WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе рассмотрены результаты проведенного автором сравнительного анализа методов расчета электрофизических параметров, который показал, что сложные программные комплексы, которые обеспечивают приемлемую точность расчетов, используются только на одном из этапов проектирования и только ограниченным кругом специалистов, а простые формулы не обеспечивают необходимой точности и не позволяют учесть многие факторы. Различные инструменты не учитывают наличие паяльной маски, влигозащитного покрытия и ограничены в применении при появлении новых топологических элементов.

Как показывает проведенный автором анализ различных методов расчета, оптимальным методом расчета для проведения вычислительного эксперимента является метод конечных элементов. Данный метод лежит в основе программных комплексов Ansys, Abacus и отечественной программы ELCUT, которая в силу своей доступности, простоты использования и универсальности, была выбрана для проведения вычислительного эксперимента. Вид модели сечения в программе ELCUT показан на Рис. 2.

Для оценки степени влияния данных особенностей современных печатных узлов на итоговую величину электрофизических параметров, был проведен подробный анализ, который показал, что при максимальном расхождении реальных значений технологических факторов относительно заданных значений в техническом задании, разница значений волнового сопротивления составляет более 10 Ом, при этом время задержки распространения сигнала изменяется на 1,5 нс/м. Поэтому игнорировать данные факторы при разработке современных устройств вычислительной техники невозможно. Этот факт приводит к необходимости разработки новой методики расчета электрофизических параметров.

Во второй главе дано подробное описание метода планирования эксперимента и созданной на его основе методики расчета электрофизических параметров в зависимости от значений факторов, а именно:

hms - толщина подложки, мм r - диэлектрическая проницаемость подложки w - ширина проводника, мм tcnd - толщина проводника, мм hПМ - толщина паяльной маски, мм ПМ - диэлектрическая проницаемость паяльной маски hВЛ - толщина влагозащитного покрытия, мм - диэлектрическая проницаемость влагозащитного покрытия ВЛ Начало Проведение вычислительного эксперимента в программе ELCUT Выбор типа эксперимента Расчет коэффициентов регрессии на основании Выбор параметра полученных результатов оптимизации эксперимента Выбор факторов и задания Получение формул для области определения для расчета выбранного расчета параметра Определение основного Проверка точности в уровня факторов и сравнении с результатами интервалов варьирования ELCUT Составление плана эксперимента нет Точность удовлетворяем требованиям Составление матрицы планирования да эксперимента Конец Рис. 3. Блок-схема методики расчета электрофизических параметров Далее приведено подробное описание разработки новой математической модели расчета электрофизических параметров, и приведены итоговые формулы для расчета волнового сопротивления и времени задержки распространения сигнала:

Z = 95, 4244 +112,1483hms - 6,5491r - 94,9184w - 84, 2191tcnd - 24,9318hПМ -0,8906ПМ -14,8034hВЛ -1, 2677ВЛ td = 3,1247 - 0,6453hms + 0,5707r + 0, 2443w -1,8883tcnd + 2,1333hПМ + +0,0773ПМ +1,0697hВЛ + 0,1021ВЛ В третьей главе показано, что при проектировании печатных плат для устройств вычислительной техники необходимо уделять внимание не только физическим задержкам сигналов в линиях передачи, которые определяются конструкцией печатной платы, но также и системным задержкам, которые зависят от входных и выходных параметров драйвера и нагрузки:

• определяемую выходным сопротивлением генератора;

• обусловленную сосредоточенной емкостью нагрузки;

• обусловленную распределенной емкостью нагрузки.

Таким образом, общую задержку распространения сигнала от генератора до нагрузки можно записать как:

tОБЩ = tг + tн + tс + tpd где tг - задержка, определяемая выходным сопротивлением генератора, tн - задержка, обусловленная сосредоточенной емкостью нагрузки, tс - задержка, обусловленная распределенной емкостью нагрузки, tpd - задержка, определяемая конструкцией линии передачи.

Выведены формулы для расчета каждой составляющей задержки распространения сигнала.

Искажения сигнала, возникающие в устройствах вычислительной техники, вызваны отражением от несогласованных нагрузок и неоднородностей.

Расчет отражений в линии передачи по методу характеристик показал, что в случае, если реальное значение волнового сопротивления не совпадает с нормированным, необходимым для работоспособности устройства и обеспечения целостности сигнала, может произойти сбой. Расхождение реального значения волнового сопротивления с нормируемым из-за выбора неправильного инструмента расчета с большой погрешностью, выбора неправильного метода согласования или неучтенной распределенной емкости нагрузки может привести к тому, что линия передачи перестанет быть согласованной и в нужный момент уровень сигнала не достигнет уровня логической «1» и микросхема не переключится.

При согласовании в конце линии из-за расхождения значений волнового сопротивления и номинала согласующего резистора в 10 Ом варьирование угла графика ВАХ нагрузки может быть очень существенным (рис. 3) Рис. 4. Рассогласование линии в пределах ±10 Ом Поэтому необходимо выбирать правильный инструментарий и контролировать нахождение параметров изделия внутри полей допусков.

Таким образом, рассчитав волновое сопротивление по новой методике и получив вольтамперные характеристики из IBIS-модели микросхемы можно сразу в процессе проектирования оценить помехи отражения и принять решение о допустимости применяемых проектных решений и соответствия результатов техническому заданию.

В четвертой главе описан эксперимент по сравнению результатов расчета волнового сопротивления по полученной формуле и значения, измеренного на реальной печатной плате, подтверждающий адекватность полученной математической модели.

Для проведения эксперимента была использована печатная плата производства компании SEP Co., Ltd. (Южная Корея). Для проведения эксперименты были выбраны проводники с нижней стороны печатной платы. Общие параметры проводника и окружающего его пространства показаны в Таблица 1.

Таблица 1. Параметры сечения Параметр Величина Толщина диэлектрика между проводником и полигоном заземления, мкм Диэлектрическая проницаемость диэлектрика 4,Ширина проводника, мкм Толщина проводника, мкм 39,Толщина паяльной маски, мкм 15,Диэлектрическая проницаемость паяльной маски 3,Влагозащитное покрытие отсутствует Измерение волнового сопротивления проводилось с помощью системы CITS900s4, производства компании Polar Instruments Ltd. Результаты измерения показаны в Таблица 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента Нормированное Z, измеренное на Z, полученное с Значение Z, Значение Z, значение Z, Ом реальной плате, Ом помощью новой рассчитанное по полученное в модели, Ом формулам IPC, Ом SpeedGenerator 55 56,32 61,33 71,9 58,Погрешность 2,3% 10,3% 23,5% 5,34% Таким образом, проведенный эксперимент подтверждает адекватность полученных автором формул, которые могут быть использованы в расчетах при проектировании печатных узлов для устройств вычислительной техники.

Процесс верификации соответствия параметров линий передачи техническому заданию На основаниипроведенного анализа и расчетов был разработан метод проектирования печатных плат с нормируемым волновым сопротивлением для устройств вычислительной техники, который в качестве узлового процесса включает процесс верификации соотвествия параметров линии передачи техническому заданию.

Блок-схема процесса верификации соответствия параметров линии передачи техническому заданию показана на Рис. 5.

Начало Определение типа линии передачи Определение длины линии передачи а а Определение параметров конструкции линии передачи Анализ элементной базы Имеются встроенные Допуск да да согласующие соответствует элементы требованиям ТЗ нет нет Расчет волнового Корректировка элементной сопротивления и времени базы задержки распространения сигнала с помощью математической модели Расчет эффективной диэлектрической проницаемости и удельной емкости линии передачи Оценка распределенной емкости нагрузки Расчет результирующих значений волнового сопротивления и времени задержки распространения сигнала б б Расчет системных задержек на входе и выходе линии передачи Расчет общей задержки распространения сигнала в линии передачи Оценка соответствия параметров линии передачи требованиям ТЗ Параметры нет Внесение изменений в соответствуют ТЗ топологию да Проверка согласования линии передачи с учетом выбранного способа согласования на входе или выходе Оценка помех отражения Выявление причин появление отражений Результаты нет соответствуют ТЗ Внесение соответствующих изменений в схему или топологию да Конец Рис. 5. Блок-схема процесс верификации соответствия параметров линии передачи техническому заданию Полная блок-схема метода мроектирования представлена на Рис. 6:

Начало Верификация параметров Концептуальная на соответствие ТЗ проработка Верификация параметров Расположение компонентов на соответствие ТЗ на плате Разработка Трассировка проводников принципиальной электрической схемы Верификация параметров Расчет электрических и на соответствие ТЗ тепловых режимов Оценка помехоэмиссии и Определение временных других параметров ЭМС параметров работы Окончательное Верификация параметров определение конструкции на соответствие ТЗ устройства Определение технологии Окончательная производства верификация параметров на соответствие ТЗ Выбор элементной базы Производство Выбор материалов Конец Определение топологических норм и рекомендаций для трассировки Рис. 6. Блок-схема метода проектирования печатных плат с нормируемым волновым сопротивлением В конце главы даны рекомендации по по конструированию сверхбыстродействующей вычислительной техники как с точки зрения конструкции печатных узлов, так и с точки зрения технологии производства.

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в практику проектирования на предприятии ФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро «Марс», а также в учебный процесс ГОУВПО МИЭМ.

Основные результаты работы В процессе решения задач, поставленных в диссертации, получены следующие основные научные результаты.

1. Был проведен анализ существующих методов и инструментов расчета электрофизических параметров применяемых разработчиками, который показал их недостатки в условиях быстрого развития технологий. Анализ показал, что отсутствуют программные средства, одновременно учитывающие все необходимые факторы, влияющие на целостность сигнала и доступные для всех специалистов, вовлеченных в процесс разработки устройств вычислительной техники;

2. Была разработана новая математическая модель для расчета волнового сопротивления и времени задержки распространения сигнала в линии передачи 3. Был проведен анализ помех отражения при рассогласовании линии передачи из-за технологических допусков и погрешностей расчета 4. Для подтверждения адекватности новой математической модели был проведен эксперимент по сравнению результатов расчетов с реальными значениями параметров проводников на печатной плате 5. Был разработан метод проектирования печатных плат с нормируемым волновым сопротивлением, который включает процедуры проверки соответствия параметров линии передачи нормируемым в техническом задании 6. Были разработаны рекомендации по конструированию современных устройств вычислительной техники как с точки зрения конструкции изделия, так и с точки зрения технологии производства. Рекомендации изложены в диссертационной работе 7. На программу по расчету электрофизических параметров оформляется свидетельство об официальной регистрации 8. Разработанные в процессе написания диссертационной работы методические указания внедрены в учебный процесс МИЭМ 9. Разработанные подходы, методики и рекомендации внедрены ФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро «МАРС» Публикации по теме диссертации 1. Нисан А.В., Соловьев А.В. Требования к конструированию печатных плат с учетом автоматизированной сборки. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ: Тез. докл. – М.: Изд-во МИЭМ. – 2004. – С. 368–369.

2. Кечиев Л.Н., Нисан А.В., Соловьев А.В. Создание виртуальных тренажеров по технологии поверхностного монтажа. Технологии приборостроения. – 2004. – №3. – С. 66–71.

3. Кечиев Л.Н., Соловьев А.В. Методика анализа влияния технологических факторов печатных плат на их электрофизические параметры. Технологии приборостроения.

– 2006. – №1. – С. 24–35.

4. Соловьев А.В. Гибкие автоматы установки компонентов на базе платформы АХ.

Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2005. – №3. – С. 50–52.

5. Соловьев А.В. Asymtek – мировой лидер в технологии дозирования. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2005. – №6. – С. 62–64.

6. Соловьев А.В. Hotflow 2 – серия печей оплавления для бессвинцовой пайки.

Производство электроники. – 2005. – №6. – С. 64–68.

7. Нисан А.В., Соловьев А.В. Школа поверхностного монтажа: Введение в поверхностный монтаж. Технологии приборостроения. – 2007. – №1. – С. 56–66.

8. Нисан А.В., Соловьев А.В. Школа поверхностного монтажа: Трафаретная печать.

Технологии приборостроения. – 2007. – №3. – С. 62–71.

9. Нисан А.В., Соловьев А.В. Школа поверхностного монтажа: Дозирование. Технологии приборостроения. – 2007. – №4. – С. 61–72.

10. Нисан А.В., Соловьев А.В. Школа поверхностного монтажа: Установка компонентов.

Технологии приборостроения. – 2008. – №1. – С. 64–71.

11. Нисан А.В., Соловьев А.В. Школа поверхностного монтажа: Пайка оплавлением.

Технологии приборостроения. – 2008. – №2. – С. 62–71.

12. Соловьев А.В. Методика выбора волнового сопротивления линий передачи современной сверхбыстродействующей электроники. Сб. науч. трудов / Под ред. Л.Н. Кечиева. – М.:

Изд-во МИЭМ, 2008. – С. 79-84.

13. Соловьев А.В. Применение программы ELCUT для расчета электрофизических параметров печатных узлов, Проектирование телекоммуникационных и информационных средств и систем. Сб. науч. трудов / Под ред. Л.Н. Кечиева. – М.: Издво МИЭМ, 2006. – С.188–194.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»