автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка метода проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции на основе комплексного моделирования электрических и тепловых процессов

Р I и им

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЬВОВСКАЯ ПОЛИТЕХНИКА"

" РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ РЭУ КАССЕТНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ .ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.12.13 - Устройства радиотехники и

средств связи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ШИЛО ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ

Львов - 1994

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Запорожской государственной техническом

университета

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Крищук Владимир Николаевич

Официальные оппоненты

1. Доктор технических наук . профессор Коваль Владимир

Александрович

2. Кандидат технических наук . лоиент ГЪитула Анатолия

Викторович

Ведущая организация - КБ ПО "Искра" , г. Запорожье '

Защита состоится Л декабря 1994 года в 14-00 на заседании специализированного ученого совета К068.36.01 в Государственном университете "Львовская политехника". 200013 Львов .

ул. С. Бандери 12 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Государственного университета "Львовская политехника" . 230013 Львов ,

ул. Профессорская 1 .

Автореферат разослан <

Ученый секретарь специализированного ученого совета

ноября 1994 года ^^Ъманишин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблему .Повышение требования к степени интеграции микроэлектронноп аппаратуры (МЭА) привело к созданию конструкций на базе бескорпусных микросборок СМСБ). интегральных микросхем СИМС) и дискретных элементов, котоpus получили название модулей 1-го уровня или гибридно-интегральных модулей (ITM).

В настоящее время ГШ. наряду с печатными узлами С ПУЭ. нашли применение в качестве конструктивных узлов в различных типах радиоэлектронных устройств (РЭУ), среди которых значительную часть, несмотря на развитие цифровой техники, занимают аналоговые РЭУ. Среди таких радиоэлектронных устройств выделяются РЭУ кассетной конструкции, составляющее примерно 70% от общего числа проектируемых устройств .

Вместе с тем, рост Функциональной сложности, высокая степень интеграции элементной базы, а, следовательно, и МЭА на ее основе приводят к значительным трудностям, с которыми сталкиваются разработчики в процессе проектирования аппаратуры и, в частности. аналоговых РЭУ кассетной конструкции С в дальнейиг i РЭУ или РЭУ кассетной конструкции) на основе ГИМ, ПУ и МСБ. При этом, основные проблемы разработки РЭУ кассетной конструкции связаны с трудностями обеспеченна одновременно мн электрических функциональных характеристик и тепловых режимов, которые взаимно влияют друг на друга.

В качества основных причин этого можно выделить следушие:

- значительные удельные тепловыделения в конструкции РЭУ Сдо 40. .50 Вт/дмЗ), вызванные высоким уровнем миниатюризации:

- существенная температурная зависимость параметров элементной базы РЭУ.

. - широкий диапазон изменения температуры скруха.здеа среды Сот ' минус 60 до + 150 ).

Таким образом.актуальной является задача при проектных исследованиях на всех функциональных и конструктивных уровнях разукрупнения РЭУ уделять особое внимание анализу и обеспечении элекчри-- ' ческмх и тепловых характеристик СЗХ и ТО с обязательным учетом взаимовлияния протакаюимх в схемах и к-окструкиилх электрических и

тепловых процессов.

Следует отметить , что вопросы моделирования в отдельности электрическим и тепловых процессов в РЭУ и его конструктивах бьн ли достаточно глубоко исследован'! в работах Петренко А.И., Ильина В. Н., Когана В. Л. . Норенкова И. П.. Маниаова В. Б.. Дулънева Г. Н.. Коваля В.А., Роткопа Л.Л, Спокойного Ю.Е. и практически реализованы в виде различных подсистем и программных комплексов.

Вместе с тем, проведение комплексного анализа электрических и тепловых характеристик с помотаю проблемно-ориентированных программных средств С АСОНМКА-3. М1СГЮСАР, ПРАМ-4.6 .СЖСАО АСОНИКА-Т, ПРАМ-9 . МОНСТР .ТРАП-1 , ТЕПЛОТА, ТЕГМ . НЕАТСАО . \ISVIA таа^АЬ и др.) . предназначенных для моделирования отдельно электрических процессов в схемах и тепловых процессов в конструкциях РЭУ , приводит к значительной потери иэ-за многоитерационного характера вычисления . а также отсутствия соответствующего методического обеспечения. Не оправдывает себя в силу ряда причин комплексное моделирование электрических и тепловых процессов СЭП и ТГО программными средствами »входящими в одну интегрированную САПР с обменом информацией через системную базу данных С БД).Использование известной подсистемы АСОНИКА-ЭТ, позволявшей осуществлять комплексный анализ ЭХ и ТХ , ограничено узким кругом исследуемых объектов - аналоговых микроэлектронных узлов в микросборочном исполнении.

Поэтому актуальной является задача разработки моделей и алгоритмов комплексного исследования электрических и тепловых процессов в.РЭУ, а также их практической реализации в процессе автоматизированного проектирования.

Цель работы. Целью диссертационной работы является создание метода проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции на основе комплексного моделирования в них электрических и. тепловых процессов, порволяшего повысить надежность и качество РЭУ, а также снизить трудоемкость работ при совместных исследованиях электрических и тепловых процессов в схемах и конструктивных узлах радиоэлектронных устройств. ,

В работе показано, что достижение поставленной шли требует решения следующих основных задач:

- исследование структурный особенностей схем и конструкция РЭУ на основе ГИМ. ПУ и МСБ. процесса их проектирования с целью выбора пути достижения поставленной цели:

- разработка комплексных топологических моделей ГУМ. ПУ и МСБ и алгоритма иерархического комплексного моделирования электричее-' ких и тепловых процессов в аналоговых РЭУ кассетной конструкции:

- программная реализация разработанных методов и алгоритмов в виде подсистемы комплексного анализа электрических и тепловых характеристик МЭА (ПКА МЭА):

, - разработка методики иерархического комплексного анализа 'и обеспечения электрических и тепловых характеристик аналоговых РЭУ кассетной конструкции в процессе их проектирования:

- экспериментальная проверка и внедрение результатов работы.

Методы исследования . В процесс« решения поставленных задач

использованы принципы системного подхода, топологического моделирования физических процессов,, структурного программирования, аппарата теории"графов и теории цепей, тэории параметрической чувствительности, теории тепло-массообмена. численные методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений, экспериментальные методы исследований.

Новые научные результаты. При ревении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следущие новые научные результаты:

1. Разработан метод проектирования аналоговый РЭУ кассетной конструкции на основе комплексного математического моделирования электрических и тепловых процессов, отличаюиийся использованием при исследовании ЭХ и ТХ схем и конструкций РЗУ иерархического подхода, применением комплексных топологических моделей С КТЮ ПУ и МСБ , учитывавших взаимовлияние электрических и тепловых процессов: применением при моделировании тепловых процессов в П1М макро моделей (и-о ТП в ПУ и МСБ: возможность» получения функций параметрической чувствительности электрических и тепловых характеристик к изменению электрических, конструктивных и тепло$мзических параметров схемы РЭУ и его конструктивных узлов.

2. Разработаны комплексныз топологические модели ГИМ, ПУ и МСЙ, отличаициеся от известных, структурой моделей, теплового про-

цесса в их конструкциях.

3. Разработаны топологические макромодели тепловых процессов в ПУ и МСБ , позволяющие значительно снизить размерность КТМ BW.

4. Разработан алгоритм иерархического комплексного , моделирования электрических и тепловых процессов в аналоговых РЭУ кассетной конструкции .позволявший эффективно осуществлять исследования ЭХ и ТХ РЭУ с помощью разработанных моделей.

5. На основе разработанных метода и моделей ГИМ. ПУ и МСБ создана подсистема комплексного анализа ЗХ и ТХ МЭА С ПКА МЭА). включаадая в себя интерактивный монитор пользователя, позволяющий эффективно осуществлять автоматизированный анализ ЭХ и ТХ схем и конструктивов РЭУ, подготавливать необходимую исходную информацию с помощью графического и текстового редакторов, осуществлять графическую и текстовую обработку результатов анализа и взаимодействовать с базой данных С БД) для получения необходимой проектной и справочной информации.

6. Разработана методика иерархического комплексного анализа и обеспечения ЭХ и ТХ КЗУ в процессе их проектирования, которая включает в себя выполнение необходимых проектных процедур, направленных на всестороннее обеспечение электрических и тьлловых характеристик на всех уровнях РЭУ. Это достигается путем использования алгоритма иерархического комплексного моделирования электрических и тепловых процессов в РЭУ и подсистемы ПКА МЭА.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный метод проектирования аналоговых РЭУ на основе комплексного математического моделирования электрических и тепловых процессов позволяет:

- снизить трудоемкость отыскания требуемых проектных решений- пои обеспечении заданных технических характеристик РЭУ ;

- сократить затраты на материалы и комплектующие изделия пы испытаниях проектируемых устройств:

- получить необходимую информацию для расчета безотказности и стабильности РЭУ.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации метод ,модели, алгоритм иерархического комплексного

моделирования ЭП и ТП в РЭУ. програхплные и методические средства использовались при выполнении научно-исследовательских работ на кафедре "Конструирование и технология производства РЗС" Запорожского государственного технического университета в рамках хозяйственных договоров с КБ ПО "Искра " и КБ "Электроавтоматика" .

Основные результаты работы внедрены в практику проектирования трек предприятий г.Запорожья : КБ ПО "Искра" , КБ "Злоктооавтоматика" и завода "Спутник".' а также в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики и Запорожского государственного технического университета.

Апробация результатов работы . Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на двух международных , трех республиканских , тгзех Всесоюзный конференциях и семинарах .

Публикации . По основным результатам проведанных исследования и разработок опубликовано 12 печатных робот .

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литература и приложений, включаших в себя акты внедрений, программную документацию на подсистему комплексного анализа электрических и тепловых характеристик РЭУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении освешено состояние вопроса по комплексному моделированию электрических и тепловых процессов в аналоговых РЭУ кассетной конструкции , показана его актуальность, а такжа дено краткое описание диссертационной работы.

В первой главе приведены результаты исследований структурных особенностей аналоговых РЭУ кассетной конструкции .схему разукрупнения по Функциональней сложности для которых можно представить . как показано на рис. 1.

Рассматриваемые в работе РЭУ представляют собой глохнув систему. аключашую в себя линейные и нелинейные элементы с точки зрения протекания электрических и тепловых процессов, имеюмуо несколько уровней разукрупнения по функциональной и конструктив-

Схеыа рааухрупквнгя по функцгонельной сложности для аналогового РЭУ

епзянпакггавнкя

Ркс.1.

ной сложности. Эксплуатационной характеристики аналоговых РЭУ задаются совокупностью режимных и функциональных частотных характеристик , к стабильности которых предъявляются жесткие требования с учетом реальных условий эксплуатации.

С целью выявления причин ухудшения технических характерней тик РЭУ и входящих в их состав ГИМ , ПУ и МСБ -в реботе были проведены исследования . показаршие .что определяпцее влияние на их функционирование оказывают .прежде всего . температурные условия эксплуатации. Так .температурный уход характеристик функциональных узлов РЭУ составляет значения до 70... 75 X их общего поля нестабильности.

Исследование процессов схемотехнического и конструкторского этапов проектирования аналоговых РЭУ на основе ГИМ . ПУ и МСБ позволило сделать вывод о том . что традиционные методики проектирования радиоэлектронных устройств не позволяют учитывать на ранних стадиях разработки до.изготовления макетных и опытных образцов функциональные и конструктивные особенности РЭУ . а та1аке комплексный характер протекания в схемах и конструктивам электрических и тепловых процессов.

В то же время . проведенный анализ показывает . что применяемые на этапах проектирования радиоэлектронных устройств как традиционные "ручные" методы и средства . так и методы . основанные на использовании ЭВМ, не позволяют вести расчеты одновременно электрических и тепловых процессов в РЭУ и его конструктивах с учетом их реального взаимодействия. Этот недостаток является одной из основных причин наличия отказов при испытаниях узлов и повторения процесса их проектирования , что приводит к увеличению стоимости проекта и удлинению сроков проектирования.

Таким образом, в работа был сделан вывод о том, что ограниченные эффективность и применимость существующих методов моделирования электрических м тепловых процессов в РЭУ требуют разработки метода и алгоритмов комплексного исследования ЭХ и ТХ. которые бы наиболее полно учитывали схемотехнические особенности и конструктивное исполнение как самих устройств, так и входящих в их состав ГИМ. ПУ и МСБ.

С учетом этого в главе представлена постановка основных за-

дач диссертационной работы.

Во второй главе . на основе проведенного в первой главе анализа проблем . возникаюцих в процессе проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции на основе.ГШ. ПУ и МСБ . обусловленных взаимовлиянием и взаимосвязью протекающих в схемах и конструкциях электрических и тепловых процессов . определены основные требования к методу проектирования радиоэлектронных устройств и сОормулированы его принципы.

Автоматизированное комплексное моделирование должно обеспечивать разработчика такой информацией, которая характеризует протекание Физических процессов как в целом в схеме и конструкции РЭУ, так и с точностью до отдельного элемента схемы и конструкции и, прежде всего, каждого электрорадиоэлемента. Это положение следует рассматривать в качестве . критерия для выбора исходной комплексной математической модели РЭУ.

Исходя из сформулированных требований . сущность метода проектирования аналоговый РЭУ кассетной конструкции на основе комплексного моделирования электрических и тепловых процессов заключается в:

1) построении комплексных топологических моделей ЭП и ТП на всех иерархи1 эских функциональных и конструктивных' уроьнях РЭУ , состоящих из комплексных топологических моделей ЭРЭ и топологических моделей тепловых процессов СМТП) конструктивов:

2) проведении иерархического комплексного анализа ЭХ и ТХ РЭУ и его составных частей на основе разработали« моделей .

В глава 1 было показано , что исследуеида в работе РЭУ представляют собой сложные системы с точки зрения протекания в ник электрических'и тепловых процессов. Непосредственная реализация полных комплексных моделей РЭУ поэтому явпязтея затруднительной да:«з о применением современных ЭВМ иэ-за слокноп структуры мода-лей и большого числа входящих в них элементов. Возникисщио трудности связаны как с проблемой выбора метода реиания и требуешго объема машинного времени и памяти, так и с объемов исходной шь формации, входящей в полную модоль. Для анализа ¿изических процессов может Сыть использован известный метод иерархического или поэтапного моделирования , предполагающий использование более

простых, по сравнению с полной, моделей, описываших всю систему и отдельные ее часта с разной степенью детализации.

На основе принципов системного подхода . а также проведенного в главе 1 исследования Функциональных и конструктивных особенностей РЭУ и входящих в их состав ГУМ, ПУ и МСБ был сделан вывод о той. что достаточным для качественного анализа и обеспечения электрических и тепловых характеристик РЭУ в процесса их проектирования является использование следушин математических моделей:

- моделей теплового процесса в конструкциях РЭУ с различными схемами'систем охлаждения:

- комплексных моделей электрических и тепловых процессов в ГИМ и ПУ:

- комплексных моделей электрических и тепловых процессов в

МСБ.

В работе приведен анализ существупних видов исходных математических моделей (аналитической .структурной .топологической, морфологической) и обоснована необходимость применения для построения комплексных моделей электрических и тепло&ых процессов э РЭУ и его конструктивах моделей в топологическом виде.

При этом . топологическая модель электрических или тепловых процессов в РЭУ и его конструктивах представляет собой ненаправленный граф или эквивалентную цепь . ветви которой отражают пути распространения электрического тока Ч^Х.З и теплового патока

Ч* г, э , потенциальными переменными узлов ветвей являются электрические У1, ^ и температурные /г. потенциалы .

а обобщенными параметрами данных ветвей яьляотся электрические Ь Ь,3 и тепловые Ь г,5 проводимости .

В работе обоснована возможность использования известных топологических моделей тепло&ых процессов в конструкциях РЭУ с учетом их Функционального назначения и конструктивного исполнения .

В-Н5Ш1У того о. что совместное протекание электрических и те!ь-

»

ловьи процессов происходит только на уровне электрорадиоэлемен-" тов. их топологические модели должны быть комплексными, ьтобра-яахюими взаимное влияние данных Физических процессов в ЭРЭ. Топологические модели других составных частей конструкции яаляются. по сути своей, моделями, отражээдими протекание только теплового

процесса в ник.

В связи с этим , построение комплексных моделей ГИМ . ПУ U МСБ на основе комплексных топологических моделей электрорадиоэлементов и моделей тепловых процессов в их конструкциях основывается на следуших принципах :

- связь между внешними узлами №3, характеризующимися потенциалами Ур . устанавливается в соответствии с заданной электрической принципиальной схемой ГИМ. ПУ и МСБ:

-- связь между внешними узлами КМЭ. характеризующимися потенциалами f>(n . и узлами НГПК ГУМ . ПУ и МСБ . харакгери-зушимися потенциалами 1 ¿ . устанавливается путем введения в данные модели зависимых источников: к узлам КМЭ подключаются источники температурного воздействия, управляемые температурными потенциалами в узлах МТПК ГИМ , ПУ и МСБ - Х^хд ' к узлам МТПК (от потенциалов Yj которых зависят воздействия источников X о • кл) подключатся источники теплового потока, управляемые тепловыми потоками Укд(о в ветвях внешних узлов КМЭ - I

- температурные условия эксплуатации моделируются с помощью независимых источников температурного воздействия (для КТМ ПУ г температуры соседних печатных узлов . корпуса РЭУ и воздушных потоков в канала« ). Электрический режим работы задается независимым источником Хав -Теплообмен с окружашей средой моделируется с помощью нелинейных ветвей теплообмена излучением и конвекцией.

При изложенном подходе, cíoрмиг»ванная комплексная топологическая модель ГИМ . ПУ и МСБ состоит из двух тополо1-ически несвязанных составных частей - на основе КМЭ и на осноре их МТПК . что создает определенные удобства при автоматизированном анализе электрических и тепловых характеристик ПУ и ГИМ на основе их КТМ. Обобщенную структура КТМ ГИМ . сформированную с использованием изложенных выше принципов на основе КМЭ и МТПК, графически можно представить, как показано на рис. 2.

Таким образом, для получения КТМ ГИМ , ПУ м МСБ необходимы: t

1. Топологические комплексные модели основных злектрорадиоэлементов их элегантная базы :

2. Топологические модели теплового процесса в конструкциях ГШ . ПУ и МСБ.

Условное графическое изображение структура комплексной топологической модели ГИМ

Рие.2.

Разработанная МТП печатного узла состоит из модели печатной платы, слоев крепления ЭРЭ к плате. МТП корпусированных МСБ. клеевых слоев крепления МСБ к плате и частей комплексных моделей ЭРЭ, отражаютIX протекание в них пепловых процессов. Для'построения МТП печатной платы использовался принцип разбиения на элементарные объемы. На рис.3 узлы 1...12 соответствуют центрам верхних поверхностей элементарных объемов, а узлы 13... 24 центрам их нижних поверхностей.

Топологическая модель теплового процесса в печатной плата

Важной особенностью структуры предложенной МТП является возможность адекватно отражать тепловые процессы, прстскаххниз в сложных однослойных и многослойных структурах, каковыми являются Платы ГИМ и ПУ. а также подложки микросборок. Это достигается благодаря разработанной методике идентификации параметров ветвей МТП плат и подложек, алгоритм которой предстазлзн на рис. 4.

Получение значений температур в блока 2 алгоритма достигается путем решения задачи о температурном поле многослойной пластины.

Система уравнений теплопроводности для каждого 1-го слоя лю~

Схема еягоритма идентификации параметров МТП плат ГКЫ, ПУ я подложек МСВ

начало ^

оделирование теплового процесса в пластине на основе аналитического решения

"* Получение :

1.Параметров ветвей ну, ту, г а

2.Темпера тур

I. 73,1 , 14,т

Построение ¡топологической ™ для пластины

Моделирование теплового процесса в пластине на основе полученной дологической

Коррекция параметров ветвей

Рио. £

боа многослойной пластины различного размера имеет вид на боковых гранях при »0. х-Ьх. у-0.

Эп/дх -- дП/Эу = о ;

на границе 1-го и (1+1)-го сдоев при 2<*»<Гс 'О

Тс~ 7гЫ

Ы[дГ;/Эг1) = ;

на поверхности Б при = О на поверхности

при

А-

В уравнениях (13 71' - превышение температуры 1-го слоя над температурой окружающей среды (1-1. 2, 3...., N3: N - число слоев в пластине: А/ - коэффициент теплопроводности 1-го ' слоя;

Р^ - мощность .1-го источника тепла (>1,2,3.....кЗ: к - число

источников тепла: й^', ¿у - размеры источника тепла с номером 3 по осям х и у соответственно: Д/- функции, зависящие .от координат х. у соответственно и принимакиие значения 1 в области источника, тепла и 0 вне источника с номером 3: - функция,

зависящая от координаты г и принимающая значения 1. О на поверхностях Л/ и л/е» соответственно: с1о1 еСы - коэффициенты теплоотдачи с поверхностей

На основании анализа протвкаших в конструкции ГИМ процессов теплообмена была разработана МТПК модуля , которая состоит из моделей : печатных узлов , между которыми отсутствует тепловое взаимодействие :корпусных и бескорпусных ИСК слоев крепления ЗРЭ и МСБ к платам ГШ и слоев крепления ЭРЭ к подложкам шкросборок: частей комплексных моделей ЭРЭ . отрааащих протвкшиэ в ник тепловых процессов: клеевых слоев между платами ГИМ и теакоотводяадя

перегородкой.

Разработанная модель ТП в МСБ Формируется на основе топологических моделей? подложки МСБ: клеэвого слоя крепления подложки к платам ГИМ или ПУ: навесных и пленочных элементов МСБ: слоев крепления навесных элементов к подложке МСБ.

С целью снижения размерности частей КТМ ГИМ , ПУ и МСБ . описывающих протекшие тепловых процессов в их конструкциях "ыли разработаны топологические макромосели ТП в печатных узлах и микросборках.

Значения параметров ветвей макромод^лея , отражающих перенос теплоты по плате ПУ и подложке МСБ находятся путем решения задачи (1). Преимуществам разработанной макроиодели ТП в ПУ являются: высокая точность получаемых результатов (относительная погрешность составляет 4. ..3 X):

экономия машинных ресурсов ЭВМ за счет простоты аналитического решения математической модели разработанной ММ:

снижение затрат машинного времени за счет использования принципа местного влияния при нахождении параметров ветвей, отражавших распространение тепловых потоков по плате и подложке:

Эффективное использование разработанных и используемых моделей электрических и тепловых процессов в РЭУ и его конструктивам достигается благодаря разработанному алгоритму иерархического комплексного моделирования электрических и тепловых процессов в РЭУ .

Для анализа чувствительности выходных характеристик аналоговых РЭУ и его конструктивов к изменению параметров ЗРЭ и составных частей конструкция при комплексном моделировании, использован метод сопряженной модели .

В третьей главе представлены результаты разработки подсистемы комплексного анализа электрических и тепловых характеристик МЗА США МЗА). в основу математического обеспечения которой поло»-жены описанные комплексные топологические модели' ГИМ .ПУ и МСБ . а также алгоритм иерархического комплексного моделирования электрических и тепловых процессов в РЭУ и его конструктивах .

Подсистема ПКА МЗА представляет собой совокупность Функциональных программных модулей и интерактивного монитора пользовать-

ля (монитора подсистемы ПКА МЭА). Блочно-модулъная структура подсистемы позволяет эффективным образом дополнять подсистему другими функциональными блоками и программными модулями , расширяющими ее Функциональные возможности , а также достичь эффекта экономии оперативной памяти ЭВМ за сче1. перекрытия блоков, модулей внутри блоков и наличия связи подсистем с внешней памятью ЭВМ.

Полученная структура подсистемы ПКЛ МЭА является открытой с точки зрения возможностей : использования в ней других численных методов решения систем уравнений : моделирования тепловых процессов в РЭУ других видов конструктивного исполнения I комплексного моделирования с учетом других Физических процессов (например , механического) , протекаицих в схемах и конструкциях РЭУ .

Кроме того . структура подсистемы' ПКА МЭА позволяет использовать в качестве программных модулей блока анализа ЭХ и ТХ РЭУ таких программных средств, как АСОНМКА-Т. АСОННКА-Э. М1СВДСАР, МОНСТР и др. . что значительно расширяет Функциональные Возможности ПКА МЭА.

Разработанный на основе предложенной структурной схемы и алгоритма комплексного исследования ЭХ И ТХ РЭУ алгоритм Функциони- . рования ПКА МЭА является справедливым , как при работе подсистемы в автономном режиме, так и в составе интегрированных САПР. Связь между ПКА ЮА и такими системами может осуществляться через оперативную базу данных подсистемы ПКА МЭА и системный базовый набор данных САПР.

Программная реализация подсистемы осуществлена на алгоритмических языках СОРТРАН-77 и ТУРБО ПАСКАЛЬ 7.0.

Широкие возможности языка ТУРБО ПАСКАЛЬ 7.0 позволили решить в подсистеме задачи:

- подготовки с помощью графического и текстового редакторов в интерактивном режиме необходимой для проведения анализа ЭХ и ТХ РЭУ управляющей и описательной информации:

- современной графической и текстовой интерпретации результатов, анализа ЭХ и ТХ РЭУ и его конструктивов :

- создания в рамках полсистемы оперативной базы ладных м ее СУБД . ,

- ведения архива проектных решений с их возможной интерпре-

. тацией в графической и текстовом режимах .

Разработанная первая версия подсистемы ПКА МЭА обладает следующими основными эксплуатационными характеристиками !

15 Подсистема позволяет проводить следующие виды анализа на» рактеристик РЭУ и его конструктивов:

- анализ тепловых характеристик РЭУ кассетной конструкции с различными схемами систем охлаждения в стационарном режиме:

- анализ тепловых характеристик ГУМ и ПУ. расположенных в

РЭУ кассетной конструкции в стационарном режиме: »

- анализ тепловых характеристик корпусных и бескорпусных МСБ. расположенных на платах ГУМ и ПУ в стационарном режиме:

- анализ электрических характеристик схем ГШ. ПУ и МСБ в статическом режиме для заданных тепловых режимов работы ЭРЗ:

- анализ электрических Функциональных характеристик схем ПИ, ПУ и МСБ в частотной области:

- комплексный анализ ЭХ и ТХ ГКМ, ПУ и МСБ в установившемся ренимэ.

2) Перечисленные виды анализа могут быть выполнены подсистемой ПКА МЭА для РЭУ и его конструктивов, содержащих ^'следугацие ЭРЗ: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, дроссели, диоды, транзисторы, трансформаторы, интегральные схемы операционных усилителей. Перечисленные пассивные ЭРЭ могут быть пленочными. нешеснкми или дискретными. а активные - навесными и дискрет-

НЫШ.

3) Затраты машинного времени при работе подсистемы определяются молельй ПЭВМ типа IBM PC/AT, видом выполняемого подсистемой анализа РЭУ, размерностью решаемой задачи и составляет значение от нескольких секунд во нескольких десятков минут.

4) Ограничения, накладываемые на условия эксплуатации и область применения подсистемы:

- для Функционирования подсистемы ПКА МЭА требустся ПЭВМ типа IBM PC/AT С 286/386/466) с операционной системой f-E-DOS либо DR-DOS:

- минимальный объем памяти на жестком диске ПЭВМ составляет 5 ЬЯэеят:

- объем оперативной памяти, необходимой для работы подсис-

темы должен быть не ниже 520 Кбайт:

- количество ГИМ h ПУ не более 50:

- количество Э?Э и МСБ, установленный на платах ГИМ и ПУ -нь более 250:

- количество узлов в электрических принципиальных схемах ГИМ. ПУ и МСБ - не более 150.

Для практичэского использования подсистемы ПКА МЭА при автоматизированном проектировании аналоговых РЭУ кассетной конструкции, а также сопровождение подсистемы в процессе ее эксплуатации разработана в соответствии с ЕСПД необходимая программная документация.

Кроме того , в третьей главе представлены результаты разработки методического обеспечения автоматизированного проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции .включавшие в себя :

- методику иерархического комплексного анализа и обеспечения электрических и тепловых характеристик РЭУ в процессе их проектирования:

- методику идентификации параметров ветвей топологических моделей тепловых проц ссов в платах ГИМ (ПУ) и подложках МСБ.

Разработанная методика иерархического комплексного анализа и обеспечения электрических и тепловых характеристик РЭУ в процессе их проектирования основана на применении подсистемы ПКА МЭА и позволяет на этапах схемотехнического и конструкторского проектирования на всех уровнях иерархии выполнить всесторонний анализ схем к конструкций РЭУ. ГИМ. ПУ и МСБ с точки зрения протекания в них электрических и тепловых процессов, существенно снизить трудоемкость в ходе обеспечения допустимых режимов работы ЭРЭ и требуемых характеристик устройств.

При функционировании подсистемы ПКА МЭА в составе интегрированных САПР автоматизированного проектирования МЭА результаты моделирования электрических и тепловых процессов а схемах и конструкция. РЭУ могут быть использованы другими проблемными подсистемами в качзстве исходных данных.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований по оценке точности разработанных метода, комплексных топологических моделей , алгоритмов и программного обеспечения

комплексного исследования характеристик аналоговых РЭУ кассетной конструкции.

В ходе проведенных исследований с помощью разработанных тестовых образцов и реальных изделий осуцестслялись экспериментальные измерения и выполнялся комплексный анализ режимных и функциональных частотных характеристик ГИМ,ПУ и МСБ с помощью подсистемы ПКА МЭА .Путем статистической обрабопси полученных результатов были определены количественные оценки точности ароматизированного комплексного анализа характеристик ПИ Ш и МСБ .

3 результате обработки экспериментальных и расчетных данных были получены следушие значения максимальных, погрешностей определения характеристик схем и конструктивов РЭУ:

- по расчету электрических режимных характеристик. - 3.6 X :

- по расчету функциональных частотных характеристик - 5.2 X I

- по расчету тепловых характеристик - 6.3 X :

Полученные результаты подтверждают возможность получения

необходимой точности комплексного моделирования и применения результатов диссертационной работы в практике интанесмого проектирования .

Использование разработанных программных и мето; 1ческих средств в диссертации проиллюстрировано на примера их при>/енения при проектировании'РЭУ , предназначенного для приема й обработки сигналов промежуточной частоты .

3 главе приведены также результаты внедрения разработанных в диссертационной работе метода » моделей „алгоритмов „ программных' и методических средств в промышленность и высшие учебные за-■ ведения , что подтверждено соотаатствушими актами . Ияешиеся акты внедрения отрауамт использование результатов диссертационной работы в практике проектирования РЭУ и их конструктивов на ■■предприятиях КБ ПО "Искра". КБ "Электроавтоматика", з-эдода "Спутник"; а лабораторном практикуме , курсовом и дипломном проектировании в ЗГТУ и МИЗМ. - *

В заключении сФориулировены основнко выводы пс диссертадаон-ноа работе в целой . .

В приложении к диссертации приведены акты внедрения результатов работы, программная документация на подсистему и приыя-

ры расчетов с помощью подсистемы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ:«

В процессе регения задач , поставленных в диссертационной работе, лично автором получены .ледуюдие основные результаты :

1. Исследованы структурные особенности аналоговых РЭУ кассетной конструкции на основе ГИМ, ПУ и МСБ, их конструктивная и функциональная сложность .особенности протекания в них электрических и тепловых процессов. Исследованы современная традиционная структура и организация схемотехнического и конструкторского проектирования РЭУ и применяемые на его этапах методы, модели и средства автоматизации.

2. Разработан метод проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции на основе комплексного математического моделирования электрических и тепловых процессов.

3. В рамках предложенного метода проектирования :

- разработаны принципы построения и практически получены топологические комплексные модели электрических и тепловых процессов в ГИМ , ПУ и МСБ : топологические •модели тепловых процессов в ГИМ, ПУ и МСБ ; топологические макромодели тепловых процессов в ПУ и МСБ :

- алгоритм иерархического комплексного моделирования электрических и тепловых процессов в аналоговых РЭУ кассетной конструкции .

4. Разработана подсистема комплексного анализа электрических и тепловых характеристик МЗА СПКА МЭА) с комплектом документации .

5. Разработана методика иерархического комплексного анализа и обеспечения электрических и тепловых характеристик РЭУ в процессе их проектирования, отличаицаяся от известных возможностью отработки схем и конструктивов РЗУ с учетом взаимного протекания в них электрических и тепловых процессов, конкретного конструктивного 'исполнения ГИМ. ПУ и МСБ и заданных температурных условий эксплуатации. Предложенная методика характеризуется также возможностью ее использования в рамках интегрированных САПР МЭА.

6. Разработано методическое обеспечение по идентификации

параметров топологических МТП в ГИМ. ПУ и МСБ. позволяющее эффективно использовать подсистему ПКА МЭА в процессе ее эксплуатации.

7. Выполнены экспериментальные исследования по проверке и оценке точности разработанных в работе метода .моделей, алгоритма и программного обеспечения, подтверждающие правомерность их _ использования в практике инженерного проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции.

8. Результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования РЭУ на предприятиях и в учебный процесс ВУЗов: использовались при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой КПР ЗМИ в 1989-1994 гг.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ

1. Шило И. В., Коновальчук А. С. . Совместное иерархическое моделирование электрических и тепловых процессов в блоках МЭА кассетной конструкции./Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Межвуз. сб. науч. тр. - Пенза: Пенз. политех, ин-т 1991. с. 30-36.

2. Шило И. В.. Коновальчук А. С.. Совместное иерархическое моделирование электрических и тепловых процессов в блоках МЭА кассетной конструкции /Теория и практика обеспечения надежности и качества РЭС: Сб. науч. тр. - К. УЖ ВО .1992. с. 40-46.

3. Методические указания к самостоятельной работе студентов спец. 23.03. Тепловое проектирование РЗА В САПР /Сост. А.Н. Улитенко. A.C. Коновальчук. И. В. Шило. -Запорожье: ЗМИ. 1991.- 66 с.

4. Коновальчук A.C. .Шило И.В. .Кущ А.Н. Программный интерфейс для организации взаимодействия подсистемы автоматизированного комплексного анализа электрических и тепловых характеристик МЭА с базой данных. /Российская конф. "Методы оценки и повышения надежности РЭС." Тез. докл. -Пенза : Пенз! политех, ин-т 1991. с. 104.

5. Шило И. В.. Коновальчук А. С.. Комплексное моделирование микроблоков МЭА. /Всэсоюз научная сессия, посвященная дню радио". Тез. Докл. -М.: Радио и связь. 1991. . с.36.

6. ' Коновальчук A.C.. Иило И. В.. Двухслойная топологическая

модель для тьллофизического проектирования гибридно-интегральных изделий./Машинное моделирование и обеспечение надежности электронных устройств. Тез. докл. Бердянск 1993. с. 34.

7. Шило И. В. Применение макромоделей МСБ для комплексного анализа электрических и тепловых характеристик ГИМ и ПУ. Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем. Тез. докл. Пенза 1992. с. 53.

8. Шило И. R.. Коновальчук А. С., Зубреи В. Г.. Моделирование теплового процесса в .ГИМ МЭА. /Всссоюз. конф. "Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронной аппаратуры. Тез. докл. Запорожье. 1990,- с. 133

9. Коновальчук A.C.. Шило И.В., Алгоритм комплексного иерархического анализа электрических и тепловых процессов блоков .

МЭА кассетной конструкции. /Российская конФ. "Системный анализ и принятие решений в задачах автоматизированного обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектро-ники'Тез. докл. -Махачкала: Дагестанский политех, ин-т 1991. с 15.

10. Коновальчук А. С.. Шило И.В., Поздняков О. А. Проектирование блоков МЭА кассетной конструкции на основе комплексного моделирования электрических и тепловых процессов /Науч. - техн. конф. "Опыт разработки и использования приборо-технологичиских САПР в микроэлектронике "Тез. докл.-Львов: Львовский политех, ин-т 1993. с. 61.

11. Коновгльчук A.C., Вило И. В., Зубрей В.Г.. Модифицированная топологическая модель теплового процесса в МСБ МЭА. /Всесоюз. конФ. "Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронной аппаратуры. Тез. докл. Запорожье. 1990, с. 132.

12. Коновальчук А.С., Шило И.В.. Подсистема комплексного анализа электрических и тепловых характеристик МЭА /Материалы международного научно-технического семинара "Моделирование и контроль в задачах обеспечения надежности РЭС" Тез. докл. -Шауляй : Шауляйский политех, ин-т 1992. с. 33.

Аннотация

Shllo I.V. The development of the project method of analog cassette electronical devices basod on the complex modelling of electrical and heat processes. The research and the thesis for Candidate of Technical Science degree of 05.12.13. -- Radio technique and communication device speciality. State University "Lvlvska polytechnlca", Lvlv 1994.

12 scientific theses are balng presented, uhlch contain theoretical and experimental Investigations on the developrr^nt of the project method of analog cassette electronical devices using the proposed models and algorhvtns of complex modelling of electrical and heat processes In schemes and constructions of electronical devices.

The results of the research have been Implemented at "Iskra", "Electroavtomatlca" and " Sputnik" plants of Zaporozye .

Шило И. В. " Разработка метода проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции на основе комплексного моделирования электрических и тепловых процессов " .

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13. - Устройства радиотехники и средств связи. Государственный университет "Львовская политехника", Львов, 1994 г. Защищается 12 научных работ , которые содержат теоретические и экспериментальные исследования . посвященные разработке метода проектирования аналоговых РЭУ кассетной конструкции с использованием предложенных моделей и алгоритмов комплексного моделирования электрических и тепловых процессов в снопах и конструктивах радиоэлектронных устройств .

Осуществлено промышленное внедрения результатов г-зйоты в- KS Ш "Искра" , КБ "Электроавтоматика" и на заводе "Спутник" г.Запорожья. '

Клкмов1 слова : Аналоговий рад1оелектронннй. пристр1й .схема, ыатематична модель, параметр« . конструкц1я, Ф1зичн1 гтоиеси.