Основные направления конструирования ЭА.
Любая РЭА имеет законченную конструкцию, представляющую собой сложную композицию, составленную из большого числа конструктивных единиц. Конструкцию современной РЭА следует рассматривать как некоторое структурное образование, отдельные части которого находятся в иерархической соподчиненности, что подразумевает усложнение конструкции последовательным объединением более простых конструктивно законченных единиц (отдельных дискретных элементов, интегральных микросхем, модулей) в более сложные.
Если по уровням функциональной сложности РЭА можно разделить на радиотехническую систему или комплекс, радиоустройство, блок, субблок или функциональный узел, то такое деление возможно и по ее конструктивным уровням.
По сложности уровня компоновки конструкции подразделяют на:
– системы;
– многоблочные монтажные устройства (стойки, шкафы, стеллажи, рамы);
– блоки;
– функциональные ячейки;
– элементный базис.
Таким образом можно говорить о существовании пяти структурных уровней компоновки: нулевой; I, II, III, IV.
Самый низкий структурный уровень – нулевой называют элементным базисом РЭА. Элементный базис РЭА составляют все конструктивно неделимые радиоэлементы общего применения: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, линии задержки, полупроводниковые и электронные приборы, интегральные микросхемы (ИМС) и компоненты и т.д. Одни элементы нулевого уровня, чтобы иметь какой-либо функциональный признак, объединяют в схемные сочетания (резисторы, конденсаторы и т.п.), а другие (например, интегральные схемы) уже имеют функциональный признак.
I структурный уровень – функциональная структурная ячейка (ФЯ), на общем несущем основании которой компонуются элементы нулевого уровня и элементы коммутации и контроля. В качестве несущих оснований функциональных ячеек чаще всего применяются печатные платы, металлические рамки и листы. Названием функциональная ячейка заменены названия I уровня конструкции – модуль, субблок и т.д. ФЯ, как правило, является функционально и конструктивно завершенной сборочной единицей: у нее есть свои выходы, присоединительные и кодовые элементы, маркировочная планка, контрольные гнезда и т.д. В общем случае ФЯ состоит из одной платы, но при необходимости может иметь две.
II структурный уровень – это блоки, компоновка которых осуществляется путем сборки ФЯ в пакеты и корпусирование пакетов в блоки. Название блок заменяет существующие названия II структурного уровня – прибор, контейнер и др. В блоке содержится от одного до десятков ФЯ, он обязательно является конструктивно и функционально законченным изделием со всей текстовой документацией.
III структурный уровень составляют монтажные устройства, в которых блоки компонуются в общем несущем основании. Таким основанием для бортовой РЭА может служить общая амортизационная рама или стеллаж, для стационарной – шкафы, стойки и пульты. В соответствии с компоновкой монтажное устройство может иметь несколько частных названий – индивидуальная или групповая рамы, стеллаж (открытый со всех сторон шкаф), стойки (когда есть двери и своя лицевая панель), пульт и др.
Монтажное устройство имеет полное функциональное и конструктивное завершение и служит для электрического объединения нескольких блоков и для сопряжения их с несколькими носителями. При этом конструктивно, как правило, два размера монтажного устройства – глубина и высота – остаются постоянными.
IV структурный уровень составляет система, которая служит для объединения ряда монтажных устройств на объекте. Монтажные устройства могут быть разбросаны по разным помещениям или отсекам и к тому же конструктивно бывают различными: пульт, стойка, рама, прибор.
Элементный базис в РЭА значительно изменился. Сначала элементный базис составляли только дискретные схемные элементы, в том числе электронные лампы, на смену которым пришли полупроводниковые приборы. Затем появились полупроводниковые и гибридные ИМС. Интегральная микросхема является неделимой конструктивной единицей, изготовленной групповыми технологическими методами, и, как правило, представляет собой не только конструктивно, но и функционально законченный узел. Поэтому в данном случае в элементный базис оказались заложенными функциональные признаки, в то время как до появления ИМС эти признаки формировались в первом структурном уровне при объединении дискретных элементов в схемные сочетания. Например, для конструктивного выполнения схемы триггера транзисторы, резисторы и конденсаторы надо расположить на общем основании и выполнить электрический монтаж схемы. В таком исполнении триггер конструктивно представляет собой первый структурный уровень конструкции. Но если в качестве нулевого структурного уровня использовать ИМС, представляющую собой триггер, то в первый структурный уровень войдет более сложное устройство и количество структурных уровней в конструкции уменьшится.
С появлением ИМС элементный базис стали характеризовать степенью интеграции. При этом различают элементную и функциональную интеграцию. Под элементной понимают такое объединение дискретных компонентов в одном твердом теле, при котором каждому элементу соответствует определенный объем твердого тела, а под функциональной – объединение схемных функций элементов, при котором невозможно выделить тот или иной объем твердого тела, выполняющий функции какого-либо элемента.
Под степенью интеграции К понимают десятичный логарифм количества элементов N, объединенных на одном основании:
К = lgN
В ГОСТ 17021 – 75 различают ИМС по степени интеграции :
1-я – до 10 элементов,
2-я – от 10 до 100 элементов,
3-я – от 100 до 1000 элементов,
4-я – свыше 1000 элементов,
5-я – свыше 10000 элементов.
Микросхемы 1 – 5 степени интеграции также соответственно называют: ИМС малого уровня интеграции (МИС) – для 1-й степени интеграции; ИМС среднего уровня интеграции (СИС) – для 2-й и 3-й степени интеграции, большие интегральные схемы (БИС) – для 3-й и 4-й степени интеграции, сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – для 5-й степени интеграции.
Если элементный базис составляют конструктивно неделимые элементы, то остальные структурные уровни в конструкции всегда являются сборными, к ним относятся функциональные узлы, блоки, шкафы, рамы.
Деление конструкции на структурные уровни позволяет:
– снизить брак в производстве за счет увеличения степени интеграции неделимых узлов;
– организовать параллельное изготовление различных узлов, что сокращает производственный цикл изделия и облегчает организацию контроля в процессе производства;
– обеспечить ремонтопригодность при эксплуатации.
За период развития РЭА произошла смена трех поколений. Основными отличительными признаками поколения РЭА считаются элементный базис и метод конструирования:
в первом поколении – электронная лампа, крупногабаритные навесные электрорадиоэлементы (ЭРЭ) и блочный метод конструирования;
во втором – транзистор, миниатюрные ЭРЭ и модульный метод конструирования;
в третьем – ИМС с небольшой степенью интеграции и функционально-узловой метод конструирования;
в четвертом – БИС, СБИС, функциональные компоненты и функционально-узловой метод конструирования с применением микросборок (МСБ).
Аппаратура третьего поколения выполняется на основе корпусированных полупроводниковых и гибридных ИМС малой и средней степени интеграции, миниатюрных ЭРЭ и многослойных печатных плат, что позволяет уменьшить массогабаритные характеристики аппаратуры и существенно повысить ее надежность.
Аппаратура четвертого поколения в составе элементного базиса содержит БИС, СБИС, а также большие гибридные интегральные схемы (БГИС). По функциональной сложности БИС и БГИС могут соответствовать блоку в аппаратуре первого или второго поколения. Кроме того аппаратура четвертого поколения в составе элементного базиса содержит микросборки. Аппаратура четвертого поколения выполняется с большой долей отказа от дискретных элементов на основе многослойных печатных и керамических плат, гибких печатных шлейфов.