97715

Построение постоянного запоминающегося устройства с использованием отечественных ИС

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Проанализировать технической и учебной литературы. Разработать структурную и функциональную схему проектируемой динамической оперативной памяти. Провести расчеты при построении памяти динамического оперативного запоминающего устройства. Построить схемы. Спроектировать ППМ.

Русский

2015-10-24

801.23 KB

1 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

Обозначения и сокращения 4

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 5

1 Теоретическая часть 7

1.1 Постоянное запоминающее устройство 7

1.2 Разновидности постоянных ЗУ 7

1.3 Flash-память 11

2 Практическая часть 16

2.1 Построение структурной и функциональной схемы 16

2.2 Выбор микросхемы 17

2.3 Построение принципиальной схемы 22

2.4 Выбор материала 22

2.5 Методы изготовления печатной платы 24

2.6 Расчет размеров ПП и схемы расположения микросхем на плате печатного монтажа 28

2.7 Расчет надежности 28

2.8 Проектирование ППМ 30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 32

Приложение А 33

Приложение Б 34

Приложение В 35

Приложение Г 36

     

Обозначения и сокращения

AAddress.

DIDateinput–вход информационный.

DRAMDynamicrandomaccessmemory – динамическая память с произвольным доступом.

SRAM–Synchronousrandomaccessmemory – статическая память с произвольным доступом.

W/RWrite/Read – Запись/Считывание.

СОЗУ – Статическое оперативное запоминающее устройство.

ИС – интегральная схема.

МОП – Металл-оксид-полупроводник.

ОЗУ – Оперативное запоминающее устройство.

ПП – Печатная плата.

ППМ – Печатная плата монтажа.

СФ – Стеклотекстолит фольгированный.


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими цифровыми устройствами (ЦУ). Микросхемы памяти в общем объеме выпуска интегральных схем занимают от 40% до 70% и играют важнейшую роль во многих системах различного назначения. Основная функция микросхем памяти заключается в адресуемой записи, считывании информации и её хранении. Микросхемы и системы памяти постоянно совершенствуются как в области схемотехнологии, так и в области развития новых архитектур. В настоящее время созданы и используются десятки различных типов ЗУ. Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Так, например, большая информационная емкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие в свою очередь не сочетается с низкой стоимостью. Поэтому системам памяти свойственна многоступенчатая иерархическая структура, и в зависимости от роли того или иного ЗУ его реализация может быть существенно различной. Нужно отметить, что от параметров запоминающих устройств в значительной степени зависят технические характеристики вычислительных средств.

Целью дипломной работы является построениепостоянного запоминающегося устройства заданного объема с использованием отечественных ИС, проектирование платы печатного монтажа.

Задачи дипломного проекта:

  1.  Проанализировать технической и учебной литературы
  2.  Разработать структурную и функциональную схему проектируемой динамической оперативной памяти.
  3.  Провести расчеты при построении памяти динамического оперативного запоминающего устройства.
  4.  Построить схемы.
  5.  Спроектировать ППМ.

Методы исследования: анализ, моделирование, синтез.

Предметом и объектом исследования является постоянное запоминающее устройство(ROM).

Компьютерную память можно сравнить с человеческой памятью.

Например:

  1.  Компьютерная память бывает как энергозависимой, так и энергонезависимой. Человеческая память бывает только энергозависимой. Внутри компьютера обмен данными происходит в виде электрических сигналов.
  2.  В мозге отдельные нейроны тоже оперируют электрическими сигналами, но для передачи данных по синапсам преобразуют их в менее эффективные химические соединения, что ведет к потере тепла и информации.

Теоретическая и практическая значимость исследования:

  1.  В качестве теоретической значимости исследования, является теоретическое обобщение в области оперативного запоминающего устройства, а также проектирования и разработки платы печатного монтажа.
  2.  В качестве практической значимости исследования, являетсяразработанные схемы для выбранного динамического оперативного запоминающего устройства, подобранная элементарная база, разработанный проект или рекомендации.

Работа состоит из пояснительной записки, теоретической части, практической части, заключения, приложения, а так же список использованной литературы.

В первой части  рассмотрены вопросы…

Во второй части….

В заключении сделаны выводы

Список использованных источников соответствует методическим рекомендациям.

  1.  Теоретическая часть

  1.  Постоянноезапоминающее устройство

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или ReadOnlyMemory - ROM), которые также часто называют энергонезависимыми (или NonVolatileStorage), обеспечивают сохранение записанной в них информации и при отсутствии напряжения питания. Конечно, под такое определение подпадают и память на жестких и гибких дисках, и компакт диски, и некоторые другие виды ЗУ.

Однако, говоря о постоянных ЗУ, обычно подразумевают устройства памяти с произвольным адресным доступом. Такие ЗУ могут строиться на различных физических принципах и обладать различными характеристиками не только по емкости и времени обращения к ним, но и по возможности замены записанной в них информации.

  1.  Разновидности постоянных ЗУ

Наибольшее распространение в ПЭВМ получили полупроводниковые ПЗУ, элементы памяти которых используют различные модификации диодов и транзисторов и изготавливаются по интегральной технологии.

Непосредственными предшественниками таких ЗУ были магнитные (трансформаторные) ПЗУ, информация в которые записывалась соответствующей прокладкой (прошивкой) проводников ферритовых сердечников, что обеспечивало при требовавшихся в то время емкостях высокую надежность этих ЗУ в самых тяжелых (в электромагнитном отношении) условиях.

Известны также емкостные и индуктивные ПЗУ, в которых использовались проводники специальной формы, образующие емкостные или индуктивные связи.

ПЗУ на ферритовых сердечниках.

На рисунке 1 показан принцип действия ПЗУ при четырех разрядах. На нем изображена линейка сердечников и обозначено: 1, 2, 3, 4 — обмотки и провода считывания (Пр. сч) 1-, 2-, 3- и 4-го разрядов; c1, с2, сЗ, с4 — сердечники. Пр. зап — провод запроса, для примера прошивающий сердечники с2 и сЗ и проходящий мимо сердечников c1 и с.4 H — напряженность магнитного поля, возбуждаемая током /зап, протекающим по проводу запроса. В  ПЗУ записано четырехразрядное число 0110.  Достигается это тем, что сердечники особым образом прошиты проводом (Пр. зап), по которому проходит импульс запроса.

Рисунок 1 -Принцип действия ПЗУ при четырех разрядах

Устройство полупроводниковых ПЗУ.

Запись информации в постоянные ЗУ, как правило, существенно отличается от считывания по способу и времени выполнения. Процесс записи для полупроводниковых постоянных ЗУ получил также название “прожига” или программирования, первое из которых связано со способом записи, сводящимся к разрушению (расплавлению, прожигу) соединительных перемычек в чистом ЗУ.

В полупроводниковых ПЗУ в качестве элементов памяти, точнее, в качестве нелинейных коммутирующих и усилительных элементов обычно используются транзисторы. Они объединены в матрицу, выборка данных из которой производится по строкам и столбцам, соответствующим указанному адресу, так же, как и в других ЗУ с произвольным доступом.

Один из возможных вариантов структурной схемы полупроводникового ПЗУ показано на рисунке 2. Запоминание информации в этом ПЗУ осуществляется плавкой перемычкой, а транзисторы выполняют роль ключей-усилителей. Плавкая перемычка может быть изготовлена из нихрома, поликристаллического кремния или других материалов.

В зависимости от того, как именно работает усилитель считывания (в режиме повторителя или инвертора), наличие перемычки соответствует записи “1” или “0”. Разрушение перемычки (импульсом сильного тока) приводит к записи значения, обратного исходному.

Рисунок 2 -Вариант структурной схемы полупроводникового ПЗУ

Виды полупроводниковых ПЗУ.

Различают две большие группы ПЗУ: программируемые изготовителем и программируемые пользователем.

ЗУ первой группы, называемые иначе масочными, обычно выпускаются большими партиями. Информация в них заносится в процессе изготовления этих ЗУ на заводах: с помощью специальной маски в конце технологического цикла на кристалле формируется соответствующая конфигурация соединений. Такие ЗУ оказываются наиболее дешевыми при массовом изготовлении. Их обычно используют для хранения различных постоянных программ и подпрограмм, кодов, физических констант, постоянных коэффициентов и пр.

В ПЗУ, программируемые пользователем, информация записывается после их изготовления самими пользователями. При этом существуют два основных типа таких ЗУ: однократно программируемые и перепрограммируемые.

Программируемые ПЗУ.

Наиболее простыми являются однократно программируемые ПЗУ, такие как показан на рисунке 3. В этих ЗУ запись как раз и производится посредством разрушения соединительных перемычек между выводами транзисторов и шинами матрицы (хотя есть и несколько иные технологии).

Перепрограммируемые ПЗУ позволяют производить в них запись информации многократно. Распространенные технологические варианты используют МОП-транзисторы со сложным затвором (составным или “плавающим”), который способен накапливать заряд, снижающий пороговое напряжение отпирания транзистора, и сохранять этот заряд при выключенном питании. Программирование таких ПЗУ и состоит в создании зарядов на затворах тех транзисторов, где должны быть записаны данные.

Рисунок 3 - Программируемые ПЗУ.

  1.  Flash-память

Флэш-память, появившаяся в конце 1980-х годов (Intel), является представителем класса перепрограммируемых постоянных ЗУ с электрическим стиранием. Однако стирание в ней осуществляется сразу целой области ячеек: блока или всей микросхемы. Это обеспечивает более быструю запись информации или, как иначе называют данную процедуру, программирование ЗУ. Для упрощения этой процедуры в микросхему включаются специальные блоки, делающие запись “прозрачной” (подобной записи в обычное ЗУ) для аппаратного и программного окружения.

Флэш-память строится на однотранзисторных элементах памяти (с “плавающим” затвором), что обеспечивает плотность хранения информации даже несколько выше, чем в динамической оперативной памяти. Существуют различные технологии построения базовых элементов флэш-памяти, разработанные ее основными производителями. Эти технологии отличаются количеством слоев, методами стирания и записи данных, а также структурной организацией, что отражается в их названии. Наиболее широко известны NOR и NAND типы флэш-памяти, запоминающие транзисторы в которых подключены к разрядным шинам, соответственно, параллельно и последовательно.

NOR и NAND типы флэш-памяти.

Первый тип имеет относительно большие размеры ячеек и быстрый произвольный доступ (порядка 70 нс), что позволяет выполнять программы непосредственно из этой памяти. Второй тип имеет меньшие размеры ячеек и быстрый последовательный доступ (обеспечивая скорость передачи до 16 Мбайт/с), что более пригодно для построения устройств блочного типа, например “твердотельных дисков”.

Способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокая надежность и приемлемая цена привели к широкому ее распространению. Этот вид памяти применяется для хранения BIOS, построения так называемых “твердотельных” дисков (memorystick, memorydrive и др.), карт памяти различного назначения и т.п. Причем устройства на основе флэш-памяти используются не только в ЭВМ, но и во многих других применениях.

Назначение Flash-памяти.

Флэш-память типа BootBlock служит для хранения обновляемых программ и данных в самых разных системах, включая сотовые телефоны, модемы, BIOS, системы управления автомобильными двигателями и многое другое. Используя флэш-память для хранения параметрических данных, разработчики добиваются снижения стоимости и повышения надежности своих систем.

Например, в разработках сотовых телефонов параметрические блоки флэш-памяти используются для хранения телефонных номеров, учета времени использования и идентификатора пользователя (SIM-карта). Производители автомобилей используют параметрические блоки флэш-памяти в системах управления двигателями для хранения кодов ошибок и параметров оптимальных режимов работы. Загрузка кода в чистую память может производиться в составе готовой системы на финальной стадии изготовления изделия. Кроме того, за счет снижения числа комплектующих и внешних контактов достигается более высокая надежность автомобильных систем в целом. И, наконец, повышается объем хранимых параметров и частота их изменения.

Основы технологии Flash.

Флэш-технология позволяет оснастить системную память уникальными свойствами. Подобно ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, в отличие от ОЗУ, флэш нельзя переписывать побайтно. Флэш-память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные. Операции над флэш-памятью показаны в таблице 1.

Таблица 1 - Операции над флэш-памятью

Операции над флэш-памятью

Операция

Минимальный сегмент

Типичное время

Максимальное время

Чтение

Byte

60нс

60нс

Запись

Byte

9мкс

не более 100 мкс

Стирание

8KB-Block

0.6с

4.3с

Примечание:

По спецификации на ИС SmartVoltage 4MbitBootBlockв 8-bitрежиме при Vcc=5.0Vи Vpp=5.0V

Программирование Flash-памяти.

Запись (программирование) флэш-памяти - это процесс замены "1" на "0". Стирание - это процесс замены "0" на "1", где флэш стирается блок за блоком. Блоки - это области с фиксированными адресами, как показано на карте 4Мbit BootBlock микросхемы.

Когда блок стирается, стираются параллельно все ячейки внутри блока, независимо от других блоков этого прибора флэш-памяти.

Микросхемы FlashMemoryBootBlock должны выдерживать не менее 100 тысяч циклов стирания при напряжении питания VCC=5V. Цикл считается законченным, если 8КВ одного из параметрических блоков успешно запрограммировано и после этого стерто. Этот параметр очень важный, так как от него зависит то, какой объем данных можно хранить и как часто их можно обновлять.

Поскольку флэш-память не допускает перезаписи отдельной ячейки без предварительного стирания всего блока памяти, то применяются программные методы эмуляции перезаписи байта с использованием двух 8КВ параметрических блоков.

Структурная организация Flash.

Разбиение адресного пространства микросхемы флэш-памяти на блоки обычно бывает двух видов: симметричное и асимметричное.

В первом случае, называемом также FlashFile, все блоки (стирание в пределах каждого из которых производится только для всего блока сразу) имеют одинаковый размер, например 64 Кбайт или 128 Кбайт. Количество блоков зависит от емкости микросхемы. Например, в микросхеме 28F128J3 (IntelStrataFlash) емкостью 128 Мбит (16 Мбайт) имеется 128 блоков по 128 Кбайт.

В случае асимметричной архитектуры, называемой иначе BootBlock, один из блоков, на которые разбито адресное пространство микросхемы, дополнительно разбивается на меньшие блоки. Например, в микросхеме 28F640C3 (IntelAdvanced+ BootBlock) емкостью 64 Мбит выделен один загрузочный (Boot) блок размером 64 Кбайт, разбитый на 8 блоков параметров (parameterblocks) по 8 Кбайт, и 127 основных (main) блоков по 64 Кбайт. Причем загрузочный блок может размещаться либо в начале, либо в конце адресного пространства микросхемы.

Преимущества Flash.

Для хранения данных не требуется дополнительной энергии, то есть flash-память является энергонезависимым устройством.

Энергия, правда, требуется для записи данных, совсем без затрат тут не обойтись, в конце концов, вечный двигатель, как известно, создать невозможно. Зато по сравнению с компакт-дисками или дискетами затраты энергии при работе с flash-устройством минимальны. Поэтому flash-память является очень экономной с точки зрения энергозатрат. Как подтверждение – при записи данных на flash-микросхему требуется в 10-20 раз меньше энергии, чем при аналогичных действиях с компакт-диском или дискетой.

Flash-микросхема позволяет многократно (но, увы, не бесконечно…) перезаписывать данные. То есть flash-память – перезаписываемое устройство хранения данных.

Недостатки Flash.

Для начала главный потребительский недостаток – flash-память стоит дороже, чем дискеты, компакт-диски и компьютерные винчестеры.

Flash-память работает существенно медленнее, чем оперативная память на основе микросхем SRAM и DRAM. И даже по сравнению с жестким диском flash-накопитель является аутсайдером. К примеру, средняя скорость считывания данных с flash-накопителя составляет 5 Mb/s, а записи – 3 Mb/s.В то же время жесткий диск может обмениваться данными со скоростью около 30 Mb/s.

Наконец, еще один серьезнейший недостаток, который уже упоминался выше – flash-память имеет ограничение по количеству циклов перезаписи. Предел колеблется от 10 000 до 1 000 000 циклов для разных типов микросхем. И хотя миллион операций записи/стирания – это совсем немало, однако наличие физического предела использования микросхемы памяти можно считать серьезным недостатком flash-устройств.


  1.  Практическая часть

Задано спроектировать статическое ПЗУ объемом 1024 бита 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.

  1.  Построение структурной и функциональной схемы

Проанализировав литературупостроили структурную (рис.4) и функциональную схему (рис.5).

Рисунок 4 - Структурная схема.

На рисунке 4 изображен блок памяти в который входит диодная матрица. При подаче сигналов адреса и управления из блока памяти берется информация.

Рисунок 5 - Функциональная схема.

На рисунке 5 изображены регистры памяти в виде диодной матрицы и управляющие сигналы в виде сигналов разрешения чтения и выбор микросхемы.

  1.  Выбор микросхемы

Для реализации принципиальной схемы выбрали микросхему серий К155ЗУ21, КМ155ЛН1. Микросхема К155ЗУ21 представляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) емкостью 1024 бит (256x4) с использованием в качестве преобразователя двоичного кода в код знаков русского алфавита. Корпус К155РЕ21 типа 238.16-2, масса не более 2 г., как показано на рисунке 6 и 7.



Рисунок 6 -Корпус ИМС К155РЕ21



Рисунок 7 - Условное обозначение микросхемы

Назначение входов и выходов микросхемы:

1-7,15 - входы адресные;
8 - общий;
9-12 - выходы;
13,14 - входы разрешения выборки;
16 - напряжение питания;

Таблица 2 - Электрические параметры микросхемы К155РЕ21

1

Номинальное напряжение питания

5 В5 %

2

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

3

Напряжение на антизвонном диоде

не менее -1,5 В

4

Входной ток низкого уровня

не более 1 мА

5

Входной ток высокого уровня

не более 0,04 мА

6

Входной пробивной ток

не более 1 мА

7

Выходной ток высокого уровня

не более 0,1 мА

8

Ток потребления

не более 130 мА

9

Потребляемая статическая мощность

не более 682,5 мВт

10

Время выборки разрешения при включении

не более 30 нс

11

Время выборки разрешения при выключении

не более 30 нс

12

Время выборки адреса при включении

не более 60 нс

12

Время выборки адреса при выключении

не более 60 нс

Технология изготовления – ТТЛ технология.

Количество ножекмикросхемы  16.

Корпус микросхемы КМ155ЛН1 представлен на рисунке 8, условное графическое изображение на рисунке 9.

Рисунок 8 -Корпус ИМС КМ155ЛН1

Рисунок 9 -Условное графическое обозначение

Назначение входов и выходов микросхемы:

1,3,5,9,11,13 - входы;

2,4,6,8,10,12 - выходы;

7 - общий;

14 - напряжение питания; 

Таблица 3 - Электрические параметры микросхемы КМ155ЛН1

1

Номинальное напряжение питания

5 В  5 %

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

Технология изготовления –ТТЛ технология.

Количество ножек микросхемы 14.

Для соединения с другими элементамибыл выбрал разъем PBD2-20, внешний вид разъема представлен на рис. 10.

Рисунок 10 - Разъем PBD2-20 (DS-1026-06 - 2x10)

Таблица 4 -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, усиленный стекловолокном

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

  1.  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 от разводки печатной платы не 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 разработке устройства, процесс создания принципиальной схемы является промежуточным звеном между стадиями разработки структурной схемы и проектированием печатной 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…А8, D1…D4,CS1,CS2).

Необходимо построить память объемом 8192 бита с организацией 512х16 разрядных слов. Микросхема К155РЕ1 имеет объем 1024 бита с организацией 256х4. Для построения печатной платы необходимо 8 микросхем серии К155РЕ1 исходя из формулы 8192:1024=8.

  1.  Выбор материала

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:

Невысокаянагревостойкость по сравнению с полиамидами, что способствует загрязнению смолой торцов контактных площадок (КП) внутренних слоев при сверлении отверстий;

худшая механическая обрабатываемость;

более высокая стоимость;

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.

  1.  Методы 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 фоторезиста;

 на фотоучастке на заготовки с двух сторон накатывается сухой пленочныйфоторезист. 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, фоторезист 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 соответствующихтравителях 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 иммерсионнымNi-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.

  1.  Расчет размеров ПП и 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 расположения микросхем на плате печатного монтажа смотрите в приложении Б.

  1.  Расчет надежности

Надежность - свойство объекта выполнять требуемые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение заданного периода времени.

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. В случае, если расчётное время наработки на отказ меньше заданного в техническом задании, необходимо провести корректировку электрической принципиальной схемы.

  1.  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 С.

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, было разработано постоянное запоминающее устройство на базе ТТЛ, создал ППМ.

Во время работы над дипломным проектом 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 от 01.01.2012 г. // ГОСТ 3.1001-2011.
  3.  Платы печатные. Основные параметры конструкции от 01.04.1989 г. // ГОСТ 23751-86
  4.  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, 2010. – 514 с.
  5.  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.
  6.  Пирогова, Е.В. Проектирование и технология печатных плат [Текст]: учебник / Е.В. Пирогова. – М.: ФОРУМ : ИНФРА-М, 2014. – 560 с.
  7.  Стешенко, В.Б. P-CAD. Технология проектирования печатных плат. [Текст]: учебник / В.Б. Стешенко. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 720 с.
  8.  Угрюмов, Е.П. Цифроваясхемотехника [Текст]: учебное пособие для вузов / Е.П. Угрюмов. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 816 с.
  9.  Википедия - свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: // https://ru.wikipedia.org(дата обращения 19.04.2015).
  10.  Проект Hi-Tech[Электронный ресурс]. Режим доступа: // all-ht.ru/inf/pc/mem_dram.html(дата обращения 20.04.2015).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ФГБОУ ВПО ТюмГНГУ КИиС П.З.

Разраб.

Муравейко И.И.

Провер.

Пнева Т.П.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Принципиальная схема ПЗУ

Лит.

Листов

КСт 12-11-1

Приложение А

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ФГБОУ ВПО ТюмГНГУ КИиС П.З.

Разраб.

Муравейко И.И.

Провер.

Пнева Т.П.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Схема расположения микросхем на ППМ

Лит.

Листов

КСт 12-11-1

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15694. Право. 10–11 класс. Базовый и углублённый уровни 1.84 MB
  Учебник содержит материал о ключевых вопросах истории и теории права и государства, в нем рассмотрены система и важнейшие отрасли российского права – конституционное, гражданское, семейное, трудовое, уголовное и др. Основной текст учебника дополняют интересные факты, сведения, документы. Развернутый методический аппарат включает вопросы для самоконтроля, темы для проектов, рефератов и обсуждения, рубрики «Это интересно», «Информация к размышлению», «Исследуем документы и материалы».
15695. Символизм как миропонимание 112 KB
  Еще недавно думали мир изучен. Всякая глубина исчезла с горизонта. Простиралась великая плоскость. Не стало вечных ценностей открывавших перспективы. Все обесценилось. Но не исчезло стремление к дальнему в сердцах. Захотелось перспективы. Опять запросило сердце вечны
15696. Публицистская деятельность А. Блока в журнале Золотое руно 37.5 KB
  Публицистская деятельность А. Блока в журнале Золотое руно Блок активно включается в литературную повседневность публикуется во всех символистских журналах – Весы Золотое руно; в газетах – Слово Речь; в альманахах. Золотое руно – ежемесячный художествен...
15697. Красота в природе 215 KB
  Владимир Сергеевич Соловьёв Красота в природе Красота спасет мир. Достоевский Странно кажется возлагать на красоту спасение мира когда приходится спасать саму красоту от художественных и критических опытов старающихся заменить идеальнопрекрас
15698. НАЧИНАЕМ РАБОТУ: ПОДГОТОВКА ДАННЫХ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ 82 KB
  Лабораторная работа 1. Начинаем работу: подготовка данных и предварительный анализ Для того чтобы создать таблицу с данными: Запустите программу STATISTICA Создайте свой файл File  New  ОК. Программа создает пустую таблицу содержащую 10 строк и 10 с...
15699. ОПИСАТЕЛЬНАЯ СТАТИСТИКА И ГРАФИКИ 78 KB
  Лабораторная работа 2. описательная статистика и графики Описательные статистики: минимум максимум среднее дисперсия стандартное отклонение медиана квартили мода и т.д. Идея этих статистик очень проста: вместо того чтобы рассматривать...
15700. ЧАСТИЧНАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ 49.5 KB
  Лабораторная работа 3. ЧАСТИЧНАЯ Корреляция Задание 3.1: научимся считать частичную корреляцию Коэффициент частичной корреляции можно посчитать так Statistics Basic Statistics/Tables Correlation Matrices Advanced/Plot 3.1.1. Откройте уже знакомый файл Empl_Data.sta в программе STATISTICA 3.1.2....
15701. КОРРЕЛЯЦИЯ И ПРОСТАЯ ЛИНЕЙНАЯ РЕГРЕССИЯ 109.5 KB
  Лабораторная работа 3. Корреляция и простая линейная регрессия Коэффициент корреляции – это показатель степени связи. Он изменяется от –1 до 1. Величина по модулю коэффициента корреляции показывает силу связи чем больше величина тем сильнее с
15702. ТАБЛИЦЫ СОПРЯЖЕННОСТИ 159 KB
  Лабораторная работа 4. таблицы сопряженности Студент пишет дипломную работу на тему Влияние личностных характеристик на поведение в конфликтной ситуации и возможности коррекции этого самого поведения. Он считает что на поведение в конфликтной ситуации могут ока...