Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ

11

Волжский университет имени В. Н. Татищева

Факультет “Информатика и телекоммуникации”

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: “ Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ ”

Вариант №10

Выполнил: студент гр. ИТЗ-502

Шарутина В.Б.

Преподаватель: Тетенькин Ю.Г.

Тольятти

2006

Задание на контрольную работу по дисциплине "Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ"

1. Разработать печатную плату для схемы РЭА в программе DipTrace. Номер варианта согласовывается с преподавателем

2. Рассчитать основные показатели надежности (безотказности) предложенного варианта схемы: интенсивность отказов, наработку на отказ и вероятность безотказной работы РЭА за 1000 часов. Расчет провести ориентировочным и уточненным способами, сравнить полученные результаты

3. Ответить на один теоретический вопрос. Номер вопроса согласовывается с преподавателем

Вид со стороны установки элементов

2. Рассчитать основные показатели надежности (безотказности): интенсивность отказов, наработку на отказ и вероятность безотказной работы РЭА за 1000 часов. Расчет провести ориентировочным и уточненным способами, сравнить полученные результаты

Расчет надежности декодера видеолинии.

Вроятность безотказной работы изделия равна произведению вероятностей безотказной работы его элементов:

Р_изд= Р₁Р₂Р₃...Р_n = .

Выполняя расчет для периода нормальной эксплуатации, считают интенсивности отказов радиоэлементов _0i величинами постоянными, а вероятность их безотказной работы подчиняющуюся экспоненциальному закону:

Р_i = ехр(- _0i •t).

Отсюда наработка на отказ Т_о = 1/_?,

а вероятность безотказной работы Р_изд = ехр(-t/Т_о).

Здесь _? = -параметр, характеризующий интенсивность отказов изделия.

Сущность расчетов надежности заключается в определении численных значений основных вышеуказанных показателей. На начальном этапе проектирования после разработки принципиальных электрических схем РЭА с целью рационального выбора типов отдельных элементов и определения (в случае необходимости) путей и мер по обеспечению требуемых показателей надежности производятся приближенные или ориентировочные расчеты.

В основу этих расчетов обычно кладутся следующие допущения:

- все элементы данного типа равнонадежны,

- все элементы работают в номинальных режимах с К_н=1,

- интенсивности отказов элементов не зависят от наработки,

- отказы различных элементов являются независимыми случайными событиями,

- все элементы аппаратуры работают одновременно.

Величина интенсивности отказов РЭА _? определяется по формуле

_? = .

Учитывая вышеизложенное, проведем ориентировочный расчет основных показателей надежности разработанного устройства.

Схема декодера видеолиний приведена в приложении 1. Полученные данные сведены в таблицу.

Расчет показателей надежности декодера видеолинии.

Согласно приведенным выше формулам, наработка до отказа автономного программатора составляет Т_о= 1/0,7•10^-6=142857?143 тыс. часов. Вероятность безотказной работы за 1000 часов составит:

P(t)=exp(-t/ Т_о )= 0,99.

При эксплуатации декодера в авиации () в тропическом климате () и при высоте 5 км () его интенсивность отказов увеличится на коэффициент и составит =2,5•1,14•1,46•0,7•10^-6=3,29•10^-6 1\час. Отсюда наработка до отказа программатора с учетом влияния условий эксплуатации составит 30395 часов.

При учете влияния электрических режимов работы (электрической нагрузки) и температуры окружающей среды необходимо воспользоваться графиками, приведенными в приложении 1 и скорректировать значения интенсивностей отказов всех элементов декодера видеолинии.

Интенсивность отказов цифровых микросхем при t=70?C и Кн=0,8 согласно графика рис.6 увеличится в a_i?4,7 раза и составит 1\час. Это значение и следует учитывать при расчете надежности устройства.

Рис.6 Зависимость величины а_i от температуры и коэффициента нагрузки для аналоговых и цифровых микросхем

Аналогичным образом уточняем интенсивность отказа разъема: 1\час.

Рис.15 Зависимость величины а_i от температуры и коэффициента нагрузки для коммутационных элементов: выключатели, кнопки, разъемы, тумблеры и пр.

3. Обеспечение ЭМС (помехоустойчивости) в конструкциях СВТ. Причины возникновения помех, методы снижения паразитных связей. Защита СВТ от электрических помех

Паразитная связь - это не предусмотренная электрической схемой и конструкцией связь между элементами устройства или устройством и внешней средой, приводящая к появлению помех. Помехи - электрические сигналы, не предусмотренные электрической схемой изделия. Помехи делят на шумы и наводки. Наводки - это помехи, возникающие вследствие появления паразитных связей. Шумы - это электрические сигналы, возникающие в электронных приборах независимо от наличия внешних связей и сигналов.

Паразитные связи являются следствием неидеальности реализации электрической схемы, поэтому значения наводок определяются конструкцией изделия (таблица 1). Шумы являются следствием неидеальности характеристик электронных приборов, резисторов и конденсаторов. Шумовые параметры приводятся в технических условиях на элементы. Уровень шумов слабо зависит от конструкции изделия. Шумы обусловлены статическими флуктуациями носителей зарядов в проводниках и электронных приборах.

Таблица 1 - Классификация паразитных связей в каналах передачи информации.

Помехой для ВТ является внешнее или внутренне воздействие, приводящее к снижению дискретной информации во время ее хранения, преобразования, обработки или передачи. Так как информационные сигналы в ВТ имеют электрическую природу, то при конструировании необходимо учитывать помехи той же природы, как наиболее вероятные источники искажения информации. Причинами помех являются:

1. Энергетический уровень информационных сигналов. Он имеет тенденцию к уменьшению (повышение частоты и снижение перепада напряжений). Энергетический уровень внешних помех непрерывно увеличивается, что обусловлено ростом энерговооруженности промышленности.

2. Увеличение взаимного влияния элементов из-за уменьшения габаритных размеров активных элементов и линии связи между ними, а также увеличение плотности размещения.

3. Возрастание уровня помех из-за усложнения системы, в частности увеличения числа внешних устройств, которые содержат большое количество электромеханических узлов.

4. Внедрение ВТ во все сферы человеческой деятельности.

Для снижения наводок необходимо устранять или ослаблять до допустимых значений паразитные связи. В первую очередь ослабление паразитных связей должно производиться прямым уменьшением C_пар, L_пар, M_пар и Z_общ . Способы уменьшения паразитных связей :

· размещение вероятных источников и преемников наводок на максимально возможном расстоянии друг от друга;

· уменьшение габаритов токонесущих элементов, обеспечивающих минимум паразитной связи ;

· сведение к минимуму общих сопротивлений;

· изъятие посторонних проводов, проходящих через несколько узлов или блоков, которые могут связать элементы, расположенные достаточно далеко друг от друга;

· при невозможности исключения посторонних проводов, создающих паразитную связь, необходимо позаботиться о том, чтобы при емкостной паразитной связи сопротивление постороннего провода относительно корпуса было минимальным, при индуктивной паразитной связи необходимо увеличивать внутреннее сопротивление посторонней линии связи, в последнюю очередь установить экраны и развязывающие фильтры. Экранирование - это локализация электромагнитной энергии в пределах определенного пространства путем преграждения ее распространения. Развязывающий фильтр - это устройство, ограничивающее распространение помехи по проводам, являющимся общим для источника и приемника наводки.

Электрическое соединение логических и других элементов ЭВМ осуществляется по двум видам связи : сигнальной и цепям питания. По сигнальным связям информация передается в виде импульсов напряжения и токов. Шины питания служат для подведения энергии к элементам от низковольтных источников постоянного напряжения. При использовании одного источника напряжения питание к элементам подводиться с помощью двух проводников: прямого и обратного.

Часто на элементы необходимо подавать напряжение от нескольких источников с разными номиналами. В этом случае для уменьшения количества шин питания обратные проводники объединяют в одну шину, которую соединяют с корпусом устройства и называют «земля». В статическом состоянии по цепям питания протекают токи, вызывающие падение напряжения на элементах. Необходимо, чтобы это падение напряжения составляло малую часть от номинала источника напряжения. Если задаться значением максимально допустимой помехи, возникающей при потреблении элементами энергии в статическом состоянии, то можно установить требования к допустимому значению сопротивления шины питания, а отсюда и к геометрии шины.

При работе блоков и устройств ЭВМ, когда происходит выключение одних элементов и включение других, возникает процесс перераспределения токов. Ток потребления по шинам питания изменяется, что приводит к нежелательным падениям напряжения и паразитным наводкам. Для шины питания большого устройства (стойки) изменение тока в ней незначительно, так как для этой шины в любой момент времени число включенных элементов можно считать одинаковым.

Иное происходит в шинах питания, проводящих энергию к более мелким устройствам (регистрам, счетчикам, блокам формирователей). В этом случае переключение элементов (сброс в «0» регистра или запуск блока формирователей) приводит к значительному изменению тока потребления от источника напряжения. Так как шины питания имеют паразитную емкость и индуктивную связь с сигнальными шинами, то при переключении элементов на сигнальных связях наводятся большие помехи. При определенных условиях эти помехи могут вызывать ложное срабатывание схем.

Кроме того, изменение тока в шине питания приводит к возникновению в ней переходного процесса. Переходный процесс в шине питания приводит к колебанию напряжения, приложенного к элементу, что изменяет, с одной стороны, режим его работы, а с другой - параметры выходного сигнала.

Индивидуальные сглаживающие конденсаторы (ИСК) устанавливают между шинами питания и «земля» непосредственно возле точек соприкосновения электронной схемы к этим шинам. Будучи заряженными до значения источника напряжения, ИСК являются как бы индивидуальными источниками питания схемы, максимально приближенными к ней физически.

В аппаратуре используются два вида ИСК: устанавливаемые непосредственно у каждой микросхемы и устанавливаемые на группу микросхем в пределах одной ячейки, модуля. Первый тип предназначен для «сглаживания» импульсных помех в момент переключения микросхемы за счет локализации цепи протекания бросков тока в цепи микросхема - ИСК. В качестве ИСК используют обычно обладающие малой собственной индуктивностью керамические конденсаторы (К10-9). Емкость ИСК выбирают исходя из условия равенства заряда, накапливаемого конденсатором за время переключения микросхемы, заряду, переносимому выбросом тока за время переключения элемента. При этом изменение напряжения на конденсаторе не должно превышать некоторого наперед заданного значения, равного допустимой помехе по шине питания.

Второй тип ИСК, устанавливаемый на группу микросхем, предназначен для компенсации бросков тока в системе электропитания. Это обычно электрические конденсаторы большой емкости, обеспечивающие исключение резонансных явлений в цепях питания.

10 ДЕКОДЕР_ВИДЕОЛИНИИ