Формальные языки программирования РЭС.

Вначале относительно языков программирования. Они предназначены для написания текстов программ. К ним относятся языки высокого уровня (Фортран, Паскаль, С++ и др.) и машинно-ориентированные языки – ассемблеры (или языки низкого уровня). Последние позволяют создавать наиболее эффективные программы с точки зрения вычислительных затрат (требуемых объемов памяти и времени счета). Их существенный недостаток: программист должен дойти до уровня машинных кодов. С языками типа ассемблер вас познакомили при изучении микропроцессоров, микроконтроллеров и сигнальных процессоров.

^ Языки проектирования (или входные языки) можно разделить на три группы: языки описания, моделирующие и диалоговые.

Язык описания, в свою очередь, состоит обычно из трех частей: описание объекта, описание задачи и описание директив проектирования. Например, описание объекта типа транзистора включает тип транзистора, тип его модели в программе (т.к. один и тот же транзистор можно моделировать разными схемами замещения), параметры этой модели, а также топологические связи транзистора, т.е. номера узлов его подключения, записанные в определенной последовательности (например, вначале номер узла базы, затем узла коллектора, затем – эмиттера).

В язык описания задачи входят описание рассчитываемых выходных параметров, описание условий анализа параметров (например, тип варьируемых внутренних параметров, шаг и диапазон варьирования и т.п.), описание алгоритмов расчета, анализа и оптимизации, описание задания на вывод результатов проектирования (например, что и в каком виде выводить: таблица, график, чертеж; параметры выходного документа: шаг печати, масштаб, диапазон и др.).

^ Язык описания директив проектирования. В простейшем случае он состоит из перечисления режимов, в которых должна последовательно работать САПР. Например, перечень таких директив при схемотехническом проектировании: «Статика», «Частотный анализ», «Временной анализ» и т.п.

^ Языки моделирования описывают не только структуру и параметры объекта проектирования, но и алгоритм его функционирования, т.е. связи между соседними объектами в сложной системе. Например, процесс передачи и преобразования сигнала от одного блока к другому (в радиоприемнике: от СМ к УПЧ). Как правило, языки моделирования применяются только на первом и втором функциональных уровнях проектирования: структурном и функционально-логическом. Напомню, что мы с вами будем более подробно обсуждать вопросы, связанные с третьим функциональным уровнем проектирования – уровнем автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП).

Наконец, языки диалога предназначены для организации эффективного взаимодействия пользователя и САПР в процессе проектирования.

САПР для решения задач схемотехнического проектирования РЭС

Особенности создания САПР РЭС

Разработка САПР РЭС - это сложная научно-техническая задача, требующая больших интеллектуальных и материальных затрат. Для успешного функционирования САПР необходимо развивать техническое обеспечение (ЭВМ, используемые в САПР), математическое и программное обеспечение (методы и алгоритмы, необходимые для решения задач проектирования, создания адекватных математических моделей физических компонентов), информационное обеспечение (базы данных и знаний, включающие описания стандартных процедур проектирования и типовых проектных решений).

Создание нового поколения элементной базы требует постоянного совершенствования центров и систем автоматизированного проектирования. Более того, само проектирование аппаратуры в настоящее время невозможно представить без широкого использования САПР различного уровня. Так, известные в настоящее время разработки в области САПР РЭС малоэффективны при решении задач схемотехнического синтеза на начальных этапах проектирования, особенно для широкого класса аналоговых РЭС (АРЭС) и аналого-цифровых (комбинированных) РЭС. Для них невозможно формализовать основные процедуры синтеза, которым на верхних уровнях абстракции иерархического описания РЭС при проектировании присущи интуитивно-логические рассуждения и субъективные эвристические представления.

Таким образом, для реализации проектирования РЭС главной нерешенной проблемой является автоматизация начальных этапов проектирования и использования результатов моделирования в процессе схемотехнического синтеза. Ее решение позволит производить сквозное автоматическое схемотехническое проектирование РЭС, которое обеспечит повышение скорости и качества проектирования РЭС, а также надежность спроектированного устройства.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о необходимости разработки специального методического, алгоритмического и программного обеспечения, целью которого стало бы создание условий перехода к единому сквозному маршруту проектирования аппаратуры и элементной базы для нее.

 

 

Печатный монтаж

Печатные платы - это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного по­крытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи.

Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и кон­тактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия.

Общие требования к ПП.

Диэлектрическое основание ПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре и не иметь внутренних пузырей и раковин, посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вкрапления металла, царапины, следы от удаления одиночных невытравленных участков, проявление структуры материала, которые не ухудшают электрических параметров ПП и не уменьшают минимально допустимых расстояний между элементами проводящего рисунка.

Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, разрывов, следов инструмента и остатков технологических ма­териалов. Допускаются: отдельные местные протравы не более 5 точек на 1 дм² ПП при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально, допустимой по чертежу; риски глубиной не более 25 мкм и длиной до 6 мм; остатки металлизации на участках ПП, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.

Монтажные и фиксирующие отверстия должны быть расположены в соответствии с требованиями чертежа и иметь допустимые отклонения, определяемые классом точности ПП. Для повышения надежности паяных соединений внутреннюю поверхность монтажных отверстий покрывают слоем меди толщиной не менее 25 мкм. Покрытие должно быть сплошным, без включений, пластичным, с мелкокристаллической структурой и прочно сцепленным с диэлектрическим основанием. Оно должно выдержать токовую нагрузку 250 А/мм² в течение 3 с при нагрузке на контакты 1-1,5 Н и три-четыре перепайки выводов без изменения внешнего вида, подгаров и отслоений. После циклического воздействия изменения температур сопротивление перехода металлизированного отверстия не должно отличаться более чем на 20% от значения сопротивления в нормальных климатических условиях. Допускаются в отверстиях точечные неметаллизированные участки диаметром не более 0,2 мм. Число таких отверстий на плате не должно превышать 0,3% от общего числа. При недопустимом повреждении металлизированные отверстия восстанавливают с помощью пустотелых заклепок, и их число не должно превышать 2% от общего числа отверстий, но не более 10 шт. на ПП. Переходные несквозные металлизированные отверстия между наружными и внутренними слоями МПП должны быть заполнены смолой в процессе прессования, которая не должна иметь газовых включений и натекать на контактные площадки.

Контактные площадки представляют собой участки металлического покрытия, которые соединяют печатные проводники с металлизацией монтажных отверстий. Их площадь должна быть такой, чтобы не было разрывов при сверлении и остался гарантийный поясок меди шириной не менее 50 мкм. Разрывы контактных площадок не допускаются, так как при этом уменьшаются токонесущая способность проводников и адгезия к диэлектрику. Допускается частичное отслоение отдельных (до 2%) контактных площадок вне зоны проводников и их ремонт с помощью эпоксидного клея. Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем за время 3-5 с и выдержи­вать не менее трех (МПП—двух) перепаек без расслоения диэлектрика, вздутий и отслаивания.

28 Учёт требований Гостов, регламентирующих проектирование ПП, при использовании САПР. Геометрические параметры печатного рисунка. Классы точности ПП. Топология ПП. Выбор размеров ПП.

По конструктивному исполнению различают: односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП) и гибкие (ГПП) печатные платы.

Печатные платы имеют основные технические требования в соответствии с ГОСТ 23752-79. Элементами печатных плат являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия. ГОСТ 23752-79 определяет требования к конструкции и внешнему виду ПП, к устойчивости при климатических и механических воздействиях и т.д.Основные технические требования к печатным платам:

1. Габаритные размеры печатной платы не превышают установленных значений для следующих типов: особо малогабаритных − 60х90 мм; малогабаритных − 120180 мм; крупногабаритных − 240360 мм. Толщина печатной платы выбирается из следующего ряда значений: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 мм. Допустимые отклонения по толщине не должны превышать: при толщине до 1 мм − ±0,15 мм; до 2 мм ±0,20 мм; до 3 мм − ±0,30 мм.

2. Плотность монтажа определяется шириной проводников и расстоянием между ними. В соответствии с ГОСТ 23751-86 для печатных плат установлено пять классов точности монтажа.

3. Трассировку рисунка схемы проводят по координатной сетке с шагом 2.5, 1.25, 0.625 мм, а так же 0.5 мм по ГОСТ 10317-79. Минимальные диаметры отверстий, располагаемых в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра вывода навесного элемента, наличия металлизации и толщины платы.

4. Плотность тока в печатных проводниках наружных слоев плат не должна превышать 20 А/мм².

5. Сопротивление изоляции зависит от материала диэлектрического основания и характера электрических цепей, для стеклотекстолита оно должно быть не менее 104 МОм. 6. Плотность сцепления печатных проводников с основанием не менее 15 МПа.

7. Допустимый уровень рабочего напряжения зависит от расстояния между проводниками: для 2..4 классов Uраб − до 50 В, для 1 класса Uраб − до 100 В.

8. Контактные площадки должны смачиваться припоем за 3-5 секунд и выдерживать не менее 3-х перепаек.ГОСТ 10317-79: рекомендуется использовать платы прямоугольной формы, размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными: 2,5; 5 или 10 при длине соответственно до 100; до 350 и свыше 350 мм. Максимальный размер любой из сторон не рекомендуется превышать 470 мм, соотношение сторон – не более 3: 1. Данные ограничения обусловлены в основном возможностями технологического оборудования по изготовлению печатных плат (ПП). При необходимости возможно отклонение габаритов, соотношения сторон и формы ПП от рекомендуемых.ГОСТ 23751-86 устанавливает основные конструктивные параметры ПП (размеры печатных проводников, зазоров, контактных площадок, отверстий и т.п.), электрические параметры и т.д. При выборе толщины печатных плат учитывают метод изготовления и предъявляемые к ним механические требования.

29 Структура процесса проектирования ПП при использовании САПР.

Задачи, решаемые на этапах проектирования ПП. Принципы интеграции и

комплексности.Системы автоматизированного проектирования классифицируются по типу, разновидности и сложности объекта проектирования; уровню и комплектности автоматизации проектирования; характеру и числу выпускаемых проектных документов; числу уровней в структуре технического обеспечения. По типу объекта проектирования различают САПР:– изделий машиностроения и приборостроения;– технологических процессов в машиностроении и приборостроении;– объектов строительства;– организационных систем.

По сложности объекта проектирования различают САПР:– простых объектов, содержащих до 102 составных частей;– объектов средней сложности, содержащих от 102 до 103 составных частей;– сложных объектов, содержащих от 103 до 104 составных частей;

– очень сложных объектов, содержащих от 104 до 106 составных частей;

– объектов очень высокой сложности, содержащих 106 и более составных частей.

По уровню автоматизации проектирования различают САПР:

– низкоавтоматизированные, в которых число автоматизированных проектных процедур (АПП) составляет 25 % общего числа проектных процедур;

– среднеавтоматизированные, — от 25 до 50% общего числа проектных процедур;

– высокоавтоматизированные от 50 до 75 %.

По комплексности САПР классифицируют так:

– одноэтапные, выполняющие один этап проектирования из всех установленных для объекта;

– многоэтапные, выполняющие несколько этапов проектирования из всех установленных для объекта;– комплексные, выполняющие все этапы проектирования, установленные для объекта.Принципы организации САПР:

1. САПР — человеко-машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек — инженер, разрабатывающий проект технического средства.

2. САПР — иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

3. САПР — совокупность информационно-согласованных подсистем. Этот очень важный принцип должен относиться не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами.

4. САПР — открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время, и экономически выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Во-вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных математических моделей и программ, которые должны заменять старые, менее удачные аналоги.

5. САПР — специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей.