Задача компоновки модулей нижних уровней

С учетом перечисленных особенностей появляется возможность выделить и проанализировать основные задачи конструкторского синтеза ЭС. Проделаем это на примере проектирования пространственного (компоновочного) решения ячейки.

ПРИМЕР: Ячейка, рис. 6.7., состоит из некоторого числа N микроэлектронных узлов (МЭУ), расположенных на печатной плате (ПП).

Рис. 6.6. Ячейка (субблок) ЭС.

Следовательно, необходимо синтезировать пространственную систему S_пр, состоящую из N+1 элементов Г = {g₁, g₂, … g_N, g_N+1} c априорно известной структурой всех видов отношений R₁, R₂, … R_m. Рассмотрим совокупность R_пр = { R₁, R₂, … R_m} пространственных отношений между элементами Г, которые существуют в данной системе и которые необходимо определить.

Начнем с синтеза унарных отношений R₁. Указанные отношения описывают пространственные свойства элементов, в нашем случае - МЭУ и ПП.

Пространственная структура µ₁ унарных отношений R₁ означает не что иное, как форму всех N+1 элементов. В данном случае - это плоские прямоугольные элементы (высотой МЭУ можно пренебречь). Поскольку форма известна, значит известны структуры µ унарных пространственных отношений R₁.

Конституэнты Е₁ отношений R₁  представляют собой пространственные параметры элементов, а именно, их геометрические размеры, т.е                                             Е₁ = {Х₁, Х₂, … Х_N, Х_N+1}, где Х_i - множество параметров (геометрические характеристики) МЭУ и ПП, X_i = {x_1i, x_2i}; x_1i, x_2i - длина и ширина i- го МЭУ.

Совокупность бинарных отношений R₂ описывает пространственное отношение пар элементов хГ², хГ² = ГхГ.

Структура µ₂ бинарного пространственного отношения R₂ задается рисунком или вербально (словесно): "все МЭУ располагаются строго ориентировано на одной стороне ПП не наползая друг на друга". Знание структуры µ₂ позволяет сделать вывод, что из множества отношений R₂ пар элементов хГ² наиболее существенны отношения R'₂, R'₂ Ì R₂, описывающие свойства множества пар МЭУ-ПП. Указанное свойство определяет пространственное положение каждого МЭУ на ПП. При этом из множества пар хГ² выделяется с помощью R'₂ некоторое подмножество Г_s' Ì хГ², а именно                          Г_s' = {<g₁, g_N+1>,< g₂, g_N+1 >, … < g_n, g_N+1>}.

Рассматривая отдельно каждую пару <g_i, g_N+1> элементов из множества хГ² можно установить, что в качестве конституэнт бинарных отношений выступают два параметра - координаты положения на плоскости одного элемента относительно другого. Отсюда следует, что в качестве конституэнт Е₂ отношений R₂ в общем случае выступает оператор ψ размещения МЭУ на поверхности ПП или координаты положение МЭУ на ПП Е₂ = ψ.                                               

Из множества многоместных отношений выделим (N+1) - арное отношение R_N+1, а именно то, которое описывает отношение пространственного соответствия всех N узлов и ПП. По смыслу это пространственное отношение выражает свойство соответствия площади Р_мэу, занимаемой множеством  МЭУ и площадью Р_пп ПП.

Конституэнта Е_N+1 отношения R_N+1 в простейшем случае (при одинаковых размерах всех МЭУ) представляет собой константу N_max, Е_N+1=N_max, где N_max - максимальное количество МЭУ, располагаемое на ПП, N ≤ N_max. В общем случае конституэнта Е_N+1 представляет собой алгоритм g распределения (выделение списка, компоновки) МЭУ для установки на конкретной ПП, Е_N+1 = g.

Следует учесть, что совокупность свойств Х_N+1 ПП должна включать в себя свойства, определяющие рисунок (топологию) электрических связей. В общем случае, кроме обычных размерных параметров Х'_N+1, включается в Х_N+1 и оператор прорисовки (трассировки) связей π (по аналогии с операторами компоновки и размещения), Х_N+1 = {Х'_N+1, π }.

Таким образом, для синтеза указанной пространственной системы S_пр необходимо определить следующую совокупность конституэнт отношений Е_пр = {Х₁, Х₂, … Х_i, … X_N, g, {X'_N+1, π }, ψ }.

В нашем примере совокупность Х₁, Х₂, …, X_N известна.

Очевидно, что подобные по содержанию задачи приходится решать и при синтезе конструкции модулей и других иерархических уровней.

Из приведенного примера видно, что конструктор должен решать следующие задачи в процессе синтеза современной ЭС:

- выбор совокупности конструктивных модулей всех иерархических уровней с определением их типоразмеров (определение Х или Х_N+1);

- определение списка модулей всех уровней (определение g или N);

- размещение модулей (определение ψ);

- трассировка электрических связей между модулями (определение π).

Интересно, что рассматривая проектирование S_пр с общих позиций, удалось установить только перечень задач синтеза, которые необходимо решить, но ничего не известно о последовательности решения.

Простейший анализ показывает, что синтез конституэнт Е_пр должен бы быть выполнен одновременно, но сейчас это невозможно. В инженерной практике проектирования конструкций РЭС используют, как уже было сказано, последовательную схему работ

 

                               Рис. 6.7. Последовательность задач компоновки.

Перейдем теперь к рассмотрению типовых задач анализа полученного пространственного (компоновочного) решения ЭС. Далее в курсе этот вопрос будет рассматриваться подробнее, сейчас же только укажем без объяснения перечень таких задач. К ним относятся:

- анализ теплового режима;

- анализ устойчивости к механическим воздействиям;

- анализ электромагнитной совместимости элементов;

- анализ надежности ЭС;

-

анализ затрат на жизнь ЭС и т.д.

Таким образом, можно представить себе содержательную модель конструирования ЭС (перечень задач) в следующем виде, рис. 6.9.

                    

                  Рис. 6.8. Содержательная модель конструирования.

 

Следует отметить, что не всегда анализ после каждого этапа осуществляется в полном объеме; и, второе, схема работ (задач) не имеет в своем составе задач принятия решения, хотя реально они присутствуют на каждом этапе и являются чрезвычайно важными с точки зрения качества полученного окончательного решения.