20740 Автоматизированный тестор параметров радиоэлементов - управление и контроль
Введение 1. Анализ технического задания 2. Математические модели радиоэлектронных элементов 2.1. Формальная модель многополюсного радиоэлемента 2.2. Структура ФММР 2.3. Базовый узел ФММР 2.4. Структура элементной базы 2.5. Модели РЭ для САПР электронных схем 3. Тестер для измерения параметров радиоэлектронных элементов 3.1. Методика измерения 3.2. Структурная схема тестера 3.3. Устройство интерфейса 3.4. Измерительно-контрольное устройство 3.5. Измерительные головки 4. Расчётная часть 4.1. Расчет площади и габаритов материнской платы 4.2. Расчёт теплового режима блока 4.3. Расчет надёжности блока 5. Технологическая часть 5.1. Качественный анализ конструкции 5.2. Проектирование технологического процесса сборки печатной платы 5.3. Определение количественных показателей технологичности конструк-ции разрабатываемой материнской платы Заключение Литература
Введение
Включение электронных вычислительных машин (ЭВМ) в цикл проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) выдвинуло на передний план задачи математического описания радиоэлементов (РЭ), составляющих эти РЭА, так как достоверность машинных расчетов параметров РЭА определяется, в первую очередь, достоверностью описания параметров РЭ. Комплексный характер работ в области моделирования РЭА наиболее полно сформулирован Логаном /1/, который связал неудачные попытки использования систем автоматизированного проектирования электронной аппаратуры (САПР РЭА) с системным подходом. Такой подход включает: − разработку математических моделей радиоэлементов; − проверку адекватности путем сравнения результатов, с характеристиками реализованных устройств радиоэлементов САПР РЭА; − определение и описание технологических разбросов; − оценку влияния изменений окружающей среды (температура, влажность, механические воздействия, радиация и т.п.); − исследование эффектов старения с точки зрения надежности. Если же при тщательном исследовании пренебрегают хотя бы одним из выше перечисленных аспектов с целью упрощения модели РЭА, то ре-зультат моделирования может быть сведён на нет. Например, при оптимизации без учёта климатических факторов или статических параметров. Исторически потребность математического описания РЭА возникла одновременно с применением РЭА. Современные требования к описанию РЭА отличаются только в существенном повышении требований к адекват-ности моделей, что связано, в первую очередь, с усложнением функционального назначения и структуры РЭА. Относительно простые по структуре РЭА и составляющие их РЭ по-зволяли разработчикам после несложных расчетов проверять результаты посредством натурного макетирования. Это привело к тому, что описание моделей РЭ было также ориентировано на корректировку их параметров в процессе проектирования РЭА. При необходимости простые модели и процессе проектирования усложнялись, если в этом возникала такая потребность. Усложнение РЭА, связанное с применением полупроводниковых эле-ментов (ПЭ), особенно с началом развития микроэлектронных радиоэлементов (МРЭ), привело, во-первых, к повышению требований к описанию РЭ и МРЭ, во-вторых, к глобальному усложнению РЭА, в-третьих, к резкому ограничению, вплоть до полного исключения натурного макетирования. Развитие ЭВМ и измерительной техники, широкое внедрение персо-нальных компьютеров (ПК), открыло качественно новые возможности в области САПР РЭА, в том числе и области моделирования РЭ и МРЭ. В практику внедрены: − мощные методы САПР РЭА, например система Pspice /2/; − модели РЭ и МРЭ, позволяющие производить адекватное описание характеристик реальных устройств; − автоматизированные технические средства измерения (АТСИ) на базе ПК, применение которых позволяет идентифицировать параметры модели РЭА в ограниченное время с требуемой точностью. Анализ как структуры принятых моделей РЭ и МРЭ, так и принятых методов измерения их параметров приходит к следующим выводам: − повышение точности связано с усложнением структуры моделей, что в большинстве случаев для их эффективного практического использования приводит к их усечению (упрощению), например, модель биполярного транзистора, содержащая до 59 компонентов (модель Гуммеля-Пунна) упрощается до 12 компонентов (классическая модель Эберса-Молла); − возникают естественные трудности аттестации сложных моделей (увеличение числа параметров приводит к увеличению времени и расходов на моделирование). Разработчики САПР РЭА PSpice чётко представляют эти проблемы. В этой связи в системе PSpice предусмотрено применение проблемно ориентированных макромоделей. Эти модели, в том числе и транзистора, по желанию пользователя, путём ограничения области определения параметров по режиму электропитания, по постоянному току, частотному диапазону, температуре и другим условиям позволяют в конечном итоге повысить эффективность проектирования за счёт, во-первых, уменьшения числа параметров, во-вторых, резкого снижения количества расчётных операций, выполняемых в процессе расчета РЭА. Так, при использовании в PSpice встроенной малосигнальной модели биполярного транзистора (БТ) число необходимых параметров находится в пределах от 29 (модель Эберса-Молла в версии Логана) до 59 (модель Гуммеля-Пунна), тогда как использование в фиксированном режиме электропитания по постоянному току и ограниченном диапазоне частот макромодель БТ на основе Y- матрицы будет содержать 8Nj вещественных параметров, где Nj - число аттестуемых частотных точек. При этом определение параметров БТ на текущей частоте производится посредством элементарных вычис-лительных операций. Если макромодель БТ определена по данным встроенной глобальной модели БТ, то её точность будет определена точностью исходной модели. Использование косвенных методов идентификации параметров встроенной модели неизбежно приводит к снижению точности моделирования. Задачу по повышению точности моделирования можно решить, на-пример, путём использования прямых методов применения Y- матрицы транзистора. Современные измерительные приборы позволяют реализовать данные измерения только в первом приближении, так прямое измерение малосигнальных параметров "чёрного ящика" производят, как правило, в коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом. неизбежны существенные погрешности измерения параметров компонентов значительно отличаются от 50 Ом. Основными препятствиями для осуществления эффективного измере-ния параметров малосигнальных макромоделей являются: − необходимость выполнения сложных с технической точки зре-ния операций по согласованию измерительных цепей на предмет отсутствия отражённых волн; − ошибки, связанные с использованием направленных ответвите-лей, которые нужно рассматривать как дополнительные неоднородности измерительного тракта, причём частотно-зависимые. Недостатками применяемых измерительных приборов также является противоречия, связанные с внедрением классических "ручных" методов измерения в практику
'---------------------------------- Введение 1. Анализ технического задания 2. Математические модели радиоэлектронных элементов 2.1. Формальная модель многополюсного радиоэлемента 2.2. Структура ФММР 2.3. Базовый узел ФММР 2.4. Структура элементной базы 2.5. Модели РЭ для САПР электронных схем 3. Тестер для измерения параметров радиоэлектронных элементов 3.1. Методика измерения 3.2. Структурная схема тестера 3.3. Устройство интерфейса 3.4. Измерительно-контрольное устройство 3.5. Измерительные головки 4. Расчётная часть 4.1. Расчет площади и габаритов материнской платы 4.2. Расчёт теплового режима блока 4.3. Расчет надёжности блока 5. Технологическая часть 5.1. Качественный анализ конструкции 5.2. Проектирование технологического процесса сборки печатной платы 5.3. Определение количественных показателей технологичности конструк-ции разрабатываемой материнской платы Заключение Литература
Введение
Включение электронных вычислительных машин (ЭВМ) в цикл проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) выдвинуло на передний план задачи математического описания радиоэлементов (РЭ), составляющих эти РЭА, так как достоверность машинных расчетов параметров РЭА определяется, в первую очередь, достоверностью описания параметров РЭ. Комплексный характер работ в области моделирования РЭА наиболее полно сформулирован Логаном /1/, который связал неудачные попытки использования систем автоматизированного проектирования электронной аппаратуры (САПР РЭА) с системным подходом. Такой подход включает: − разработку математических моделей радиоэлементов; − проверку адекватности путем сравнения результатов, с характеристиками реализованных устройств радиоэлементов САПР РЭА; − определение и описание технологических разбросов; − оценку влияния изменений окружающей среды (температура, влажность, механические воздействия, радиация и т.п.); − исследование эффектов старения с точки зрения надежности. Если же при тщательном исследовании пренебрегают хотя бы одним из выше перечисленных аспектов с целью упрощения модели РЭА, то ре-зультат моделирования может быть сведён на нет. Например, при оптимизации без учёта климатических факторов или статических параметров. Исторически потребность математического описания РЭА возникла одновременно с применением РЭА. Современные требования к описанию РЭА отличаются только в существенном повышении требований к адекват-ности моделей, что связано, в первую очередь, с усложнением функционального назначения и структуры РЭА. Относительно простые по структуре РЭА и составляющие их РЭ по-зволяли разработчикам после несложных расчетов проверять результаты посредством натурного макетирования. Это привело к тому, что описание моделей РЭ было также ориентировано на корректировку их параметров в процессе проектирования РЭА. При необходимости простые модели и процессе проектирования усложнялись, если в этом возникала такая потребность. Усложнение РЭА, связанное с применением полупроводниковых эле-ментов (ПЭ), особенно с началом развития микроэлектронных радиоэлементов (МРЭ), привело, во-первых, к повышению требований к описанию РЭ и МРЭ, во-вторых, к глобальному усложнению РЭА, в-третьих, к резкому ограничению, вплоть до полного исключения натурного макетирования. Развитие ЭВМ и измерительной техники, широкое внедрение персо-нальных компьютеров (ПК), открыло качественно новые возможности в области САПР РЭА, в том числе и области моделирования РЭ и МРЭ. В практику внедрены: − мощные методы САПР РЭА, например система Pspice /2/; − модели РЭ и МРЭ, позволяющие производить адекватное описание характеристик реальных устройств; − автоматизированные технические средства измерения (АТСИ) на базе ПК, применение которых позволяет идентифицировать параметры модели РЭА в ограниченное время с требуемой точностью. Анализ как структуры принятых моделей РЭ и МРЭ, так и принятых методов измерения их параметров приходит к следующим выводам: − повышение точности связано с усложнением структуры моделей, что в большинстве случаев для их эффективного практического использования приводит к их усечению (упрощению), например, модель биполярного транзистора, содержащая до 59 компонентов (модель Гуммеля-Пунна) упрощается до 12 компонентов (классическая модель Эберса-Молла); − возникают естественные трудности аттестации сложных моделей (увеличение числа параметров приводит к увеличению времени и расходов на моделирование). Разработчики САПР РЭА PSpice чётко представляют эти проблемы. В этой связи в системе PSpice предусмотрено применение проблемно ориентированных макромоделей. Эти модели, в том числе и транзистора, по желанию пользователя, путём ограничения области определения параметров по режиму электропитания, по постоянному току, частотному диапазону, температуре и другим условиям позволяют в конечном итоге повысить эффективность проектирования за счёт, во-первых, уменьшения числа параметров, во-вторых, резкого снижения количества расчётных операций, выполняемых в процессе расчета РЭА. Так, при использовании в PSpice встроенной малосигнальной модели биполярного транзистора (БТ) число необходимых параметров находится в пределах от 29 (модель Эберса-Молла в версии Логана) до 59 (модель Гуммеля-Пунна), тогда как использование в фиксированном режиме электропитания по постоянному току и ограниченном диапазоне частот макромодель БТ на основе Y- матрицы будет содержать 8Nj вещественных параметров, где Nj - число аттестуемых частотных точек. При этом определение параметров БТ на текущей частоте производится посредством элементарных вычис-лительных операций. Если макромодель БТ определена по данным встроенной глобальной модели БТ, то её точность будет определена точностью исходной модели. Использование косвенных методов идентификации параметров встроенной модели неизбежно приводит к снижению точности моделирования. Задачу по повышению точности моделирования можно решить, на-пример, путём использования прямых методов применения Y- матрицы транзистора. Современные измерительные приборы позволяют реализовать данные измерения только в первом приближении, так прямое измерение малосигнальных параметров "чёрного ящика" производят, как правило, в коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом. неизбежны существенные погрешности измерения параметров компонентов значительно отличаются от 50 Ом. Основными препятствиями для осуществления эффективного измере-ния параметров малосигнальных макромоделей являются: − необходимость выполнения сложных с технической точки зре-ния операций по согласованию измерительных цепей на предмет отсутствия отражённых волн; − ошибки, связанные с использованием направленных ответвите-лей, которые нужно рассматривать как дополнительные неоднородности измерительного тракта, причём частотно-зависимые. Недостатками применяемых измерительных приборов также является противоречия, связанные с внедрением классических "ручных"
