Микросхемо-техника: Схема контроля дешифратора на три входа восемь выходов
ВВЕДЕНИЕ
Развитиеэлектроннойвычислительнойтехники, иинформатикии применениеих средств иметодов в народномхозяйстве,научных исследованиях,образованиии других сферахчеловеческойдеятельностиявляются внастоящее времяприоритетнымнаправлениемнаучно-техническогопрогресса. Этоприводит кнеобходимостиширокой подготовкиспециалистовпо электроннымвычислительныммашинам, системами сетям, программномуобеспечениюи прикладнойматематике,автоматизированнымсистемам обработкиданных и управленияи другим направлениям,связанным синтенсивнымиспользованиемвычислительнойтехники. Всемэтим специалистамнеобходимыдостаточноглубокие знанияпринциповпостроенияи функционированиясовременныхЭВМ, комплексов,систем и сетей,микропроцессорныхсредств, персональныхкомпьютеров.Такие знаниянеобходимыне толькоспециалистамразличныхобластейвычислительнойтехники, но илицам, связаннымс созданиемпрограммногообеспеченияи применениемЭВМ в различныхобластях, чтоопределяетсятесным взаимодействиемаппаратурныхи программныхсредств в ЭВМ,тенденциейаппаратурнойреализациисистемных испециализированныхпрограммныхпродуктов,позволяющейдостигнутьувеличениепроизводительности,надежности,функциональнойгибкости, большейприспособленностивычислительныхмашин и системк эксплуатационномуобслуживанию.
В последниегоды мирэлектронныхвычислительныхмашин значительнорасширился- в нем нарядус машинамиобщего назначениязаняли большоеместо супер-ЭВМ,малые ЭВМ иособенномикропроцессорыи микро-ЭВМ,персональныекомпьютеры.
Информациякоторая передаетсямежду узламикомпьютераили хранитсяв нем, ни какимобразом недолжна изменяться,для это существуют,либо аппаратные,либо программныесредства контроляи диагностики.
1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Назначениесхем контроляцифровых устройств,виды контролядля комбинационныхсхем
Потеривремени в такихсложных объектах,как ЭВМ, в первуюочередь связанныс поиском местанеисправности.Важнейшимсредствомуменьшенияпотерь и повышениеобслуживаемостиЭВМ являетсясистема автоматическогодиагностирования,позволяющаялокализоватьнеисправность.
Чтобыуменьшитьпотери от сбоеви отказов,порождающихошибки, надопредотвратитьраспространениеошибки в вычислительномпроцессе, таккак в противномслучае существенноусложнятсяи удлинятсяпроцедурыпроверки правильностиработы программы,определениеи устраненияискажений впрограмме,данных и промежуточныхрезультатах.
Дляэтого необходимообнаружитьпоявлениеошибки в выполняемыхмашиной преобразованияхинформациивозможно ближек моменту еевозникновения.С этой цельюнадо иметьсистему автоматическогоконтроля правильностиработы ЭВМ,которая припоявленииошибки в работемашины немедленноприостанавливаетвыполнениепрограммы.Наличие такойсистемы освобождаетот забот поконтролюдостоверности.
Дляуменьшениявремени восстановленияинформацииследует иметьсистему автоматическоговосстановлениявычислительногопроцесса,распознающуюхарактер (сбойили отказ) ошибкии при сбоеавтоматическивосстанавливающуюдостоверностьинформациии выполненияпрограммы, апри отказеинициирующуюработу системыавтоматическогодиагностированияЭВМ.
Обнаружениеошибок должнопроизводитьсяв машине непрерывнои, следовательно,не должно вызыватьзаметногоснижениябыстродействиямашины. Поэтомуэта функциявозлагаетсяна быстродействующиеаппаратурныесредстваконтроля, которыепозволяютпочтиполностьюсовместитьво временивыполнениеосновных иконтрольныхопераций.
Необходимостьв коррекцииошибок, восстановлениивычислительногопроцесса идиагностированиянеисправностейпри современномуровне надежностиЭВМ возникаетдостаточноредко. Поэтомуцелесообразноиспользоватьдля выполненияэтих функцийглавным образоммикропрограммные,а также программныесредства в видекорректирующихи диагностическихмикропрограмми программ.Однако чтобыэти программыне были чрезмерносложны, предусматриваютсяи определенныеаппаратурныесредства,поддерживающиепроцедурывосстановленияпосле сбоеви локализациинеисправностей.
Основнымихарактеристикамисистемы автоматическогоконтроля правильностифункционированияЭВМ являются:
а) отношениеколичестваоборудования,охваченногосистемой контроля,к общему количествуоборудованияЭВМ;
б) вероятностьобнаружениясистемой контроляошибок в функционированииЭВМ;
в) степеньдетализации,с которой системаконтроля указываетместо возникновенияошибки;
г) отношениеколичестваоборудованиясистемы контроляк общему количествуоборудованияЭВМ.
Основнымихарактеристикамисистемы автоматическогодиагностированияявляются:
а) вероятностьправильногообнаруженияместа отказа;
б) разрешающаяспособность,равная среднемучислу подозреваемыхсменных блоков;
в) доляаппаратурныхсредств системыдиагностированияв общем оборудованииЭВМ[ 3 ].
Видыконтролякомбинационныхсхем.
Контрольс помощьюдублирования(рис.1).
Контрольс помощью обратныхсхем (рис.2).
Навходы X0-Xn-1приходятсигналы, которыеподаются на:основную идублирующуюсхемы. ДалеевыходныесигналыY0-Ym-1анализируютсяв блоках M2.Завершающемэтапом являетсялогическиеоперации влогическом блоке,
Рис.1.Схемаконтроля построеннаяна основедублирования
Рис.2.Схема контроляпостроеннаяпо принципуобратной схемы
на выходекоторого,сформируетсясигнал (ОШ)показывающий,есть ошибкаили нет.
Сутьконтроля спомощью обратнойсхемы (данныйметод называетсявоспроизведениемвходных сигналов)состоит в сравнениивходных сигналовосновной схемыс выходнымиконтролирующими.
1.2Выбор и обоснованиефункциональнойсхемы, элементнойбазы
Приработе дешифраторамогут возникнутьследующие видыошибок:
а) наличиедвух или болееактивных сигналовна выходахдешифратора;
б) отсутствиеактивных сигналовна выходахдешифратора.
Схемаконтроля дешифратора(рис.3, рис.4) состоитиз трех блоков:
а) входногоблока - на негоподаются сигналыс выходовдешифратора,над этими сигналамивыполняютсялогическиеоперации, послечего формируютсявыходные сигналы,необходимыедля дальнейшегосравнения ианализа;
б)промежуточныйблок -вэтот блок поступаютсигналы с входногоблока, которыеподвергаютсясравнению ианализу, с выходовблока формируютсясигналы, необходимыедля формированиясигнала сообщающегоо ошибке;
в) выходнойблок - на негопоступаютсигналы изпромежуточногоблока, на основеэтих сигналовформируетсясигнал ошибки,если сигналошибки высокогоуровня, т.е. лог.1,есть ошибка.Если лог.0 дешифраторсработал нормально,без ошибки.
В курсовомпроекте рассматриваетсясхема - 1, изображеннаяна рис.3. За счетинвертирующихэлементов всхеме - 2 (рис.4),быстродействиеее больше, чемв первой схеме.Но схема - 1прощев построении,также в нейиспользуетсяменьшее количествоИМС при построениисхемы на печатнойплате, что приводитк увеличениюнадежностиработы схемыи меньшей еецене.
Элементнаябаза подбираласьпо основнымхарактеристикам:повышенноебыстродействие,малая потребляемаямощность, минимальныетоки потребления.
ИМСиспользуемыев схеме:
-
ИМС- КР1533ЛИ1
Изготовленапо ТТЛШ - технологии,выпускаетсяв полимерномкорпусе.
Назначениявыводов 1,2,4,5,9,10,12,13- входы 1 - 4 лог.элементов,3,6,8,11 - выходы лог.элементов. К14 - выводу подключаетсяUпит,а вывод 7 являетсяобщим.
Параметрыи эксплуатационныеданные
Iпот- не более 4,0 мА Uвых- неболее 0,5 В
Iпот- не более 2,4 мА Uвых- неменее 2,7 В
Iвх - не более 2 мкА tзд.р иtзд.р- неболее 15 нс.
Iвх - не более 50 мкА Uпит- 5 В 5%
Tокр- от-10’Cдо+70’C
ИМС- КР1531ЛЛ1
Изготовленапо ТТЛШ - технологии,выпускаетсяв полимерномкорпусе.
Назначениявыводов 1,2,4,5,9,10,12,13- входы 1 - 4 лог.элементов,3,6,8,11 - выходы лог.элементов. К14 - выводу подключаетсяUпит,а вывод 7 являетсяобщим.
Параметрыи эксплуатационныеданные
Iпот- неболее 15,5 мА Uвых- не более 0,5 В
Iпот- неболее 8,3 мА Uвых- неменее 2,7 В
Iвх- неболее -0,6 мА tзд.р.-не более 5,0 нс
Iвх- неболее 20 мкА tзд.р - неболее 5,5 нс
Uпит- 5 В 5% Tокр- от-10’Сдо +70’С
ИМС- К155ЛЕ4
Изготовленапо ТТЛ - технологии,выпускаетсяв пластмассовомкорпусе.
Назначениявыводов1,2,3,4,5,9,10,11,13 - входы 1 - 3 лог.элементов,6,8,12 - выходы лог.элементов. К14 - выводу подключаетсяUпит,а вывод 7 являетсяобщим.
Параметрыи эксплуатационныеданные
Iпот- неболее 26 мА Uвых- не более 0,4 В
Iпот- неболее 16 мА Uвых- неменее 2,4 В
Iвх- неболее -1,6 мА tзд.р.-не более 11 нс
Iвх- неболее 40 мкА tзд.р - неболее 15 нс
Uпит- 5 В 5% Tокр- от-10’Сдо +70’С
ИМС- КР531ЛН1
Изготовленапо ТТЛШ - технологии,выпускаетсяв пластмассовомкорпусе.
Назначениявыводов 1,3,5,9,11,13 -входы 1 - 6 лог.элементов,2,4,6,8,10,12 - выходы лог.элементов. К14 - выводу подключаетсяUпит,а вывод 7 являетсяобщим.
Параметрыи эксплуатационныеданные
Iпот- неболее 54 мА Uвых- не более 0,5 В
Iпот- неболее 24 мА Uвых- неменее 2,5 В
Iвх- неболее -2,0 мА tзд.р.-не более 5 нс
Iвх- неболее 50 мкА tзд.р - неболее 4,5 нс
Uпит- 5 В 5% Tокр- от-10’Сдо +70’С
2.СПЕЦИАЛЬНАЯЧАСТЬ
Логическийрасчет схемы
Расчетвходного блока
В входнойблок (рис.3) поступаютсигналы A0,A1,A2,A3,B0,B1,B2,B3сдешифратора,после логическихопераций счетырех элементоввыходного блокаформируютсясигналы Eи S.Чтобы рассчитатьвыходные сигналы,нужно посмотретьтабл.1. Из таблицыистинностивидно, что сигналE=1,только в томслучае, еслисигналы Aи Bравны лог. 1. Наоснове этогоможно построитькарту Карно,она приведенарядом, далееиз карты можнополучить следующуюформулу длясигнала E:
Рис.3.Схема контролядешифраторас прямыми выходами
Рис.4.Схема контролядешифраторас инверснымивыходами
E=AŸB
Длясигнала Sполучаетсяследующаяформула:
S=A+B,
Таблица1.
Таблицаистинностивходного блокаи карты Карнодля сигналовEи S.
КартаКарно КартаКарно
длясигнала E для сигналаS
A | B | E | S | B | B | B | B | |||||||
0 | 0 | 0 | 0 | A | 1 | A | 1 | 1 | ||||||
0 | 1 | 0 | 1 | A | A | 1 | ||||||||
1 | 0 | 0 | 1 | |||||||||||
1 | 1 | 1 | 1 |
Расчетпромежуточногоблока
Промежуточныйблок состоитиз двух подблоков, этиблоки полностьюаналогичны.В промежуточныйблок поступаютсигналы E1,E2,S1иS2 сэлементоввыходногоблока,
послелогическихопераций, впромежуточномблоке на выходахформируютсясигналы Eи S.Для логическогорасчета выходныхсигналов, можнорассмотретьодин из подблоков схемы.
Табл.2,по данным втаблицы истинности,строятся картыКарно, а из картможно получитьследующиеформулы:
Формуладля сигналаE:
E=E1+E2+S1ŸS2
Формуладля сигналаS:
S=E1+E2+S1+S2=A0B0+A1B1+A1+B1+A2+B2=A0+B0+A1+B1=S1+S2
Таблица2.
Таблицаистинностипромежуточногоблока и картыКарно для сигналовЕиS.
КартаКарно
длясигнала E
E1 | S1 | E2 | S2 | E | S | S1 | S1 | |||||||||||||||
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | E1 | 1 | 1 | X | X | E2 | |||||||||||
0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | v | X | 1 | X | X | E2 | |||||||||||
0 | 0 | 1 | 0 | X | X | E1 | X | 1 | 1 | X | ||||||||||||
0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | E2 | |||||||||||||||
0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | v | S2 | S2 | S2 | |||||||||||||
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||
0 | 1 | 1 | 0 | X | X | КартаКарно | ||||||||||||||||
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | длясигнала S | ||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 0 | X | X | |||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 1 | X | X | S1 | S1 | |||||||||||||||
1 | 0 | 1 | 0 | X | X | E1 | 1 | 1 | X | X | E2 | |||||||||||
1 | 0 | 1 | 1 | X | X | X | 1 | X | X | E2 | ||||||||||||
1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | E1 | X | 1 | 1 | X | ||||||||||||
1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | E2 | |||||||||||||
1 | 1 | 1 | 0 | X | X | S2 | S2 | S2 | ||||||||||||||
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||
v -комбинацииполучившиесяпри нормальнойработе дешифратора.
x -запрещеннаякомбинация,появляетсятолько в томслучае, еслиE1=1иS1=0илиE2=1иS2=0.
2.1.3Расчетвыходного блока
Изпромежуточногоблока в выходнойпоступаютсигналы E1,S1,Е2 и S2.Этисигналы необходимы,для формированиясигнала сообщающегооб ошибке.Послелогическихопераций ввыходном блоке,на его выходеформируетсясигнал ERR.Таблица истинностии карта Карнодля этого сигналаприведены втабл. 3, послевсех логических преобразованийформула длясигнала ERRполучитсяследующая:
ERR=E1+E2+S1ŸS2+S1ŸS2
Таблица3.
Таблицаистинностии карта Карнодля сигналаERR
E1 | S1 | E2 | S2 | ERR | КартаКарно | ||||||||||||||||||
0 | 0 | 0 | 0 | 1 | длясигнала ERR | ||||||||||||||||||
0 | 0 | 0 | 1 | 0 | v | ||||||||||||||||||
0 | 0 | 1 | 0 | X | S1 | S1 | |||||||||||||||||
0 | 0 | 1 | 1 | 1 | E1 | 1 | 1 | X | X | E2 | |||||||||||||
0 | 1 | 0 | 0 | 0 | v | X | 1 | X | X | E2 | |||||||||||||
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | E1 | X | 1 | 1 | X | ||||||||||||||
0 | 1 | 1 | 0 | X | 1 | 1 | E2 | ||||||||||||||||
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | S2 | S2 | S2 | ||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 0 | X | |||||||||||||||||||
1 | 0 | 0 | 1 | X | |||||||||||||||||||
1 | 0 | 1 | 0 | X | |||||||||||||||||||
1 | 0 | 1 | 1 | X | |||||||||||||||||||
1 | 1 | 0 | 0 | 1 | |||||||||||||||||||
1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||
1 | 1 | 1 | 0 | X | |||||||||||||||||||
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||
v- ERR=0,ошибки нет -нормальнаяработа дешифратора.
x -запрещеннаякомбинация,получаетсятолько в томслучае, еслиE1=1и S1=0илиE2=1и S2=0.
2.2Описание работыпринципиальной
схемы
Сигналыс выходов дешифраторапоступают ввходной блокна выводы1,2,4,5,8,10,12,13 - DD1иDD2,далее формируютсясигналы E1,S1 на выводе 3,E2,S2 навыводе 6,E1’,S1’ навыводе 8 и E2’,S2’навыводе 11 м/cхDD1иDD2.Этисигналы поступаютв промежуточныйблок, в результатечего появляютсяновые сигналы,нужные длядальнейшейпроверки: E1вывод2 DD6,S1 вывод3 DD4,E2 вывод4 DD6иS2вывод6 DD4.Последним,завершающимэтапом являютсялогическиеоперации ввыходном блоке,который в зависимостиот этих сигналовсформируетвыходной сигналERR.Еслисигнал ERR=0,то ошибки нет,ERR=1 естьошибка.
Работуданной схемыможно рассмотретьна примерах.
Нормальныйрежим работыдешифратора,т.е. высокийуровень сигнала(лог. 1) присутствуетна одном извыходов дешифратора,пусть в данномслучае, этовыход Y0=1,на остальныевыводы 2,4,5,9,10,12 DD1,DD2приходитлог. 0. На выводе3 DD1(E1)после выполнениялогическойоперации появитсялог.0, на выводе3 DD2получится лог.1, на всех жеостальныхвыводах DD1иDD2формируетсялог. 0. Сигналлог. 1 с вывода3 DD2поступаетвместе с сигналомлог. 0 с вывода6 DD2на вывод 1 и 2 DD4.Лог. 0 с выводов3 и 6 DD3поступает навыводы 13 и 5 DD5.Навыводе 3 DD4образуетсясигнал лог. 1,который с сигналомс вывода 6 поступает на выводы 9 и10 DD3,а также на выводы9 и 10 DD5.На выводах 12,6 и 8 DD5образуетсякомбинациясигналов 110.Сигналы с выводов12 и 6 инвертируютсяи поступаютна выводы 1 и 2выходного блокам/схDD7.С вывода 3 DD7лог.0 подается навывод4с сигналомлог.0 с вывода8 DD5навывод 5 DD7,а с вывода 6 DD7приходит лог.0на вывод 10 DD7ина вывод 9 DD7приходиттак же лог. 1 свывода 8
DD3.Навыводе8 DD7образуетсялог. 0, т.е. сигналERR=0,значит схемапроработалаправильно,ошибки нет.
Навыходах дешифраторанет активныхсигналов, т.е.Y0=Y1=Y2=Y3=Y4=Y5=Y6=Y7=0.
Навыходах входногоблока, м/сxDD1 иDD2,формируетсялог. 0, далее этисигналы поступаютна м/сх DD3 и DD4.
Проследитьпоявлениесигнала, повлияющего наформированиеошибки можнос выводов 3 и 6DD4,наэтих выводахприсутствуютлог. 0, которыепоступят навыводы 9 и 10 м/схDD5,после выполнениялогическойоперации, т.е.логическогосложения иинверсии, навыводе 8 DD5сформируетсясигнал лог. 1,который поступаетна вывод 5 DD7,так как всевыходы дешифраторапассивны, ток выходномублоку, кромевыше зафиксированногосигнала лог.1, сигналы высокогоуровня не поступят.Это значит, чтоERR=1,есть ошибка.
Еслина двух выходахдешифраторалог. 1.
Навыходах Y0=Y7=1,на всех остальныхлог. 0. На выводах3 и 11 DD2формированиелог. 1, на всехостальныхвыходах входногоблока сигналыравные лог. 0,далее сигналс выводов 3 и 6DD2поступают навыводы 1 и 2 DD4,в результатена выводе 3 DD4формируетсялог.1. Сигналыс выводов 8 и11 DD2поступают навыводы 4 и 5 DD4после чегоформируетсясигнал лог. 1на выводе 6 DD4.Сигналы с выводов3 и 6 DD4поступят навыводы 9 и 10 - DD3иDD5.На выводе 8 DD5после выполнениялогическойоперации сформируетсясигнал, которыйпро инвертируетсяи в результатеполучитсясигнал лог. 0.Этот сигналс сигналом свывода 3 DD7(лог.0) подаетсяна выводы 4 и 5DD7,после чего навыводе 6 - DD7сформируетсялог. 0, далее этотсигнал с сигналомс вывода 8 DD3(лог.1)поступаютна выводы 9 и10 DD7,после выполнениялогическойоперации навыводе 8 DD7сформируетсясигнал высокогоуровня, т.е. ERR=1,чтоизвестит обошибке.
Вывод:длятого чтобысформировалсясигнал ERR=1достаточночтобы из промежуточногоблока в выходнойблок пришелхотя бы одинсигнал, равныйлог. 1.
Расчетпараметров:Pпотр.,быстродействие,надежность
Расчетпотребляемоймощности изделия(Pпотр.)можно определитьпо формуле:
Pпотр= SPпотр.ср.i
Среднеезначение мощностиможно определитьпо формуле:
Pcр.=IпсрUпит
гдеIпср-среднеезначение тока,потребляемогоЛЭ;
Uпит-напряжениепитания ЛЭ;
Iпсрможно определитьпо формуле:
Iпср=Iп+ Iп/2
В табл.4 приведенытоки потребленияИМС и ток потреблениясредний рассчитанныйпо вышеуказаннойформуле.
Таблица4.
ТипИМС | Iп,мА | Iп,мА | Iпср,мА |
КР1533ЛИ1 | 2,4 | 4,0 | 3,2 |
КР1531ЛЛ1 | 8,3 | 15,5 | 11,9 |
К155ЛЕ4 | 16 | 26 | 21 |
КР531ЛН1 | 54 | 24 | 39 |
Поэтим даннымподсчитываетсясреднее значениемощности потребляемойкаждой из м/сх,табл. 5.
Таблица5.
ТипИМС | Pср,мВт |
КР1533ЛИ1 | 16 |
КР1531ЛЛ1 | 59,5 |
К155ЛЕ1 | 105 |
КР531ЛН1 | 195 |
Окончательныйподсчет потребляемоймощности изделия:
Pпотр.= 16*2+59,5*3+105+195=510=0,51Вт
Быстродействиеможно определитьпо формуле:
T=Stзср
гдеtзср-средняя задержка,определяетсреднее времявыполнениялогическихопераций, онаопределяетсяпо формуле:
tзср= tз+ tз/2
Втабл.6 приведеныданные по которымподсчитываетсяtзср,и уже подсчитанноеtзср
Таблица6.
ТипИМС | tз, нс | tз, нс | tзср,нс |
КР1533ЛИ1 | 15 | 15 | 15 |
КР1531ЛЛ1 | 5,0 | 5,5 | 5,25 |
К155ЛЕ4 | 11 | 15 | 13 |
КР531ЛН1 | 5 | 4,5 | 4,75 |
Поданным из табл.6можно определитьбыстродействиеизделия:
T=15*2+5,25*3+13+4,75=63,5нс
Теперьможно определитьмаксимальнуюрабочую частоту,которая определяетсяпо формуле:
F=1/T,
F=1/63,5=15,7МГц
Расчетнадежностипроводитсяпо следующимпоказателям:
интенсивностьотказов изделия
lобщ.=Sliо*ni
гдеN- число групп«компонентовнадежности»,имеющих разныеинтенсивностиотказов;
liо- интенсивностьотказов элементаi-ойгруппы;
ni -количествоэлементов вi-ойгруппе.
времянаработки наотказ
F=1/lобщ.
вероятностьбезотказнойработы
-lобщ.t
P(t)=e
подсчитываетсядля t=100,1000,10000
Всеэто заноситсяв табл.7, для ИМСliо,быловзято из [4 ]
Таблица7.
Группаэлементов | Интенсивностьотказов liо,1/ч | Кол-воэлементов n | liо*n |
ИМС | 8,5*10^-7 | 7 | 59,5*10^-7 |
C1 | 0,50*10^-6 | 1 | 0,50*10^-6 |
С2- С8 | 0,05*10^-6 | 7 | 0,35*10^-6 |
пайка | 0,005*10^-6 | 104 | 0,52*10^-6 |
основаниеПП | 1*10^-6 | 1 | 1*10^-6 |
разъем | 11 |
^- степень;
C1- электролитическийконденсатор;
С2-С8- керамическиеконденсаторы.
Втабл. 8 приведенызначения FиP(t)для100,1000,10000.
Таблица8.
Группаэлементов | F,ч | P(t), 100 | P(t), 1000 | P(t), 10000 |
ИМС | 160000 | 0,9999 | 0,9994 | 0,994 |
С1 | 2000000 | 0,9999 | 0,9995 | 0,995 |
С2- С8 | 2850000 | 0,9999 | 0,9996 | 0,996 |
пайка | 1900000 | 0,9999 | 0,9994 | 0,994 |
основаниеПП | 1000000 | 0,9999 | 0,999 | 0,99 |
разъем | 1950000 | 0,9999 | 0,9994 | 0,994 |
Окончательныйрасчет надежностиведется наэтапе техническогопроектирования.Формулы длярасчете те же,но при расчетеинтенсивностиотказов следуетучитыватьэлектрическийрежим работыЭРЭ и условияэксплуатации(температура,влажность,вибрация ит.д.).
Врамках курсовогопроекта дляучета влияниярежима работырассчитываетсякоэффициентнагрузки Kн,а температурныйкоэффициентберется равным1:
li=liо*Kн*Kt=liо*Kн
Kн=Нраб./Нном.
гдеНраб. - нагрузкана элемент врабочем режиме;
Нном.- нагрузка вноминальномрежиме.
КоэффициентKндля ИМС определяетсяпо нагрузочнойспособности:
Книмс = Кразв.раб./Кразв.ном;
дляконденсаторов- через напряжение:
Kнс= Uраб./Uном.
Таблица9.
элемент | lio,1/ч | Kн | liо*Kн |
ИМС | 8,5*10^-7 | 0,05 | 0,43*10^-7 |
C1 | 0,50*10^-6 | 0,2 | 0,1*10^-6 |
C2- C8 | 0,05*10^-6 | 0,2 | 0,01*10^-6 |
Таблица10.
Группаэлементов | liо*n | F,ч | P(t), 100 | P(t), 1000 | P(t), 10000 |
ИМС | 3,01*10^-7 | 3300000 | 0,9999 | 0,9997 | 0,997 |
С1 | 0,1*10^-6 | 10000000 | 0,9999 | 0,999 | 0,99 |
С1- С8 | 0,07*10^-6 | 100000000 | 0,99999 | 0,9999 | 0,9993 |
пайка | 0,52*10^-6 | 1900000 | 0,9999 | 0,9994 | 0,994 |
основаниеПП | 1*10^-6 | 1000000 | 0,9999 | 0,999 | 0,99 |
разъем | 1950000 | 0,9999 | 0,9994 | 0,994 |
Порасчетам вероятностибезотказнойработы строитсяграфик P(t)рис. 5.
Рис.5.График P(t)
2.4.Конструктивныйрасчет печатнойплаты. Технологияизготовления
Описаниетехнологиипроизводства.
ПроизводствоПП характеризуетсябольшим числомразличныхмеханических,фотохимическихи химическихопераций. ПрипроизводствеПП можно выделитьтиповые операции,разработкаи осуществлениекоторых производитсяспециалистамиразличныхнаправлений.
ДляизготовленияПП был выбранкомбинированныйпозитивныйметод.
Переченьтехнологическихопераций:
а) нарезказаготовок иобразованиебазовых отверстий- в крупносерийномпроизводстверазрезку материалавыполняютметодом штамповкив специальныхштампах наэксцентриковыхпрессах содновременнойпробивкойбазовых отверстийна технологическомполе; в серийноми мелкосерийномпроизводствеполучили широкоеприменениеодноножевыеи много ножевыероликовыеножницы, накоторых материалсначала разрезаетсяна полосы заданнойширины, а затемна заготовки,сверлениебазовых отверстийпроизводитсяна специализированныхстанках.
б) химическаяметаллизацияПП заключаетсяв последовательностихимическихреакций осаждениямеди, используемойв качествеподслоя принанесенииосновного слоятокопроводящегорисунка гальваническимспособом. Дляпридания диэлектрикуспособностик металлизациипроизводятследующиеподготовительныеоперации:сенсибилизацияповерхности,имеет цельюформированияна поверхностидиэлектрикапленки ионовдвухвалентногоолова, являющихсявосстановителемдля ионов активатораметаллизации;активизацияповерхности,производитсярастворамисолей благородныхметаллов,преимущественнопалладия, создаетна подложкетонкую пленкуметаллическогопалладия,способствующуюпоследующемуосаждению меди.Химическоемеднение ППпроизводятв специальныхавтооператорныхлиниях с набором ванн необходимогоразмера, выполненныхиз материалов,выдерживающихвоздействиерастворов приих рабочихтемпературах.
в)гальваническаяметаллизация-припроизводствеПП ее применяютдля предварительногоувеличениятонкого слояхимическоймеди до толщины5-8 мкм с цельюпоследующегонанесения наповерхностьпроводящегорисунка схемы.Металлизируемыеплаты, закрепленныена специальныхподвесках-токоподводах,помещают вгальваническуюванну с электролитоммежду анодами,выполненнымииз металланеобходимогопокрытия.Равномерностьтолщины гальваническогопокрытия зависитот:
габаритовметаллизируемыхплат; диаметромметаллизируемыхотверстий;расположениеплат в ванне;рассеивающейспособностиэлектролитов;оптимальнойплотности тока.
г) нанесениерисунка схемына ПП или ихслои необходимодля получения защитной маски требуемой конфигурациипри осуществлениипроцессовметаллизациии травленияпроводящегорисунка. Наибольшеераспространениев промышленностинашли сеткографическийи фотохимическийспособы нанесениярисунка схемы.В обоих случаяхинструментомпереноса изображенияна плату служатпозитивныеили негативныефотошаблоны,выполненныена пленке илистекле.
д) удалениезащитной маскипосле операцийтравлений илиметаллизацииосуществляютхимическимили механическимспособом. Прихимическомудалении применяютсоответствующиерастворители,а при механическом- гидроабразивнуюпульпу, подаваемуюна поверхностьплаты под давлением.
е) травлениемеди с пробельныхмест - при изготовленииважнейшимэтапом являетсяформированияпроводящегорисунка схемыявляется процесстравления(удаления) медис непроводящих(пробельных)участков схемы.Травлениеявляется сложнымокислительно-восстановительным,в котором травильныйраствор служитокислителем.Как правило,травлениесостоит изоперацийпредварительнойочистки меди,способствующейболее равномерномуее удалению,очистки поверхностидиэлектрикаи при необходимостиосветленияповерхностиметаллорезиста.Качествообразующегосяв результатетравленияпроводящегорисунка зависит от свойств примененногорезиста, характеристиктра-
вильногораствора искорости травления.Нанесенныйрисунок схемыдолжен бытьчетким, сплошным,иметь необходимуютолщину резиста,устойчивогок выбранномутравильномураствору. Если платы изготавливаеюткомбинированнымпозитивнымметодом, топосле удалениярезиста необходимостравить слойпредварительнойметаллизациии фольгу исходногоматериала. Приэтом проводящийрисунок защищенметаллорезистом.
ж) оплавлениеметаллорезиста- гальваническинанесенныйметаллорезистолово - свинецимеет пористуюструктуру,матовый светло-серыйоттенок, быстроокисляется,теряя способностьк пайке, и создаетэффект нависанияпокрытия послетравления меди.Для устраненияэтих недостатковпроизводятоплавлениеметаллорезистас помощьюинфракрасного излучения в жидкости или газе. Лучшиерезультатыоплавлениядостигают присоставе покрытия,близком кэвтектическомусостояниюсплава свинец-олово.
з) Приобработке ППпо контуруприменяют дваспособа; вырубкуштампами ифрезерование.Вырубка платна эксцентриковыхпрессах с помощьюштампов, которыемогут формироватьсложный поформе контур,экономическицелесообразнапри большомвыпуске платодного типоразмера,когда могутбыть оправданнызатраты наизготовлениештампов. Фрезированиевыполняетсяна специальныхфрезерныхстанках, работающихпо копиру. Этотспособ отличаетсявысокойпроизводительностью,дает хорошеекачество кромокплат и точностьразмеров.
и) маркировкуплат осуществляютс помощьюсеткографии,нанесениемсимволов специальнымиштемпелями,металлизированнымисимволами,выполняемымиодновременнос рисункомсхемы, или краскойвручную. Маркировкадолжна сохранятсяв течении всегосрока службы,не должна стиратьсяили смыватьсяпри воздействиимоющих растворов,лаков и спиртобензиновойсмеси. Маркировкасостоит изтоварного знаказавода-изготовителя,обозначенияплаты, заводскогономера, годаи месяца выпуска,монтажныхзнаков и символов,облегчающихсборку узлови регламентныеработы приэксплуатации.
к) нанесениезащитногопокрытия наплату наноситсяс помощью кистиили специальнойраспылительнойкамеры, в
качествезащитногоматериала можетиспользоватьсялак, флюсыацитоноканифольныеили спиртоканифольные.
л)окончательныйконтроль платыпроводитсялибо визуально,либо проверкойотдельныхпараметровплаты. [5 ]
Прирассмотренииконструктивныххарактеристикплат используютсяследующиеусловные обозначения:
t - ширина печатногопроводника;
S- расстояниемежду печатнымипроводниками;
S0-расстояниемежду контактнымиплощадкамиили контактнойплощадкой ипроводником;
b -ширинаконтактнойплощадки вузком месте;
d -диаметр отверстия;
dз-диаметр зенковки;
H- толщина ПП;
hФ-толщина фольги;
Таблица11. Приведеныразмеры показателейПП
Элемент | Размер,мм |
t | 0,25 |
S,S0 | 0,25 |
b | 0,1 |
g | 0,33 |
dвыв | 0,5 |
dвыв.эл. конд. | 0,6 |
dмет | 0,8 |
dз | 1,1 |
dкп | 1,7 |
H | 1,5 |
hф | 0,5 |
Списоклитературы:
ШевкоплясБ.В. Микропроцессорныеструктуры.Инженерныерешения. Дополнениепервое: Справочник.- М.: Радио и связь,1993. - 256с.: ил.
ЮшинА.М. Цифровыемикросхемыдля электронныхустройств.Справ. для ПТУ.- М.: Высш. шк., 1993. -176 с.: ил.
КаганБ.М. Электронныевычислительныемашины и системы:Учеб. Пособиедля вузов. - 3-еизд., перераб.и доп. - М.: Энергоатомиздат,1991. - 592 с.: ил.
ЕфимовИ.Е., ГорбуновЮ.И., Козырь И.Я.Микроэлектроника.Физическиеи технологическиеосновы, надежность.Учеб. Пособиедля вузов. М.,«Высш. школа»,1977.
ТехнологияЭВА, оборудованиеи автоматизация:Учеб. Пособиедля студентоввузов специальности«Конструированиеи производствоЭВА»/ АлексеевВ.Г., ГридневВ.Н., НестеровЮ.И. и др. - М:. Высш.шк., 1984. - 392 с., ил.
Иркутскийавиационныйтехникум
СХЕМА КОНТРОЛЯ ДЕШИФРАТОРА
Пояснительнаязаписка
КП 2201.97.49.02ПЗ
Зав.отделением Руководитель
СыроваяИ. С. ДомашенкинаА. В.
ПредседательЦК Выполнил
ДомашенкинаА. В. КолмагоровД.Б.
1997
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
-
Общаячасть
1.1Назначениесхем контроляцифровых устройств, виды контролядля комбинационныхсхем
1.2Выбор и обоснованиефункциональнойсхемы, элементнойбазы
2. Специальнаячасть
Логическийрасчет схемы
Расчетвходного блока
Расчетпромежуточногоблока
Расчетвыходногоблока
Описаниеработы принципиальнойсхемы
Расчетпараметров:Pпотр.,быстродействие,надежность
Конструктивныйрасчет печатнойплаты. Технологияизготовления
Списоклитературы