Разработка оперативного запоминающего устройства статического типа

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда когда на модули памяти подаётся напряжение то есть компьютер включен. Пропадание на модулях памяти питания даже кратковременное приводит к искажению либо полному пропаданию содержимого ОЗУ. Спроектировать плату печатного монтажа Методы: Логический анализ и синтез Структура дипломногопроектасостоит из введения двух глав заключения и списка используемой литературы В первой главе содержит память ВМ классификацию оперативной памяти и основные характеристики микросхем памяти...

2015-09-18

925.38 KB

48 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


СОДЕРЖАНИЕ

[1] Обозначения и сокращения

[2] Пояснительная записка

[3] 1 Теоретическая часть

[4] 2 Практическая часть

[4.1] 2.2 Построение структурной и функциональной схем СОЗУ

[4.2] 2.3 Выбор микросхемы

[4.3] 2.4 Построение принципиальной схемы

[4.4] 2.7 Разработка схемы расположения микросхем на плате печатного монтажа

[4.5] 2.8 Расчет надежности

[5] Приложение А

[6] Приложение Б

[7] риложение В


Обозначения и сокращения

AddressA.

DIDateinput–вход информационный

Dynamicrandomaccessmemory – динамическая память с произвольным доступом –DRAM.

Synchronous randomaccessmemory – статическая память с произвольным доступом –SRAM.

Напряжение питания- Uп.

Write/Read – Запись/Считывание–W/R.

Вольт –в.

Грамм –г.

Динамическое оперативное запоминающее устройство – ДОЗУ.

ИС – интегральная схема.

Милливатт – мвт.

Минута-мин.

Микроампер – мка.  

Микрометр – мкм.

Миллиметры– мм.

Металл-оксид-полупроводник– МОП.

Наносекунд– нс.

Оперативное запоминающее устройство – ОЗУ.

Печатная плата – ПП.

Печатная плата монтажа– ППМ.

Стеклотекстолит фольгированный– СФ.

Часов– ч.


Пояснительная записка

Оперативное запоминающее устройство является, пожалуй, одним из самых первых устройств вычислительной машины. Она присутствовала уже в первом поколении ЭВМ по архитектуре ("Информатика в понятиях и терминах"), созданных в сороковых - в начале пятидесятых годов двадцатого века. За эти пятьдесят лет сменилось не одно поколение элементной базы, на которых была построена память.

Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включен. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному пропаданию содержимого ОЗУ.

Тема: Разработка оперативного запоминающего устройства статического типа.

Цель данного дипломногопроекта: Построение схемы и проектирование платы печатного монтажа

Задачи:

1.Изучить техническую литературу, прочитать стандарты справочники

2.Разработать структурную, функциональную и принципиальную схему устройства

3.Описать принцип её работы

4.Спроектировать плату печатного монтажа

Методы:

Логический, анализ и синтез

Структура дипломногопроектасостоит из введения, двух глав, заключения и списка используемой литературы

В первой главе содержит память ВМ, классификацию оперативной памяти и основные характеристики микросхем памяти различных типов. Во второй построение структурной, принципиальной, функциональной схемы, а также платы печатного монтажа данного устройства.

1 Теоретическая часть

Память компьютера

Основная память (ОП) — это единственный вид памяти, к которой может непосредственно обращаться ЦП (за исключением регистров центрального процессора). После того, как информация, хранящаяся на внешних ЗУ, будет переписана в основную память, она становится доступной процессору.

ОП состоит из запоминающих устройств с произвольным доступом. Такие запоминающие устройства организуются как массив ячеек. Каждая ячейка имеет уникальный адрес и содержит фиксированное число запоминающих элементов. Уникальный адрес позволяет различать ячейки при обращении к ним для выполнения операций считывания и записи. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может выполняться в произвольной последовательности («произвольный доступ»).

Классификация памяти

Основная память может включать в себя два типа устройств постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)

1) Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) Меньшую долю основной памяти образуют ПЗУ (ROM — Read-Only Memory). В отличие от ОЗУ, они обеспечивают считывание информации, но не допускают ее изменения (существует ряд случаев, когда информация в ПЗУ может быть изменена, но этот процесс отличается от считывания и требует значительно большего времени). Микросхемы ПЗУ энергонезависимы.

2) Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) Большую долю основной памяти образуют ОЗУ (RAM — Random Access Memory, память с произвольным доступом), называемые оперативными, потому что допускают однотипное, производимое практически с одной и той же скоростью, выполнение операций записи и считывания информации (при помощи электрических сигналов). Но следует учитывать, что микросхема ОЗУ может использоваться только как временная память, потому что должна быть постоянно подключена к источнику питания. Существует два основных типа памяти с произвольным доступом: статическая (SRAM — Static RAM) динамическая (DRAM — Dynamic RAM) Рассмотрим их подробнее.

Динамические оперативные запоминающие устройства

Именно DRAM используется в качестве основной памяти ВМ, следовательно, динамической памяти в вычислительной машине значительно больше, чем статической. Как и SRAM, динамическая память состоит из ядра (массива ЗЭ) и интерфейсной логики (буферных регистров, усилителей чтения данных, схемы регенерации и др.). Количество видов DRAM уже превысило два десятка, однако ядро у них организовано практически одинаково, главные различия связаны с интерфейсной логикой (также, они обусловлены и областью применения микросхем). Классификация микросхем динамической памяти показана на рис. 1.

Рисунок 1 — Классификация динамических ОЗУ. Микросхемы для основной памяти

Основными характеристиками микросхем памяти различных типов являются:

  •  объем;
  •  разрядность;
  •  быстродействие;
  •  временная диаграмма (циклограмма).

Объем установленной в компьютереоперативной памятиопределяет, с каким программным обеспечением можно на нем работать. При недостаточном объеме оперативной памяти многие программы либо не будут работать совсем, либо будут работать крайне медленно.

Кэш-память

Кэш-память – сверхбыстродействующая память, обеспечивающая ускорение доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах. Она располагается между микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участковоперативной памяти. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

Память типа CMOS-RAM

CMOS-RAM – участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Называется так в связи с тем, что эта память обычно выполняется по технологии CMOS, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-RAM не изменяется при выключении электропитания компьютера. Эта память располагается на контроллере периферии, для электропитания которого используются специальные аккумуляторы.

Видеопамять

Видеопамять в IBM PC-совместимых компьютерах – память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера – электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран монитора.

Статическая память, или SRAM (Statistic RAM) является наиболее производительным типом памяти. Микросхемы SRAM применяются для кэширования оперативной памяти, в которой используются микросхемы динамической памяти, а также для кэширования данных в механических устройствах хранения информации, в блоках памяти видеоадаптеров и т. д. Фактически, микросхемы SRAM используются там, где необходимый объем памяти не очень велик, но высоки требования к быстродействию, а раз так, то оправдано использование дорогостоящих микросхем. В персональных компьютерах с процессорами, у которых не было интегрированной на кристалле кэш-памяти второго уровня, всегда использовались микросхемы SRAM внешнего кэша. Для удешевления системных плат и возможности их модернизации производители системных плат с процессорами 486 и первых поколений Pentium устанавливали специальные кроватки (разъемы для микросхем с DIP-корпусом), в которые можно было устанавливать различные микросхемы SRAM, отличающиеся как по быстродействию и объему памяти, так и различной разрядностью. Для конфигурирования памяти на системной плате предусматривался набор джемперов. Для справки прямо на системной плате краской наносилась информация об установке джемперов, например, как показано в табл. (в колонках JS1 и JS2 указаны номера контактов, которые надо замкнуть перемычками).

Отметим, что изменением конфигурации кэш-памяти занимались только тогда, когда выходила из строя какая-либо микросхема кэш-памяти. В остальных случаях изменять положение джемперов не рекомендовалось. В дальнейшем, по мере разработки более совершенных микросхем SRAM, они непосредственно припаивались на системную плату в количестве 1, 2 или 4 штук. На системных платах, которые выпускаются в настоящее время, микросхемы SRAM используются, в основном, только для кэширования ввода/вывода и других системных функций.

Статические ОЗУ — это наиболее быстрый, правда, и наиболее дорогостоящий вид оперативной памяти. Выделяется множество различных вариантов реализации SRAM, отличающихся по технологии, способам организации и сфере применения (рис. 2).

Рисунок 2 — Виды статических ОЗУ

Существует как минимум три типа статической памяти: асинхронная, синхронная и конвейерная. Все они практически ничем не отличаются от соответствующих им типов динамической памяти.

Асинхронная статическая память

Аsупс SRAM — обычная (стандартная) асинхронная статическая память (Standard или AsynchronousSRAM). Этот тип подразумевается под термином SRAM по умолчанию, когда тип памяти не указан (до недавних пор ему и не было альтернативы).

Микросхемы этого типа имеют простейший асинхронный интерфейс, включающий шину адреса, шину данных и сигналы управления СS#, ОЕ# и WЕ#. Микросхема выбирается низким уровнем сигнала СS# (Сhiр sе1есt), низкий уровень сигнала ОЕ# (0utputEnable) открывает выходные буферы для считывания данных, WЕ# (WriteEnable) низким уровнем разрешает запись. Временные диаграммы циклов обращения приведены на рис. 3. При операции записи управление выходными буферами может производиться как сигналом ОЕ# (Цикл 1), так и сигналом WЕ# (цикл 2). Для удобства объединения микросхем внутренний сигнал СS# может собираться по схеме «И» из нескольких внешних. Например, СS0#, СS1 и СS2# — в таком случае микросхема будет выбрана при сочетании логических сигналов 0, 1, 0 на соответствующих входах.

Время доступа — задержка появления действительных данных на выходе относительно момента установления адреса — у стандартных микросхем SRAM уставляет 12, 15 или 20 наносекунд, что позволяет процессору выполнять четный цикл чтения 2--1-1-1 (то есть без тактов ожидания) на частоте системной шины до 33 МГц. На более высоких частотах цикл будет не лучше 3-2-2-2.

Рисунок 3- Временные диаграммы чтения и записи асинхронной статической памяти

Асинхронная статическая память работает независимо от контроллера и потому, контроллер не может быть уверен, что окончание цикла обмена совпадет с началом очередного тактового импульса. В результате, цикл обмена удлиняется по крайней мере на один такт, снижая тем самым эффективную производительность. "Благодаря" последнему обстоятельству, в настоящее время асинхронная память практически нигде не применяется (последними компьютерами, на которых она еще использовались в качестве кэша второго уровня, стали "трешки" - машины, построенные на базе процессора Intel 80386).

Синхронная статическая память

SynchronizeBurstSRAM — синхронная статическая память, оптимизированная под выполнение пакетных (burst) операций обмена, свойственных работе кэш-памяти. В ее структуру введен внутренний двухбитный счетчик адреса. В дополнение к сигналам, используемым асинхронной памятью (адрес, данные, СS#, ОЕ# и WЕ#), память использует сигнал СLС (С1осk) для синхронизации с системной шиной и сигналы управления пакетным циклом АDSP#, САDS# и АDV#. Сигналы САDS# (Сache АDdressStrobe) и АDSP# (АDdressStatus оf Ргосеssоr), которыми процессор или кэш-контроллер отмечает фазу адреса очередного цикла, являются стробами записи начального адреса цикла во внутренний регистр адреса. Любой из этих сигналов инициирует цикл обращения, одиночный (single) или пакетный (burst), а сигнал АDV# (АDVаnсе) используется для перехода к следующему адресу пакетного цикла. Все сигналы, кроме управления выходными буферами ОЕ#, синхронизируются по положительному перепаду сигнала СLК. Это означает, что значение входных сигналов должно установиться до перепада и удерживаться после него еще некоторое время. Выходные данные при считывании будут также действительны во время этого перепада. На рис. 4 приведены диаграммы нескольких вариантов циклов чтения синхронной статической памяти. Обратим внимание, что двухбитный счетчик адреса не позволяет перейти границу четырехэлементного пакетного цикла. Кроме того, порядок счета адресов внутри пакетного цикла соответствует специфическому порядку (interleaved), принятому в процессорах i486 и старше. Микросхемы синхронной статической памяти, как и SSRAM, обычно имеют сигнал, выбирающий режим счета адреса: чередование (для процессоров Intel) или последовательный счет (для Power РС).

Синхронный интерфейс с таким набором сигналов позволяет памяти узнавать о намерениях процессора раньше и при задержке данных на выходе SRAM относительно синхронизирующего перепада ТKQ (С1осk-tо-Оutput Асcеss Тime) 8,5, 10 и 13,5 нс обеспечивать цикл 2-1-1-1 на частотах 66, 60 и 50 МГц соответственно. Однако на частотах 75 МГц и выше цикл будет 3-2-2-2.

РВ SRAM (PipelineBurstSRAM) — конвейерное усовершенствование синхронной памяти (слово «синхронная» из ее названия для краткости изъяли, но оно обязательно подразумевается). Конвейером является дополнительный внутренний регистр данных, который, требуя дополнительного такта в первой пересылке цикла, позволяет остальные данные получать без тактов ожидания даже на частотах выше 75 МГц. Задержка данных относительно синхронизирующего перепада у современных микросхем РВ SRAM составляет 4,5-8 нс. Но, как и в случае Sync ВurstSRAM, этот параметр не является временем доступа в чистом виде (не следует забывать о двух-трех тактах в первой передаче), а отражает появление действительных данных относительно очередного перепада сигнала синхронизации. Интерфейс РВ SRAM аналогичен интерфейсу Sync ВurstSRAM.

Рисунок4- Временные диаграммы чтения синхронной статической памяти

Синхронная статическая память выполняет все операции одновременно с тактовыми сигналами, в результате чего время доступа к ячейке укладывается в один-единственный такт. Именно на синхронной статической памяти реализуется кэш первого уровня современных процессоров.

Конвейерная статическая память

Конвейерная статическая память представляет собой синхронную статическую память, оснащенную специальными "защелками", удерживающими линии данных, что позволяет читать (записывать) содержимое одной ячейки параллельно с передачей адреса другой.

Так же, конвейерная память может обрабатывать несколько смежных ячеек за один рабочий цикл. Достаточно передать лишь адрес первой ячейки пакета, а адреса остальных микросхема вычислит самостоятельно, - только успевай подавать (забирать) записывание (считанные) данные!

За счет большей аппаратной сложности конвейерной памяти, время доступа к первой ячейке пакета увеличивается на один такт, однако, это практически не снижает производительности, т.к. все последующие ячейки пакета обрабатываются без задержек.

Конвейерная статическая память используется в частности в кэше второго уровня микропроцессоров Pentium-II, и ее формула выглядит так: 2-1-1-1.

1-Т SRAM. Как уже отмечалось ранее, традиционные конструкции SRAM используют статический триггер для запоминания одного разряда (ячейки). Для реализации одной такой схемы на плате должно быть размещено от 4 до 6 транзисторов (4-Т, 6-Т SRAM). Фирма Monolithic System Technology (MoSys) объявила о создании нового типа памяти, в которой каждый разряд реализован на одном транзисторе (1-Т SRAM). Фактически здесь применяется технология SRAM, поскольку приходится осуществлять периодическую регенерацию памяти. Однако интерфейс с памятью выполнен в стандарте SRAM, при этом циклы регенерации скрыты от контроллера памяти. Схемы 1-Т позволяют снизить размер кремниевого кристалла на 50—80 % по сравнению с аналогичными для традиционных SRAM, а потребление электроэнергии — на 75 %.

Таблица 1. Параметры пакетных циклов SRAM*

Частота шины, МГц

Async SRAM

SyncBurst

SRAM

РВ SRAM

1Цикл

тAC,нс

Цикл

ТKQ, нс

Цикл

ТKC, нс

33

2-1-1-1

15

2-1-1-1

3-1-1-1

50

3-2-2-2

20

2-1-1-1

13,5

3-1-1-1

60

3-2-2-2

17

2-1-1-1

10

3-1-1-1

66

3-2-2-2

15

2-1-1-1

8,5

3-1-1-1

15

75

3-2-2-2

3-1-1-1

13

83

3-2-2-2

3-1-1-1

12

100

3-2-2-2

3-1-1-1

10

133

3-2-2-2

3-1-1-1

7,5

  •  *Для разных типов памяти быстродействие указывается различными способами:

ТAC — время доступа,

ТKQ — задержка данных относительно синхронизирующего перепада,

ТKC — минимальный период тактовых импульсов.


2 Практическая часть

2.1 Анализ технического задания

Задано спроектировать статическое ОЗУ объемом 64 байт на базе 155 серии. В техническом задании не указаны внешние условия эксплуатации, поэтому выбираем стандартные для режима работы памяти температура 22-26 С0, влажность воздуха не выше 75%, отсутствие вибрации, электромагнитных полей, наличие пыли, отсутствие загазованности.

2.2 Построение структурной и функциональной схем СОЗУ

Проанализировав литературу и способы организации построили структурную (рис.5) и функциональную схему. (рис.6)

Рисунок 5 -Структурная схема

На данном рисунке показан блок памяти, состоящий из триггеров, адресов, управления, входящей информации и исходящей из нее.

Рисунок 6 -Функциональная схема

На рисунке изображены регистр памяти, в которую входят следующие сигналы дс адреса, входная шина данных, управляющие сигналы в него ходят: разрешение чтения, разрешение записи. Из регистра памяти выходит выходная шина данных.

2.3 Выбор микросхемы

Для построения схемы выбраны микросхемы 155 серии.

Микросхема К155РУ2 представляет собой ОЗУ на 64 бит (16x4) с произвольной выборкой. На рисунке 7 корпус К155РУ2 типа 238.16-2, масса не более 2,5 г, на рисунке 8 условное графическое обозначение. В таблице1 даны назначения ножек мкс К155РУ2 в таблице 2 –основные электрические параметры в таблице 3-таблица истинности.

Рисунок 7- Корпус ИМС К155РУ2

Рисунок 8 - Условное графическое обозначение

ножка

обозначение

ножка

Обозначение

1

вход адреса А1

9

выход Q3

2

вход разрешения выборки PB

10

вход данных D3

3

вход разрешения записи

11

выход Q4

4

вход данных D1

12

вход данных D4

5

выход Q1

13

вход адреса А4

6

вход данных D2

14

вход адреса А3

7

выход Q2

15

вход адреса А2

8

общий

16

напряжение питания

Таблица 1 - Назначение ножек

Таблица 2 - Электрические параметры

1

Номинальное напряжение питания

5 В5 %

2

Выходное напряжение в режимах хранения и считывания

не более 0,4 В

3

Напряжение на антизвонном диоде

не менее -1,5 В

4

Входной ток низкого уровня

не более -1,6 мА

5

Выходной ток высокого

не более 0,04 мА

6

Выходной ток высокого уровня в режимах выборки и хранения

не более 20 мкА

7

Ток потребления

не более 105 мА

8

Потребляемая статическая мощность на один бит

не более 8,6мВт

9

Время восстановления после записи

не более 70 нс

Таблица 3 - Таблица истинности микросхемы К155РУ2

PB

P3

A1 – A4

D1 – D4

Режим работы

0

X

X

Roff

Хранение

0

X

A

L

Запись 0

0

X

A

H

Запись 1

0

0

A

Данные в прямом коде

Считывание

0

0

A

Roff

Запрет выхода

Технология изготовления –ТТЛ технология.

Количество ножек микросхемы 16.

Микросхема К155ЛН1представляет собой шесть логических элементов НЕ. На рисунке 9корпус К155ЛН1 типа 201.14-1, масса не более 1 г и у КМ155ЛН1 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.на рисунке 10 условное графическое обозначение. В таблице.5 даны назначения ножек мкс КМ155ЛН1 в таблице.4 –основные электрические параметры

Рисунок 9 - Корпус ИМС КМ155ЛН1

Рисунок 10 - Условное графическое обозначение

Таблица 4.Электрические параметры

1

Номинальное напряжение питания

5 В5 %

2

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

3

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,4 В

4

Входной ток низкого уровня

не более -1,6 мА

5

Входной ток высокого уровня

не более 0,04 мА

6

Входной пробивной ток

не более 1 мА

7

Ток потребления при низком уровне выходного напряжения

не более 33 мА

8

Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения

не более 12 мА

9

Потребляемая статическая мощность на один логический элемент

не более 19,7 мВт

10

Время задержки распространения при включении

не более 15 нс

11

Время задержки распространения при выключении

не более 22 нс

Таблица 5 - Назначения ножек

ножка

Обозначение

1,3,5,9,11,13

входы;

2,4,6,8,10,12

выходы;

7

общий;

14

напряжение питания;

Технология изготовления –ТТЛ технология

Количество ножек микросхемы 14

Для соединения с другими элементами был выбрал разъем PBD2-20

Рисунок 11.Разъем PBD2-20 (DS-1026-06 - 2x10)

В таблице 6 представлены основные технические параметры

Таблица 6 - Технические параметры

Функциональное назначение

гнездо на плату

Серия

pbd

Количество рядов

2

Количество контактов в ряду

10

Шаг контактов, мм

2

Форма контактов

прямые

Материал изолятора

полимер, усиленныйстекловолокном

материал контактов

фосфористая бронза

Сопротивление контактов не более, Ом

0.01

Рабочий ток, А

1

Рабочее напряжение, В

500

Предельное напряжение не менее, В

1500 в перем.тока в течение 1 мин

Способ монтажа

пайка в отверстия на плате

Рабочая температура, °С

-55…140

2.4 Построение принципиальной схемы

Принципиальная схема —схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая детальное представление о принципах работы изделия.

Принципиальная схема, в отличие отразводки печатной платыне показывает взаимного (физического) расположения элементов, а лишь указывает на то, какие выводы реальных элементов (например, микросхем) с какими соединяются. При этом допускается объединение группы линий связи в шины, но необходимо четко указывать номера линий, входящих в шину и выходящих из нее. Обычно, при разработкеустройства, процесс создания принципиальной схемы является промежуточным звеном между стадиями разработки структурной схемы и проектированиемпечатной платы.

Каждый входящий элемент, изображенный на схеме, имеет позиционное обозначение, составленное из букв латинского алфавита.

Элементам присваивают порядковые номера. В данной схеме участвуют входы: (А1…А4, D1…D4, Q1…Q4, PB, PЗ).

Необходимо построить память объемом 64 байт. Микросхема К155РУ2 имеет объем 64 бит. Для построения печатной платы необходимо 8 микросхем серии К155РУ2 исходя из формулы 521:64=8.

2.5 Выбор материала печатной платы

Материал ПП бывает: гетинакс, стеклотекстолит, металл и т.д. Для построения ПП выбрали стеклотекстолит.Стеклотекстолит фольгированный представляет собой спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной или эпоксидной смолой. Стеклотекстолит имеет очень высокие механические и электроизоляционные свойства, хорошо поддается механической обработке резкой, сверлением, штамповкой. Рекомендуется для изготовления печатных схем, плат и других изделий для работы в условиях нормальной и повышенной относительной влажности окружающей среды при температуре от -60°Сдо +85°С.

Однако стеклотекстолиту присущ целый ряд недостатков:

  1.  невысокая нагрев стойкость по сравнению с полиамидами, что способствует загрязнению смолой торцов контактных площадок (КП) внутренних слоев при сверлении отверстий;
  2.  худшая механическая обрабатываемость;
  3.  более высокая стоимость;
  4.  существенное различие (примерно в 10 раз) меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

Пример маркировки стеклотекстолита: СФ-2-3.

В маркировке буквы означают:

С — стеклотекстолит;

Т — теплостойкий;

Н — негорючий или нормированной горючести;

Ф — фольгированный;

1—2 — облицованный фольгой с одной или двух сторон;

Цифры 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70, 100, 105 — толщину фольги в мкм.

Фольгированный стеклотекстолит обладает очень высокой теплостойкостью (рабочая температура — 280 °С, температура стеклования — 300 °С), стабильностью линейных размеров, высокими поверхностными удельным объемным сопротивлениями. Применяется для печатных плат с повышенной плотностью печатного монтажа и МПП с числом слоев до 25.

Для изготовления ПП, способных обеспечить надежную передачу наносекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь), что непосредственно связано с увеличением быстродействия, поскольку скорость распространения сигналов в проводниках обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материалов, из которых изготовлены основания ПП.

Вывод для проектирования платы печатного монтажа был выбран материал СФ2-35-2,5

2.6 Метода изготовления печатной платы

Методы изготовления ПП зависят от требуемого класса точности и выбираются по ГОСТ 23751-86. Методы изготовления печатного рисунка разделяются на субтрактивный (отнимание) и аддитивный (наращивание). В субтрактивных методах проводящий рисунок образуется за счет удаления слоя меди на пробельных местах. Пробельные места – это поверхности, не занятые печатными проводниками. Аддитивный метод основан на нанесении проводящего рисунка заданной конфигурации на диэлектрическое основание платы.

Класс изготовления ПП для дипломного проекта – 2.

Химический метод. 

Суть этого метода заключается в том, что исходный фольгированный материал с нанесенным рисунком травится, удаляются незащищенные участки фольги, в результате чего получается требуемый рисунок. Этот метод делится на два вида – химический негативный и химический позитивный.

Химический метод используется для изготовления ПП 1-го и 2-го классов точности. Чаще его используют в радиолюбительских конструкциях

Достоинства:

простой технологический процесс, который легко автоматизируется;

малое воздействие химических реагентов (примерно 25 мин);

высокая прочность сцепления фольги с диэлектриком.

Недостатки:

непроизводительный расход меди (около 60-90% фольги удаляется в процессе травления);

существует эффект бокового протравливания токоведущих дорожек, что приводит к низкой разрешающей способности;

наличие экологических проблем из-за большого количества травильных растворов.

Комбинированный позитивный метод. 

Разрабатываемая печатная плата изготавливается субтрактивным комбинированным позитивным методом. В этом методе травление рисунка происходит после металлизации отверстий. Не вытравленная фольга служит для соединения металлизируемых отверстий с катодом.

Данный метод обеспечивает высокую степень разрешения, требуемую при изготовлении данный печатной платы, обеспечивает хорошую прочность сцепления металлических элементов с диэлектриком, а также позволяет добиться высокой прочности диэлектрика за счет защиты изоляции фольгой от агрессивных растворов.

Изготовление платы выполняется в следующей последовательности:

Резка заготовок из двухстороннего стеклотекстолита. Толщина фольги 18 или 35 мкм. Заготовки собираются в пакеты по 3 штуки, штифтуются и поступают на участок сверловки;

заготовки сверлятся на многошпиндельных сверлильных станках по специальной программе. Сверлятся только те отверстия, которые подлежат металлизации. После сверловки заготовки проходят химико-механическую подготовку поверхности;

зачищенные заготовки поступают на химическое омеднение, где происходит химическое осаждение тонкого слоя (до 1 мкм) меди в отверстиях с последующим утолщением слоя меди до 8 – 10 мкм. После этого заготовки снова проходят химико-механическую подготовку поверхности перед нанесением фоторезистор;

на фотоучастке на заготовки с двух сторон накатывается сухой пленочный фоторезистор. Накатка осуществляется горячими валиками через защитную пленку на ламинаторах. Накатка происходит при неактиничном (желтом) освещении;

далее происходит совмещение фотошаблонов топологии (позитивное изображение) с заготовкой и экспонирование рисунка схемы. Экспонирование происходит ультрафиолетовым источником света;

при проявлении рисунка схемы, т.к. процесс позитивный, фоторезистор будет вымываться с тех мест, где будут проводники, планары и отверстия, на которые будет наноситься медь. После проявления, происходить ретушь и контроль рисунка;

заготовки поступают на участок гальваники, где происходит усиление слоя меди. Толщина слоя меди, а отверстия должна быть не менее 25 мкм;

далее происходит гальваническое осаждение металлорезиста, который служит защитой проводников и металлизируемых отверстий от последующего травления. В качестве металлорезиста используется олово. Затем заготовки поступают на этап травления;

травление меди происходит в модульных линиях травления. Сначала происходит снятие фоторезиста. Фоторезист удаляется, а металлорезист остается. Обнажается медь в пробельных местах (будущие зазоры);

далее происходит травление меди с пробельных мест. Медь, не защищенная металлорезистом, растворяется в травящем растворе, а медь, находящаяся под защитой металлорезиста, остается не вытравленной и формирует топологию платы;

так как платы в дальнейшем покрываются паяльной маской, металлорезист снимается в соответствующих травителях и открывает медь, которая является топологией. После этого платы проходят ретушь, контроль топологии и химико-механическую зачистку;

для защиты поверхности платы, на нее наносится паяльная маска (обычно классического зеленого цвета). Маска является жидкой (хотя бывают и сухие пленочные) композицией. Маской покрывается вся поверхность платы;

далее плата с нанесенной маской поступает на фотоучасток, где происходит совмещение фотошаблонов маски и экспонирование. Фотошаблоны маски – негативы;

проявление маски происходит в специальных растворителях. Там, где маска была засвечена, она останется, а где защищена от засветки, там она вымывается и открывает планары и контактные площадки монтажных отверстий. После этого маска сушится в термошкафу и проходит ультрафиолетовое отверждение на специальной линии;

открытые от маски участки меди облуживаются горячим припоем методом погружения. Чтобы выровнять покрытие и избавится от остатков припоя на выходе из ванны облуживания, плата обдувается горячим воздухом. Вместо облуживания возможен вариант покрытие платы иммерсионным Ni-Au;

теперь плата готова для заключительных этапов – нанесение маркировки, сверловка крепежных отверстий, обработка контура (фрезеровка, гильотина, надрезка). После этого плата проходит окончательную промывку, контроль отделом технического контроля, упаковку и отправляется заказчику.

Достоинства:

возможность воспроизведения рисунка с высокой степенью разрешения;

защита изоляции фольгой от агрессивных растворов обеспечивает прочность диэлектрика;

хорошая прочность сцепления (адгезии) металлических элементов с диэлектриком.

Недостатки:

большая глубина травления (фольга + металлизация затяжки);

сложный технологический процесс требуют дополнительных расходов.

2.7 Разработка схемы расположения микросхем на плате печатного монтажа

Государственный стандарт ограничивает длину стороны печатных плат размером 470 мм. Обычно размер печатной платы не превышает 240х360 мм. При разработке преимущество отдается малогабаритным платам, так как с увеличением габаритов снижается механическая прочность и возрастает сложность изготовления. Размеры сторон печатных плат должны быть кратны 2,5 при длине до 100 мм, 5,0 при длине до 350 мм и 10 при длине, превышающей 350 мм.

Рекомендуется выбирать соотношение размеров сторон из следующего ряда 1:1; 1:2; 2:3; 2:5. При размере большей стороны до 180 мм допускается соотношение сторон 1:4, при этом размере и до 360 мм соотношение сторон должно быть 1:3.

Толщина плат, как правило, соответствует толщине фольгированного диэлектрика, выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к конструкции изделия, от метода изготовления платы, массы и габаритов устанавливаемых элементов. В подавляющем большинстве случаев она не превышает 3 мм и выбирается из ряда 0,2; 0,5; 0,8; 1,6; 2,4; 3,2 и 6,4 мм. Допускается, но не рекомендуется толщина 1,0; 1,2; 2,0 мм. Координатная сетка выбирается размером 2,5; 1,25 и 0,5 мм.

Размер моей печатной платы 80х80 мм, в соотношении сторон 1:1.

Схему габаритных размеров и расстояние между микросхемами моей печатной платы можно посмотреть в приложении б.

2.8 Расчет надежности

Надежность представляет собой комплексное свойство, сочетающее в себе понятие работоспособности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.

Работоспособность - представляет собой состояние объекта, при котором он способен выполнять свои функции.

Безотказность - свойство объекта сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность объекта, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.

Долговечность - свойство объекта сохранять свою работоспособность до предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.

Ремонтопригодность - определяет приспособляемость объекта к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов и устранению их путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость - свойство ОБ непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и технического обслуживания.

Среднее время наработки на отказ:

Расчетное среднее время наработки на отказ превышает заданное время наработки на отказ ячейки . Расчётная надёжность ячейки удовлетворяет требованиям технического задания.

2.9 Проектирование ППМ

Учитывая выбранное расположение микросхемы на ППМ с помощью программы SPlan 7.0 выполнил соединение ножек микросхемы согласно принципиальной схемы. Внешний вид ППМ представлен в приложении в.

Спецификацию устройства смотри в приложении Г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время разработано много видов оперативной памяти: высокоскоростной и более медленной, дорогой и подешевле. Какую память следует устанавливать на компьютер, должен решать сам пользователь, в зависимости от того, какие возможности ему нужны. Но следует помнить, что быстроразвивающаяся компьютерная отрасль, в том числе программное обеспечение, предъявляют все большие требования к компьютерам, в том числе и к оперативной памяти.

Согласно заданию, я разработал оперативное запоминающее устройство статического типаТТЛ на базе КМОП.

Во время работы над дипломной работой я применилполученные знания по проектированию цифровых устройств. При оформлении конструкторской документации и разработке печатной платы использовались следующие программы:

  1.  MicrosoftOfficeWord 2013 для написания пояснительной записки.
  2.  SPlan 7.0. для черчения электрических схем.

Таким образом цель работы была достигнута, задачи выполнены.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1.  Единая системаконструкторской документации. Общие положения от 17.02.1993 г. // ГОСТ 2.001-93.
  2.  Единая система технологической документации. Общие положения от01.01.2012 г. // ГОСТ 3.1001-2011.
  3.  Платы печатные. Основные параметры конструкции от 01.04.1989 г. // ГОСТ 23751-86

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Гордонов, А.Ю. Большие интегральные схемы запоминающих устройств[Текст]: Справочник / А.Ю. Гордонов, Н.В. Белкин, В.В. Цыкин и др.; Под ред А.Ю. Гордонова, Ю.Н. Дьякова. – М.: Радио и связь, 1990. – 514 с.
  2.  Коваленко, А.А. Основы микроэлектроники [Текст]: учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений / А.А. Коваленко, М.Д. Петропавловский. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский цент «Академия», 2010. – 240 с.
  3.  Пирогова, Е.В. Проектирование и технология печатных плат [Текст]: учебник / Е.В. Пирогова. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 560 с.
  4.  Стешенко, В.Б. P-CAD. Технология проектирования печатных плат. [Текст]: учебник / В.Б. Стешенко. – СПб: БХВ-Петербург, 2005. – 720 с.
  5.  Угрюмов, Е.П. Цифровая схемотехника [Текст]: учебное пособие для вузов / Е.П. Угрюмов. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб: БХВ-Петербург, 2010. – 816 с.

ИНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ

  1.  https://ru.wikipedia.org - Википедия свободная энциклопедия (дата обращения 19.04.2015).
  2.  all-ht.ru/inf/pc/mem_dram.html – Проект Hi-Tech (дата обращения 20.04.2015)


Приложение А

Приложение Б

риложение В

Приложение Г

1



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ФГБОУ ВПО ТюмГНГУ КИиС П.З.

Разраб.

Моденов С.П.

Провер.

Пнева Т.П.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Принципиальный схема статического ОЗУ

Лит.

Листов

КСт-12-11-1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ФГБОУ ВПО ТюмГНГУ КИиС П.З.

Разраб.

Моденов С.П.

Провер.

Пнева Т.П.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Схема расположения микросхем на ППМ

Лит.

Листов

КСт-12-11-1



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
2580. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, ВЫПОЛНЕННЫЕ ПО СХЕМАМ КОЛЬЦЕВОГО ТИПА 52.28 KB
  Наряду с ними применение получили принципиально отличные схемы кольцевого типа. Схема представляет собой кольцо или несколько связанных между собой колец с ответвлениями к источникам энергии и нагрузкам; отключение каждой ветви производится двумя выключателями секционирующими кольца в соответствии с числом присоединений; отключение любого выключателя для ремонта не нарушает работы ветвей хотя нормальное состояние схемы при этом нарушается; при повреждениях в пределах РУ или внешних к. Различают простые кольцевые схемы и схемы...
8332. Логические операции. Базовая конфигурация PC. Внутренние устройства. Устройства, располагаемые на материнской плате. Шинные интерфейсы. Периферийные устройства PC 359.86 KB
  Внутренние устройства. Устройства располагаемые на материнской плате. Периферийные устройства PC Логические операции В компьютерных программах используются операции: И пересечение или конъюнкция ^B. Базовая конфигурация PC В базовой конфигурации PC рассматривают 4 основных устройства: системный блок монитор клавиатура графический манипулятор мышь .
19051. Разработка устройства – «электронные часы» 697.48 KB
  Для выполнения дипломной работы были использованы следующие методы: исследование предметной области отбор и обработка теоретического материала; анализ и сравнительная характеристика различных видов электронных часов; проектирование и разработка электронных часов; обобщение и описание полученных результатов. Цифровые фотоаппараты и телевизоры имеют встроенные часы но они обычно не предназначены для индикации показаний времени. Механические часы были нужны всем церкви – для уточнения начала времени богослужения. Для производства...
5683. Разработка устройства для исследования полупроводниковых приборов 718.15 KB
  В данной дипломной работе рассмотрено устройство для анализа полупроводниковых приборов. Целью работы является анализ схемотехнических решений мультиметров, рассмотрение принципов работы устройства для проверки элементов, разработка структурной и принципиальной схемы устройства, изготовление макета.
5379. Разработка устройства для передачи сигнала на частоте 88-102 МГц 1.93 MB
  Понятие признаки задачи предприятия. Формы предприятия. Структура предприятия. Понятие признаки задачи предприятия Любая экономическая система существует на основе взаимодействия трех хозяйствующих субъектов: предприятий государства и домашних хозяйств.
12406. Разработка микропроцессорного устройства контроля сетевого напряжения 4.72 MB
  Все потребители электроэнергии сталкиваются с проблемами аварий в электросети. Сгоревшее оборудование или электроприборы – это только малая часть проблем, которые могут появиться вследствие этих аварий: пожары, взрывы, техногенные катастрофы, – далеко не полный перечень трагических последствий.
6411. Разработка инструкции по диагностике платы автономного охранного устройства 29.26 KB
  Энергетическое направление связано с развитием почти всех основных видов электронных приборов. При этом использование достижений в области твердотельной электроники имеет ограниченный характер из-за относительно невысоких
12189. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УВЛАЖНЕНИЯ ВОЛОКНА ПЕРЕД ПРЕССОВАНИЕМ 42.33 KB
  В результате увлажнения волокно становится менее упругим и более податливым к механическим воздействиям, уменьшаются разрывные усилия, действующие на обвязочные пояса, чем предотвращается возможность их разрыва, улучшается товарный вид волокна, происходит нейтрализация, имеющегося на волокне статического электричества, повышается объемная плотность и масса кип, уменьшаются их габаритные размеры.
18035. Разработка программы для устройства «Лампа хорошего настроения» на базе микроконтроллера 3.41 MB
  Для разных приложений оптимальное соотношение этих и других параметров может различаться очень сильно. Целью дипломного проекта является разработка программы для устройства Лампа хорошего настроения на базе микроконтроллера. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: описать область применения будущей разработки; описать базовую функциональную схему разработки; обосновать выбор программного обеспечения; аргументировать выбор микроконтроллера; разработать алгоритм функционирования устройства; провести...
5699. Разработка устройства для измерения температуры неподвижного объекта (корпус электрической машины) 206.56 KB
  Предназначено для многоканального измерения температуры, может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ многоканального измерения температуры, с последующим вводом полученных данных в IBM совместимый компьютер
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.