Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Учебно-методического объединение вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики и радиоэлектроники
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
РАДИЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Учебная программа для высших учебных заведений по специальности
1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование РЭС
Минск 2005
Составители:
Н.С. Образцов, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики
ирадиоэлектроники», кандидат технических наук, профессор,
В.С. Колбун, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»,
А.И. Пинаев, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
В.В. Мельничук, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
С.Н. Сурова, доцент кафедры «Конструирование и производство приборов»
Учреждения образования «Белорусский национальный технический
университет»;
Кафедра общетехнических дисциплин Учреждения образования «Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 4 от
25.11.2004 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол №
5 от 01.11.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей 1-39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол № 5 от 15.11.2004 г.)
Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова
Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Системы автоматизированного проектирования
радиоэлектронных средств» разработана для специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование РЭС высших учебных заведений.
Она предусматривает ознакомление с процессом автоматизированного проектирования печатных плат и конструкций РЭС, а также изучение методов
пространственного проектирования РЭС с использованием современных САПР.
Цель изучения дисциплины - приобретение студентами знаний и навыков
проектирования печатных плат и конструкций РЭС и получения конструкторской документации с использованием САПР.
В результате освоения курса студент должен:
знать:
 организационную и функциональную структуру САПР;
 методы автоматизированного проектирования печатных плат;
 алгоритм проектирования печатной платы с помощью САПР;
 основы плоского и пространственного проектирования с использованием
поверхностных и твердых тел;
 параметрические возможности современных САПР;
 способы обмена данными между различными САПР;
уметь характеризовать:
 преимущества процесса автоматизированного проектирования конструкций;
 качественные
показатели
проекта
на
промежуточных
стадиях;
составляющие проекта при плоском и пространственном проектировании;
 параметры моделей деталей и сборок, используемые при моделировании
поведения конструкций;
уметь анализировать:
 параметры электрической схемы с точки зрения их влияния на процесс
автоматизированного проектирования конструкции;
 качественные и количественные показатели проекта на различных этапах
процесса автоматизированного проектирования;
 геометрию изделий с целью выбора способа и элементов построения
моделей деталей и сборок;
приобрести навыки:
 создания библиотек компонентов для проектирования электрической схемы
и печатной платы;
 организации сквозного проектирования от электрической схемы до
подготовки производства;
 проектирования печатных плат с использованием ручной и автоматической
трассировки;
 оформления документации средствами проекционного черчения; создания
пространственных твердотельных моделей деталей и сборок и чертежей на их
основе;
 использования размерных и геометрических ограничений при парамет-
рическом проектировании.
Программа рассчитана на объем 190 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 125 часов, лабораторных
работ - 35 часов, практических занятий - 15 часов, курсовой проект - 15 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ РЭС
Краткий обзор развития САПР. Понятия и определения. Этапы автоматизированного проектирования РЭС. Основные характеристики САПР. Особенности проектирования конструкций, связанные с применением систем автоматизированного проектирования. Общая характеристика прикладного
программного обеспечения САПР. Обзор программных средств, используемых
для решения вспомогательных задач при автоматизированном проектировании.
Раздел 2. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНЫХ
ПЛАТ
Алгоритм проектирования печатной платы с помощью САПР. Обзор
САПР печатных плат. Система проектирования печатных плат PCAD. Функциональные возможности и структура системы. Общие принципы работы и
возможности настройки редакторов PCAD.
Тема 2.1. БИБЛИОТЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ И ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Структура библиотек. Создание условных графических обозначений
элементов электрической схемы в редакторе символов. Создание посадочных
мест (корпусов) электрорадиоэлементов в редакторе корпусов. Описание стеков
контактных площадок и переходных отверстий. Создание компонентов с
помощью менеджера библиотек. Компоненты с общими и скрытыми выводами.
Неоднородные компоненты.
Тема 2.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Схемный редактор. Подключение библиотек и размещение символов на
схеме. Создание соединений и использование линий групповой связи (шин),
назначение имен цепям. Создание многолистовых и иерархических проектов.
Проверка электрической схемы, генерация списка связей и отчетов.
Тема 2.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Установка общих параметров проекта в редакторе РСВ. Конфигурация
слоев печатной платы. Выбор сеток проектирования. Создание контура печатной платы. Упаковка соединений на печатную плату. Размещение компонентов, отображение связей. Атрибуты компонентов и цепей. Установка правил проектирования, классы цепей, использование файла технологических
параметров.
Ручная и интерактивная трассировка.
Проектирование многослойных печатных плат.
Области металлизации на внутренних слоях. Области металлизации на
сигнальных слоях. Создание вырезов в областях металлизации.
Полигоны, электрическое соединение нескольких цепей.
Автоматическая трассировка печатных плат. Алгоритмы автотрассировки, сеточные и бессеточные алгоритмы. Проходы трассировщиков. Способы
задания параметров топологии для автотрассировки, иерархия правил
трассировки. Отчеты о трассировке.
Проверка топологии печатных плат на связность и технологические
ограничения.
Внесение изменений в проект, прямая и обратная корректировка проекта
Текстовый формат описания базы данных печатной платы. Программа
автоматического размещения компонентов и трассировки проводников
SPECCTRA. Передача данных в про грамму SPECCTRA и обратно. Правила
размещения и трассировки, их иерархия. Способы задания правил. Выбор
проходов трассировки.
Обмен данными с другими САПР. Получение графической и текстовой
документации.
Подготовка производства печатных плат средствами САПР.
Раздел 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РЕАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Развитие САПР печатного монтажа. Моделирование работы
электрической схемы. Типы, атрибуты компонентов, необходимые для
моделирования. Источники сигналов. Анализ переходных процессов. Расчет
частотных характеристик. Вариация параметров, статистический анализ.
Отображение результатов моделирования.
Анализ паразитных эффектов печатных плат. Выбор цепей для анализа и
представление проводников печатных плат. Представление компонентов в виде
моделей. Анализ переходных процессов. Согласование с нагрузкой выбранных
цепей. Анализ перекрестных искажений. Проводники как источники сигналов и
как приемники сигналов.
Тепловой анализ печатной платы. Оценка температуры компонентов,
анализ теплового поля печатной платы и температурного градиента.
Преобразование печатной платы в объемную модель для использования в
САПР конструкций РЭС.
Развитие САПР печатного монтажа.
Раздел 4. ДВУМЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НА ПЛОСКОСТИ
Организация графических данных. Проектирование на плоскости. Режимы рисования. Графические примитивы чертежа. Общие свойства примитивов. Способы выбора объектов. Редактирование объектов чертежа. Получение информации об объектах. Средства создания библиотек, блоки и
внешние ссылки. Оформление чертежей, текст, текстовые стили, штриховка,
размеры, настройка размерных стилей. Доступ к среде проектирования и
объектам чертежа. Вывод чертежей на принтер и плоттер. Создании типов
линий и штриховок.
Раздел 5. ТРЕХМЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Тема 5.1. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
Видовые экраны. Плоскости построения и системы координат. Виды в
трехмерном пространстве. Выбор точки зрения. Использование перспективных
изображений.
Трехмерные полилинии. Пространственные грани. Трехмерные поверхности. Стандартные поверхности. Трехмерные многоугольные сети. Редактирование поверхностей, удаление скрытых линий, тонирование изображений.
Тема 5.2. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
Стандартные твердотельные примитивы: ящик, клин, конус, цилиндр,
шар, тор, чаша, купол. Получение тел выдавливанием и вращением. Операции
над телами. Редактирование твердотельных примитивов. Получение сечений и
разрезов. Пространство модели и пространство листа. Видовые экраны,
управление видимостью и масштабом видовых экранов на листе.
Раздел 6. ЯЗЫК AutoLISP И МЕНЮ AutoCAD
Использование AutoLISPa в среде AutoCAD. Геометрические вычисления. Доступ к примитивам и системным переменным AutoCAD.
Структураменю AutoCAD. Разделы меню, модификация меню. Использование
пользователями меню. Слайды. Использование слайдов для создания
графических меню. Сценарии в AutoCAD экраны, управление видимостью и
масштабом видовых экранов на листе.
Раздел 7. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЭС
Тема 7.1. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ
САПР
Параметрические возможности современных САПР; размерные и геометрические ограничения на параметры модели. Связь моделей деталей, сборок
и чертежей.
Плоскости проектирования. Построение эскиза и его свойства. Взаимосвязи эскиза. Создание детали, элементы, добавляющие и удаляющие материал,
Тема 7.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ
элементы по траектории и по сечениям. Дерево конструирования. Родительские/дочерние взаимосвязи. Взаимосвязь между элементами деталей.
Справочная геометрия. Конфигурации детали. Производные детали. Проверка
геометрии модели. Разрез и сечение детали. Проектирование деталей из
листового материала, виды сгибов, инструменты формы.
Методы проектирования сборок. Дерево конструирования в сборке.
Сопряжения в сборках, взаимосвязи сопряжений. Создание детали в сборке.
Тема 7.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРОК
Интерференция в сборках. Разнесение вида сборки. Конфигурации сборки и их
использование. Проектирование литейных форм.
Тема 7.4. АВТОМА ТИЗИРОВАНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ
Переход от моделей детали и сборки к чертежу. Параметры листа.
Стандартные виды, ортогональная проекция, вспомогательный, именованный,
местный, разъединенный виды, вид по модели. Разрезы, выровненный разрез,
разрезы сборок. Условные обозначения. Элементы оформления.
Тема 7.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ПРИ АНАЛИЗЕ
КОНСТРУКЦИЙ
Твердотельные параметрические модели, форматы файлов для обмена с
другими приложениями. Моделирование процессов изготовления деталей.
Моделирование процессов сборки. Анализ поведения конструкций при наличии
воздействующих факторов. Расчетные приложения для систем твердотельного
проектирования.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.Расчет элементов топологии на основе сеток трассировки и классов точности
печатной платы при дюймовой и метрической системах единиц.
2. Численные параметры стратегии трассировки.
3. Текстовый формат описания базы данных печатной платы.
4. Элементы для моделирования электрических схем.
5. Расчет электрических характеристик проводников печатной платы.
6. Обмен данными между различными САПР.
7. Расчет теплового режима печатной платы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
1. Создание библиотек компонентов.
2. Проектирование схемы электрической принципиальной.
3. Упаковка схемы на печатную плату и размещение компонентов.
4. Ручная и автоматическая трассировка печатной платы.
5. Автоматическое размещение и автотрассировка печатной платы с помощью
программы SPECCTRA.
6. Моделирование работы электрической схемы с учетом конструкции печатной платы.
7. Построение чертежа детали.
8. Построение и наблюдение объемных изображений.
9. Создание твердотельной параметрической модели детали.
10. Создание твердотельной параметрической модели сборки и автоматизированное получение чертежей.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ
1. Разработка печатной платы на компонентах со штыревыми выводами.
2. Разработка печатной платы на компонентах с планарными выводами.
3. Разработка многослойной печатной платы.
4. Разработка печатной платы на компонентах с различным шагом выводов.
5. Разработка печатной платы с разделением слоев питания.
1.
2.
3.
4.
САПР печатных плат PCAD.
Программа SPECCTRA.
Графический редактор AutoCAD 2004.
САПР Solid Works.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Жигалов А.Т и др. Конструирование и технология печатных плат. - М.:
Высшая школа, 1973 .
2. ГОСТ 23752-79. "ПЛаты печатные. Общие технические условия".
3. Акимов Ю.С., Цветков В.А. Паразитные связи и устойчивость аналоговых
интегральных схем. - М.: Радио и связь, 1984.
4. Наумов Ю.С. и др. Помехоустойчивость устройств на интегральных
логических схемах. - М.: Сов. Радио, 1975.
5. Разевиг В.Д. Проектирование печатных плат в PCAD 2001. - М.: СолонР,2001.
6. Уваров А. PCAD 2000, ACEEL EDA, Конструирование печатных плат.
Учебный курс. - СПб.: Питер, 2001.
7. Ёлшин Ю.М. Справочное руководство по работе с подсистемой SPECCTRA
в PCAD 2000. - М.: Солон-Р, 2002.
8. Саврушев Э. P-CAD дЛЯ Windows. Система проектирования печатных плат.
- М.: Эком, 2002.
9. Финкельштейн Э. Библия пользователя AutoCAD 2002. - М.: Вильямс, 2002.
10. Уваров А. AutoCAD 2002 для конструкторов. - М.: ДМК, 2002.
11. Полещук Н. Visual LISP и секреты адаптации AutoCAD. - М.: ВНУ, 2001.
12. Дэвид Мюррей. SolidW orks. - М.: Лори, 2001.
13. Голованов А., Степанов Н. Проектирование в Pro/ENGlNEER 2001. - М.:
КомпьютерПресс, 2002.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Сучков Д.И. Проектирование печатных плат в САПР PCAD 4.5, PCAD
8.5 и ACCEL EDA.- М.: "Малип", 1998.
2. Сучков Д.И. Адаптация САПР PCAD к отечественному технологическому
оборудованию. - Обнинск: Призма, 1993.
3. Стешенко В.Б. ACCEL EDA. Технология проектирования печатных плат. М.: "Нолидж", 2000.
4. Стешенко В.Б. EDA. Практика автоматизированного проектирования
радиоэлектронных устройств. - М.: Нолидж, 2002.
5. Джордж амура. AutoCAD 2002. - М.: Лори, 2002.
6. Джен Харрингтон. AutoCAD 2002 для конструкторов. - М.: ДиаСофт. 2002.
7. Джамп Д. AutoCAD. Программирование. Пер. сангл. - М.: Радио и связь,
1992.
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-032/тип.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ,
ТЕХНОЛОГИИ И НАДЕЖНОСТИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям -39 02 01 Моделирование и компьютерное
проектирование радиоэлектронных средств,
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составитель:
С.М. Боровиков, доцент кафедры радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Н.А. Цырельчук, ректор Учреждения образования «Минский государственный
высший радиотехнический колледж», профессор, канд. техн. наук
Кафедра экономики и управления Учреждения образования «Высший
государственный колледж связи» (протокол № 6/2 от 25.02.2002 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 9 от 25.02.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая
программа
«Теоретические
основы
конструирования,
технологии и надежности» разработана в соответствии с Образовательным
стандартом РД РБ 02100.5.105-98 для специальностей -39 02 01
Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств и
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств высших
учебных заведений. Она предусматривает изучение основных понятий и
методов, используемых при расчетно-аналитическом и экспериментальном
исследовании конструкций, технологии и надежности радиоэлектронных
средств (РЭС) в процессе конструкторско-технологического проектирования.
Цель учебной дисциплины – помочь студентам осмыслить терминологию,
основные понятия, приобрести, а в дальнейшем развить навыки применения
изученных методов.
В результате освоения курса «Теоретические основы конструирования,
технологии и надежности» студент должен
знать:
- вероятностные методы описания точности и стабильности параметров
элементов и конструкций РЭС, технологических процессов;
- основы теории, методы планирования и обработки с применением ЭВМ
результатов пассивных и активных факторных экспериментов;
- теоретико-математические проблемы надежности, математические модели
отказов, показатели надёжности элементов и радиоэлектронных устройств
(РЭУ), принципы расчета надежности РЭУ;
- методы оптимизации решений, в том числе с применением ЭВМ;
- основы индивидуального прогнозирования технического состояния элементов
РЭС;
- виды и характеристики систем массового обслуживания в технологии РЭУ;
методы имитационного (статистического) моделирования параметров
конструкций и технологических процессов РЭС;
уметь характеризовать:
- качество конструкций РЭУ с использованием единичных и комплексных
показателей;
- системный подход к проектированию конструкций и технологии РЭС;
- вероятностное рассеяние параметров элементов и конструкций;
- виды допусков, используемые в конструировании и технологии РЭС;
- надёжность и стабильность параметров элементов;
уметь анализировать:
- точность и стабильность параметров элементов и конструкций РЭС,
технологических процессов;
- математические модели устройств и технологических процессов РЭС;
- надёжность элементов и конструкций РЭС;
- системы массового обслуживания;
- оптимальность конструкторско-технологических решений;
приобрести навыки:
- оценки уровня качества конструкций РЭУ с использованием единичных и
комплексных показателей;
- получения вероятностного описания параметров элементов, устройств,
технологических операций и процессов по результатам экспериментов;
- построения математических моделей устройств и технологических процессов
РЭУ, используя методы планирования пассивных и активных факторных
экспериментов;
- применения вероятностных методов для анализа точности и стабильности
параметров конструкций РЭУ и технологических процессов;
- выполнения расчётов показателей надежности проектируемых РЭУ, в том
числе и при наличии резервирования;
- постановки задач оптимизации и подготовки их для решения
математическими методами;
- имитационного (статистического) моделирования на ЭВМ надёжности
элементов и РЭС, выходных параметров конструкций и технологических
процессов с учётом вероятностного рассеяния параметров элементов и
технологических операций.
Программа рассчитана на объём 120 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 70 часов,
лабораторных работ – 17 часов, практических занятий – 17 часов, курсовой
проект - 12 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАМЕТРОВ, СИСТЕМНЫЕ
МЕТОДЫ В КОНСТРУИРОВАНИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЭС
Выходные и первичные параметры. Конструкторские параметры РЭС.
Единичные и комплексные показатели качества РЭС. Модели комплексных
показателей качества. Конструкция РЭС и технологический процесс как
системы. Методы оценки уровня качества РЭС. Сущность и содержание
системного подхода к проектированию конструкций и технологических
процессов изготовления РЭС.
Раздел 2. ВЕРОЯТНОСТНОЕ ОПИСАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
В КОНСТРУИРОВАНИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЭС
Тема 2.1. ВЕРОЯТНОСТНОЕ ОПИСАНИЕ ПАРАМЕТРОВ,
РАССМАТРИВАЕМЫХ В ОТДЕЛЬНОСТИ
Случайный характер параметров, вероятностное описание параметров.
Средние значения и дисперсии (средние квадратические отклонения)
параметров. Модели законов распределения параметров. Нормальная модель,
«правило трех сигм». Усеченная нормальная модель.
Характеристика других моделей законов распределения (равномерная
модель, экспоненциальная модель, модель Вейбулла, логарифмически
нормальная модель).
Тема 2.2. ВЕРОЯТНОСТНОЕ ОПИСАНИЕ СОВОКУПНОСТИ ПАРАМЕТРОВ
Пути вероятностного описания совокупности параметров. Многомерные
и условные функции распределения. Зависимые и независимые параметры.
Корреляция параметров. Корреляционное поле параметров. Коэффициент
линейной корреляции. Положительная и отрицательная корреляции.
Вероятностное описание зависимых параметров. Корреляционные
матрицы. Пример корреляционной матрицы.
Тема 2.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНОГО
ОПИСАНИЯ ПАРАМЕТРОВ
Основные задачи математической статистики. Понятие выборочных
характеристик параметров. Оценки параметров и основные требования,
предъявляемые к оценкам параметров. Точечные и интервальные оценки
количественных характеристик параметров: математических ожиданий и
средних квадратических отклонений. Определение точечных и интервальных
оценок. Определение требуемого числа наблюдений параметров (планирование
наблюдений).
Оценка коэффициентов парной корреляции. Определение законов
распределения параметров по опытным данным. Гистограмма и статистическая
функция распределения. Роль числа наблюдений. Проверка статистических
гипотез, критерии согласия. Вероятностная бумага (сетка) и ее использование
для принятия гипотез о законах распределения параметров. Пример
определения закона распределения параметра.
Применение вероятностного описания параметров для решения
инженерных задач. Рекомендации по использованию моделей законов
распределения параметров. Примеры применения моделей законов
распределения для решения инженерных задач.
Раздел 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ
УСТРОЙСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. МЕТОДЫ
ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Тема 3.1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
Характеристика моделей, используемых в конструкции и технологии РЭС
(графические, физические, математические).
Понятия математических моделей, корреляционные поля зависимых
параметров. Регрессионные модели. Уравнение множественной регрессии.
Линейные регрессионные модели.
Метод наименьших квадратов как математический аппарат построения
регрессионных моделей. Нахождение приближающих математических моделей
в виде элементарных функций. Использование пакетов прикладных программ
для ЭВМ.
Способы получения математических моделей РЭУ, технологических
процессов. Пассивные и активные факторные эксперименты.
Применение пассивного факторного эксперимента для получения
математических моделей РЭУ и технологических процессов. Обработка
результатов эксперимента на ЭВМ. Использование для получения
математических моделей пакетов прикладных программ для ЭВМ (MATHCAD,
MATHLAB и др.). Статистическая значимость коэффициентов уравнения
регрессии. Оценка пригодности полученных моделей для практики.
Тема 3.2. ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ
АКТИВНЫХ ФАКТОРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Основные задачи математической теории планирования экспериментов.
Основы теории планирования активных факторных экспериментов. Полный
факторный эксперимент (ПФЭ) типа ”2k ”. Матрица планирования и ее
свойства. Планирование ПФЭ и его выполнение. Параллельные опыты,
принцип рандомизации опытов. Статистическая обработка результатов ПФЭ.
Использование пакетов прикладных программ для ЭВМ.
Дробный факторный эксперимент (ДФЭ). Планирование ДФЭ,
выполнение опытов ДФЭ и обработка его результатов.
Раздел 4. АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ ВЫХОДНЫХ
ПАРАМЕТРОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Тема 4.1. ВИДЫ ДОПУСКОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯ
ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ
Серийнопригодность конструкций РЭУ и её количественная оценка.
Процент выхода годных к эксплуатации устройств. Виды допусков в
конструировании и технологии РЭУ. Производственный, ремонтный и
эксплутационный допуски. Температурный допуск и допуск старения.
Симметричные и несимметричные, двусторонние и односторонние допуски.
Характеристики, используемые для задания допуска. Точность и стабильность
параметров. Описание точности и стабильности параметров элементов.
Характеристики, используемые для описания точности и стабильности
выходных параметров устройств и технологических процессов.
Тема 4.2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТОЧНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ
ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Уравнение производственных погрешностей выходных параметров.
Уравнения абсолютной и относительной производственных погрешностей.
Коэффициенты влияния первичных параметров. Методы анализа точности
выходных параметров. Количественные характеристики, используемые для
оценки точности выходных параметров. Общая характеристика методов
определения производственных допусков на выходные параметры.
Определение производственного допуска, исходя из наихудшего случая
рассеивания первичных параметров, примеры.
Анализ точности выходных параметров вероятностным методом (с
учетом вероятностного рассеивания первичных параметров). Выбор критериев
оценки точности выходных параметров при использовании вероятностного
метода. Расчетные соотношения, используемые для оценки точности выходных
параметров. Примеры анализа точности выходного параметра вероятностным
методом.
Анализ точности выходных параметров методом Монте-Карло.
Назначение и сущность метода. Использование математического и физического
моделирования.
Анализ стабильности выходных параметров РЭУ и технологических
процессов. Стабильность выходных параметров и принцип ее оценки,
уравнение относительной погрешности выходного параметра с учетом действия
эксплутационных факторов. Определение температурных допусков и допусков
старения, инженерные расчетные формулы.
Установление эксплутационных допусков; факторы, принимаемые во
внимание. Методика установления эксплуатационного допуска, примеры.
Способы определения коэффициентов влияния. Аналитические способы,
примеры. Экспериментально-расчетный способ.
Раздел 5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ.
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Тема 5.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИ
Проблема надежности РЭУ, ее возникновение и сущность. Основные
понятия и определения, используемые в теории и практике надежности
технических изделий. Безотказность, ремонтопригодность, долговечность и
сохраняемость как свойства, через которые проявляется надёжность изделий.
Отказы и их классификация. Причины отказов РЭУ.
Модели (схемы) соединения элементов в РЭУ с точки зрения надежности.
Модели законов распределения времени до отказа (наработки до отказа),
характеристика экспоненциальной модели и модели Вейбулла.
Показатели (критерии) надежности элементов и РЭУ. Показатели
безотказности. Вероятность безотказной работы и вероятность отказов.
Функция надежности. Экспоненциальный закон надежности. Интенсивность
отказов, λ–характеристика РЭУ. Средняя наработка до отказа (среднее время
безотказной работы). Гамма-процентная наработка до отказа. Средняя
наработка на отказ.
Показатели ремонтопригодности. Среднее время
восстановления и вероятность восстановления. Гамма-процентное время
восстановления. Показатели долговечности. Ресурс и срок службы как
временные понятия, с помощью которых судят о долговечности. Понятие
предельного состояния изделий. Критерии предельных состояний. Средний
ресурс, гамма-процентный ресурс. Назначенный и установленный ресурсы.
Средний срок службы. Гамма-процентный срок службы. Назначенный и
установленный сроки службы.
Показатели сохраняемости. Средний срок сохраняемости. Гаммапроцентный срок сохраняемости.
Комплексные показатели надёжности. Эксплутационные коэффициенты
надежности. Коэффициенты готовности, технического использования и простоя
(по вине отказов).
Тема 5.2. НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ РЭС
Интенсивность отказов как основная характеристика надежности
элементов. Определение интенсивности отказов по результатам испытаний.
Коэффициенты
электрической
нагрузки
элементов.
Определение
коэффициентов
электрической
нагрузки
элементов.
Сравнительная
характеристика надежности элементов РЭС. Учет влияния на надежность
элементов электрического режима и условий работы в составе устройств.
Тема 5.3. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ РЭУ
Основные расчетные соотношения для вероятности безотказной работы и
среднего времени восстановления. Ориентировочный расчет показателей
надежности. Расчет показателей надежности с учетом коэффициентов
электрической нагрузки и условий работы элементов в составе устройств.
Примеры оценки показателей надежности проектируемого РЭУ.
Расчет показателей надежности РЭУ при разных законах распределения
времени до отказа элементов. Параметрическая надежность РЭУ. Постепенные
отказы и причины, обусловливающие их появление. Принципы оценки уровня
параметрической надежности РЭУ.
Тема 5.4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РЭУ
Общая характеристика методов повышения надёжности РЭС.
Эксплуатационная надежность РЭУ.
Резервирование как метод повышения надежности РЭУ. Виды
резервирования.
Кратность
резерва.
Характеристика
постоянного
резервирования. Оценка показателей безотказности РЭУ при наличии
постоянного резервирования. Примеры оценки.
Характеристика
резервирования
замещением.
Ненагруженный,
облегченный и нагруженный резервы. Оценка безотказности РЭУ при наличии
резервирования замещением.
Раздел 6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Понятие прогнозирования и его классификация. Эвристическое и
математическое
прогнозирование.
Групповое
и
индивидуальное
прогнозирование. Приёмы выполнения эвристического прогнозирования.
Характеристика индивидуального прогнозирования с использованием
методов экстраполяции. Предыстория процесса, шаг прогнозирования,
математическая модель прогнозирования. Обратное прогнозирование. Приёмы
решения задач индивидуального прогнозирования с использованием методов
экстраполяции. Выбор моделей прогнозирования. Метод «взвешенных
наименьших квадратов». Принцип определения ошибок прогнозирования.
Общая
характеристика
индивидуального
прогнозирования
распознаванием образов. Информативные параметры, прогнозирующее
правило, решающая функция, порог разделения классов. Характеристика
ошибок прогнозирования в методах индивидуального прогнозирования
распознаванием образов. Вероятности принятия правильных и ошибочных
решений, риски потребителя и изготовителя.
Этапы решения задач индивидуального прогнозирования распознаванием
образов. Обучающий эксперимент и обучение. Экзамен, выбор порога
разделения классов. Оценка вероятностей принятия правильных и ошибочных
решений, рисков потребителя и изготовителя. Прогнозирование однотипных
изделий, не участвовавших в обучающем эксперименте.
Методы построения прогнозирующих правил. Общая характеристика
методов. Пример иллюстрации построения прогнозирующего правила.
Рекомендации по выбору информативных параметров (признаков) для
элементов РЭУ.
Раздел 7. ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В КОНСТРУИРОВАНИИ
И ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Понятие задач оптимизации. Целевая функция и оптимизируемые
параметры. Ограничения, накладываемые на конструкторско-технологические
параметры.
Общий порядок решения задач оптимизации. Способы построения
целевой функции, метод главного критерия. Краткая характеристика
математических методов решения задач оптимизации. Линейное и нелинейное
математическое программирование.
Решение задач оптимизации методом динамического программирования.
Алгоритм оптимизации методом случайного поиска и его реализация на ЭВМ.
Примеры решения задач оптимизации.
Раздел 8. СИСТЕМЫ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
В ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Понятие и основные характеристики систем массового обслуживания
(СМО). Абсолютная и относительная пропускные способности. Потоки
событий (заявок) и их математическое описание. Простейшие потоки и их
свойства.
Виды СМО в технологии РЭУ. СМО с отказом (в обслуживании), СМО с
ожиданием. Характер ограничений, накладываемых на процесс ожидания
заявок в очереди. «Чистая» СМО с ожиданием, СМО смешанного типа.
Математическое описание СМО с отказом.
Математическое описание "чистой" СМО с ожиданием.
Математическое описание СМО смешанного типа с ограничением длины
очереди. Примеры решения типовых задач.
Принципы имитационного моделирования процесса функционирования
СМО.
Раздел 9. СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Понятие статистического (имитационного) моделирования, его роль в
конструировании и технологии РЭС. Моделирование случайных параметров.
Моделирование случайных чисел с нормальным распределением. Методы
получения случайных чисел с любым законом распределения.
Моделирование дискретных случайных величин. Моделирование
случайных чисел с биноминальным распределением и распределением
Пуассона.
Моделирование коррелированных случайных параметров с нормальными
распределениями. Получение коррелированных случайных параметров с
любыми законами распределения.
Метод Монте-Карло как метод вероятностного моделирования.
Реализация метода на ЭВМ, структурная схема алгоритма, выбор числа
реализаций смоделированного процесса (объекта). Точность метода.
Принципы моделирования надежности радиоэлектронных устройств.
Перспективы использования в конструировании и технологии РЭУ
прикладных математических методов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Определение качества конструкций РЭУ с использованием единичных и
комплексных показателей.
2. Экспериментальное определение вероятностного описания параметров:
расчёт выборочных оценок средних значений и средних квадратических
отклонений, восстановление законов распределения, построение гистограмм.
3. Использование вероятностных сеток, построение корреляционного поля
параметров, оценка коэффициентов корреляции и т.п.
4. Планирование полных и дробных факторных экспериментов,
статистическая обработка их результатов: построение планов экспериментов,
выбор нулевых уровней и интервалов варьирования факторов, выбор числа
серий параллельных опытов, рандомизация опытов каждой серии; подсчет
коэффициентов моделей, построение безразмерного полинома, переход к
размерному полиному, принятие решений.
5. Оценка точности и стабильности выходных параметров (определение
коэффициентов влияния, подготовка исходных данных для определения
производственных допусков методом "минимума-максимума", определение
производственных допусков вероятностным методом, определение допусков
старения и температурных допусков, установление эксплутационных
допусков).
6. Расчёт показателей безотказности РЭУ при наличии постоянного
резервирования, случай влияния характера отказов элементов (короткое
замыкание или обрыв) на надёжность резервируемого узла (параллельный,
последовательный и смешанный способы включения резервных элементов).
7. Расчёт показателей безотказности при наличии резервирования
замещением (нагруженный, облегчённый и ненагруженный резервы).
8. Расчёт показателей безотказности проектируемых РЭУ с использованием
интенсивностей внезапных отказов: ориентировочный расчет показателей
безотказности.
9. Уточненный расчет показателей надежности РЭУ (расчёт с учетом
коэффициентов электрической нагрузки и условий работы элементов в составе
РЭУ).
10. Определение параметрической надежности РЭУ (расчет вероятности, с
которой гарантируется отсутствие постепенных отказов).
11. Оптимизация конструкторского решения РЭУ методом динамического
программирования (на примере задачи оптимального резервирования или
выбора допусков на первичные параметры с учетом экономических критериев).
12. Расчёт основных характеристик систем массового обслуживания при
известных данных о виде системы, потоке поступающих заявок и законе
распределения времени их обслуживания.
Примечания: 1. Расчёты рекомендуется выполнять на ЭВМ с
использованием прикладных учебных программ. 2. По темам № 8, 9 должны
выполняться индивидуальные задания.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование с использованием ЭВМ вероятностного описания зависимых
параметров элементов РЭС (получение путем экспериментальных
исследований вероятностного описания зависимых параметров элементов РЭС:
пассивный эксперимент, обработка результатов на ЭВМ, построение
гистограмм распределения параметров, проверка гипотез о законах
распределения, принятие решений).
2. Построение математических моделей радиоэлектронных устройств
методами теории планирования эксперимента с использованием полного
факторного эксперимента (планирование ПФЭ, проведение активного
эксперимента, статистическая обработка результатов опытов на ЭВМ, принятие
решений).
3. Применение дробного факторного эксперимента для построения
математических моделей радиоэлектронных устройств (планирование ДФЭ,
проведение активного эксперимента, обработка результатов опытов на ЭВМ,
принятие решений).
4. Исследование отклонений выходного параметра радиоэлектронного
устройства методом
Монте-Карло с
использованием физического
моделирования (имитация отклонений параметров элементов, регистрация
выходного параметра, статистическая обработка результатов на ЭВМ,
установление значения производственного допуска).
5. Исследование надежности моделированием на ЭВМ отказов элементов
(выбор условий моделирования, моделирование отказов и обработка
информации на ЭВМ, физическая интерпретация полученных результатов).
6. Оптимизация состава РЭУ при наличии резервирования замещением
(построение целевой функции, определение ограничений, внесение дополнений
в типовую программу для ЭВМ, решение на ЭВМ задачи оптимизации,
физическая интерпретация результатов).
7. Исследование моделированием на ЭВМ процесса функционирования СМО
(выбор
вида
СМО
и
условий
моделирования,
моделирование
функционирования СМО, физическая интерпретация результатов).
8. Применение метода наименьших квадратов для выбора моделей
прогнозирования
в
задачах
индивидуального
прогнозирования
с
использованием экстраполяции (исследование метода наименьших квадратов
на ЭВМ, прогнозирование работоспособности однопараметрических
устройств).
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
1. Оценка точности выходных параметров конструкций РЭУ (или
технологического процесса) методом Монте-Карло с использованием
математического моделирования.
2. Оценка вероятностным методом точности и стабильности выходных
параметров конструкций РЭУ (или технологического процесса) и установление
на основе этого эксплутационного допуска.
3. Сравнительная оценка точности выходного параметра, полученного по
методу Монте-Карло и вероятностным методом.
4. Оценка стабильности выходного параметра РЭУ (или технологического
процесса) и установление на основе этого температурного допуска и допуска
старения.
5. Обеспечение с использованием ЭВМ требований к точности выходного
параметра РЭУ (или технологического процесса).
6. Обеспечение с использованием ЭВМ требований к стабильности
выходного параметра РЭУ.
7. Определение показателей безотказности РЭУ с учетом внезапных отказов
(моделированием на ЭВМ отказов элементов).
8. Определение показателей безотказности РЭУ с учетом внезапных отказов
и разных законов их распределения (моделированием на ЭВМ отказов
элементов).
9. Определение показателей безотказности РЭС с учетом постепенных
отказов (моделированием на ЭВМ отказов элементов).
10. Определение показателей безотказности РЭС с учетом внезапных и
постепенных отказов (моделированием на ЭВМ отказов элементов).
11. Определение показателей безотказности РЭУ при наличии резервирования
(с указанием вида: постоянное или замещением; его особенностей) путем
моделирования на ЭВМ отказов элементов.
12. Индивидуальное прогнозирование функциональных параметров РЭУ
(элементов или устройств) с использованием методов экстраполяции.
13. Поиск информативных параметров для индивидуального прогнозирования
технического состояния РЭУ (элементов или устройств).
14. Индивидуальное прогнозирование технического состояния РЭУ
(элементов или устройств) методом распознавания образов.
15. Оптимизация конструкторского или технологического решения РЭУ
методом динамического программирования.
16. Сравнение результатов оптимизации конструкторского решения РЭУ,
полученных методами динамического программирования и случайного поиска
на ЭВМ.
17. Оценка основных характеристик системы массового обслуживания (с
указанием вида и её особенностей) путем моделирования на ЭВМ процессов
поступления и обслуживания заявок.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и
надежности: Учебник для инж.-техн. спец. вузов. - Мн.: Дизайн ПРО, 1998.
2. Боровиков
С.М.,
Погребняков
А.В.
Теоретические
основы
конструирования, технологии и надежности. Сборник задач: Учеб. пособие для
вузов. – Мн.: БГУИР, 2001.
3. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и
надежности РЭС: Учеб.для вузов. – М.: Радио и связь, 1991.
4. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и
надежности ЭВА: Учеб. пособие для вузов. – М: Радио и связь, 1983.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Фомин А.В., Борисов В.Ф., Чермошенский В.В. Допуски в
радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Сов. радио, 1973.
2. Широков А.М. Надежность радиоэлектронных устройств: Учеб. пособие
для вузов. – М.: Высш. шк., 1972.
3. Львович Я.Е., Фролов В.Н. Теоретические основы конструирования,
технологии и надежности РЭА: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь,
1986.
4. Фролов А.Д. Теоретические основы конструирования и надежности
радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Сов. радио, 1970.
5. Зажигаев Л.С. и др. Методы планирования и обработки результатов
физического эксперимента. – М.: Атомиздат, 1978.
6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1969.
7. Надежность и эффективность в технике. Справочник: В 10 т. Т.2.
Математические методы в теории надежности и эффективности/ Под ред.
В.Б. Гнеденко. – М.: Машиностроение, 1987.
8. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента
при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976.
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-031/тип.
ИСПЫТАНИЯ, КОНТРОЛЬ И СЕРТИФИКАЦИЯ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям -39 02 01 Моделирование и компьютерное
проектирование радиоэлектронных средств,
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28» мая 2003 г.
Составитель:
М.С. Гурский, доцент кафедры радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники»
Рецензенты:
А.Г. Архипенко, доцент кафедры метрологии и стандартизации Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук;
Кафедра
радиоэлектроники
Учреждения
образования
«Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 6 от
21.02.2002 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 9 от 25.02.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая
программа
«Испытания,
контроль
и
сертификация
радиоэлектронных средств» разработана в соответствии с Образовательным
стандартом РД РБ 02100.5.105-98 для специальностей -39 02 01
Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств и
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств высших
учебных заведений. Она предусматривает изучение основ теории испытаний,
основных видов и методов испытаний радиоэлектронных средств (РЭС),
разработку программ и методик различных видов испытаний, организацию
контроля и изучение методов управления качеством продукции, а также
ознакомление с организацией сертификации РЭС. Наряду с методами
испытаний предусматривается изучение испытательного оборудования,
применяемого для имитации воздействий окружающей среды и средств
измерений для контроля режимов работы РЭС.
В результате освоения дисциплины «Испытания, контроль и
сертификация радиоэлектронных средств» студент должен:
знать:
- характеристики внешних воздействующих факторов на РЭС;
- методы и методики испытаний и контроля РЭС;
- методы контроля и управления качеством продукции;
- принципы организации работ по сертификации продукции;
- характеристики и принцип действия испытательного оборудования и средств
измерения параметров РЭС;
уметь характеризовать:
- внешние воздействия и виды испытаний;
- методы статистического приемочного контроля и управления качеством
продукции;
уметь анализировать:
- основные направления и тенденции развития методов и средств испытаний и
контроля РЭС;
приобрести навыки:
- формирования требований к методам и средствам испытаний, а также
контролю качества РЭС на основании технических требований к изделию;
- разработки программ и методик испытаний РЭС;
- организации и проведения испытаний и контроля РЭС;
- использования статистических методов контроля и управления качеством
продукции;
- обработки результатов испытаний методами математической статистики;
- грамотного обоснования выбора испытательного оборудования и средств
измерения режимов работы РЭС;
- организации работ по сертификации РЭС.
Изучение дисциплины базируется на использовании знаний, полученных
студентами при изучении дисциплин «Теоретические основы конструирования,
технологии и надежности», «Технология радиоэлектронных устройств и
автоматизация
производства»,
«Конструирование
радиоэлектронных
устройств», «Инженерное обеспечение надежности радиоэлектронных
средств».
Программа рассчитана на объем 64 учебных часа. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 48 часов,
лабораторных работ – 32 часа. Примерный тематический план курса
представлен в таблице.
Примерный тематический план
Таблица
Наименование темы
Объем в часах
Лекции Лаб.раб..
1
2
3
4
Введение. Роль испытаний и контроля в повышении
2
качества РЭС. Сертификация – основа управления
качеством РЭС
1
Раздел 1. Организация испытаний РЭС и основы теории
6
испытаний
1.1 Воздействующие факторы, виды и способы проведения
4
испытаний
1.2 Планирование испытаний. Разработка программы и
2
методики испытаний
2
Раздел 2. Организация, методики испытаний и испытательное
28
оборудование
2.1 Испытания на климатические воздействия
5
8
2.2 Испытания на механические и акустические воздействия
5
2.3 Испытания
на
биологические,
химические
и
технологические воздействия
2.4 Испытания на космические и радиационные воздействия
2
2.5 Испытания РЭС на надежность
10
2.6 Технический контроль РЭС
2
2.7 Автоматизация
и
метрологическое
обеспечение
испытаний и контроля
3
Раздел 3. Качество продукции. Статистические методы
приемочного контроля и управления качеством
продукции
3.1 Качество
продукции.
Статистические
методы
управления качеством продукции
3.2 Статистические методы приемочного контроля качества
продукции
2
8
2
8
12
6
4
4
4
Окончание таблицы
1
Сертификация
3
3.3 продукции
Заключение
Итого:
–
основа
2
управления
качеством
3
2
4
48
32
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ.
РОЛЬ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ В ПОВЫШЕНИИ КАЧЕСТВА РЭС.
СЕРТИФИКАЦИЯ – ОСНОВА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РЭС
Повышение качества изделий – одна из важнейших задач народного
хозяйства.
Свойства,
определяющие
качество:
конструктивные,
технологические, экономические и другие, группы показателей качества. Роль и
значение сертификации в повышении качества продукции.
Испытания – экспериментальное определение количественных и
качественных свойств объектов испытаний. Задачи испытаний на стадиях
исследования, проектирования и изготовления. Место и структура служб
контроля и испытаний.
Сертификация – основа управления качеством РЭС.
Работа международных организаций (МЭК, ИСО, СЭВ и др.) по
унификации методик в среде испытаний и сертификации.
Раздел 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ РЭС И ОСНОВЫ ТЕОРИИ
ИСПЫТАНИЙ
Тема 1.1. ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ ФАКТОРЫ, ВИДЫ И СПОСОБЫ ПРОВЕДЕНИЯ
ИСПЫТАНИЙ
Внешние
воздействующие
факторы
(ВВФ):
климатические,
механические, электрические, биологические, радиационные, космические,
специальные, технологические и др. Внутренние факторы – процессы старения
и износа.
Основные параметры, характеризующие климат: атмосферное давление,
температура, влажность, интенсивность дождя, солнечное излучение (диапазон
электромагнитных волн, излучаемых Солнцем, интенсивность излучения,
скорость ветра и т. д.).
Механические воздействующие факторы. Основные параметры,
характеризующие механические воздействия. Значения механических
воздействующих факторов для различных видов аппаратуры и условий ее
эксплуатации.
Космические и радиационные воздействующие факторы. Воздействие
невесомости, космического глубокого вакуума, криогенной температуры.
Естественная и искусственная радиация.
Биологические воздействующие факторы. Воздействие плесневых
грибов, микроорганизмов, насекомых, грызунов и птиц.
Классификация испытаний, проводимых на стадиях исследования,
проектирования и изготовления: по назначению (цели), условиям (месту)
проведения, по продолжительности и величинам воздействующих нагрузок, по
принципам осуществления, степени (результатам) воздействия, виду
воздействия, по определенным характеристикам объекта, по стадиям
жизненного цикла изделия.
Способы проведения испытаний: последовательный, параллельный,
последовательно-параллельный, комбинированный.
Понятие об ограниченных испытаниях и перспективах их использования.
Многофакторные испытания. Ускоренные испытания и их особенность.
Испытания методами математического и физического моделирования. Общие
требования к испытательному оборудованию и средствам измерений.
Тема 1.2. ПЛАНИРОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ
И МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ
Назначение
и содержание программы испытаний: выбор объекта
испытаний, определение назначения (цели) испытаний в зависимости от стадии
жизненного цикла изделия, выбор принципов осуществления испытаний в
зависимости от условий эксплуатации, обоснование выбора испытательных
режимов по всем видам испытаний в зависимости от величин воздействующих
нагрузок, определение пределов изменения электрических режимов и
продолжительности работы в этих режимах в процессе испытаний.
Оптимизация программы испытаний по затратам, времени, количеству
контролируемых параметров.
Выбор способа и последовательности проведения испытаний,
определение
общей
продолжительности
испытаний
и
количества
испытываемых изделий, установление периодичности испытаний, выбор типов
испытательного
оборудования
и
средств
измерения
параметров,
метрологическое обеспечение процесса испытаний.
Содержание методики испытаний. Алгоритм испытаний на любой вид
воздействия. Техническая документация, применяемая при испытаниях.
Структура и организация службы испытаний и контроля. Оформление
результатов испытаний.
Раздел 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ
И ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Тема 2.1. ИСПЫТАНИЯ НА КЛИМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Цель и условия проведения испытаний на воздействие повышенной
температуры. Методы испытаний. Методология испытаний. Испытательное
оборудование. Измерение и поддержание температуры в испытательных
камерах.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие пониженной
температуры. Методы испытаний. Методология испытаний. Испытательное
оборудование. Способы охлаждения. Датчики для измерения температур.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие циклического
изменения температуры и термоудар. Особенности комбинированных камер.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие повышенной
влажности. Методы испытаний: длительные и ускоренные. Классификация и
основные параметры камер. Способы получения повышенной влажности.
Методы измерения влажности и средства измерений.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие соляного
(морского) тумана. Методы испытаний. Получение морского тумана.
Испытательное оборудование.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие пониженного и
повышенного атмосферного давлений. Методы испытаний. Барокамеры.
Термобарокамеры. Средства измерений.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие пыли и песка.
Методы испытаний. Камеры пыли и их основные параметры. Состав пылевой
смеси.
Цель и условия проведения испытаний на водонепроницаемость,
водозащищенность, на воздействие дождя и гидростатического давления.
Методы испытаний. Оборудование для испытаний: ванны, баки, камеры дождя
и др.
Тема 2.2. ИСПЫТАНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Цель и условия проведения испытаний на воздействие вибрации. Методы
испытаний. Организация испытаний на вибропрочность и виброустойчивость.
Классификация и основные параметры испытательных установок. Средства
измерений параметров вибрации, их классификация и основные параметры.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие одиночных и
многократных ударов. Методы испытаний. Особенности проведения испытаний
на удароустойчивость и ударопрочность. Структурные схемы ударных
установок. Классификация установок одиночных и многократных ударов,
основные параметры. Средства измерений параметров ударов.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие линейных
ускорений. Методы испытаний на линейные ускорения. Основные параметры
центрифуг.
Цель и условия проведения испытаний на воздействие акустического
шума. Методы испытаний. Испытательное оборудование.
Тема 2.3. ИСПЫТАНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Цель и условия проведения испытаний на воздействие биологических
факторов (грибковой плесени, микроорганизмов, насекомых, грызунов, птиц).
Методы испытаний. Особенности испытательных камер. Методы оценки
результатов испытаний.
Цель и условия проведения испытаний на коррозионно-активные
воздействия. Методы испытаний. Средства измерений параметров агрессивных
газов.
Цель испытаний на технологические воздействия. Методы испытаний на
воздействие среды заполнения, герметичность, способность к пайке,
воздействие ряда технологических факторов на изделие, безопасность работы
оператора-испытателя и т.д.
Тема 2.4. ИСПЫТАНИЯ НА КОСМИЧЕСКИЕ И РАДИАЦИОННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Цель и условия проведения испытаний на космические воздействия.
Методы проведения испытаний. Специальные виды космических испытаний.
Оборудование и средства измерений.
Цель и условия проведения испытаний на радиационные (ионизирующие)
воздействия. Методы испытаний. Оборудование для воспроизведения
излучений: реакторы, ускорители, изотопные источники, рентгеновские и
лазерные установки, СВЧ-генераторы.
Средства измерений и регистрации параметров излучений. Обеспечение
защиты.
Тема 2.5. ИСПЫТАНИЯ РЭС НА НАДЕЖНОСТЬ
Особенности программ на надежность. Показатели надежности
(безотказность,
ремонтопригодность,
сохраняемость,
долговечность).
Программа испытаний на надежность. Планирование испытаний. Оперативная
характеристика. Методики планирования испытаний по браковочному и
браковочному и приемочному уровням.
Понятие плана испытаний. Характеристика планов испытаний на
надежность. Определение оценок параметров при различных законах
распределения. Отказы аппаратуры при испытании на надежность.
Методы
проведения
испытаний:
одноступенчатый
метод,
двухступенчатый метод, метод последовательных испытаний, метод
непрерывных испытаний, графический метод планирования испытаний.
Организация определительных испытаний на надежность. План и
программа испытаний. Определительные испытания на безотказность.
Определительные испытания на ремонтопригодность, сохраняемость и
долговечность.
Контрольные испытания на безотказность. Испытания на долговечность и
сохраняемость.
Ускоренные
испытания,
основанные
на
методах
прогнозирования и применении форсированных режимов работы.
Многофакторные испытания.
Статистическая обработка результатов испытаний. Влияние точности
измерительных средств на результаты испытаний. Критерии исключения
выбросов при статистической обработке результатов.
Тема 2.6. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ РЭС
Организация и виды технического контроля. Методы неразрушающего
контроля в процессе изготовления РЭС: оптические, радиационные, тепловые,
электрофизические и др. Методы разрушающего контроля, области их
применения.
Тема 2.7. АВТОМАТИЗАЦИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЯ
Автоматизация испытаний. Автоматизация поддержания заданных
испытательных
режимов.
Автоматизация
регистрации
параметров
испытываемых изделий. Требования к обеспечению автоматизированной
системы испытаний.
Метрологическое обеспечение испытаний. Общие требования к
обеспечению единства испытаний. Аттестация испытательного оборудования –
средство
установления
соответствия
нормированных
точностных
характеристик оборудования требованиям НТД. Метрологическое обеспечение
измерений. Образцовые средства измерений. Государственная система
обеспечения единства измерений.
Раздел 3. КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ПРИЕМОЧНОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
ПРОДУКЦИИ
Тема 3.1. КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ
КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ
Основные определения в области качества продукции. Показатели
качества РЭС. Методы оценки уровня качества продукции. Маркетинг как
система управления качеством. Стандарты ИСО по управлению качеством
продукции.
Сущность, задачи и области применения статистических методов
управления качеством продукции. Схема Исикава, диаграмма Парето,
гистограмма, расслоение, контрольный листок, контрольная карта, диаграмма
разброса.
Способы представления продукции на контроль. Методы отбора единиц
продукции. Классификация выборок. Статистические методы контроля и
регулирования технологических процессов. Влияние отклонений параметров
процесса на выход годной продукции.
Виды контрольных карт. Правила построения контрольных карт средних
арифметических значений и медиан, средних квадратических отклонений,
числа дефектных единиц продукции.
Тема 3.2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИЕМОЧНОГО КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
Сущность статистических методов приемочного контроля качества
продукции. Понятие уровня дефектности. Оперативная характеристика плана
выборочного контроля. Схемы и планы контроля. Усеченный контроль.
Корректировка плана контроля.
Организация статистического приемочного контроля по количественному
признаку. Организация статистического приемочного контроля по
альтернативному признаку.
Тема 3.3. СЕРТИФИКАЦИЯ – ОСНОВА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ
Сертификация, ее цели и задачи. Общие понятия в области сертификации.
Основные правила системы сертификации продукции, процессов и услуг.
Модели сертификации. Сертификация РЭС.
Международный опыт сертификации продукции. Роль и значение
международных организаций. Международные стандарты в области
сертификации продукции и систем обеспечения качества.
Организационная структура сертификации в Республике Беларусь,
основные цели и задачи. Аккредитация испытательных центров и
испытательных лабораторий. Документация и порядок проведения работ по
сертификации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование методов и средств испытаний РЭС и их элементов на
воздействие тепла и холода.
2. Исследование методов и средств испытаний РЭС на воздействия ударных
нагрузок.
3. Схемотехническая оптимизация проектируемых конструкций РЭС
методами граничных и матричных испытаний.
4. Исследования методов и средств испытаний РЭС и их элементов на
воздействие вибрации.
5. Исследования методов и средств испытаний РЭС и их элементов на
воздействие влаги.
6. Организация и проведение испытаний РЭС на надежность.
7. Организация ускоренных испытаний РЭС на надежность.
8. Организация статистического приемочного контроля по альтернативному
признаку.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Глудкин О.П. Методы и устройства испытания РЭС и ЭВС. – М.: Высш.
шк., 1991.
2. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры и
испытательное оборудование/ Под ред. А.И. Коробова. - М.: Радио и связь,
1987.
3. Глудкин О.П., Черняев В.Н. Технология испытаний микроэлементов
радиоэлектронной аппаратуры интегральных микросхем. - М.: Энергия, 1980.
4. Млицкий В.Д., Беглария В.Х., Дубицкий Л.Г. Испытание аппаратуры и
средства измерений на воздействие внешних факторов. - М.: Машиностроение,
1993.
5. ГОСТ 20.57.406–81. Изделия электронной техники, квантовой электроники
и электротехнические. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов,
1991.
6. Емельянов В.А. Системы качества в микроэлектронике. – Мн.: Бел. наука,
1997.
7. Глудкин О.П. Управление качеством электронных средств. - М.: Высш.
шк., 1994.
8. Национальная система сертификации Республики Беларусь. - Мн.:
Госстандарт, 1997.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Испытательная техника/ Под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение,
1982.
2. Заренин Ю.Г., Стоянова И.И. Определительные испытания на надежность.
- М.: Изд-во стандартов, 1978.
3. ГОСТ 27.410 – 87. Методы контроля показателей надежности и планы
контрольных испытаний на надежность.
4. ГОСТ 27.402 – 95. Надежность в технике. Планы испытаний для контроля
средней наработки до отказа (на отказ). Ч. 1: Экспоненциальное распределение.
- М.: Госстандарт, 1997.
5. ГОСТ 21317 – 87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы
испытаний на надежность. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
6. ГОСТ 12.2.006 – 75. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Требования
безопасности. Методы испытаний.
7. СТБ ГОСТ Р 50777.43 – 2001. Статистические методы. Приемочные
контрольные карты.
8. ГОСТ 15895 – 77. Статистические методы управления качеством
продукции. Термины и определения.
9. СТБ ГОСТ Р 50779.72 – 2001. Статистические методы. Процедура
выборочного контроля по альтернативному признаку.
10. ГОСТ 20699 – 75. Надежность. Методы контрольных испытаний.
11. ГОСТ 17331 – 71. Надежность в технике. Метод последовательных
испытаний.
12. ГОСТ 20736 – 75. Статистический приемочный контроль по
количественному признаку. Планы контроля.
13. ГОСТ 18242 – 72. Качество продукции. Статистический приемочный
контроль по альтернативному признаку. Одноступенчатые и двухступенчатые
корректируемые планы контроля.
14. Гурский М.С., Гурская И.Ф. Сертификация изделий радиоэлектронной
техники: Метод. пособие. - Мн.: БГУИР, 1997.
15. Гурский М.С. Статистические методы управления качеством продукции:
Учеб. пособие. - Мн.: БГУИР, 1999.
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-032/тип.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ
ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям -39 02 01 Моделирование и компьютерное
проектирование радиоэлектронных средств,
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28» мая 2003 г.
Составители:
Н.С. Образцов, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;
П.П. Лычук, доцент кафедры радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники»
Рецензенты:
И.М. Русак, профессор кафедры электронных вычислительных средств
Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники» канд. техн. наук;
Кафедра общетехнических дисциплин Учреждения образования «Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 8 от
21.03.2002 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 9 от 25.02.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Проектирование устройств цифровой обработки
информации» разработана в соответствии с Образовательным стандартом
РД РБ 02100.5.105-98 для специальностей -39 02 01 Моделирование и
компьютерное проектирование радиоэлектронных средств, -39 02 02
Проектирование и производство радиоэлектронных средств высших учебных
заведений.
Целью изучения дисциплины является формирование знаний, навыков и
умений, позволяющих осуществлять схемотехническое проектирование и
конструирование устройств цифровой обработки информации (ЦОИ) на основе
современных методов анализа и синтеза.
Изучение дисциплины обеспечивает понимание физических явлений,
происходящих в устройствах цифровой обработки информации, формирует у
студентов знания принципов работы и теории устройств ЦОИ, их современной
элементной базы, перспектив развития, методов инженерного расчета как
отдельных узлов, так и устройств в целом, а также умение использовать
полученные знания при разработке и эксплуатации современных
радиоэлектронных и вычислительных средств.
Основная задача дисциплины – обеспечить усвоение теоретических
знаний в области проектирования устройств ЦОИ и развить практические
навыки их разработки.
Изучение дисциплины «Проектирование устройств цифровой обработки
информации» базируется на физико-математической подготовке, которую
студенты получают при изучении дисциплин «Высшая математика» и
«Физика», на знании методов анализа электрических цепей, с которыми
студенты знакомятся при изучении дисциплин «Основы радиоэлектроники» и
«Радиоэлектронные устройства», характеристик и параметров транзисторов и
пассивных элементов, изучаемых в этих дисциплинах.
Учитывая место дисциплины в учебном плане, следует глубоко освоить
основы теории проектирования устройств ЦОИ, творчески подойти к
изучаемому материалу на основе понимания физических явлений,
происходящих в устройствах ЦОИ, и логики работы электронных схем.
В результате освоения дисциплины «Проектирование устройств
цифровой обработки информации» студент должен:
знать:
- теоретические основы и уровень современной техники проектирования
устройств ЦОИ, тенденции и перспективы развития устройств ЦОИ;
уметь характеризовать:
- устройства ЦОИ различного назначения, их структуру, условия
эксплуатации;
уметь анализировать:
- процессы, происходящие в логических элементах при различных режимах
эксплуатации;
приобрести навыки:
- анализа и расчета, необходимые для проектирования, исследований и
испытаний устройств ЦОИ различного назначения;
- применения современной элементной базы и методов проектирования.
Программа рассчитана на объем 85 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 68 часов,
лабораторных работ - 17 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ЦИФРОВЫХ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
Тема 1.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЦИФРОВОЙ
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Основы алгебры логики. Основные аксиомы и тождества алгебры логики.
Аналитическая форма представления булевых функций. Упрощение
(минимизация) булевых функций.
Тема 1.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ (ИМС)
Система параметров. Интегральные элементы одноступенчатой логики.
Резистивно-транзисторные ИМС. Диодно-транзисторные ИМС. Интегральные
микросхемы с эмиттерными связями. Интегральные элементы инжекционной
логики.
Интегральные элементы двухступенчатой логики. Диодно-транзисторные
ИМС.
Транзисторно-транзисторные
ИМС.
Транзистор-транзисторнотранзисторные ИМС.
Логические элементы на полевых транзисторах. Логические элементы на
одноканальных
структурах
металл-диэлектрик-полупроводник
(МДПструктурах). Логические элементы на дополняющих МДП-транзисторах.
Логические элементы с нагрузочным КМДП - транзистором.
Логические элементы с вентильным и блокирующим КМДП транзисторами.
Особенности логических элементов, реализуемых в составе больших
интегральных схем (БИС).
Тема 1.3. ТРИГГЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
Классификация триггерных устройств. Требования и параметры,
характеризующие триггерные устройства. Статические триггеры. Импульсно статические триггеры. Триггеры на МДП- и КМДП – элементах.
Квазистатические триггеры. Логические методы синтеза триггерных
структур.
Тема 1.4. РЕГИСТРЫ
Параллельные регистры. Сдвигающие (последовательные) регистры и их
классификация. Сдвигающие регистры многотактного действия. Сдвигающие
регистры однотактного
однотактного действия.
действия.
«Протяжные»
сдвигающие
регистры
Тема 1.5. СЧЕТЧИКИ
Классификация счетчиков. Счетчики на основе триггерных устройств.
Счетчики с переносом. Реверсивные счетчики. Счетчики с произвольным
коэффициентом счета. Безвентильные счетчики. Сдвигающие счетчики.
Счетчики, построенные по схеме регистр-сумматор. Сдвигающие счетчики на
основе специальных кольцевых схем.
Тема 1.6. ДЕШИФРАТОРЫ И КОММУТАТОРЫ
Линейные дешифраторы. Прямоугольные или матричные дешифраторы.
Пирамидальные дешифраторы. Логические коммутаторы (мультиплексоры).
Тема 1.7. СУММАТОРЫ
Одноразрядные
сумматоры.
Последовательные
сумматоры.
Параллельные сумматоры. Накапливающие сумматоры. Двоично-десятичные
сумматоры.
Тема 1.8. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
НА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ КОМПЛЕКТАХ БИС
Классификация микропроцессоров. Типовой микропроцессорный
комплект БИС первого поколения. Микропроцессорные комплекты средней
сложности. Микропроцессорные комплекты повышенной сложности.
Раздел 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ
МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Тема 2.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЦИФРОВОЙ
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Основы теории проектирования устройств цифровой обработки
информации. Логические элементы интегральных микросхем. Триггерные
устройства цифровых систем. Регистры. Счетчики. Дешифраторы и
коммутаторы.
Сумматоры.
Микроэлектронные
устройства
на
микропроцессорных комплектах БИС. Программируемые логические
интегральные схемы; описание электрической схемы; компиляция
электрической схемы в структуру логической матрицы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Минимизация переключательных функций и их аппаратурная реализация.
2. Требования нормативно-технических документов по
классификации
логических элементов, основным характеристикам и параметрам ИМС.
3. Исследование конъюнктора, дизъюнктора и инвертора.
4. Исследование элементов Шеффера и Пирса.
5. Исследование базового логического элемента серий транзисторнотранзисторной логики.
6. Исследование базового логического элемента серий эмиттерно-связанной
логики.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Букреев И.Н. и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. 3-е
изд., перараб. и доп. – М.: Радио и связь, 1990.
2. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие
для вузов. - СПб.: Политехника, 1996.
3. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов
цифровых устройств. - М.: Высш. школа, 1991.
4. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. – М.: Высш. шк., 1990.
5. Лычук П.П., Толстая А.И. Лабораторный практикум по курсу
«Проектирование устройств цифровой обработки информации» - Мн.: БГУИР,
2000.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Авваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники. –
М.: Радио и связь, 1991.
2. Миловзоров В.П. Элементы информационных систем. - М: Высш. шк.,
1989.
3. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ М.И. Богданович,
И.Н. Грель, В.А. Прохоренко, В.В. Шалимо. - Мн.: Беларусь, 1991.
4. ГОСТ 17021-88. Микросхемы интегральные. Термины и определения.
5. ГОСТ 19480-89. Микросхемы интегральные. Термины, определения и
буквенные обозначения электрических параметров.
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-033/тип.
КОНСТРУИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям -39 02 01 Моделирование и компьютерное
проектирование радиоэлектронных средств,
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28» мая 2003 г.
Составители:
Н.С. Образцов, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;
Н.И. Каленкович, профессор кафедры радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук;
А.М. Ткачук, доцент кафедры радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники»
Рецензенты:
С.Н. Юрко, технический директор унитарного предприятия «Измерительные
приборы и системы»;
И.М. Русак, профессор кафедры электронных вычислительных средств
Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники» канд. техн. наук;
Кафедра общетехнических дисциплин Учреждения образования «Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 7 от
21.02.2002 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 9 от 25.02.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
-
-
-
-
Типовая программа «Конструирование радиоэлектронных устройств»
разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.105-98 для
специальностей -39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование
радиоэлектронных средств, -39 02 02
Проектирование и производство
радиоэлектронных средств высших учебных заведений. Она предусматривает
изучение конструкции радиоэлектронных аппаратов различного назначения,
предназначенных для работы на разнообразных объектах в разных условиях
внешней среды. Целью курса является изучение конструкций РЭУ и их влияния
на эффективность работы радиотехнических устройств и систем, изучение
методики конструирования РЭУ для обеспечения высокого уровня технических
и эксплуатационных характеристик, технологичности, микроминиатюризации.
В результате изучения курса студент получает знания и практические навыки
разработки оптимальных конструкции в соответствии с задачами повышения
эффективности производства и качества выпускаемой продукции.
В результате изучения курса студент должен:
знать:
основные научно-технические проблемы конструирования РЭУ;
основные этапы конструкторского проектирования и методы оптимизации
конструкторских решений;
основные физические процессы, определяющие функционирование РЭУ
(электромагнитные, тепловые, механические);
основные принципы построения РЭУ различных классов и конструктивных
уровней;
уметь характеризовать:
конструкции
РЭУ
с
учетом
ремонтопригодности,
надежности,
технологичности и экономических показателей;
уметь анализировать:
основные тенденции, направления развития и совершенствования
конструкций РЭУ;
приобрести навыки:
правильного оформления конструкторской документации в соответствии с
ЕСКД;
использования в процессе конструирования математических моделей и
методов их оптимизации;
- разработки конструкций блоков РЭУ различного функционального
назначения с учетом оценки эффективности конструкторско-технологических
решений;
- использования
методологии
и
организации
автоматизированного
конструкторского проектирования при системном подходе к выполнению
разработок, иерархических принципов в конструировании, комплексной
микроминиатюризации, методов компоновки.
Программа рассчитана на объем 260 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 179 ч., лабораторных
работ - 33 ч., практических занятий - 16 ч.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭУ
Тема 1.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ РЭУ, РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ОБЩЕСТВО
Роль
и
задачи
конструктора.
Определение
конструкций
радиоэлектронных устройств (РЭУ). Краткая историческая справка. Заказчики,
разработчики, исполнители, поставщики, служба сбыта, потребители.
Классификация радиоэлектронной аппаратуры по назначению, объектам
установки, условиям применения и конструктивным признакам. Определение
процесса конструирования. Конструирование как область науки и техники.
Ведущая роль радиоконструкторов в создании современных радиоэлектронных
приборов и систем. Микроминиатюризация РЭУ как одно из важнейших
направлений в конструировании. Качество конструкций, определение,
основные характеристики, определение технологичности конструкций.
Результат
конструирования
создание
комплекта
документации,
предназначенной для производства аппаратуры.
Классификация РЭУ по назначению. Классификация условий
эксплуатации
РЭУ.
Влияние
дестабилизирующих
факторов
на
работоспособность РЭУ и их характеристика (субъективные, объективноклиматические, механические, электрические, радиационные, климатические).
Характеристика климатических воздействий (климат, температура, влага,
давление, пыль, песок, солнечная радиация).
Тема 1.2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ РЭУ
И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
Параметры гармонических и случайных вибраций. Параметры ударных
нагрузок и акустических шумов. Методы измерения параметров механических
воздействий.
Методы воспроизведения механических воздействий на испытательных
стендах. Методы воспроизведения ударных нагрузок и линейных ускорений.
Виды реакций РЭУ на механические воздействия. Реакция резисторов и
конденсаторов на механические воздействия. Реакция катушек индуктивности,
жгутовых и кабельных соединений на механические воздействия.
Реакция разъемных и контактных соединений на механические
воздействия. Производственные механические воздействия.
Динамические характеристики конструкций и элементов РЭУ. Основные
динамические характеристики блоков РЭУ. Определение собственных частот
блоков РЭУ.
Определение собственных частот электроэлемента (ЭРЭ). Расчет
собственных частот печатных плат (ПП).
Определение вынужденных колебаний элементов в конструкциях РЭУ.
Методы
оценки
прочностных
свойств
элементов
конструкций.
Экспериментальные методы определения напряженного состояния элементов
конструкции.
Способы
виброзащиты
конструкций
РЭУ.
Виброзащита
полупроводниковых приборов и ЭРЭ. Использование заливки и
вибропоглощающих покрытий.
Схемы монтажа блоков на виброизоляторах. Разновидности конструкций
виброизоляторов. Статический расчет системы виброизоляции.
Динамический расчет системы виброизоляции. Реакция РЭУ на ударные
нагрузки. Динамический расчет системы изоляции ударных нагрузок.
Методика расчета вибропрочности несущих конструкций. Методы
расчета конструкций с использованием ЭВМ (метод конечных элементов).
Метод расчета конструкций с использованием ЭВМ (метод конечных
разностей).
Моделирование конструкций РЭУ на аналоговых ЭВМ.
Тема 1.3. ТЕПЛООБМЕН В КОНСТРУКЦИЯХ РЭУ
Основные законы теплообмена. Теплообмен теплопроводностью.
Дифференциальное уравнение теплопроводности. Закон Фурье.
Теплопроводность плоской стенки. Теплопроводность цилиндрической
стенки. Теплопроводность сферической поверхности. Теплопроводность
плоской стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность
цилиндрической стенки с внутренним источником теплоты.
Теплопроводность многослойной стенки. Теплопроводность в ребре
постоянного сечения. Теплопроводность стержня. Тепловое сопротивление.
Конвективный теплообмен. Основы теории подобия. Критериальные
уравнения.
Теплоотдача в неограниченном пространстве. Частные случаи
конвективного теплообмена.
Конвекция в ограниченном пространстве. Конвекция в вертикальном
канале.
Теплообмен конвекцией при давлениях, отличных от нормального.
Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел.
Тепловые модели конструкций РЭУ. Методы перехода от реальных
конструкций к их тепловым моделям. Принцип местного влияния, принцип
суперпозиции тепловых полей.
Методы расчета тепловых режимов конструкций РЭУ: метод
дифференциальных уравнений, тепловых сопротивлений, коэффициентный
метод.
Температура корпуса герметичного радиоэлектронного аппарата,
температура нагретой зоны герметичного радиоэлектронного аппарата.
Температурный режим радиоэлектронного аппарата в перфорированном
корпусе с естественной конвекцией.
Температурный режим радиоэлектронного аппарата с принудительной
вентиляцией.
Температурный режим радиоэлектронного аппарата кассетной
конструкции.
Нестандартный тепловой режим радиоэлектронных аппаратов.
Инженерные методики расчетов тепловых режимов радиоэлектронных
аппаратов. Вынужденная конвекция в трубках и каналах.
Теплообмен излучением. Законы Планка, Релея-Джинса, Вина. Законы
Стефана – Больцмана, закон Ламберта.
Излучение черных тел, «серое» тело. Закон Кирхгофа для излучения.
Теплообмен излучением между параллельными пластинами, разделенными
прозрачной средой.
Солнечное излучение.
Теплообмен при конденсации и кипении жидкости. Теплоотдача при
ламинарном стекании пленки конденсата. Теплоотдача при турбулентном
стекании пленки конденсата. Теплоотдача при кипении жидкости.
Аналогия процессов переноса тепла и электричества. Законы Ома,
контурных токов, Кирхгофа и их использование для решения тепловых схем.
Системы обеспечения тепловых режимов радиоэлектронных аппаратов.
Классификация систем охлаждения РЭУ.
Конструкции воздушных систем охлаждения. Охлаждение стоек, шкафов,
пультов с РЭУ.
Охлаждение блоков РЭУ кассетной конструкции, книжной конструкции.
Охлаждение стационарной и передвижной наземной РЭУ. Охлаждение
самолетной, космической и судовой РЭУ.
Методы измерения температуры.
Методы моделирования тепловых процессов в конструкциях РЭУ на
ЭВМ.
Тема 1.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ РЭУ ОТ ВЛАГИ
Атмосферная коррозия деталей. Стойкость материалов к атмосферной
коррозии. Влагостойкость металлов и пластмасс. Процесс растворимости воды
в полимерах. Закон Генри.
Термопластичные органические материалы и их характеристики.
Термореактивные органические материалы и их характеристики. Резины
и эбониты и их параметры.
Защита от влаги с помощью покрытий. Металлические покрытия.
Цинковое, кадмиевое, никелевое, хромовое, медное, оловянное покрытия,
покрытия благородными металлами.
Анодно-окисные
покрытия.
Химические
окисные
покрытия.
Лакокрасочные покрытия и их свойства. Покрытия меламиновые.
Пентафталевые
и
глифталевые
покрытия.
Перхлорвиниловые,
нитроцеллюлозные покрытия. Эпоксидные, полиакриловые, фенольные,
битумные покрытия.
Герметизация РЭУ. Виды герметизации. Пропитка. Назначение,
особенности конструкций пропитываемых изделий. Основные свойства
пропиточных материалов.
Обволакивание и заливка. Расчет внутренних напряжений в компаундах
при заливке. Методы снижения внутренних напряжений в компаундах.
Основные свойства компаундов и рекомендации по их применению.
Разъемная герметизация. Особенности проектирования металлических
уплотнителей. Особенности проектирования резиновых уплотнителей.
Корпусы, крышки и их соединения. Расчет качества герметизации.
Неразъемная герметизация. Неразъемная герметизация сваркой и пайкой.
Проходные изоляторы для герметизированных корпусов. Расчеты
герметичности. Расчет усилия обжатия. Расчет утечки.
Раздел 2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭУ
Тема 2.1. МЕТОДЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭУ
Особенности методов конструирования РЭУ. Схема разработки
эффективной РЭУ. Классификация видов связей в РЭУ.
Сложившиеся методы конструирования РЭУ. Геометрический,
машиностроительный, топологический методы, метод моноконструкций,
базовый и эвристический методы, метод автоматизированного проектирования.
Тема 2.2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Конструкторские документы и их классификация. Стадии разработки
конструкторской документации. Техническое задание (ТЗ), техническое
предложение, эскизный проект, технический проект.
Виды и комплектность конструкторских документов. Виды и типы
изделий. Рабочая конструкторская документация. Схемная документация.
Текстовые документы.
Методы активизации технического творчества при конструировании.
Метод «мозгового штурма», морфологический метод, диаграмма идей,
инверсия, эмпатия.
Составляющие
творческой
деятельности:
уяснение
цели,
«генерирование» идей, отбор целей и анализ. Многошаговый синтез через
анализ. Принятие решений в условиях неопределенности.
Тема 2.3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ РЭУ
Элементная база 1-го, 2-го, 3-го, 4-го поколений. Элементная база 5-го
поколения – программируемая логика, микропроцессоры, устройства
функциональной электроники.
Тема 2.4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА
Методы монтажа, применяемые в мировой практике. Виды монтажа:
объемный, тонкопроводный, с помощью пружинных скоб, спрессовкой,
штырей на печатных платах, накруткой, методом «Малтиуайр».
Общие
понятия,
классификационные
признаки
и
основные
конструкторско-технологические разновидности печатных плат. Терминология.
Выбор материалов для печатных плат. Общие сведения о материалах для
печатных плат. Фольгированные медью материалы для жестких печатных плат.
Материал на основе бумаги, пропитанной диоксидной смолой. Стекломат,
пропитанный полиэфирной смолой. Материал на основе стеклоткани,
пропитанный эпоксидной смолой. Фольгированные материалы для гибких
печатных плат. Полиэфирная пленка. Полиимидная пленка. Фторированная
этиленпропиленовая пленка.
Варианты установки ЭРЭ на ПП. Компоновка элементов на ПП. Выбор
соединителей. Разработка несущих конструкций для ПП.
Конструкторские чертежи печатной платы. Размеры. Обработка по
контуру. Технологическая зона. Отверстия. Базы при нанесении размеров.
Виды размеров. Способы нанесения размеров. Свободные и сопряженные
размеры. Цепной и координатный методы нанесения размеров. Методы
прецедентов: метод подобия и расчетный метод при оформлении
конструкторской документации на печатные платы.
Назначение допусков на размеры при проектировании элементов
печатной платы. Методы простановки допусков. Посадки. Виды посадок.
Правила проводки проводников. Длина проводников. Штриховка проводников.
Маркировка на ПП.
Типовые технические требования по ПП.
Функциональные узлы (ФУ). Комплект конструкторских документов на
ФУ. Конструкторские расчетные соотношения на ФУ с микросхемами. ФУ
общего и частного применения. Моносхемный, схемно-узловой, каскадноузловой, функционально-узловой методы конструирования печатных плат.
Типовые технические требования на конструкцию сборочного печатного
узла.
Алгоритм разработки печатной платы. Расчетные соотношения при
конструировании печатных плат для расчета размеров элементов конструкции
печатных плат.
Электромагнитная совместимость в ПП. Причины возникновения
проблемы. Пути решения проблемы. Виды помех. Влияние связей на работу
элементов конструкции. Емкостные связи. Индуктивные связи. Расчет
величины паразитных емкостей. Расчет величины индуктивностей. Помехи изза рассогласования. Помехи из-за поверхностного эффекта.
Конструкторские
основы
обеспечения
ЭМС.
Экранирование:
электростатические
экраны,
магнитостатическое
экранирование,
электромагнитное экранирование. Примеры конструкций экранов. Подавление
помех по цепям питания. Заземление.
Новые платы тонкопроводного монтажа. Печатная плата с
металлическими основаниями.
Особенности конструирования многослойных печатных плат (МПП).
Задачи МПП. Материалы, перекрестные помехи в МПП. Методы получения
МПП. Особенности оформления конструкторской документации по МПП.
Тема 2.5. КОМПОНОВКА ИЗДЕЛИЙ РЭУ
Способы выполнения компоновочных работ: номографический,
аппликационный, модельный, графический, натуральный. Компоновочные
критерии: по надежности, тепловому режиму, размещению, технологичности,
по технологичности и стоимости, критерий функционирования и т.д.
Классификация компоновок. Централизованные и децентрализованные
компоновки систем. Многоблочные и одноблочные приборы. Секции, пульты,
стойки (щитовые, шкафные). Конструктивная иерархия.
Типовая структурная схема компоновки изделия на основе принципа "от
общего к частному". Разработка пространственной структуры изделия. Выбор
способа трассировки. Выбор конструктивных вариантов электрических и
механических соединений модулей низшего уровня. Уточнение габаритных и
посадочных размеров, модулей низшего уровня и определение размеров самого
изделия. Разработка ТЗ на конструирование модулей низшего уровня.
Тема 2.6. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ
Исходные положения при обработке изделия с точки зрения
технологичности. Конструктивные и технологические задачи отработки
изделия на технологичность. Технологичность изделия с точки зрения монтажа,
сборочных и настроечно-регулировочных операций. Значение отработки
конструкции деталей (точечных, штамповочных, литых, сварных и др.) с точки
зрения их технологичности.
Оценка технологичности всего изделия и его составных частей.
Определение обобщенных (интегральных) показателей технологичности
изделия.
Тема 2.7. КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ, РЯДЫ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ
Определение ряда типоразмеров несущих конструкций блоков.
Электрические соединения в конструкциях РЭУ. Типовые технологические
требования для РЭУ с объемным и печатным монтажом. Разработка сборочного
чертежа устройства. Упрощения на сборочных чертежах. Соединения на
сборочных чертежах устройств РЭУ. Типовые технические требования на
сборочных чертежах изделий, полученных сваркой. Спецификации к
сборочным чертежам. Деталирование сборочного чертежа. Конструкторский
анализ схемы Э3. Эксплуатационные требования к конструкции РЭУ. Выбор
способа монтажа при конструировании РЭУ. Типовые технические требования
к детали, полученной методом отливки. Типовые технические требования к
чертежам деталей из заготовок. Типовые технические требования к деталям из
профильной пластмассы.
Тема 2.8. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ РЭУ
Структура несущих конструкций РЭУ. Основные конструктивные уровни
РЭУ и соответствующие конструкции.
Конструктивно-технологические требования к несущим конструкциям.
Основные материалы несущих конструкций.
Жесткость деталей несущих конструкций.
Прочность деталей несущих конструкций при переменных нагрузках.
Устойчивость элементов несущих конструкций.
Конструирование деталей и узлов НК. Неразъемные соединения в НК.
Разъемные соединения в несущих конструкциях.
Компоновка конструктивных модулей первого уровня.
Компоновка модулей второго уровня.
Типовые несущие конструкции РЭУ.
Допуски и посадки деталей РЭУ. Взаимозаменяемость деталей и
размерные цепи. Допуски и посадки гладких цилиндрических и плоских
соединений. Отклонения формы и расположения поверхностей деталей.
Размерные цепи.
Выбор допусков и посадок на типовые детали и соединения РЭУ. Детали
несущих конструкций. Платы, корпуса, крышки. Детали опор. Опоры качения и
скольжения. Детали коммутационных устройств. Детали отсчетных устройств.
Детали из керамики, пластмасс, резины. Детали из отливок цветных металлов и
сплавов.
Тема 2.9. КОМПОНОВКА, КОНСТРУИРОВАНИЕ
И МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ БЛОКОВ И СТОЕК
Основные компоновочные схемы блоков и стоек, согласованные с
моделями первого уровня. Элементы механического крепления, фиксации.
Конструкции РЭУ. Унификация и стандартизация несущих конструкций.
Тема 2.10. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА
Общие сведения о проектировании электромонтажного чертежа
устройства. Выбор и монтаж проводов, укладка и вязка жгутов. Монтаж
навесных элементов. Обеспечение электрической прочности соединений.
Тема 2.11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Источники возникновения помех в РЭУ. Электромагнитная обстановка.
Понятие о совместимости и экранировании. Влияние нежелательных
электрических связей на работу элементов конструкции. Электростатическое
экранирование.
Магнитостатическое
экранирование.
Эффективность
экранирования
плоского
экрана.
Эффективность
экранирования
цилиндрического экрана. Эффективность экранирования сферического экрана.
Развязывающие фильтры. Экранное заземление. Разновидности объемного
монтажа, применяемые при разработке РЭУ.
Источники возникновения помех в РЭУ. Оценка работы конденсаторов и
резисторов при воздействии помех. Физические процессы в активных
компонентах при воздействии помех.
Влияние помех на цифровые схемы. Влияние помех на аналоговые
схемы.
Схемы сопряжения при воздействии помех. Помехи в источниках
питания.
Емкостная паразитная связь. Индуктивная паразитная связь. Паразитная
связь через общее сопротивление.
Электромонтаж и паразитные связи. Оценка воздействия радиопомех
мощных источников сигнала.
Электромагнитный
импульс
ядерного
взрыва.
Формирование
электромагнитного импульса в случаях наземного и высотного ядерных
взрывов и взрыва на малой высоте.
РЭУ как система "человек-машина". Художественное конструирование.
Функции и роль человека, управляющего применением РЭУ и
осуществляющего техническое обслуживание и ремонт. Эргономические
основы проектирования лицевых панелей. Строение анализаторов человека и
разновидности его сенсорных каналов.
Разработка лицевой панели. Расчет светотехнических характеристик
индикаторных устройств. Алгоритм работы оператора. Структурирование
лицевой панели. Композиционная проработка лицевой панели. Цветовая
проработка лицевой панели.
Тема 2.12. ВОПРОСЫ ПАТЕНТНОСТИ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ РЭУ
Патентоспособность
и
патентная
чистота.
Рационализаторское
предложение. Открытие. Изобретение. Патенты. Изобретение на способ.
Изобретение на конструкцию (устройство). Льготы и вознаграждения за
изобретения.
Раздел 3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭУ
РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Тема 3.1. МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИИ РЭУ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Универсализация и специализация РЭУ, влияние микроэлектроники.
Причины специализации РЭУ, достоинства и недостатки специализированной
РЭУ.
Основные понятия об особенностях разработки конструкций РЭУ
различного назначения и принципа функционирования. Наземные, бортовые и
носимые РЭУ. Специфика конструирования цифровых, аналоговых,
комбинированных узлов и блоков. Конструкции РЭУ с использованием
микропроцессоров и микроЭВМ. Мощные РЭУ и источники вторичного
электропитания.
Тема 3.2. БОРТОВАЯ РЭУ
Общая характеристика воздушных и ракетно-космических объектов.
Дестабилизирующие факторы для штатной и аварийной самолетной,
вертолетной, ракетной и космической РЭУ.
Тема 3.3. САМОЛЕТНАЯ И ВЕРТОЛЕТНАЯ РЭУ
Компоновочные схемы самолетной и вертолетной РЭУ. Особенности
размещения и эксплуатации самолетного радиооборудования. Обеспечение
удобства обслуживания и ремонтопригодности. Размещение органов отсчета и
управления в самолетной аппаратуре. Компоновка РЭУ на приборных досках.
Конструирование указателей, шкал, обеспечение их подсчета. Обеспечение
устойчивости ремонтной РЭУ к пониженным давлениям и резкому перепаду
температур. Амортизаторы и амортизационные устройства. Компоновка и
конструирование антенн и антенных систем. Обеспечение выполнения
требований
аэродинамики летательных аппаратов. Сокращение длины
волноводных трактов. Обеспечение электромагнитной совместимости
самолетных радиотехнических систем.
Некоторые
особенности
конструирования
радиооборудования
беспилотных самолетов и воздушных шаров.
Аварийная авиационная аппаратура. Компоновочные схемы аппаратуры
записи переговоров экипажа и аварийно-спасательных раций метрового и
короткометрового диапазонов. Конструктивные особенности наземной и
контрольно-проверочной аппаратуры.
Тема 3.4. РАКЕТНАЯ АППАРАТУРА
Особенности компоновки ракетной аппаратуры в зависимости от класса и
размеров ракеты-носителя. Обеспечение требований высокой безотказности в
работе, ремонтопригодности в предстартовый период, длительной сохранности
при многолетнем хранении, больших ударных нагрузках, резких колебаниях
температуры окружающей среды, особой ограниченности объема и массы из-за
минимизации стартового веса носителя.
Обеспечение работы ракетной РЭУ в автономном режиме,
дистанционного контроля управления, конструкции системы самонаведения и
радиовзрывателей. Обеспечение работоспособности ракет класса «воздухвоздух» и «воздух-земля». Особенности конструирования антенн ракетной
РЭУ.
Тема 3.5. РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОСМИЧЕСКИХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Виды космических летательных аппаратов (КЛА) и их влияние на
конструкцию РЭУ. Анализ механо-климатических требований к РЭУ,
размещаемой на КЛА. Особенности теплообмена в космической РЭУ и
обеспечение ее работоспособности в этих условиях. Требования к надежности.
Компоновка РЭУ на исследовательских спутниках. Оборудование
автоматических межпланетных станций. Особенности конструирования РЭУ
для спутников хозяйственного назначения (связных, метеорологических,
навигационных,
геофизических,
разведывательных).
Конструирование
солнечных фотоэлектрических элементов и батарей. Компоновка и
конструирование антенных систем КЛА. Радиоэлектронное оборудование
системы жизнеобеспечения обитаемых КЛА. Влияние микроминиатюризации
РЭУ на характеристики КЛА. Сравнительный анализ конструкций самолетной,
ракетной и космической РЭУ.
Тема 3.6. МОРСКАЯ АППАРАТУРА
Характеристика дестабилизирующих факторов, действующих на морскую
аппаратуру. Классификация морских самоходных судов. Особенности
защитных и защитно-декоративных покрытий морской РЭУ.
Тема 3.7. КОРАБЕЛЬНАЯ И СУДОВАЯ АППАРАТУРА
Компоновочные схемы корабельной и судовой аппаратуры в зависимости
от класса судов и кораблей. Конструктивные способы обеспечения
электромагнитной совместимости, работоспособности и ремонтопригодности
корабельной и судовой РЭУ в эксплуатации. Защита РЭУ от влаги с морской
солью и в условиях тропического климата. Обеспечение повышенной
ударопрочности РЭУ, устанавливаемой на боевых кораблях. Аппаратура
больших кораблей. Конструирование антенн и антенных систем. Компоновка
антенн на кораблях, выполняющих радиотехнические задачи. Конструирование
РЭУ для малых судов, торпедных и ракетных катеров. Особенности
конструирования корабельной аппаратуры для подводных лодок.
Тема 3.8. АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ И БУЙКОВАЯ РЭУ
Конструирование специальных аварийных радиостанций. Особенности
системы питания. Дополнительные механо-климатические требования,
вызванные особенностями эксплуатации рассматриваемой РЭУ.
Характеристика буйковой РЭУ. Обеспечение продолжительного
функционирования в автономном режиме. Конструктивное обеспечение
работоспособности РЭУ при больших избыточных давлениях на корпус буя.
Тема 3.9. НАЗЕМНАЯ АППАРАТУРА. НАЗЕМНАЯ ПЕРЕНОСНАЯ
И СТАЦИОНАРНАЯ РЭУ
Классификация наземной переносной и стационарной РЭУ. Особенности
переносной аппаратуры и ее отличие от стационарной. Требования к
аппаратуре, работающей в отапливаемых наземных и подземных сооружениях;
характеристика различных климатических зон. Анализ механо-климатических
требований к наземной переносной и стационарной аппаратуре обеих групп.
Требования к помещениям, где размещается РЭУ. Компоновочные схемы
наземной стационарной РЭУ. Конструкции стоек, шкафов, блоков и субблоков.
Обеспечение удобства и безопасной эксплуатации, обслуживания и ремонта.
Выполнение требований антропометрии, эргономики и технической эстетики
при размещении органов управления и индикации отдельных блоков. Правила
компоновки отдельных блоков в зависимости от их габаритов, массы,
тепловыделения. Конструирование пультов управления и отображения
информации. Конструирование лицевых панелей. Требования к несущей
конструкции. Конструктивные и монтажные соединения сборочных единиц.
Особенности компоновки сложных радиотехнических систем.
Конструирование
лабораторной
и
контрольно-измерительной
аппаратуры.
Требования по точности, удобству эксплуатации, технической эстетике,
надежности, ремонтопригодности. Несущие конструкции. Стандартизация и
унификация приборов и измерительных стоек. Точностные характеристики.
Перспективы развития.
Тема 3.10. СТАЦИОНАРНЫЕ РАДИОПЕРЕДАТЧИКИ
Классификация радиопередатчиков по мощности и диапазону частот.
Особенности конструирования мощных радиопередатчиков. Особенности
конструирования колебательных контуров и переключателей высокочастотных
цепей. Конструкция устройств настройки и установки частот. Особенности
конструкции элементов управления, блокировки и сигнализации. Система
охлаждения мощных радиопередатчиков. Обеспечение работоспособности
радиопередатчиков
при
воздействии
дестабилизирующих
факторов.
Обеспечение защиты обслуживающего персонала от излучения мощных
передатчиков.
Тема 3.11. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Классификация вычислительных устройств. Особенности конструкции
аналоговых и цифровых электронно-вычислительных машин. Вопросы
унификации при конструировании ЭВМ. Конструирование мини–ЭВМ.
Особенности конструирования периферийных устройств. Запоминающие
устройства. Применение в конструкциях ЭВМ многослойных печатных плат и
больших интегральных схем. Микропроцессоры и микроЭВМ на их основе и
перспективы их внедрения во многие типы РЭУ. Влияние элементной базы на
перспективы развития электронно-вычислительной техники.
Тема 3.12. НАЗЕМНАЯ ПОДВИЖНАЯ РЭУ
Особенности эксплуатации и требования к наземной подвижной РЭУ.
Характеристика транспортных средств. Влияние объекта установки и
дестабилизирующих
факторов
на
конструкцию
подвижной
РЭУ.
Компоновочные схемы подвижной аппаратуры различного класса.
Конструкторские методы обеспечения удобства эксплуатации и обслуживания.
Конструирование подвижных радиотехнических систем (РТС): контрольноизмерительных, геолого-разведочных лабораторий, штабных машин,
радиолокационных станций, подвижных пусковых установок и т.п.
Обеспечение электропитания РТС. Пути микроминиатюризации наземной
подвижной аппаратуры.
Тема 3.13. НОСИМАЯ РЭУ
Характеристика носимой аппаратуры. Анализ компоновочных схем с
учетом физических возможностей оператора. Области применения и анализ
типичных конструкций носимой РЭУ. Требования к органам управления и
индикации, габаритам и весу, источникам питания. Сверхминиатюрная
аппаратура, влияние на ее характеристики микроэлектронной элементной базы
и микрокомпонентов. Носимая РЭУ с последующим развертыванием на
местности. Конструирование футляров и укладочных ящиков.
Тема 3.14. БЫТОВАЯ РЭУ
Общие требования к бытовой РЭУ. Классификация телевизионной,
радиоприемной аппаратуры, аппаратуры магнитной записи и воспроизведения,
электрофонов. Музыкальные центры, аппаратура высшего класса. Требования к
эстетике и эргономике. Взаимосвязь технических параметров бытовой
аппаратуры и стоимости. Функционально-узловой метод конструирования
бытовой РЭУ. Акустические устройства и акустические системы бортовой
РЭУ. Компоновочные схемы бытовой РЭУ. Обеспечение простоты и удобства
использования и обслуживания бытовой РЭУ. Значение технологичности
бытовой РЭУ и конструктивное обеспечение технологичности. Проектирование
контрольно-испытательного
оборудования.
Комплексная
механизация
производства бытовой РЭУ. Пути микроминиатюризации бытовой РЭУ.
Тенденции развития бытовой аппаратуры.
Тема 3.15. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ. ИСТОЧНИКИ
ПЕРВИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Классификация источников первичного электропитания (ИПЭ).
Основные электрические параметры ИПЭ. Области использования различных
ИПЭ. Электрические сети и генераторы. Гальванические элементы и батареи.
Аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Полупроводниковые элементы и
батареи. Обоснование и оценка выбора ИПЭ.
Тема 3.16. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Классификация вторичных источников питания (ВИП). Система
электропитания
и
схема
источников
вторичного
электропитания.
Функциональные узлы источников электропитания.
Компоновка
блоков
электропитания.
Конструирование
шин
электропитания. Пути комплексной миниатюризации источников питания.
Конструктивные способы обеспечения тепловых режимов ВИП.
Тема 3.17. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Дальнейшее развитие конструкций РЭУ. Применение микропроцессоров
и создание на их основе многофункциональных, однородных по конструкции
узлов. Конструкции РЭУ, использующих принципы обработки, передачи и
отображения информации на основе явлений оптоэлектроники и
функциональной электроники. Обеспечение гибкости в проектировании и
производстве при повышении степени интеграции микросхем. Использование
принципов физической интеграции при конструктивной реализации РЭУ.
Дальнейшее развитие повышения уровня интеграции, новые решения (монтаж
на поверхности, крупноформатные подложки, интеграция на целой пластине).
Возрастание роли конструктора-технолога в развитии радиотехнических
систем, расширение комплексного многогранного применения вычислительной
техники.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Правила установки электрорадиоэлементов.
Расчет собственной частоты конструкции.
Расчет собственной частоты печатной платы.
Расчет системы виброизоляции.
Расчет тепловых режимов блоков РЭУ.
Расчеты печатных плат.
Расчеты системы экранирования.
Расчет влагозащиты.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование тепловой характеристики герметичного блока РЭУ.
2. Исследование тепловой характеристики перфорированного блока РЭУ.
3. Исследование радиаторов полупроводниковых приборов.
4. Исследование термостабилизации усилительного каскада.
5. Исследование собственной частоты печатной платы.
6. Исследование процесса передачи вибраций в системе «виброизолятор –
кожух – узел».
7. Исследование влияния индустриальных электромагнитных помех на
работоспособность модулей РЭУ.
8. Исследование компоновки вторичных источников питания.
9. Конструкторский анализ устройства. Разработка схемной документации и
перечня элементов.
10. Разработка и оптимизация типового элемента замены.
11. Разработка чертежа печатной платы устройства РЭУ.
12. Разработка сборочного чертежа функционального узла.
13. Разработка сборочного чертежа устройства РЭУ.
14. Разработка передней панели устройства РЭУ.
15. Разработка несущей конструкции устройства РЭУ.
16. Исследование технологичности конструкции РЭУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ
1. Разработка конструкции узла в микроэлектронном исполнении (датчик,
усилитель, компаратор и т.д.);
2. Разработка конструкции блока (приемник, передатчик, излучатель, пульт и др.).
3. Разработка
конструкции
контрольно-измерительной
аппаратуры,
контактирующего устройства.
4. Разработка конструкции узла обработки аналоговой или цифровой
информации.
5. НИР по комплексной микроминиатюризации устройств различного
назначения и др.
Примерный объем курсового проекта – 40 - 60 страниц текста и 4 листа
графического материала (формат А1). На выполнение курсового проекта
необходимо до 60 часов самостоятельной работы студентов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ
1.
2.
3.
AutoCAD.
PCAD.
SolidWorks.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учебник для
вузов. - М.: Высш. шк., 1990.
2. Куземин А.Я. Конструирование и микроминиатюризация электронновычислительной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь,
1985.
3. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация
радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр.
отд. - 1984.
4. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования и надежности
РЭУ. - Мн.: Берлита, 1998.
5. Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем,
микросборок и аппаратуры на их основе: Учеб. пособие для вузов/
Г.В. Алексеев и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого. - М.: Радио и связь, 1981.
6. Левин А.П., Сватикова Н.Э. Расчет вибропрочности конструкции РЭУ. М.: МИРЭУ, 1983.
7. Каленкович Н.И., Фастовец Е.П., Шамгин Ю.В. Механические воздействия
и защита РЭУ. Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. шк., 1989.
8. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при
конструировании радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов. радио, 1976.
9. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. 2-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1975.
10. Мевис А.Ф., Несвижский В.Б., Фефер А.И. Допуски и посадки деталей
радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Под ред. О.А. Луппова. - М.:
Радио и связь, 1984.
11. Преснухин Л.Н., Шахнов З.А. Конструирование электронных
вычислительных машин и систем. - М.: Высш. шк., 1986.
12. Справочник конструктора РЭУ: Компоненты, механизмы, надежность/
Н.А. Барканов, Б.Е. Бердичевский, П.Д. Верхопятницкий и др.; Под ред.
Р.Г. Варламова. - М.: Радио и связь, 1985.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: Справочник/ В.А. Аронов,
А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н. Горбунова - 2-е изд.,
перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные
приборы: Справочник/ А.В. Баюков, А.Б. Гитцевич и др.; Под общ. ред.
Н.Н. Горбунова. 2-е изд, перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
3. Справочник
по
интегральным
микросхемам/
В.В.
Тарабрин,
С.В. Якубовский, Н.А. Барканов и др.; Под ред. В.В. Тарабрина. - 2-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980.
4. Справочник по электрическим конденсаторам/ Н.Н. Дьяконов,
В.И. Карабанов, В.И. Присняков и др.; Под ред. И.И. Четвертакова. - М.: Радио
и связь, 1983.
5. Резисторы: Справочник/ Ю.Н. Андреев и др. Под ред. И.И. Четвертакова. М.: Энергоатомиздат, 1981.
6. Бачелис Д.С. и др. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник/
Под общ.ред. Н.И. Белоусова. - М.: Энергия, 1971. - 704 с.
7. Разработка и оформление конструкторской документации РЭУ:
Справочник./ Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликова и др. - М.: Радио и
связь, 1989.
8. Справочник по радиотехническим материалам. В 2 т. Т.2 / Под ред.
Ю.В. Корицкого и др. 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
9. Улинич Р.Б. Практическое обеспечение надежности РЭУ при
проектировании. - М.: Радио и связь, 1985.
10. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.
11. Справочник конструктора РЭУ: Общие принципы конструирования/ Под
ред. Р.Г. Варламова. - М.: Сов. радио, 1980.
12. ГОСТ 2.310-68. ЕСКД. Нанесение на чертежах обозначений, покрытий,
термической и других видов обработки.
13. ГОСТ 2.401-68 - ГОСТ 2.427-75. ЕСКД. Правила выполнения чертежей
различных изделий.
14. ГОСТ 9.303-84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к
выбору.
15. Пестряков В.Б. Конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов.
радио, 1975.
16. ГОСТ 9.104-78. Покрытия лакокрасочные. Группы условий эксплуатации.
17. ГОСТ 10317-79. Разъемы печатных плат.
18. ГОСТ 16840-78. Лепестки печатные. Основные параметры конструкции.
19. Сватикова Н.Е., Григорьев В.Н., Левин А.П. Программа, методические
указания и контрольные задания по курсу "Конструирование и
микроминиатюризация РЭУ". - М., 1980.
20. ГОСТ 2.103-68. ЕСКД. Стадии разработки конструкторской документации.
21. ГОСТ 12174-76. Резисторы переменные проволочные. Корпуса. Основные
параметры.
22. ГОСТ 23751-86. Платы печатные.
23. ГОСТ 23752-86. Платы печатные. Общие технические условия.
24. ГОСТ 23921-79. Лепестки четырехсекционные, закрепляемые витками или
опрессовкой. Конструкция и размеры.
25. ГОСТ 25546-84. Резонаторы кварцевые. Общие технические условия.
26. ОСТ 4ГО.010.027. Отверстия вентиляционные. Конструкция и размеры.
27. ОСТ 4ГО.010.010-81. Установка навесных элементов на печатные платы.
28. ОСТ 4ГО.010.036. Узлы и блоки на микросхемах. Методика обоснования и
выбора типовых конструктивно-технологических решений.
29. ОСТ 4ГО.014.000. Покрытия металлические и неметаллические. Область
применения.
30. ОСТ 4ГО.070.019. Скобы, ленты, хомуты для крепления кабелей; жгутов,
проводов. Руководство по выбору.
31. ОСТ 4ГО.364.004. Гнезда и штепсели однополюсные контрольные.
32. ОСТ 4ГО.812.00. Детали крепления радиоэлементов на печатной плате.
Технические условия.
33. ОСТ 4.447.001-79. Контуры и катушки индуктивности малогабаритные для
печатного монтажа.
34. ОСТ 11029-001-47. Флюсы и припои.
35. ОСТ 1 1ПО.775.009. Наконечники кабельные для неизолированных
проводов.
36. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному
черчению. - Л.: Машиностроение, 1972.
37. Соломахо В.Л., Томилин Р.И., Цитович Б.В., Юдовин Л.Г. Справочник
конструктора-приборостроителя. - Мн.: Выш. школа, 1983.
38. Шерстнев В.В. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА. - М.:
Радио и связь, 1984.
39. Соскаров В.В. и др. Система стандартов в электросвязи и
радиоэлектронике. - М.: Радио и связь, 1986.
40. Шило В.Л. Полупроводниковые цифровые микросхемы: Учебник. - М.:
Металлургия, 1988.
41. Варламов Р.Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов.
радио, 1975.
42. Павловский В.П. Проектирование технологических процессов РЭУ. - Л.:
Энергия, 1984.
43. Воробьева Ж.С. и др. Разработка КД. Сборочные чертежи. - Мн.: БГУИР,
1996.
44. Воробьева Ж.С. и др. Курсовой проект. Методическая разработка. Мн.: БГУИР, 1999.
45. Каленкович Н.И., Воробьева Ж.С. и др. Инструкция к пакету программ
расчета теплового режима, вибропрочности, надежности, технологичности РЭУ
и трансформатора по дисциплине "Конструирование и микроминиатюризация
РЭУ" для студ. спец. "Конструирование и технология радиоэлектронных
средств". - Мн.: МРТИ, 1991.
46. Буловский П.И. и др. Надежность приборов и систем управления. - Л.:
Машиностроение, 1975.
47. Авиационная акустика/ Под ред. А.Г. Мунина. - М.: Машиностроение,
1981.
48. Устройства электропитания бытовой РЭУ. - М.: Радио и связь, 1991.
49. Реферативный журнал. 24. Радиотехника. 24 Д. Проектирование,
конструирование, технология и оборудование для радиотехнического
производства. 1991, № 11.
50. Обмен опытом в радиопромышленности. Конструкторская документация:
техническое задание. Рекомендации по составлению технического задания и
проведению конструкторского анализа: Справочно-учебно-метод. пособие для
студ. спец. "Конструирование и производство РЭУ"/ Под ред. Ж.С. Воробьевой,
Н.С. Образцова. - Мн.: БГУИР, 1994.
51. Воробьева Ж.С., Образцов Н.С. и др. Методическое пособие и сборник
заданий для курсового проектирования и лабораторно-практических заданий
для студентов специальности "Конструирование и производство РЭУ" (с
приложением). - Мн.: МРТИ, 1992.
52. Воробьева Ж.С., Образцов Н.С. и др. Методическое пособие по разработке
печатного монтажа. Сборник заданий для конструкторского практикума для
студ. спец. "Конструирование и производство РЭУ". - Мн.: МРТИ, 1993.
53. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для студ.
спец. "Конструирование и технология радиоэлектронных средств"/ Н.С.
Образцов, В.Ф. Алексеев, С.Ф. Ковалевич и др.; Под ред. Н.С. Образцова. Мн.: МРТИ, 1984.
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-062/тип.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств,
-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование
радиоэлектронных средств
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28» мая 2003 г.
Составитель:
В.Е. Галузо, доцент кафедры радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Д.В. Крыжановский, доцент кафедры электронно-вычислительных средств
Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
Кафедра общетехнических дисциплин Учреждения образования «Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 4 от
30.01.2003 г.);
Кафедра информатики Учреждения образования «Минский государственный
высший радиотехнический колледж» (протокол № 9 от 24.04.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 12 от 14.04.2003 г., протокол № 9 от 13.01.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Проектирование интегральных микросхем» разработана в
соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.105.-98 для
специальностей -39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование
радиоэлектронных средств, -39 02 02 Проектирование и производство
радиоэлектронных средств высших учебных заведений. Она предусматривает
изучение вопросов проектирования и производства интегральных микросхем (ИМС)
различного конструктивно-технологического исполнения и функционального
назначения, предназначенных для создания на их базе современных
радиоэлектронных средств (РЭС). Целью изучения дисциплины является
приобретение знаний и навыков в области проектирования, производства и
применения ИМС.
В результате освоения дисц. «Проектирование интегральных микросхем»
студент должен:
знать:
- принципы проектирования ИМС и методики конструктивного расчета
элементов и фрагментов ИМС широкого функционального назначения;
- принципы, методы и средства реализации технологических процессов и
маршрутов производства ИМС;
- взаимосвязь функциональных, конструктивных и технологических параметров
ИМС;
- основы контроля электрических характеристик элементов ИМС;
-основы обеспечения работоспособности ИМС при воздействии внешних
дестабилизирующих факторов;
-основные критерии качества ИМС и их взаимосвязь с конструктивнотехнологическими параметрами;
- основные требования к оформлению конструкторской и технологической
документации на производство ИМС;
- перспективы совершенствования ИМС как элементной базы радиоэлектронных
средств;
уметь характеризовать:
- достоинства и недостатки различных вариантов конструктивного исполнения
элементов и ИМС в целом, а также технологических операций и маршрутов их
изготовления;
уметь анализировать:
- техническое задание на проектирование ИМС и грамотно определять ее
конструктивно-технологическое исполнение;
- результаты исследований и моделирования характеристик ИМС;
приобрести навыки:
- компьютерного проектирования элементов, технологии и электрических
характеристик ИМС;
- измерения электрических характеристик и определения параметров электрических
моделей элементов ИМС;
- разработки конструкторской
производство ИМС.
и
технологической
документации
на
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Преимущества современных РЭС на основе ИМС по сравнению с РЭС
предшествующих поколений по основным критериям качества ( надежность,
ремонтопригодность, энергопотребление, габаритные размеры, вес и т.д. ).
Области применения ИМС. Достижения микроэлектроники.
Терминология (интегральная микросхема и технология, степень
интеграции, подложка, плата, кристалл, элемент и компонент).
Классификация ИМС по конструктивно-технологическим признакам.
Полупроводниковые (биполярные и МДП) ИМС и гибридные (тонкопленочные
и толстопленочные) ГИМС. Сравнение и выбор оптимального конструктивнотехнологического варианта ИМС по критериям: функциональное назначение,
обеспечение электрических характеристик (частотные характеристики),
рассеиваемая мощность, надежность и экономическая рентабельность.
Раздел 1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС
Тема 1.1. МАТЕРИАЛЫ
Материалы полупроводниковых пластин (кремний и арсенид галлия), их
основные электрофизические характеристики. Типы полупроводниковых
пластин и их обозначение.
Тема 1.2. ЭПИТАКСИЯ
Физика процесса. Назначение. Основные методы и техника проведения
(оборудование, технологические режимы, химические реакции, поли- и
монокристаллический
кремний).
Легирующие
примеси
и
типы
электропроводности. Диффузанты. Распределение легирующих примесей по
толщине (профиль легирования). Толщина и удельное сопротивление
эпитаксиальных слоев, методы их контроля. Достоинства и недостатки
процесса.
Тема 1.3. ФОРМИРОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК
Использование диэлектрических пленок в технологии и конструкции
полупроводниковых ИМС (пассивирующие, изолирующие, маскирующие и
требования к их параметрам). Нитридные и оксидные пленки кремния.
Термическое
окисление
кремния
(способы,
техника
проведения,
характеристики пленок, достоинства и недостатки). Химическое осаждение
диэлектрических пленок (способы, техника проведения, достоинства и
недостатки).
Тема 1.4. ДИФФУЗИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ
Физика процесса. Назначение. Диффузанты (агрегатное состояние,
достоинства и недостатки). Оборудование (устройство диффузионной печи).
Способы диффузии («загонка» и «разгонка»), технологические режимы
(температура и время) и профили легирования. Достоинства двухстадийной
диффузии (воспроизводимость параметров и маскирование). Достоинства и
недостатки диффузионного легирования.
Тема 1.5. ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ
Назначение. Ионная имплантация (ИИ). Физика процесса. Устройство и
принцип действия установки ИИ. Источники ионов. Маскирующие пленки.
Доза и энергия ИИ и их влияние на профиль легирования.
Послеимплантационный отжиг. Достоинства и недостатки ионного
легирования.
Тема 1.6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИПОЛЯРНЫХ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС
Методы
изоляции
элементов
и
технологические
маршруты
(пооперационный техпроцесс) изготовления полупроводниковых биполярных
ИМС: с разделительной диффузией, с диэлектрической изоляцией (эпикпроцесс и кремний на сапфире), с комбинированной изоляцией (изопланар).
Сравнение техпроцессов по критериям: сложность и процент выхода годных,
степень интеграции (размеры элементов), качество изоляции (токи утечки и
паразитные емкости).
Тема 1.7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП ИМС
Технологические маршруты изготовления МДП ИМС: с алюминиевым
затвором и с поликремниевым затвором (сравнение по размерам элементов и
паразитным емкостям), К-МДП ИМС.
Раздел 2. ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ИМС
Тема 2.1. МАТЕРИАЛЫ
Назначение тонких пленок в полупроводниковых и гибридных ИМС.
Материалы подложек. Материалы тонких пленок (резистивные, проводящие,
диэлектрические). Удельное сопротивление квадрата резистивной и удельная
емкость диэлектрической пленок. Адгезия пленок.
Тема 2.2. НАПЫЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ
Назначение вакуума. Степени вакуума. Средства откачки вакуума
(форвакуумный механический и паромасляный диффузионный насосы,
принципы работы и достижимые степени вакуума). Средства контроля вакуума
(ионизационный и термопарный манометры, принципы работы). Методы
напыления тонких пленок в вакууме: термическое испарение, катодное и
ионно-плазменное распыление (способы испарения и распыления материалов,
устройство вакуумной камеры и техника процессов в ней). Реактивное
распыление (техника процесса). Достоинства и недостатки методов
(возможность напыления тугоплавких и диэлектрических пленок, чистота и
адгезия пленок, степени вакуума).
Тема 2.3. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИМС
Фотолитография. Фоторезисты (типы, основные характеристики).
Фотошаблоны (техника изготовления, метки совмещения, способы
экспонирования). Разрешающая способность фотолитографии (эффекты, ее
ограничивающие). Техника проведения процесса (последовательность
операций,
оборудование,
технологические
режимы,
материалы).
Рентгенолитография (физика процесса, техника проведения, достоинства и
недостатки процесса). Электронолитография (физика процесса, техника
проведения, достоинства и недостатки процесса).
Тема 2.4. ТЕХПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ ИМС
Технологические маршруты изготовления тонкопленочных ИМС,
содержащих резисторы и конденсаторы, с использованием фотолитографии.
Раздел 3. ТЕХНОЛОГИЯ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ ИМС
Толстые пленки. Назначение. Достоинства и недостатки толстых пленок в
сравнении с тонкими. (рассеиваемая мощность, стабильность, диапазон и
точность воспроизведения электрических характеристик элементов).
Подложки. Материалы толстых пленок (виды, маркировка и состав паст).
Трафареты
(назначение,
изготовление).
Технологический
маршрут
изготовления толстопленочной ИМС (техника трафаретной печати,
последовательность нанесения и температура выжигания паст).
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Тема 4.1. СВАРНЫЕ И ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Термокомпрессионная и ультразвуковая сварки при сборке ИМС
(назначение, техника процессов, используемые материалы). Пайка выводов
компонентов (припои, качество паяного соединения, металлизация контактных
площадок).
Тема 4.2. МОНТАЖНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Разрезание подложек на платы и пластин на кристаллы (скрайбирование).
Методы монтажа компонентов и кристаллов («чипов») на плате ГИМС
(крепление к плате, присоединение выводов к контактным площадкам).
Монтаж платы ГИМС и кристалла полупроводниковой ИМС.
Тема 4.3. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ИМС
Методы герметизации ИМС (заливка компаундом, герметизация в
корпусе). Типы корпусов (металлостеклянные, металлокерамические и
пластмассовые) и герметизация ИМС в них.
Раздел 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС
Тема 5.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Биполярные ИМС. Структура, топология и профиль легирования
интегрального
биполярного
n-p-n–транзистора.
Электрофизические
характеристики областей (концентрация и подвижность носителей заряда,
удельное сопротивление) и p-n–переходов (ширина обедненного слоя и
потенциальный барьер); их связь с профилем легирования. Основные
электрические характеристики (коэффициент усиления, граничная частота и
напряжение пробоя) и их связь с топологией и профилем легирования
биполярного транзистора. Интегральный латеральный p-n-p биполярный
транзистор (структура и топология). Сравнение по электрическим
характеристикам с n-p-n – транзистором.
Тема 5.2. РЕЗИСТОРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС
Конструкции (структура и топология) и их сравнительный анализ
(обеспечиваемое сопротивление и его погрешность). Конструктивный расчет.
Тема 5.3. КОНДЕНСАТОРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС
Конденсаторы на основе р-n – перехода. Конструкции (структура и
топология) и
их сравнительный анализ
(обеспечиваемые емкости,
погрешности и рабочие напряжения). Конструктивный расчет. МДПконденсаторы. Конструктивный расчет.
Тема 5.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Полевые транзисторы с затвором на основе p-n – перехода и барьера
Шоттки. Конструкция (структура и топология). Основные электрические
характеристики (напряжение отсечки и крутизна) и их взаимосвязь с
топологией и профилем легирования. Полевые транзисторы типа МДП.
Конструкции (структура и топология) МДП-транзисторов с индуцированным и
встроенным, p- и n-каналами. Основные электрические характеристики
(пороговое напряжение и крутизна) и их связь с топологией и параметрами
структуры (толщиной диэлектрика и степенью легирования подложки).
Раздел 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛЕНОЧНЫХ ИМС
Тема 6.1. РЕЗИСТОРЫ ПЛЕНОЧНЫХ ГИМС
Конструкции (топология) резисторов простой и сложной формы, их
достоинства и недостатки. Связь конструкции и технологии изготовления.
Подгоняемые резисторы (необходимость изготовления, топология и способ
подгонки). Конструктивный расчет.
Тема 6.2. КОНДЕНСАТОРЫ ПЛЕНОЧНЫХ ГИМС
Конструкции (топология). Связь конструкции и технологии изготовления.
Конструктивный расчет.
Раздел 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ИМС
Тема 7.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ИМС
Коммутационная схема (схема расположения). Технические требования и
технологические ограничения (минимальные размеры и расстояния между
элементами, метки совмещения) при разработке топологии.
Паразитные емкости. Оценка их влияния на работоспособность ИМС.
Расчет и способы их уменьшения.
Тема 7.2. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ИМС
Оценка теплового режима и его связь с конструкцией ИМС (способом
герметизации).
Расчет надежности ИМС и ее связь с условиями эксплуатации
(электрическая нагрузка, внешние воздействия).
Раздел 8. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИМС
Тема 8.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИОДОВ
Математические
модели
и
эквивалентные
схемы
диодов.
Малосигнальная, шумовая и температурная модели диода. Параметры
математических моделей диодов и методики их экспериментального
определения.
Тема 8.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Математические модели и эквивалентные схемы биполярного
транзистора для разных режимов работы и функционального назначения ИМС.
Математическая модель биполярного транзистора для режима большого
сигнала. Малосигнальная, шумовая и температурная модели биполярного
транзистора. Параметры математических моделей биполярного транзистора и
методики их экспериментального определения.
Тема 8.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Математическая модель полевого транзистора с управляющим р-n –
переходом (ПТУП). Модели большого и малого сигналов. Шумовая и
температурная модели. Параметры математической модели ПТУП и методики
их экспериментального определения. Математические модели МДПтранзистора. Модели большого и малого сигналов, первого, второго и третьего
уровней. Шумовая и температурная модели. Параметры математической
модели МДП-транзистора и методики их экспериментального определения.
Тема 8.4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Программа SPICE. Правила составления входного файла. Описание
схемных элементов. Режимы моделирования. Директивы входного файла.
Раздел 9. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИМС
Тема 9.1. БИПОЛЯРНО –ПОЛЕВЫЕ ИМС
Однокристальные
биполярно-полевые
ИМС.
Достоинства.
Конструктивно-технологические особенности. Фукционально-интегрированные
биполярно-полевые элементы.
Тема 9.2. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИМС (ПЛИМС)
Достоинства. Область применения. Конструктивно-технологические
особенности. Основы проектирования ИМС на основе ПЛИМСов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование процессов диффузионного легирования и термического
окисления.
2. Исследование процесса ионного легирования.
3. Исследование
взаимосвязи
конструктивно-технологических
и
электрических параметров биполярного транзистора.
4. Исследование
взаимосвязи
конструктивно-технологических
и
электрических параметров полевых транзисторов.
5. Температурные исследования параметров элементов полупроводниковых
ИС.
6. Исследование тонкопленочных резисторов сложной формы.
7. Изучение конструкций гибридных ИМС.
8. Проектирование топологии ИМС.
9. Схемотехническое проектирование ИМС.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ
1. Разработка конструкции и технологии изготовления ИМС усилителя
низкой частоты.
2. Разработка конструкции и технологии изготовления ИМС логического
элемента.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Моделирование диффузионного легирования и термического окисления.
Моделирование ионного легирования.
Моделирование биполярного транзистора.
Моделирование полевого транзистора с управляющим р-n – переходом.
Моделирование МДП-транзистора.
Программа SPICE.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и
микросборок: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.
2. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и
микропроцессоров: Учебник для вузов. 2-изд., перераб. и доп. - М.: Радио и
связь, 1987.
3. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем: Учеб. пособие. - Мн.:
Выш. шк., 1985.
4. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование:
Учеб. пособие для вузов/ Л.А. Коледов и др.; Под ред. Л.А. Коледова. - М.:
Высш. шк., 1984.
5. Матсон Э.А. , Крыжановский Д.В. Справочное пособие по
конструированию микросхем. – Мн.: Выш. шк., 1982.
6. Микроэлектроника: Учеб. пособие для втузов. В 9 кн./Под ред.
Л.А. Коледова. Кн. 5: Качество и надежность интегральных микросхем/ И.Я.
Козырь. - М.: Высш. шк., 1987.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Кобболд Р. Теория и применение новых транзисторов. – Л.: Энергия, 1975.
2. Кремниевые и планарные транзисторы / Под ред. Я.А. Федотова. - М.:
Сов. радио, 1973.
3. Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технологии и конструирование ИМС: Учеб.
пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992.
4. Парфенов О.Д. Технология микросхем: Учеб. пособие для вузов. –
Высш. шк., 1986.
5. Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементы ЭВА:
Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1982.
6. Программа и методические указания к курсовому проектированию по
курсу «Проектирование и производство интегральных микросхем»/А.В.
Будник, В.Е. Галузо, Н.И. Каленкович. - Мн.: БГУИР, 1998.
7. Лабораторный практикум по курсу « Проектирование и производство
интегральных микросхем»/А.В. Будник, В.Е. Галузо. – Мн: БГУИР, 1998.
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный ТД-39-061/тип
ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное
проектирование радиоэлектронных средств,
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составитель:
В.В. Баранов, профессор кафедры электронной техники и технологии
Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук
Рецензенты:
А.И.
Белоус,
заместитель
директора
Научно-исследовательского
конструкторско-технологического
предприятия
«Белмикросистемы»
Республиканского унитарного предприятия «Интеграл», профессор, доктор
технических наук;
Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств
Учреждения образования «Полоцкий государственный университет» (протокол
№ 15 от 08.04.2002 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования
«Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники» (протокол № 13 от 04.03.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции
радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в
области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая
программа
«Электрорадиоэлементы
и
устройства
функциональной электроники» разработана в соответствии с Образовательным
стандартом РД РБ 02100.5.105-98 для специальностей -39 02 01
Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств
-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств высших
учебных заведений.
Целью изучения дисциплины является обеспечение теоретической и
практической подготовки студентов в вопросах выбора и проектирования
элементной базы радиоэлектронных средств (РЭС). Полученные при изучении
дисциплины знания необходимы для конструирования конкурентоспособных
РЭС, имеющих оптимальные технико-экономические показатели качества.
Основные задачи изучения дисциплины состоят в следующем:
- ознакомиться с основными разновидностями, принципами работы и
типичными электрическими параметрами важнейших составляющих
элементной базы РЭС – электрорадиоэлементами и устройствами
функциональной электроники (ЭРЭ и УФЭ). Третья составляющая элементной
базы современных РЭС – интегральные микросхемы, в том числе БИС, в
данной дисциплине подробно не изучаются, а рассматриваются лишь в
сравнительном аспекте, необходимом при выборе элементной базы;
- изучить основные конструктивно-технологические особенности ЭРЭ и УФЭ,
определяющие их электрические параметры;
- получить представление о применяемых подходах к проектированию и
методах конструктивного расчета наиболее распространенных разновидностей
элементной базы РЭС (электромагнитных трансформаторов и дросселей,
устройств акустоэлектроники, оптоэлектроники, элементов устройств
коммутации и др.), в том числе с использованием моделей.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- конструктивные возможности различных типов ЭРЭ и УФЭ для достижения
требуемых электрических параметров РЭС;
- основные особенности технологии ЭРЭ и УФЭ;
уметь:
- на основе анализа условий работы и функциональных возможностей ЭРЭ и
УФЭ различных типов обоснованно осуществлять выбор стандартной
элементной базы для РЭС заданного класса;
- выполнять конструктивный расчет основных разновидностей нестандартных
ЭРЭ и УФЭ;
- выбирать типовые технологические процессы изготовления ЭРЭ и УФЭ с
учетом возможностей оборудования и применяемых материалов.
Базовыми для изучения данной дисциплины являются «Физикохимические
основы
микроэлектроники
и
технологии»,
«Основы
радиоэлектроники»,
«Материаловедение»,
«Теоретические
основы
конструирования, технологии и надежности», а также «Технология деталей и
конструкционные материалы».
Усвоение данной дисциплины необходимо для дальнейшего изучения
конструкторско-технологических дисциплин: «Проектирование и технология
микросхем», «Технология РЭУ и автоматизация производства».
Программа рассчитана на объем 68 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций–34 часа, лабораторных
работ–17 часов, практических занятий–17 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Понятие и классификация элементной базы РЭС; особенности
интегральных микросхем (ИМС), дискретных ЭРЭ, УФЭ, сенсоров и
актюаторов. Примеры функциональных преобразователей. Функциональная,
конструктивная и технологическая интеграция элементов РЭС. Преимущества
изделий интегральной электроники (ИМС и УФЭ).
Раздел 1.ЭВОЛЮЦИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ РЭС. ОСНОВНЫЕ
НАПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Поколения РЭС и эволюция элементной базы. Оценка показателей
качества РЭС различных поколений. Комплексная микроминиатюризация РЭС,
роль компоновки элементов и межэлементных соединений. Оптимальное
использование ИМС, УФЭ и дискретных электрорадиоэлементов. Основные
тенденции развития интегральной электроники. Общая характеристика
основных направлений функциональной электроники (ФЭ), примеры
устройств.
Раздел 2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭРЭ И УФЭ
С УЧЁТОМ ТРЕБОВАНИЙ САПР
Моделирование РЭС и её элементной базы - неотъемлемый атрибут
компьютерного проектирования с применением САПР. Модель ЭРЭ и УФЭ как
композиция рабочего элемента, элементов защиты от внешних воздействий,
деталей крепления и соединения. Основные и паразитные параметры, их
физическое обоснование, связь с конструкцией и технологией. Примеры
моделей: Эбберса-Молла биполярных транзисторов, твёрдотельных МОП
структур и структур с биполярно-полевым эффектом, аналоговых ИМС,
элементов с распределёнными параметрами.
Раздел 3. КОНДЕНСАТОРЫ, РЕЗИСТОРЫ, КАТУШКИ
ИНДУКТИВНОСТИ, ТРАНСФОРМАТОРЫ, LC-ФИЛЬТРЫ И ЛИНИИ
ЗАДЕРЖКИ. ЭЛЕМЕНТЫ И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА
Тема 3.1. РЕЗИСТОРЫ
Условия использования дискретных ЭРЭ в современных РЭС. Резисторы,
их классификация, модели (схемы замещения), параметры. Особенности
конструкции постоянных резисторов. Маркировка. Резисторы со специальными
свойствами:
терморезисторы,
низкоомные
резисторы,
варисторы,
фоторезисторы и др. Переменные резисторы. Старение резисторов.
Тема 3.2. КОНДЕНСАТОРЫ
Классификация конденсаторов. Модели в различном интервале частот,
параметры конденсаторов, их маркировка. Особенности конструкции,
технологичность, масса, стоимость и другие технико-эксплуатационные
показатели. Использование конденсаторов и резисторов в РЭС.
Тема 3.3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ, ДРОССЕЛИ И ТРАНСФОРМАТОРЫ
Катушки индуктивности. Обозначение, их основные параметры и характеристики. Основные элементы конструкции, их особенности в зависимости
от рабочей частоты и внешних факторов. Виды и технология создания обмоток,
применяемые провода. Паразитная (собственная) емкость катушек
индуктивности. Экранирование катушек. Сердечники катушек индуктивности.
Вариометры. Печатные катушки индуктивности. Дроссели: особенности
конструкции и применение. Трансформаторы преобразователей напряжения,
импульсные трансформаторы: особенности конструкции и применяемых
материалов. Роль тепловых режимов; факторы, влияющие на надежность
трансформаторов. Особенности расчета трансформаторов.
Тема 3.4. ПАССИВНЫЕ LC-ФИЛЬТРЫ И АКТИВНЫЕ RC-ФИЛЬТРЫ
Устройство, принцип действия и основные параметры LC-фильтров.
Особенности конструкции и технологии. Выбор элементной базы для
многоконтурных фильтров: роль L- и C-элементов в обеспечении точности,
стабильности, надежности, приемлемой стоимости. Сглаживающие фильтры.
Перспективы использования бескорпусных ЭРЭ в LC-фильтрах. Активные RCфильтры: классификация, схемы построения и основы проектирования.
Тема 3.5. ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА
Поверхностный монтаж как современная тенденция комплексной микроминиатюризации РЭС. Базовые типоконструкции элементов для
поверхностного монтажа. Безвыводные (чиповые) резисторы, конденсаторы.
Выбор корпусов, материалов, формы выводов с учётом расположения
элементов на печатной плате и применения методов групповой пайки.
Технологические аспекты поверхностного монтажа. Особенности применения
ГАП и используемого оборудования для сборки и испытания.
Раздел 4. УСТРОЙСТВА АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ
Тема 4.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФИЛЬТРАЦИИ
И ЗАДЕРЖКЕ СИГНАЛОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСТРОЙСТВАМ
АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ
Частотный коэффициент передачи и импульсная характеристика
фильтров, их связь через преобразование Фурье. Интеграл свертки.
Передаточные функции реактивных фильтров. Общая классификация
фильтров. Принцип действия дискретного фильтра. Основные характеристики
линий задержки.
Тема 4.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И РАБОТЫ УСТРОЙСТВ
АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ
Физические основы акустоэлектроники. Типы акустических волн в
твёрдом теле. Поверхностные акустические волны (ПАВ), их типы. Методы
возбуждения ПАВ. Электродные преобразователи ПАВ: однофазные и
двухфазные (встречно–штыревые преобразователи (ВШП)). Упрощенные
эквивалентные схемы преобразователей ПАВ. Согласование преобразователей
с внешними цепями. Потери энергии в преобразователях ПАВ,
однонаправленные преобразователи.
Тема 4.3. ФИЛЬТРЫ НА ПАВ
Особенности конструкции фильтров на ПАВ. Модели ВШП
преобразователя, применяемые при анализе и расчете фильтров на ПАВ.
Импульсная характеристика (ИХ) и амплитудно-частотная характеристика
(АЧХ) эквидистантного ВШП. ИХ и АЧХ полосового фильтра на ПАВ.
Аподизация ВШП и расчёт полосового фильтра. Функции и методы аподизации
преобразователей в фильтрах на ПАВ. Параметры и применение фильтров на
ПАВ.
Тема 4.4. ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ НА ПАВ
Классификация линий задержки на ПАВ. Особенности и основные
характеристики. Импульсная характеристика ПАВ ЛЗ. Элементы расчета ПАВ
ЛЗ. Конструктивные варианты ЛЗ с однократной задержкой и многоотводных
ЛЗ. Регулировка времени задержки. Дисперсионные ЛЗ, принцип действия,
применение, конструктивные варианты.
Тема 4.5. РЕЗОНАТОРЫ НА ПАВ И ДРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ
Резонаторы на ПАВ: устройство, характеристики ПАВ-резонаторов
(погрешность центральной частоты, потери и др.), применение в РЭС.
Функциональные (пьезоэлектрические) трансформаторы (на объёмных волнах
и ПАВ), акустические разветвители, фазовращатели на ПАВ. Усиление ПАВ.
Тема 4.6. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
УСТРОЙСТВ НА ПАВ
Материалы, применяемые для изготовления звукопроводов устройств на
ПАВ, и их основные характеристики. Основы технологии изготовления моно- и
поликристаллических звукопроводов. Маршрутная технология фильтров на
ПАВ на основе цирконат-титанат-свинец-керамики. Особенности создания
электродных структур на поверхности звукопровода. Требования к корпусам
устройств на ПАВ, основы технологии сборки.
Раздел 5. КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА И СОЕДИНИТЕЛИ
Тема 5.1. ТЕОРИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ РАЗЪЕМНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Место и роль соединителей и устройств коммутации в РЭС. Основы
теории электрических разъёмных контактов: поверхности контактных тел,
переходное сопротивление (Rстяг, Rтун, Rдоп). Физические механизмы дрейфа
заряда в разъёмных контактах. Нестабильность переходного сопротивления
(статистическая
и
динамическая).
Методика
оценки
переходного
сопротивления для плоского и точечного контакта. Особенности эксплуатации
контактов. Электрическая эрозия при размыкании и замыкании контактов.
Схемы искрогашения. Механическая эрозия. Общий износ контактов при
эксплуатации.
Тема 5.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ
КОНТАКТНО-КОММУТАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ
Базовые типоконструкции контактно-коммутационных устройств,
включающие неразъёмные, разъёмные, скользящие и разрывные контакты.
Реле, герконы и другие электромеханические коммутационные элементы.
Классификация и особенности конструктивного исполнения реле.
Стандартизация типовых коммутационных устройств и соединителей.
Применяемые материалы, процессы нанесения покрытий. Технологичность.
Раздел 6. УСТРОЙСТВА НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС)
Тема 6.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ДЕЙСТВИЯ ПЗС
Принципы функционирования, основные характеристики и параметры
ПЗС. Классификация ПЗС. Построение ПЗС. Методы ввода и детектирования
заряда. Конструктивные варианты линеек ПЗС: однонаправленные, ПЗС с
объемным каналом и др. Технологические особенности изготовления ПЗС.
Тема 6.2. ПЗС В УСТРОЙСТВАХ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ, ПАМЯТИ И
ПРИЕМНИКАХ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Линии задержки на ПЗС. Дискретные фильтры на ПЗС: структура,
методы взвешивания отсчётов, характеристики. ПЗС-корреляторы. Сравнение
основных параметров устройств обработки сигналов на ПЗС и на ПАВ.
Принципы работы и основные параметры линейных и матричных
формирователей видеосигнала на ПЗС. Построение ПЗС ЗУ, принципы их
проектирования и основные параметры.
Раздел 7. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ ПАМЯТИ И ЛОГИКИ
Тема 7.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА УСТРОЙСТВ ПАМЯТИ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В РЭС
Роль устройств памяти в РЭС в связи с растущим использованием
микропроцессоров. Используемые физические принципы. Классификация
элементов памяти по функциональному назначению, в зависимости от метода
доступа, особенностей записи, хранения и считывания. Основные
характеристики устройств памяти: объем памяти, быстродействие,
энергопотребление, стоимость, габариты, масса, и др. Элементы памяти на
магнитных носителях – на ферритовых сердечниках, магнитных пленках.
Основные методы создания магнитных пленок с необходимыми свойствами и
контроля их параметров. Конструктивно-технологические пути повышения
надежности и эффективности производства. Устойчивость элементов памяти
различных типов к внешним воздействиям.
Тема 7.2. ЭЛЕМЕНТЫ ПАМЯТИ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
МАГНИТНЫХ ДОМЕНАХ (ЦМД)
Образование и физическая сущность ЦМД. Методы возбуждения,
продвижения и считывания ЦМД в устройствах памяти. Характеристики
доменно-продвигающих
структур.
Конструктивно-технологические
особенности и характеристики устройств памяти на ЦМД. Стабильность и
надежность.
Тема 7.3. ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЗУ И ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Принцип работы элементов памяти на биполярных транзисторах. Разновидности ячеек памяти – ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И2Л. Характеристики и области
применения. Оперативная память на МОП-транзисторах: функциональные
особенности и разновидности ячеек – статические n-канальные МОП, КМОП и
динамические. Характеристики и области применения. Параметры логических
элементов в составе микропроцессоров. Постоянные ЗУ масочного типа и на
твёрдотельных
структурах
металл-диэлектрик-полупроводник
(МДПструктурах) – МНОП, МОП ПЗ, с пленками аморфных полупроводников.
Обозначения интегральных устройств памяти и логических элементов.
Раздел 8. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ
И УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Тема 8.1. ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
Основные направления оптоэлектроники. Элементы оптоэлектронных
систем. Линзовая и волоконная оптика. Световоды: устройство и основные
разновидности. Характеристики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
Применяемые материалы и их влияние на основные характеристики
световодов. Технология изготовления и сочленения волоконных световодов.
Волоконно-оптические кабели.
Тема 8.2. ЭЛЕМЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ: ИЗЛУЧАТЕЛИ И ФОТОПРИЕМНИКИ
Излучатели оптоэлектронных систем (ОЭС): требования, основные
параметры. Материалы и основные типоконструкции светоизлучающих диодов
(СИД). Принцип действия, основные характеристики фотоприемных элементов
ОЭС.
Разновидности
фотоприемников:
фоторезисторы,
фотодиоды,
фототранзисторы. Оптопары и оптроны. Оптоэлектронные функциональные
элементы, интегральные схемы. Принципы работы и особенности применения
оптических дисковых систем в качестве запоминающих устройств.
Тема 8.3. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ:
ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
Классификация устройств отображения информации, в частности, индикаторов; их характеристики и параметры. Конструктивно-технологические
разновидности и основные характеристики индикаторов: на лампах
накаливания, полупроводниковые, газоразрядные, катодолюминесцентные,
электролюминесцентные индикаторы. Физические основы функционирования
жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), используемые физические
эффекты.
Технические
и
эксплуатационные
свойства.
Основные
типоконструкции ЖКИ: буквенно-цифровые, аналоговые, мозаичные, ЗУ на
основе ЖК. Конструкция и технология ЖКИ с динамическим рассеянием и на
твист-эффекте. Технические и эксплуатационные свойства.
Раздел 9. КРИОТРОНЫ, ХЕМОТРОНЫ И ДРУГИЕ УФЭ
Тема 9.1. КРИОТРОНЫ И ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ
СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
Сверхпроводники. Квантование магнитного потока. Джозефсоновские
переходы. Криотроны и приборы на основе эффекта Джозефсона.
Сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор. Примеры схем.
Применение новых материалов для устройств криогенной техники,
высокотемпературная сверхпроводимость.
Тема 9.2. ХЕМОТРОНЫ И ДРУГИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Хемотроны, особенности конструкции и применение. Приборы на основе
аморфных полупроводников, эффекта Ганна и др. Биоэлектроника.
Перспективы развития элементной базы РЭС.
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
Исследование характеристик линий задержки на основе LC-фильтров.
Исследование характеристик пьезоэлектрических трансформаторов.
3.
4.
Исследование фильтров и линий задержки на ПАВ.
Исследование параметров контактных коммутационных устройств.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и
электрорадиоэлементы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.
2. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. - М.: Высш.
шк., 1987.
3. Речицкий В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты. - М.: Радио и связь,
1987.
4. Свитенко В.И. Электрорадиоэлементы. - М.: Высш. шк., 1987.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схемы. Материалы, приборы,
изготовление. - М.: Мир, 1985.
2. Иванов Р.Д. Магнитные металлические плёнки в микроэлектронике. - М.:
Сов. радио, 1980.
3. Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику.
М.: Высш. шк., 1991.
4. Быстров Ю.А., Литвак И.И., Персианов Г.М. Электронные приборы для
отображения информации. – М.: Радио и связь, 1985.
5. Мэнгин И.Г., Макклелланд С. Технология поверхностного монтажа.
6. Будущее технологии сборки в электронике. - М.: Мир, 1990.
7. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие
системы СБИС. - Мн.: Выш. шк., 1989.
8. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование./ Под
ред. Л.А. Коледова. - М.: Высш. шк., 1984.
9. Грязнов Н.М. Трансформаторы и дроссели в импульсных устройствах. М.: Радио и связь, 1986.