Реферат: Разработка методики программного тестирования цифровых устройств с помощью программного пакета Design Center 
Реферат: Разработка методики программного тестирования цифровых устройств с помощью программного пакета Design Center
ВВЕДЕНИЕ
Для выхода нашей
станы из экономического кризиса необходимо повышение темпов и эффективности
развития экономики на базе ускорения научно-технического прогресса,
техническое перевооружение и реконструкция производства , интенсивное
использование созданного производственного потенциала, совершенствование
системы управления, хозяйственного механизма и достижение на этой основе дальнейшего
подъема благосостояния народа. Исходя из этого необходимо на основе проведения
единой технической политики во всех отраслях народного хозяйства ускорить
техническое перевооружение произ-
водства, широко внедрять прогрессивную технику и
технологию,
обеспечивающие повышение
производительности труда и качество продукции. Необходимо обеспечить создание
и выпуск новых видов приборов и радиоэлектронной аппаратуры, основанных на
широком применении микроэлектроники.
В настоящее время
этап развития микроэлектроники и аппаратостроения на ее основе можно назвать
этапом интегральных схем (ИС).
Интегральные схемы,
являясь основной элементной базой микроэлектроники, позволяют реализовать
подавляющее большинство функций радиоаппаратуры.
Микрокомпоненты,
применяемые совместно с ИС, должны быть совместимыми с ними по конструкции, технологии
и уровню надежности. В некоторых случаях оправдано применение гибридных
интегральных схем (ГИС). Это объясняется следующими обстоятельствами:
Технология ГИС проста и требует меньших,
чем полупроводниковая технология затрат на оборудование и помещения.
Технологию ГИС можно
рассматривать как перспективную по сравнению с существующей технологией
многослойного печатного монтажа.
Пассивную часть ГИС изготавливают на
отдельной подложке, что позволяет достигать высокого качества пассивных
элементов при необходимости создавать прецизионные ГИС.
Основной проблемой
при создании микроэлектронной аппаратуры (МЭА) является выбор конструкции, а
также:
- обеспечение теплового режима;
- обеспечение надежности;
- обеспечение компоновки и соединений;
-
снижение стоимости МЭА.
При проектировании конкретного образца МЭА
должны учитываться:
- назначение и область применения МЭА;
- заданные электрические характеристики;
- условия
эксплуатации, определяющие степень воздействия внешней среды;
- требования к
конструкции (надежность, ремонтопригодность, масса, габариты, тепловые режимы);
- технико-экономические характеристики
(стоимость, технологичность изготовления).
Основным средством
миниатюризации устройств является их интегральное исполнение. В силовых
устройствах интеграция - это в первую очередь объединение бескорпусных силовых
полупроводниковых приборов в общем корпусе. Примером такого силового устройства
является разрабатываемый силовой микромодуль вторичного источника питания.
Наряду с ГИС применяются малогабаритные
сборки, состоящие из силовых транзисторов и диодов.
В основу
проектирования силового микромодуля заложены современные тенденции
конструирования ВИП на базе микроэлектронной
технологии их изготовления.
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Анализируя задание
на дипломное проектирование, видно, что модуль используется как составная часть
изделия. Наличие при эксплуатации изделия влажности до 93% требует
предусмотреть защиту
радиоэлементов и печатных плат путем герметизации
модуля, а также
пропиткой и заливкой. Так в частности
трансформатор преобразователя заливается . Герметизация модуля обеспечивается
с помощью резиновой прокладки по периметру между крышкой и корпусом. Наиболее
сложным вопросом является обеспечение нормального теплового режима при эксплуатации
в диапазоне температур - 40-60o С.
Основное влияние
температуры будет сказываться на радиоэлементы и особенно верхний предел
температуры +60o С. С этой целью выбор элементной базы произведен
исключительно по техническим условиям и ГОСТам, что исключает ошибки в выборе
элементной базы. Все выбранные радиоэлементы обеспечивают предельные
температуры эксплуатации. Такой режим достигается благодаря особенности конструкции.
Особенность заключается в том, что большинство теплонагруженных элементов
имеют хороший тепловой контакт на корпус модуля. Так, например, трансформатор
преобразователя находится в гнезде корпуса. Корпус выполнен из материала Д16,
обладающим хорошей теплопроводностью, а для большего уменьшения теплового сопротивления,
там где это необходимо, применяется теплопроводящая паста КНТ-8. Все это
позволяет спроектировать модуль в заданных габаритах.
Механические
нагрузки на модуль довольно значительные, т.к. он эксплуатируется в изделии
устанавливаемом на подвижных объек-
тах Однако, вся конструкция модуля и его
элементов отвечают требованиям вибро- и ударной устойчивости, заданной в ТЗ.
Исходя из
вышеизложенного, можно утверждать, что модуль обеспечит заданную надежность
P(t)=0,9 при t=5000. Проведенный в дальнейшем расчет надежности должен показать
правильность выб-
ранной элементной базы и самой конструкции модуля.
При меньшем
расчетном значении надежности потребуется пересмотр
элементной
базы вариантов и способов охлаждения и возможно всей
конструкции
модуля.
Так, применение бескорпусных транзисторов 2Т3642Б-2,
2Т376Б1-2, 2Т397А-2 и др., а также пленочных
резисторов R1-12, особое значение приобретает полная и тщательная герметизация
всего корпуса.
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Проблема создания
экономичных, надежных, малогабаритных источников электрической энергии для
питания современных радоэлектронных устройств становится все более актуальной.
Этой проблемой заняты специалисты всех стран мира
Большое внимание уделяется и повышению КПД
вторичных источников питания, т.к. количество их возрастает вместе с теми
устройствами, где они используются. Одновременно растут требования и к
стабильности питающей напряжения РЭА.
Поэтому правильный
выбор схемы блока питания играет большую роль в получении высокого КПД.
С этой целью была
выбрана схема микромодуля питания с широко-импульсной модуляцией.
Блок питания
обеспечивает стабилизацию выходного напряжения с одновременной фильтрацией
низкочастотных составляющих входного напряжения.
Входное напряжение
может изменяться от 20 до 30 В, а выходное напряжение при всех
дестабилизирующих факторах (изменение входного напряжения, температуры
окружающей среды, тока нагрузки) изменяется в пределах 25+1,25 В.
В основу
регулирования заложен стабилизированный преобразователь с широтно-импульсной
модуляцией. Микромодуль включает в себя входной фильтр, схему управления,
промежуточный каскад, трансформаторный преобразователь, выпрямитель, выходной
сглаживающий фильтр. Входной фильтр состоит из конденсаторов С18...С24,
дросселя Др1 и обеспечивает подавление пульсаций рабочей частоты
преобразователя, а также обеспечивает непрохождение ВЧ пульсаций бортсети в
выходную цепь.
Микромодуль состоит
из двух силовых токовых ключей на транзисторах Т13,Т14,Т17...Т26
и транзисторов Т15,Т16,Т27...Т36, трансформатора
Тр2. Резисторы R46,R47,R48,R49
обеспечивают необходимый режим токовых ключей.
Микромодуль осуществляет необходимую
трансформацию напряжения и при необходимости может произвести гальваническую
развязку выходного напряжения.
Выпрямление
переменного прямоугольного напряжения осуществляется диодами VD12...VD19,
включенных по схеме со средней точкой вторичной обмотки трансформатора. Диоды
VD20,VD21 и конденсатор С41 позволяют
получить требуемую форму выходного выпрямлен-
ного напряжения в момент переключения диодов
выпрямителя.
Сглаживающий
выходной фильтр состоит из двух последовательно включенных Г-образных
LC-фильтров. Первый фильтр состоит из накопительного дросселя Др3
и конденсаторов С42...С51, второй - из дросселя Др4 и
конденсаторов С52...С57. Первый фильтр производит
преобразование широтно-модулированных импульсов в постоянное напряжение.
Второй фильтр является фильтром подавления радиопомех и обеспечивает получение
заданных пульсаций выходного напряжения.
Схема управления
выполнена по гибридно-пленочной технологии и включает в себя задающий генератор
(ЗГ) на инверторах У1.1, У1.2, У1.3
и элементах R9, R10, C6;
генератор коротких импульсов на У2.1, У1.4,
У2.2; генератор пилы на элементах VT6, R16,
C12;
ШИМ-модулятор на усилителе постоянного
тока (УПТ) У16; разделитель каналов на триггере У3.1;
два (по числу каналов) выходных каскада на У2.3, VT7,
VT8, R17, R18, R19,
R24, R22, C8,
C9 - первый канал; У2.4, T9,
T10, R20, R25,
R21, R23, R27, C10,
C11 - второй канал; узел защиты от короткого замыкания в
нагрузке (У3.2, У7.1, У7.2, У8.1,
У8.2, R28, R29,
R30, R32, R33,
R36, R37, VD8, VD9,
C15, C17) и вспомогательные цепи питания
схемы управления.
Первый линейный
стабилизатор параметрического типа осуществляет питание логических элементов У1,
У2, У3.
Второй линейный стабилизатор
параметрического типа обеспечивает питанием +12 В и +6 В УПТ (У6).
Дополнительно в
схему управления входит узел гашения, обеспечивающий сброс магнитной энергии
промежуточного усилительного каскада и тем самым позволяющий получить требуемую
форму выходных импульсов этого каскада.
Промежуточный
усилительный каскад выходных сигналов по току схемы управления и согласование
по уровню. Он включает в себя активные элементы VT11,
VT12, трансформатор Тр1 с вторичной обмоткой.
Схема работает
следующим образом: при повышении выходного напряжения на вход УПТ через
резистивный делитель R50, R34, R35
и R31 поступает повышенное напряжение. Пилообразное напряжение, наложенное
на постоянное напряжение делителя, сравнивается с опорным. На выходе УПТ
образуются импульсы, более узкие чем это было было до этого момента. В каждом
канале суженные импульсы проходят на выход промежуточного каскада, а с него
поступают на вход токовых ключей. Токовые ключи меньшее время будут находиться
в открытом состоянии. На накопительный фильтр поступают более узкие импульсы.
Накопительный фильтр производит сглаживание по среднему значению, поэтому
выходное напряжение начинает уменьшаться и стремится к своему нормальному
значению.
Обоснование и выбор конструкции микроблока
питания РЭА
Микроблок является
принципиально новым видом конструктивного исполнения микроэлектронной
аппаратуры повышенной надежности и высокого уровня интеграции, перспективным
направлением в конструировании РЭА различного назначения, являющимся
дальнейшим и более гибким развитием методов гибридной микроэлектроники.
Анализ
радиоаппаратуры показал, что вторичные источники питания в большинстве случаев
создаются на дискретных корпусных элементах, в то время как остальная
аппаратурная часть строится на интегральной элементной базе.
Результатом такого
подхода явилось то, что объем и масса вторичных источников питания составляет
до 40-50% аппаратурной части РЭА.
Во многих случаях эти проблемы вызваны
несовершенством конструкции вторичных источников питания и устройств,
отводящих от них тепло. Эти причины сдерживают внедрение интегральных
методов проектирования силовых устройств и дальнейшее уменьшение их масс и
габаритов. Общеизвестно, что объемные конструкции блоков питания обладают
значительным температурным сопротивлением от их источника до его стока.
Кроме того корпусные активные и пассивные элементы схемы также обладают
большим тепловым сопротивлением, что в свою очередь требует
дополнительного увеличения объема конструкции и охлаждающей поверхности.
Тепловой поток от
источника тепла до его стока определяется из выражения:
t1 - t2
Q = ------- ,
S Rт где Q - тепловой поток;
t1 - допустимая рабочая температура
элементов схемы по ТУ;
t2 - температура окружающей среды;
S Rт-
суммарное тепловое сопротивление от источника тепла до его стока.
Rт = Riт + Rтс + Rтт
Тепловое сопротивление конструкции
определяется из выражения: l
Rт = ---- , l S
где l - расстояние от источника тепла до его стока;
l - теплопроводность;
S -
окружающая поверхность;
Из выражения видно,
что конструкция силового модуля должна обладать:
кратчайшим расстоянием от источника тепла до его стока
(l должно быть минимальным);
максимальной
площадью окружающей поверхности (S должно быть максимальным);
материал теплоотвода
должен обладать максимальной теплопроводностью (l должно быть максимальным).
Наиболее полно этим
требованиям отвечает конструкция изделия, которая обладает:
- максимальной площадью поверхности при
одновременном уменьшении ее объема;
- применением активных
элементов с малым тепловым сопротивлением, т.е. необходимо применить
бескорпусные элементы;
- применением
конструкции малокорпусных или бескорпусных пассивных элементов (трансформаторы,
дроссели);
- применением
алюминия, меди, окиси бериллия, керамики 22ХС и им подобных материалов.
Кроме того, такие
конструкции обладают минимальной материалоемкостью, максимальной простотой
монтажа, улучшенными электрическими параметрами.
КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МИКРОМОДУЛЯ
Конструкторско-технологическая
проблема миниатюризации силовых устройств заключается в необходимости
создавать и применять специальные бескорпусные полупроводниковые приборы и
микросхемы,
специальные намоточные детали и особые методы
конструирования,
обеспечивающие плотную упаковку элементов
и низкое внутренне тепловое сопротивление конструкции.
На дюралюминиевой подложке МСБ (l3=4 мм,
190х130;
l= 170 Вт/м град) расположены дроссели
диаметром 36 мм, мощностью 2,8 Вт; диоды диаметром 14 мм и мощностью 1,6 Вт
каждый; трансформатор диаметром 55 мм, мощностью 1,85 Вт; 10 транзисторов диаметром
10 мм; мощностью по 0,83 Вт каждый, крепятся на медной пластине размером
55х67х2,7 мм.
Применение
бескорпусных приборов позволяет уменьшить объем конструкции и довести его до
величины полностью определяемой энергетическими соотношениями и условиями
охлаждения.
В нашем случае мы
рассматриваем тепловой расчет микроузла, который позволяет нам определить
картину температурного поля ГИС с помощью расчета тепловых режимов и
взаимовлияния элементов.
Примем условные обозначения:
Wi - удельная мощность
рассеивания элемента, Вт/см2;
Wi max -
максимальная удельная мощность рассеивания элемента, Вт/см2;
DQ - допустимая абсолютная погрешность
перегрева, oС;
l - теплопроводность подложки,
Вт/м - град;
l3 - толщина подложки,
нм;
Rk - контактное тепловое
сопротивление, м2 град/Вт;
Zo - эквивалентный радиус
тепла, мм;
ro - эквивалентный радиус
источника тепла, мм;
Pi - мощность источника
тепла, Вт;
Si - площадь поверхности
источника, мм2;
РАСЧЕТ
ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ТЕПЛА
Экивалентный
радиус подложки
Zo= 90 мм;
Эквивалентный радиус источника тепла ro=7
мм;
Критериальную величину рассчитываем по формуле:
|\\\\\\\\\
|\\\ / 17Zo2
j=? Bi = / --------- ;
?
Rk7l7lз
|\\\\\\\\\\\\\\\
/ 17(9710-2)2
j = / ---------------- =
3,5; где Rk = 10-3,
?
4710-37170710-3
Bi - критерий Био;
j
- критериальная величина.
Для нахождения
критерия f необходимо определить отношение r/Zo.
Определяем
функцию f(r/Zo,j) по таблице;
Y(r/Zo,j)=0,5064
При r=ro
определяем тепловой коэффициент F(ro); отношение r/Zo,j=
0,7/9,0=0,078
1
F(ro)= ----- Y(r/Zo,r/Zo,j)
2l37l
F(ro) = 0,37 град/Вт
Температура
в точке r=ro составляет
t(ro)7tc = P7F(ro)
t(ro) = 70,6 град
tc принимается равной to
устройства и равно 70o.
Рассчитываем
коэффициент F(r/Zo) для следующих точек:
r/Zo=0,2;0,3;0,6;1.
Из
таблиц находим функцию Y для этих точек:
Y(0,2)=0,228
Y(0,6)=0,0376
Y(0,3)=0,136 Y(1)=0,0158
Тепловые
коэффициенты равны:
F(0,2)=0,17 F(0,3)=0,10
F(0,6)=0,03 F(1,0)=0,012
Перегревы
в этих точках составляют:
Q(0,2)=0,27 Q(0,6)=0,048
Q(0,3)=0,16
Q(1,0)=0,02
Вокруг каждого
источника делаем окантовку - зону влияния элементов.
2.1.2 РАСЧЕТ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Для каждого i-того
источника тепла рассчитывается влияние на близлежащие к центру этого источника
точки y-х элементов схемы, которые хотя бы частично заключены в области
прямоугольника i-того элемента.
Температура любой
точки поверхности основания определяется по формуле:
Ki7Wi
Qi= ----- 2 e(q1r1)
+ Sign q27e(q2r1) + Sign r27e(q1r2)
+
[
+ Sign q27Sign r27e(q2r2)2
]
q1
= d1' + |xo| r1 = d2' +
|yo|
q2
= d2' - |xo| r2 = d2'
- |yo|
qo = min q1r max
q1r
K = ---------- , qc
D1 D2
где d1'= --- и
d2'= ----
l3
l3
D1 и D2 - размеры источника тепла;
Кк -
коэффициент качества конструкции; l3
Кк= -- . l
Xo, Yo
- безразмерные координаты точки, в которой определяется перегрев в системе
координат, центр которой совпадает с центром
i-того
элемента, а оси /1-6/ сторонам i-того элемента;
xo = xo / l 3
e(q1r) = e1(qo) - e2(qok)
e1(qo)
и e2(qok) даны в таблице.
Определим перегрев Q1-2
в ближайшей тоске влияния дросселя (элемента 2) на транзистор (элемент 1).
d1' = 27,5 / 4 хо =
4,75
d2' = 33,5 / 4 уо = 0
q1 = 11,65 r1
= 8,4
q2
= 2,15 r2 = 8,4
К1 = 1,4 К3
= 1,4
К2
= 4,0 К4 = 4,0
e (q1;r1) = 1
e (q2;r2) = 0,9726
e (q1;r2) = 1
e
(q2;r2) = 0,9726
Q1-2
= 0,197
Перегрев в ближайшей
точке влияния дросселя (элемент 2) на диод (элемент 3)
Q3-2=0,00003
Для
остальных элементов:
Диод (элемент 3) Q1-3
= 6710-3 на транзистор
Стабилитрон
(элемент 5) Q1-5 = 6710-3 (элемент
1)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|
