Реферат: Методы размещения и трассировки печатных плат на примере модуля памяти

Содержание

 TOC «заг1;1; заг2;2» ВВЕДЕНИЕ… PAGEREF _Toc11939240 h 2

1. ВЫБОР СЕРИИ И ТИПОВМИКРОСХЕМ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПО КОРПУСАМ.… PAGEREF _Toc11939241 h 3

1.1. Выбор физическихэлементов для реализации схемы и обзор параметров выбранной серии.… PAGEREF _Toc11939242 h 3

1.2. Распределение элементовфункциональной схемы по корпусам.… PAGEREF _Toc11939243 h 4

2. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭРЭ НАМОНТАЖНОМ ПРОСТРАНСТВЕ.… PAGEREF _Toc11939244 h 6

3. ТРАССИРОВКА МОНТАЖНЫХСОЕДИНЕНИЙ.… PAGEREF _Toc11939245 h 10

3.1 Трассировка с помощьюалгоритма Прима… PAGEREF _Toc11939246 h 10

3.2 Трассировка по алгоритмуКраскала… PAGEREF _Toc11939247 h 12

3.3 Трассировка классическимволновым алгоритмом Ли… PAGEREF _Toc11939248 h 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ… PAGEREF _Toc11939249 h 15

ЛИТЕРАТУРА… PAGEREF _Toc11939250 h 16

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

ВВЕДЕНИЕ

Основные принципы изготовления и применения печатных схем сталиизвестны в начале ХХ века, однако промышленный выпуск печатных схем и плат былорганизован лишь в начале 40-х годов.

С переходом на микроэлектронные элементы, резким уменьшениемразмеров и возрастанием быстродействия схем первое место занимают вопросыобеспечения постоянства характеристик печатных проводников и взаимного их расположения.Значительно усложнились задачи проектирования и оптимального конструированияпечатных плат и элементов.

Печатные платы нашли широкое применение в электронике, позволяяувеличить надёжность элементов, узлов и машин в целом, технологичность (за счётавтоматизации некоторых процессов сборки и монтажа), плотность размещенияэлементов (за счёт уменьшения габаритных размеров и массы), быстродействие,помехозащищённость элементов и схем. Печатный монтаж – основа решения проблемыкомпановки микроэлектронных элементов. Особую роль печатные платы играют вцифровой микроэлектронике. В наиболее развитой форме (многослойный печатныймонтаж) он удовлетворяет требования конструирования вычеслительных машинтретьего и последующих поколений.

При разработке конструкции печатных плат проектеровщикуприходится решать схемотехнические (минимизация кол-ва слоёв, трассировка),радиотехнические (расчёт паразитных наводок), теплотехнические (температурныйрежим работы платы и элементов), конструктивные (размещения), технологические(выбор метода изготовления) задачи.

В данном курсовом проекте при разработке печатной платы мыпопытались показать методы решения лишь схемотехнических и технологическихзадач.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

1. ВЫБОР СЕРИИ И ТИПОВ МИКРОСХЕМ ИРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПО КОРПУСАМ.

1.1. Выбор физических элементов дляреализации схемы и обзор параметров выбранной серии.

Выбор серии интегральных микросхем для реализации блокаоперативной памяти в первую очередь продиктован скоростью работы такого блока.В этом отношении микросхемы серии ТТЛШ (транзисторно–транзисторная логика соструктурой Шотки) наиболее предпочтительны.

Электрическая функциональная схема блока оперативной памятисодержит сорок пять элементов 2И-НЕ, три элемента 3И-НЕ.

Для реализации блока оперативной памяти выбираем следующие типымикросхемы:
две микросхемы серии КР1531ЛА3 (корпус содержит 4 элемента 2И-НЕ);
две микросхемы серии КР1531ЛА4 (корпус содержит 3 элемента 3И-НЕ);

Основные параметры микросхем ТТЛШ серии КР1531:
— напряжение питания Uип= 5В <span Times New Roman""><span Times New Roman"">±

10%;
— выходное напряжение низкого уровня не более U0вых = 0,5В;
— выходное напряжение высокого уровня не менее U1вых = 2,5В;
— время задержки распространения  tзд.р. = 4,5нс;
— потребляемая мощность Pпот= 4мВт;
— сопротивление нагрузки Rн= 0,28кОм;<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

1.2. Распределение элементов функциональнойсхемы по корпусам.

Распределение четырёх элементов 2И-НЕ составляющих триггерочевидно:

<img src="/cache/referats/12699/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1104">


 

&

&

&

&

<img src="/cache/referats/12699/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1072 _x0000_s1073 _x0000_s1074 _x0000_s1075 _x0000_s1076 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079 _x0000_s1080 _x0000_s1081 _x0000_s1082 _x0000_s1083 _x0000_s1084 _x0000_s1085 _x0000_s1086 _x0000_s1087 _x0000_s1088 _x0000_s1089 _x0000_s1090 _x0000_s1091 _x0000_s1092 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1098 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1102 _x0000_s1103 _x0000_s1105">


Поскольку внутренних связей в таком элементе гораздо больше чемвнешних, то очевидно их помещение в одну микросхему КР1531ЛА3.

Для распределения девяти оставшихся элементов 2И-НЕ по трёмкорпусам микросхем КР1531ЛА3 вычерчиваем часть электрической функциональнойсхемы блока оперативной памяти, содержащую эти элементы, и строимсоответствующий ей граф G1(рис.1.1).

&

1

&

2

&

3

&

4

&

5

&

6

&

7

&

8

&

9

<img src="/cache/referats/12699/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1106 _x0000_s1107 _x0000_s1108 _x0000_s1109 _x0000_s1110 _x0000_s1111 _x0000_s1112 _x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116 _x0000_s1117 _x0000_s1118 _x0000_s1119 _x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1122 _x0000_s1123 _x0000_s1124 _x0000_s1125 _x0000_s1126 _x0000_s1127 _x0000_s1128 _x0000_s1129 _x0000_s1130 _x0000_s1131 _x0000_s1132 _x0000_s1133 _x0000_s1134 _x0000_s1135 _x0000_s1136 _x0000_s1137 _x0000_s1138 _x0000_s1139 _x0000_s1140 _x0000_s1141 _x0000_s1142 _x0000_s1143 _x0000_s1144 _x0000_s1145 _x0000_s1146 _x0000_s1147 _x0000_s1148 _x0000_s1149 _x0000_s1150 _x0000_s1151 _x0000_s1152 _x0000_s1153 _x0000_s1154 _x0000_s1155 _x0000_s1156 _x0000_s1157 _x0000_s1158 _x0000_s1159 _x0000_s1160 _x0000_s1161 _x0000_s1162 _x0000_s1190 _x0000_s1191 _x0000_s1192">


<img src="/cache/referats/12699/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1268">
Рис. 1.1

а) Выбираем базовую вершину – вершину имеющую максимальноеколичество связей. Поскольку в нашем случае все вершины имеют одинаковое количествосвязей, выбираем любую из них, например вершину Х1.

б) Определяем множество вершин подключённых к базовой: {4;7}
Для каждой из вершин рассчитываем функционал по формуле:

Li=aij-pij

где aij – число связей вершины;
pij– число связей с базовой вершиной;

В нашем случаефункционал равен:

L7=L4=2-1=1;

Для объединения с базовой вершиной необходимо выбрать вершину снаименьшим функционалом. Поскольку в нашем случае вершины Х7 и Х4 равнозначны,то объединяем их с Х1. Поскольку мощность блока (4 элемента 2И-НЕ в одноймикросхеме) ещё недостигнута, авсе оставшиеся вершины идентичны по отношению к вершине Х(1+4+7), дополним блоквершиной Х2, объединив их в одну микросхему. Получим граф:

<img src="/cache/referats/12699/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1269">

Теперь, в качестве базовой изберём вершину Х3. Рассуждая так жекак и в предыдущем шаге объединим в одну микросхему вершины Х3, Х6, Х9 иХ5.  Вершину Х8 придётся поместить вотдельную микросхему.

Проанализировав полученные результаты можно увидеть, что длякомпоновки элементов Х1-Х9 необходимо 3 микросхемы КР1531ЛА3, причём впоследней из них будет задействован лишь один элемент. В нашем случаерациональней будет уменьшить мощность блока до трёх. В этом случае количествонеобходимых микросхем не изменится, а элементы распределятся следующим образом:Х(1+4+7), Х(2+5+8), Х(3+6+9). Окончательно примем к проектированию именно такойвариант компоновки.

Три элемента 3И-НЕ поместим в одну микросхему КР1531ЛА3поскольку в этом случае мощность блока (кол-воэлементов в микросхеме) равна количеству элементов в функциональной схеме.

На основании полученных результатов строим электрическуюпринципиальную схему блока оперативной памяти (см. графическую часть).

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

2. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭРЭ НА МОНТАЖНОМ ПРОСТРАНСТВЕ.

В соответствии с заданиеммонтажное пространство — печатная плата 95х130 мм. Для размещения микросхем DD1—DD13 иразъема Х1 разобьем монтажное пространство на 14 посадочных мест, из которыхместо К14 отведем под разъем (рис.2.1).

К1

К2

К3

К4

К5

К6

К7

К8

К9

К10

К11

К12

К13

К14

                                                                Рис. 2.1

Составим матрицу расстояний для приведённой платы:

К1

К2

К3

К4

К5

К6

К7

К8

К9

К10

К11

К12

К13

К14

К1

1

2

3

1

2

3

4

2

3

4

5

3

4

К2

1

1

2

3

1

2

3

3

2

3

4

4

3

К3

2

1

1

3

2

1

2

4

3

2

3

4

3

К4

3

2

1

4

3

2

1

5

4

3

2

4

3

К5

1

2

3

4

1

2

3

1

2

3

4

2

3

К6

2

1

2

3

1

1

2

2

1

2

3

3

2

К7

3

2

1

2

2

1

1

3

2

1

2

3

2

К8

4

3

2

1

3

2

1

4

3

2

1

3

2

К9

2

3

4

5

1

2

3

4

1

2

3

1

2

К10

3

2

3

4

2

1

2

3

1

1

2

2

1

К11

4

3

2

3

3

2

1

2

2

1

1

2

1

К12

5

4

3

2

4

3

2

1

3

2

1

2

1

К13

3

4

4

4

2

3

3

3

1

2

2

2

1

К14

4

3

3

3

3

2

2

2

2

1

1

1

1

Приведём полный граф электрической принципиальной схемы(рис. 2.2). Элементы 1…12 –микросхемы КР1531ЛА3, элемент 13 – микросхема КР1531ЛА4, а элемент 14 – разъём.  

<img src="/cache/referats/12699/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1267">
                                                                        рис.2.2.

Матрица смежности этого графа имеет вид:

К1

К2

К3

К4

К5

К6

К7

К8

К9

К10

К11

К12

К13

К14

К1

1

1

1

1

1

1

2

К2

1

1

1

1

1

1

2

К3

1

1

1

1

1

1

2

К4

1

1

1

1

1

1

2

К5

1

1

1

1

1

1

2

К6

1

1

1

1

1

1

2

К7

1

1

1

1

1

1

2

К8

1

1

1

1

1

1

2

К9

1

1

1

1

1

1

2

К10

1

1

1

1

3

К11

1

1

1

1

3

К12

1

1

1

1

3

К13

3

3

3

1

3

К14

2

2

2

2

2

2

2

2

2

3

1

Для размещения корпусов микросхем на печатной плате воспользуемсяпоследовательным алгоритмом размещения:

1) Устанавливаем в какую-либо позицию любой из элементов.

2) Выбираемэлемент для установки на текущем шаге. Для этого определяем коэффициентсвязности всех не установленных элементов с ранее установленными (по матрицесмежности):

<img src="/cache/referats/12699/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1025">     (2.1)

где aij– число связей с ранее установленнымиэлементами;
Vi – общее числосвязей элемента;

2)Выбираем элементс максимальным коэффициентом связности Ф.

3) Пытаемся установить выбранный элемент в одну из незанятыхпозиций. Считаем для этой позиции <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

Fпоформуле:

<img src="/cache/referats/12699/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1026">        (2.2)

где aij– количество связей между i-м и j-м элементами;
rij – расстояниемежду элементами, берётся из матрицы расстояний;
fij – элементматрицы весовых коэффициентов;

4) Повторяемпункт 3 для всех свободных позиций на печатной плате. Окончательноустанавливаем выбранный элемент в позицию с минимальным <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">D

F.

5) Повторяемпункты 2-4 пока не установим все элементы.

Произведём размещение элементов по вышеописанному алгоритму.

В нашем случае, поскольку все элементы равноправны, матрицавесовых коэффициентов в формуле 2.2 будет единичной, поэтому этот параметр мыуказывать не будем. В первую очередь установим разъём в позицию К14, т.к. егоположение жёстко определено конструкторскими ограничениями.

Вычислим коэффициенты связности:
Ф1=Ф2=Ф3=Ф4=Ф5=Ф6=Ф7=Ф8=Ф9=2/7;
Ф10=Ф11=Ф12=06=0;
Ф13=3/12;

Выбираем элемент DD1.Поскольку позиции К10, К11, К12 и К13 равноценны с точки зрения минимума длиннысвязи с разъёмом, то установим DD1в позицию К13.

Снова рассчитываем коэффициенты связности:
Ф2=Ф3=Ф4=Ф7=3/7;
Ф5=Ф6=Ф8=Ф9=2/7;
Ф10=Ф11=Ф12=06=0;
Ф13=3/12;

Из наиболее связанных выбираем элемент DD2. Расчитываем <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

F для позиций К9, К10, К11 и К12 какнаиболее подходящих для установки, поскольку <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DF для остальных позиций будетзаведомо больше, и его расчёт не имеет смысла.
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DF9=1*1+2*2=5;
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">DF10=<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DF11=<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DF12=1*2+2*1=4;

Устанавливаем элемент DD2 в позицию К10.

Снова рассчитываем коэффициенты связности:
Ф3=4/7;
Ф4=Ф7=Ф5=Ф6=3/7;
Ф8=Ф9=2/7;
Ф10=Ф11=1/6;
Ф12=06=0;
Ф13=3/12;

Из наиболее связанных выбираем элемент DD3. Рассчитываем <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

F для позиций К9 и К11:
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DF9=1*1+1*1+2*2=6;
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">DF11=1*2+2*1=4;

Устанавливаем элемент DD3 в позицию К11.

Снова рассчитываем коэффициенты связности:
Ф4=Ф5=Ф6=Ф7=Ф8=Ф9=3/7;
Ф12=Ф10=Ф11=1/6;
Ф13=3/12;

Из наиболее связанных выбираем элемент DD4. Рассчитываем <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

F для позиций К9 и К12:
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DF9=1*1+0*1+0*2+2*2=5;
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">DF12=1*2+0*2+0*1+2*1=4;

Устанавливаем элемент DD4 в позицию К12.

Аналогичные расчёты проводим до тех пор, пока не расставим всеэлементы по позициям печатной платы. В результате расчётов получаем следующееразмещение микросхем на плате:

DD10

DD11

DD13

DD12

DD9

DD8

DD6

DD7

DD5

DD2

DD3

<
еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике