вероятностного распределения случайных отказов сигнальных соединений в канале трассировки :
13EMBED Equation.DSMT41415
где 13EMBED Equation.DSMT41415 – средняя длина межслойной связи по оси ОХ,
13EMBED Equation.DSMT41415 – средняя длина межслойной связи по оси ОY,
13EMBED Equation.DSMT41415 – средняя плотность непересекающихся отрезков соединений в канале трассировки.
3.4. Оценка общего количества межслойных переходов
Общее количество межслойных переходов рассчитываем по следующей формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
где N – общее количество сигнальных соединений.

Таким образом, общая методика оценки количества межслойных переходов сводится к выполнению следующих этапов:
Оценка средней площади связности элементов на коммутационном поле.
Оценки средней длины сигнального соединения.
Оценка количества внешних выводов узла.
Оценка суммарной длины сигнальных соединений.
Оценка плотности непересекающихся отрезков соединений в одном канале трассировки.
Оценка количества межслойных переходов, возникающих при трассировке одного соединения.
Оценка общего количества межслойных переходов.





















Результаты построения и трассировки в программе P-CAD


nx

Аy

Y

X

2

1

3

Аx

0

Аy

Аx

S2

Y

X

2

3

2

1

1

S1

2

1

1

2

3

3

3

S0

S1

S2

S3

S4

S5

S7

S10

S6

S9

S8



Рисунок 1Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeОбласть контактов
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Microsoft Область контактов 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·
·
·S PG
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·a Ne
·
·
·
·
·
·
·E
·
·і
·
·
·
·
·
·
·
·S Fa
·
·
·
·
·
·
·*
·Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 18060062
    Размер файла: 654 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий