ВВЕДЕНИЕ. Терминология электронных средств

Терминология электронных средств

Электронные средства включают в себя радиоэлектронные средства и электронно-вычислительные средства.

Радиоэлектронные средства - основаны на принципе радиоэлектроники, осуществляющие функции преобразования электрических сигналов, несущих информацию с использованием электромагнитной энергии в пространстве и в электронных линиях связи.

Электронно-вычислительные средства основаны на принципе электроники, используют в основном цифровую обработку сигналов, но могут содержать в своем составе и аналоговую часть.

Конструкция - состав и взаимное расположение частей какого-нибудь строения, сооружения, механизма, а также само строение, сооружение, машина с таким устройством.

Конструирование - процесс выбора структуры пространственных и энергетических взаимосвязей элементов и связей с окружающей средой и объектами, выбора материалов этих элементов и связей, обработки и установления на них таких норм, пользуясь которыми можно изготовить изделие, отвечающее заданным требованиям.

Конструирование ЭС - творчество, процесс создания новых конструкций радиоэлектронных средств, конечным результатом которого является комплект конструкторских документов для промышленного изготовления изделия.

Поскольку современный этап конструирования ЭС связан с широким внедрением микроэлектроники, с появлением новых форм и качественных характеристик микроэлектронной аппаратуры (МЭА) и ее субъектов, то появились новые термины, которые используются для описания этих новых конструкций.

Микросборка - микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию и состоящее из элементов, компонентов и (или) микросхем (ИС) и других радиоэлементов в различных сочетаниях, разрабатываемое и изготовляемое разработчиками конкретных РЭС для улучшения показателей их миниатюризации. Таким образом, микросборка (МСБ) является изделием, годным при постановке в конкретном РЭС, но не годным при поставке. Чаще всего микросборки выполняются в виде больших гибридных интегральных схем (БГИС). Они могут быть корпусированными и бескорпусными.

Элемент МСБ – неделимая часть микросборки, которую нельзя специфицировать и поставлять как отдельное изделие. Элементами МСБ являются плёночные резисторы, катушки и конденсаторы, выполненные по той или иной технологии на подложке БГИС.

Компонент МСБ - часть микросборки, которая специфицируется и может поставляться как отдельное изделие. Компонентами МСБ являются бескорпусные транзисторы, диоды, миниатюрные конденсаторы без проволочных выводов, тороидальные катушки индуктивности, каждый из которых имеет свою особую, с общей спецификой конструкцию, или конструктив.

Конструктив РЭС - типовая разновидность конструкции того или иного уровня сложности аппаратуры, определяемая характерными элементной базой и способом компоновки. Примерами конструктивов разного уровня могут быть бескорпусная МСБ, функциональная ячейка III поколения, блок МЭА IV поколения.

Блок – автономно законченная конструкция ЭС, характеризуемая системой выходных параметров и имеющая общий кожух, панель – основание и элементы как электрической, так и механической стыковки с другими блоками. Функциональная сложность блока зависит от его элементного базиса.

Введя такое определение блока, мы можем с более общих позиций подходить к рассмотрению вопросов компоновки, тепловых режимов, вибропрочности и других, то есть применять те или иные методики конструкторских расчётов, не ограничивая их существенно диапазоном весов и объёмов.

Субблок – часть блока, выполняющая функцию его отдельного тракта, например тракта УПЧ.

Функциональный узел (ФУ) – конструктивно и функционально законченная часть блока, характеризуемая определёнными выходными параметрами и собираемая из нескольких радиодеталей. Примерами ФУ могут являться корпусированные ИС, бескорпусные ГИС (МСБ), микромодули, модули на печатном монтаже.

Объединения нескольких ФУ на общем основании (металлической рамке, печатной плате), но не в общем кожухе с лицевой панелью, будем называть в конструктивном отношении функциональной ячейкой

(ФЯ).

В вычислительных машинах и других устройствах с цифровой обработкой сигнала функциональной узел, выполненный на базовой несущей конструкции (БНК), называется типовым элементом замены (ТЭЗ).

Основная целевая функция любой конструкции ЭС состоит в преобразовании или генерировании электрических сигналов, несущих сообщение.

К частным целевым функциям относят те, без которых немыслимо выполнение основной целевой функции. Например, основная целевая функция радиоприёмника заключается в выделении из множества сигналов на его входе желаемого и получения на выходе требуемого уровня энергии полезного сигнала. Для этого элементы конструкции должны выполнять частные целевые функции: селекцию, преобразование, усиление, детектирование и т. п.

Параметры, которые определяют меру функции, для которой предназначена конструкция, называют выходными параметрами.

Тенденции развития конструкций ЭС

Развитие конструкций ЭС, как известно, прошло уже четыре этапа. Смена каждого поколения обуславливалась сменой элементной базы, в основном активных компонентов РЭУ и, как следствие, сменой метода и правил компоновки и монтажа.

Первое поколение ЭС базировалось на ламповой технике и блочном методе компоновки и монтажа. Появление отечественных ламп относится к 1919 г. (Нижегородская лаборатория под руководством М.А.Бонч-Бруевича), а начало радиовещания в СССР - к 1924 г.

Ламповая техника непрерывно изменялась: лампы стеклянной и металлической серии, пальчиковые лампы, лампы серии «дробь» и «жёлудь». Блочный метод компоновки и монтажа заключается в выполнении конструкций крупных частей схемы в виде моноблоков, чаще всего без кожухов, компонуемых в стойках и фермах и коммутируемых как внутри себя, так и между собой проволочно-жгутовым монтажом.

С усложнением ЭС появились требования крупносерийного производства, дробления конструкций на основе унифицированных функциональных узлов (УФУ). Такими первыми УФУ явились «Элемент-1» на печатном монтаже и лампах типа «дробь». Метод компоновки от блочного перешёл к функционально-узловому.

К 1954 г. появилось II поколения конструкций ЭС – промышленная транзисторная техника (изобретение транзистора относится к 1948 г.). Миниатюрные лампы были заменены на транзисторы в корпусах ТО-5, а УФУ «Элемент-1» - на УФУ «Элемент-2». Функционально-узловой метод стал доминировать во многих конструкциях ЭС.

В период транзисторной техники возникло новое направление в конструировании ЭС – миниатюризация аппаратуры. Уменьшились размеры и масса пассивных ЭРЭ, транзисторов и трансформаторов, катушек индуктивности и даже электронно-лучевых трубок. Функциональные узлы стали выпускаться в виде плоских и объёмных модулей, плоских и этажерочных микромодулей. Однако при сохранении за дискретными ЭРЭ основного конструктивного элемента с частотой отказов λ= 10^-6 ч^-1 не смогло существенно повлиять на надёжность ЭС, и при всё более увеличающейся их сложности вероятность безотказной работы падала. Это противоречие было разрешено с появлением интегральных микросхем (начало 60-х годов).

Третье поколение ЭС характеризуется применением новой элементной базы – корпусированных ИС широкого применения и миниатюрными ЭРЭ на печатных платах с высокой разрешающей способностью (до 0,3 мм). Микросхемы, по своей функциональной сложности представляющие функциональные узлы, выпускались в те годы в металлических, пластмассовых и металлокерамических корпусах прямоугольной и круглой формы со штыревыми и плоскими выводами. Число выводов не превышало 15. Микросхемы в количестве 20…30 штук компоновались на печатных платах со средними размерами 140×170мм, выводная коммутация которых осуществлялась стандартными разъёмами. Такая конструкция, наиболее характерная для цифровых устройств, получила название вначале субблока, а позднее – функциональной ячейки.

Ячейки ЭВМ, выполненные по принципу базовых несущих конструкций, называют типовыми элементами замены.

Применение микросхем, изготовление которых основано на групповых методах получения целого набора элементов на подложке или в объёме кристалла, позволяет резко повысить надёжность. Так, частота отказов одной ИС, содержащей порядка 100 элементов, равна частоте отказов всего лишь одного дискретного ЭРЭ, т.е. λ_ис= λ_эрэ=10^-6 ч^-1.

Таким образом, достижения в области микроэлектроники и её промышленного внедрения позволили перейти к созданию нового поколения конструкций ЭС – к интегральным электронным устройствам. Интегральные электронные устройства отличаются малыми массой и габаритами, высокой надёжностью, пониженным потреблением энергии, меньшей стоимостью, групповой автоматизированной технологией изготовления компонентов и устройств, применением САПР при конструировании и подготовке производства. Интегральные ЭУ проектируются на новых принципах схемотехники – микросхемотехники, в основе которой заложена микроэлектроника.

Далее миниатюризация шла по пути отказов от индивидуальных корпусов ИС и внедрения более крупных подложек вместо печатных плат. Так появилась конструкция ЭС IV поколения, которая использовалась в основном в космической и ракетной технике.

К достоинствам конструкций IV поколения следует отнести уменьшение массы (в 3-4 раза) и объёма (в 5-6 раз) моноблоков, более высокую надёжность за счёт исключения стандартных разъёмов и замены их на гибкие шлейфы, а также сокращения числа паяных соединений (исключение выводов из корпусов), повышение вибро- и ударопрочности. К недостаткам и трудностям в развитии IV поколения конструкций ЭС относятся повышенная теплонапряжённость в блоках и необходимость введения дополнительных теплоотводов (металлических рамок), незащищённость бескорпусных элементов и компонентов МСБ от факторов внешней среды и необходимость полной герметизации корпусов блоков с созданием инертной газовой среды внутри них, более высокая стоимость за счёт сложного и дефицитного технологического оборудования, более длительные сроки разработки из-за необходимости разработки самих МСБ, как изделий частного применения, недостаточное количество специалистов этого профиля (как инженеров, так и технического персонала). Однако разработчикам удаётся значительно улучшить не только качественные энергоинформационные параметры ЭС, но и в ряде случаев тактико-технические характеристики объекта. Появление новой элементной базы (функциональных компонентов, микрокорпусов ИС), новых несущих оснований (печатных плат из новых материалов с высокой разрешающей способностью до 0,1мм и без металлизированных отверстий), новых способов сборки и монтажа (групповой автоматизированной сборки и пайки), новых принципов компоновки устройств из суперкомпонентов (интеграции на целой пластине) привело к созданию ЭС ещё более компактных, надёжных и с меньшей стоимостью, чем известные прототипы. Конструкции таких устройств, выполненные по принципам монтажа на поверхность и интеграции на целой пластине, можно отнести к пятому поколению.

Дата добавления: 2014-01-15