Методы размещения и трассировки печатных плат на примере модуля памяти

Содержание

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................ 2

1. ВЫБОР СЕРИИ И ТИПОВ МИКРОСХЕМ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПО КОРПУСАМ.............................................. 3

1.1. Выбор физических элементов для реализации схемы и обзор параметров выбранной серии..................................................................................................... 3

1.2. Распределение элементов функциональной схемы по корпусам.............. 4

2. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭРЭ НА МОНТАЖНОМ ПРОСТРАНСТВЕ....................... 6

3. ТРАССИРОВКА МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ....................................... 10

3.1 Трассировка с помощью алгоритма Прима................................................ 10

3.2 Трассировка по алгоритму Краскала............................................................ 12

3.3 Трассировка классическим волновым алгоритмом Ли............................. 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................... 15

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................... 16

ВВЕДЕНИЕ

Основные принципы изготовления и применения печатных схем стали известны в начале ХХ века, однако промышленный выпуск печатных схем и плат был организован лишь в начале 40-х годов.

С переходом на микроэлектронные элементы, резким уменьшением размеров и возрастанием быстродействия схем первое место занимают вопросы обеспечения постоянства характеристик печатных проводников и взаимного их расположения. Значительно усложнились задачи проектирования и оптимального конструирования печатных плат и элементов.

Печатные платы нашли широкое применение в электронике, позволяя увеличить надёжность элементов, узлов и машин в целом, технологичность (за счёт автоматизации некоторых процессов сборки и монтажа), плотность размещения элементов (за счёт уменьшения габаритных размеров и массы), быстродействие, помехозащищённость элементов и схем. Печатный монтаж – основа решения проблемы компановки микроэлектронных элементов. Особую роль печатные платы играют в цифровой микроэлектронике. В наиболее развитой форме (многослойный печатный монтаж) он удовлетворяет требования конструирования вычеслительных машин третьего и последующих поколений.

При разработке конструкции печатных плат проектеровщику приходится решать схемотехнические (минимизация кол-ва слоёв, трассировка), радиотехнические (расчёт паразитных наводок), теплотехнические (температурный режим работы платы и элементов), конструктивные (размещения), технологические (выбор метода изготовления) задачи.

В данном курсовом проекте при разработке печатной платы мы попытались показать методы решения лишь схемотехнических и технологических задач.

1. ВЫБОР СЕРИИ И ТИПОВ МИКРОСХЕМ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПО КОРПУСАМ.

1.1. Выбор физических элементов для реализации схемы и обзор параметров выбранной серии.

Выбор серии интегральных микросхем для реализации блока оперативной памяти в первую очередь продиктован скоростью работы такого блока. В этом отношении микросхемы серии ТТЛШ (транзисторно–транзисторная логика со структурой Шотки) наиболее предпочтительны.

Электрическая функциональная схема блока оперативной памяти содержит сорок пять элементов 2И-НЕ, три элемента 3И-НЕ.

Для реализации блока оперативной памяти выбираем следующие типы микросхемы:
две микросхемы серии КР1531ЛА3 (корпус содержит 4 элемента 2И-НЕ);
две микросхемы серии КР1531ЛА4 (корпус содержит 3 элемента 3И-НЕ);

Основные параметры микросхем ТТЛШ серии КР1531:
— напряжение питания Uип = 5В ± 10%;
— выходное напряжение низкого уровня не более U0вых = 0,5В;
— выходное напряжение высокого уровня не менее U1вых = 2,5В;
— время задержки распространения  tзд.р. = 4,5нс;
— потребляемая мощность Pпот = 4мВт;
— сопротивление нагрузки Rн = 0,28кОм;

1.2. Распределение элементов функциональной схемы по корпусам.

Распределение четырёх элементов 2И-НЕ составляющих триггер очевидно:

Поскольку внутренних связей в таком элементе гораздо больше чем внешних, то очевидно их помещение в одну микросхему КР1531ЛА3.

Для распределения девяти оставшихся элементов 2И-НЕ по трём корпусам микросхем КР1531ЛА3 вычерчиваем часть электрической функциональной схемы блока оперативной памяти, содержащую эти элементы, и строим соответствующий ей граф G1 (рис.1.1).

Рис. 1.1

а) Выбираем базовую вершину – вершину имеющую максимальное количество связей. Поскольку в нашем случае все вершины имеют одинаковое количество связей, выбираем любую из них, например вершину Х1.

б) Определяем множество вершин подключённых к базовой: {4;7}
Для каждой из вершин рассчитываем функционал по формуле:

Li=aij-pij

где aij – число связей вершины;
pij – число связей с базовой вершиной;

В нашем случае функционал равен:

L7=L4=2-1=1;

Для объединения с базовой вершиной необходимо выбрать вершину с наименьшим функционалом. Поскольку в нашем случае вершины Х7 и Х4 равнозначны, то объединяем их с Х1. Поскольку мощность блока (4 элемента 2И-НЕ в одной микросхеме) ещё не достигнута, а все оставшиеся вершины идентичны по отношению к вершине Х(1+4+7), дополним блок вершиной Х2, объединив их в одну микросхему. Получим граф:

Теперь, в качестве базовой изберём вершину Х3. Рассуждая так же как и в предыдущем шаге объединим в одну микросхему вершины Х3, Х6, Х9 и Х5.  Вершину Х8 придётся поместить в отдельную микросхему.

Проанализировав полученные результаты можно увидеть, что для компоновки элементов Х1-Х9 необходимо 3 микросхемы КР1531ЛА3, причём в последней из них будет задействован лишь один элемент. В нашем случае рациональней будет уменьшить мощность блока до трёх. В этом случае количество необходимых микросхем не изменится, а элементы распределятся следующим образом: Х(1+4+7), Х(2+5+8), Х(3+6+9). Окончательно примем к проектированию именно такой вариант компоновки.

Три элемента 3И-НЕ поместим в одну микросхему КР1531ЛА3 поскольку в этом случае мощность блока (кол-во элементов в микросхеме) равна количеству элементов в функциональной схеме.

На основании полученных результатов строим электрическую принципиальную схему блока оперативной памяти (см. графическую часть).

2. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭРЭ НА МОНТАЖНОМ ПРОСТРАНСТВЕ.

В соответствии с заданием монтажное пространство — печатная плата 95х130 мм. Для размещения микросхем DD1—DD13 и разъема Х1 разобьем монтажное пространство на 14 посадочных мест, из которых место К14 отведем под разъем (рис.2.1).