Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про развитие рэс, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое развитие рэс, развитие радиоэлектронных средств, поколения рэс , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Конструирование и проектирование электронной аппаратуры.
Радиоэлектронное средство (РЭС) — изделие и/или его составные части, в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники . Возникновение понятия «радиоэлектронное средство», так же, как и понятия «радиоэлектроника» связано с тем, что, несмотря на существование двух различных областей знаний (радиотехника и электроника), их реализация в технических средствах обычно происходит совместно, неразрывно, образуя единые комплексные принципы действия.
Радиоэлектронные средства — технические средства, предназначенные для передачи и (или) приема радиоволн, состоящие из одного или нескольких передающих и (или) приемных устройств либо комбинации таких устройств и включающие в себя вспомогательное оборудование . В том числе и серверы.
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) — электронная аппаратура, изделие, предназначенное для передачи, приема, информации на расстояние по радиоканалу при помощи электромагнитных сигналов . В радиоэлектронной аппаратуре производится обработка сигналов, например: обнаружение сигнала, оценивание сигнала, различение на фоне шумов, помех и других сигналов, шумоподавление в тракте, частотная фильтрация, усиление сигнала. Впервые термин радиоэлектронная аппаратура появился в 1963 г. для описания радиотехнических изделий. В соответствие с ГОСТ 26632-85 "Уровни разукрупнения радиоэлектронных средств по функционально-конструктивной сложности Термин РЭА аналогичен термину РЭС
В результате развития РЭС (Радиоэлектронных средств) и систем происходит непрерывное их усложнение (функциональное) примерно в два раза за 5 лет.
В этих условиях возникло и действует противоречие между быстро увеличивающейся сложностью РЭС, их схем и конструкций, с одной стороны, и ужесточающимися требованиями к массе, стоимости, надежности и удобству применения по назначению, обслуживанию (ремонту) — с другой.
Следовательно, должно происходить дальнейшее развитие конструкций и технологии РЭС, поиски и внедрение новых принципов синтеза и построения конструкции, технических решений, материалов, а также совершенствование характера и организации деятельности инженеров по проектированию, производству и эксплуатации РЭС.
Под РЭС понимают изделие и его составные части, в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники. Термин «радиотехника» широко использовался до 50-х годов ХХ века и определял область науки и техники, связанную c генерацией, излучением, приемом и преобразованием радиоволн. Электроника это область науки, связанная с созданием приборов, принцип работы которых основан на взаимодействии электронов с электромагнитными полями внутри вакуумных приборов и полупроводников (элементная база РЭС).
Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).
Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.
Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе.
Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений.
Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различной степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностью и сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью. РЭС на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует совершенствование РЭС и ее элементной базы.
Решающую роль в развитии РЭС играло и играет совершенствование элементной базы, конструкций и технологии производства.
Различают поколения рэс :
Первый этап
Открытие в 1874 году немецким ученым Брауном выпрямительного эффекта в контакте металл–полупроводник. Использование этого эффекта русским изобретателем Поповым для детектирования радиосигнала позволило создать ему первый радиоприемник. Датой изобретения радио принято считать 7 мая 1895 г. когда Попов выступил с докладом и демонстрацией на заседании физического отделения русского физико–химического общества в Петербурге. В разных странах велись разработки и исследования различных типов простых и надежных обнаружителей высокочастотных колебаний – детекторов.
Поэтому на первом этапе своего развития одним из основных применений радиоэлектронных средств было развитие средств связи. Их развитие началось практически сразу после разработки основных положений о технических принципах организации связи посредством электрических сигналов. Это закономерно, так как по мере развития общества и вовлечения все большей массы людей в решение задач как промышленного, так и военного назначения, роста специализации выполняемой ими работы требуются все более и более совершенные инструменты оперативного управления трудовыми, материальными и военными ресурсами.
Второй этап
Второй этап развития электроники начался с 1904 г. когда английский ученый Флеминг сконструировал электровакуумный диод. За ним последовало изобретение первой усилительной лампы – триода в 1907 году.
1913 – 1919 годы – период резкого развития электронной техники. В 1913 г. немецкий инженер Мейснер разработал схему лампового регенеративного приемника и с помощью триода получил незатухающие гармонические колебания. В России первые радиолампы были изготовлены в 1914 году в Санкт–Петербурге консультантом русского общества беспроволочного телеграфирования Николаем Дмитриевичем Папалекси, будущим академиком АН СССР.
Третий этап
Третий период развития электроники – это период создания и внедрения дискретных полупроводниковых приборов, начавшийся с изобретения точечного транзистора. В 1946 году при лаборатории "Белл Телефон" была создана группа во главе с Уильямом Шокли, проводившая исследования свойств полупроводников на Кремнии и Германии. Группа проводила как теоретические, так и экспериментальные исследования физических процессов на границе раздела двух полупроводников с различными типами электрической проводимости. В итоге были изобретены: трехэлектродные полупроводниковые приборы – транзисторы. В зависимости от количества носителей заряда транзисторы были разделены на:
Изобретение транзисторов явилось знаменательной вехой в истории развития электроники и поэтому его авторы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли были удостоины нобелевской премии по физике за 1956 г.
Появление микроэлектроники
С появлением биполярных полевых транзисторов начали воплощаться идеи разработки малогабаритных ЭВМ. На их основе стали создавать бортовые электронные системы для авиационной и космической техники. Так как эти устройства содержали тысячи отдельных электрорадиоэлементов и постоянно требовалось все большее и большее их увеличение, появились и технические трудности. С увеличением числа элементов электронных систем практически не удавалось обеспечить их работоспособность сразу же после сборки, и обеспечить, в дальнейшем, надежность функционирования систем. Проблема качества монтажно-сборочных работ стало основной проблемой изготовителей при обеспечении работоспособности и надежности радиоэлектронных устройств.
Решение проблемы межсоединений путем применения печатных плат в качестве несущей и коммутационной структуры явилось предпосылкой к появлению микроэлектроники. Прообразом будущих микросхем послужила печатная плата, в которой все одиночные проводники объединены в единое целое и изготавливаются одновременно групповым методом путем стравливания медной фольги с плоскостью фольгированного диэлектрика. Единственным видом интеграции в этом случае являются проводники. Применение печатных плат хотя и не решает проблемы миниатюризации, однако решает проблему повышения надежности межсоединений. Технология изготовления печатных плат не дает возможности изготовить одновременно другие пассивные элементы кроме проводников. Именно поэтому печатные платы не превратились в интегральные микросхемы в современном понимании. Первыми были разработаны в конце 40-х годов толстопленочные гибридные схемы, в основу их изготовления была положена уже отработанная технология изготовления керамических конденсаторов, использующая метод нанесения на керамическую подложку через трафареты паст, содержащих порошок серебра и стекла.
Тонкопленочная технология производства интегральных микросхем включает в себя нанесение в вакууме на гладкую поверхность диэлектрических подложек тонких пленок различных материалов (проводящих, диэлектрических, резистивных).
Четвертый этап
В 1960 году Роберт Нойс из фирмы Fairchild предложил и запатентовал идею монолитной интегральной схемы и, применив планарную технологию изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы.
Семейство монолитных транзисторно-транзисторных логических элементов с четырьмя и более биполярными транзисторами на одном кристалле кремния было выпущено фирмой Fairchild уже в феврале 1960 года и получило название "микрологика". Планарная технология Хорни и монолитная технология Нойса заложили в 1960 году фундамент развития интегральных микросхем, сначала на биполярных транзисторах, а затем 1965–85 гг. на полевых транзисторах и комбинациях тех и других.
Два директивных решения фирм IBM и Fairchild принятых в 1961–1962 гг. повлияли на развитие производства кремниевых транзисторов и ИС.
1) Решение фирмы IBM (Нью-Йорк) по разработке для перспективной ЭВМ не ферромагнитных запоминающих устройств, а электронных ЗУ (запоминающих устройств) на базе n-канальных полевых транзисторов (металл-окисел-полупроводник – МОП). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Результатом успешного выполнения этого плана был выпуск в 1973 г. универсальной ЭВМ с МОП ЗУ – IBM- 370/158.
2) Директивные решения фирмы Fairchild предусматривающие расширение работ в полупроводниковой научно-исследовательской лаборатории по исследованию кремниевых приборов и материалов для них.
Тем временем в июле 1968 г. Гордон Мур и Роберт Нойс уходят из отделения полупроводников фирмы Fairchild и 28 июня 1968 года организуют крохотную фирму Intel из двенадцати человек, которые арендуют комнатку в Калифорнийском городе Маунтин Вью. Задача, которую поставили перед собой Мур, Нойс и примкнувший к ним специалист по химической технологии – Эндрю Гроув, использовать огромный потенциал интеграции большого числа электронных компонентов на одном полупроводниковом кристалле для создания новых видов электронных приборов. В 1997 году Эндрю Гроув стал "человеком года", а возглавляемая им компания Intel, ставшая одной из ведущих в силиконовой долине в Калифорнии, стала производить микропроцессоры для 90% всех персональных компьютеров планеты.
Появление интегральных микросхем сыграла решающую роль в развитие электроники положив начало новому этапу микроэлектроники. Микроэлектронику четвертого периода называют схематической, потому что каждой интегральной микросхеме соответствует определенная принципиальная электрическая схема, как и для электронных узлов аппаратуры предыдущих поколений.
Настоящее электроники
В настоящее время микроэлектроника переходит на качественно новый уровень – наноэлектронику. Наноэлектроника в первую очередь базируется на результатах фундаментальных исследований атомных процессов в полупроводниковых структурах пониженной размерности.
Квантовые точки, или нульмерные системы, представляют собой предельный случай систем с пониженной размерностью, которые состоят из массива атомных кластеров или островков нанометровых размеров в полупроводниковой матрице, проявляющих самоорганизацию в эпитаксиальных гетероструктурах.
Одним из возможных работ связанных с наноэлеткроникой является работы по созданию материалов и элементов ИК-техники. Они востребованы предприятиями отрасли и являются основой для создания в ближайшем будущем систем «искусственного» (технического) зрения с расширенным, по сравнению с биологическим зрением, спектральным диапазоном в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Системы технического зрения и фотонные компоненты на наноструктурах, способные получать и обрабатывать огромные массивы информации, станут основой принципиально новых телекоммуникационных устройств, систем экологического и космического мониторинга, тепловидения, нанодиагностики, робототехники, высокоточного оружия, средств борьбы с терроризмом и т.д. Применение полупроводниковых наноструктур значительно уменьшит габариты устройств наблюдения и регистрации, уменьшит энергопотребление, улучшит стоимостные характеристики и позволит использовать преимущества массового производства в микро- и наноэлектронике ближайшего будущего
Электронная аппаратура условно делится на поколения:
(20÷50 г.г. XX в.) – электровакуумные приборы, электромеханическая коммутация, объемный модуль, значительные габариты, вес, энергоемкость, трудоемкость изготовления, низкая надежность и плотность монтажа;
Конструкция РЭС 20-х годов напоминала телеграфную аппаратуру проводной связи начального периода развития конструкций РЭС (деревянный ящик, монтаж неизолированным проводом, контактирование c помощью винтов). Однако, с одной стороны благодаря появлению электронных ламп и с другой стороны благодаря потребностям в установке РЭС на суда и автомобили (1925-1935) на первый план при конструировании РЭС вышла задача увеличения ее прочности и жесткости. По мере увеличения общего числа каскадов усиления возросла роль экранировки. Опасность самовозбуждения привела к необходимости экранировать не только катушки индуктивности, но и отдельные узлы в целом.
В конце 20-х годов появилось металлическое шасси, на котором располагались и закреплялись электрорадиоэлементы (электровакуумные приборы, резисторы, конденсаторы, дроссели, трансформаторы), монтаж между которыми осуществлялся гибкими проводами. Появление шасси позволило эффективнее разделять нежелательные связи по электромагнитному полю и обеспечить достаточную жесткость и прочность конструкции. В этом смысле идея металлического шасси сыграла решающую роль и поэтому металлические шасси составляли основу конструкций РЭС первого поколения.
Радиостанция "Север": Внешний вид и конструкция
Тем временем электронные усилительные каскады начали внедряться в телефонию. Здесь уже существовали проверенные практикой традиции конструирования аппаратуры в виде этажерки — вертикальной стойки с расположенными друг над другом блоками. Такая первая блочная конструкция явилась носителем прогрессивной идеи расчленения сложной аппаратуры на простые конструкции. Увеличение серийности выпуска аппаратуры привело к зарождению и последующему развитию принципа конструктивной иерархии РЭС.
В дальнейшем в РЭС, основанной на применении ламповых активных элементов, постепенно типичной стала конструктивная схема, в которой лампы устанавливаются на панелях. При этом ламповые панели являются компоновочными центрами каскадов.
Рис. Модульный вариант конструкции первого поколения
(50÷60 г.г. XX в.) – дискретные ППП, модуль из объемных ЭРЭ, ПП, межблочный монтаж жгутами, плотность монтажа повышается в 10 раз и достигла 15÷20 соед./см2, групповая пайка, в 10 раз возросла производительность сборки, объем функциональных ячеек снизился в 15÷25 раз, а энергоемкость в 10÷20 раз;
С появлением биполярных полевых транзисторов начали воплощаться идеи разработки малогабаритных ЭВМ. На их основе стали создавать бортовые электронные системы для авиационной и космической техники. Так как эти устройства содержали тысячи отдельных электрорадиоэлементов и постоянно требовалось все большее и большее их увеличение, появились и технические трудности. С увеличением числа элементов электронных систем практически не удавалось обеспечить их работоспособность сразу же после сборки, и обеспечить, в дальнейшем, надежность функционирования систем. Даже опытные сборщики и наладчики ЭВМ допускали несколько ошибок на 1000 спаек. Проблема качества монтажно-сборочных работ стало основной проблемой изготовителей при обеспечении работоспособности и надежности радиоэлектронных устройств. Усложнение принципов работы и схем требовало усовершенствования конструкций.
Рис. Печатная блата РЭС 60х годов.
Решить проблему надежности и воспроизводимости межсоединений удалось благодаря появлению печатных плат, которые интегрировали в себе функции несущей конструкции и обеспечивали электрические соединения. В печатной плате все одиночные проводники объединены в единое целое и изготавливаются одновременно групповым методом путем избирательного стравливания медной фольги с плоскости фольгированного диэлектрика. Так как печатные дорожки на одинаковых платах располагались одинаково, обеспечивалась хорошая воспризводимость условий распространения сигналов и лучшая помехозащищенность РЭС. Применение печатного монтажа было вызвано к жизни поисками методов производства, позволяющих повысить производительность труда путем автоматизации.
Рис. Блок авиационной радиостанции «Ястреб».
В аппаратуре второго поколения большое число элементов самой разнообразной формы препятствовало автоматизации компоновочных работ. Криволинейная форма большинства элементов плохо согласовывалась с прямоугольной формой поверхности монтажной плоскости модуля. Разнообразие форм элементов не позволяло эффективно использовать поверхность монтажной плоскости модуля. Существенным недостатком компоновки модулей аппаратуры второго поколения являлось отсутствие регламентации ориентирования элементов на поверхности монтажной плоскости модуля. Введению такой регламентации препятствовало разнообразие форм элементов модуля. Одним из путей повышения плотности компоновки РЭС явилось применение микромодулей: небольших печатных плат стандартизованных размеров, на которых размещался типовой фрагмент электрической схемы или несложный узел РЭС.
Платы микромодулей.
Микромодули имели металлизированные контактные площадки по торцам платы при помощи которых они соединялись между собой, образуя функциональное устройство РЭС, обладающее, по тем временам, высокой степенью плотности монтажа.
Рис. Компоновочные схемы модулей на ПП: а - горизонтальное, б – вертикальное; в – этажерочное расположение деталей между платами
Рис. Компоновка ячейки ЭВМ 1- двухсторонняя печатная плата;
2-двухплатный модуль; 3-одноплатный модуль; 4-соединитель
Печатная плата явилась предпосылкой к появлению микроэлектроники в которой роль печатной платы выполняет кристалл полупроводника в котором методами диффузии примесей и вакуумного напыления создаются микроминиатюрные ЭРЭ.
(70÷80 г.г. XX в.) – интегральные элементы и типовые элементы сборки (ТЭС), механизация установки ИМС на ПП, плотность установки ≤500 элем./см2. С 1975 года ЦИМС на основе МОП-структур, объем блоков сократился в 20 раз, потребляемая мощность – в 15 раз, производительность труда возросла в 3÷5 раз относительно второго поколения. Здесь нашли применение многослойные (МПП), а внутриблочный монтаж – коммутационные (КПП) и гибридные печатные кабели (ГПК), автоматизация производства при накрутке, степень интеграции в ИМС – 105 элементов;
Рис. Логические типовые элементы замены ЕС ЭВМ
Рис. Блок РЭС третьего поколения с ИМС
Третье поколение РЭС начинается с момента появления гибридных интегральных схем, выполненных по толстопленочной и тонкопленочной технологиям. Дальнейшее развитие этого направления привело к созданию полупроводниковых микросхем, заключающих в себе сложные функциональные устройства, которые в РЭС предыдущих поколений реализовывались на печатных платах или даже целых блоках.
Первыми были разработаны в конце 40-х годов толстопленочные гибридные схемы, в основу их изготовления была положена уже отработанная технология изготовления керамических конденсаторов, использующая метод нанесения на керамическую подложку через трафареты паст, содержащих порошок серебра и стекла. Переход к изготовлению на одной подложке нескольких соединенных между собой конденсаторов, а затем соединение их с композиционными резисторами, наносимыми также с помощью трафарета, с последующим вжиганием привело к созданию гибридных схем, состоящих из конденсаторов и резисторов. Вскоре в состав гибридных схем были включены и дискретные активные и пассивные компоненты: навесные конденсаторы, диоды и транзисторы.
В 1960 году Роберт Нойс из фирмы Fairchild предложил и запатентовал идею монолитной интегральной схемы (Патент США 2981877) и применив планарную технологию изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы. В монолитной интегральной схеме планарные диффузионные биполярные кремниевые транзисторы и резисторы соединены между собой тонкими и узкими полосками алюминия, лежащими на пассивирующем оксиде. Алюминиевые соединительные дорожки изготавливаются методом фотолитографии, путем травления слоя алюминия напыленного на всю поверхность оксида. Такая технология получила название – технология монолитных интегральных схем.
Особое значение для массового производства микросхем представляет метод проектирования микросхем, разработанный Деннардом из фирмы IBM. В 1973 г. Деннард и его коллеги показали, что размеры транзистора можно уменьшать без ухудшения его ВАХ (вольт-амперных характеристик). Этот метод проектирования получил название закон масштабирования. Интегральные микросхемы стали называться микроэлектронные устройства, рассматриваемые как единое изделие, имеющее высокую плотность расположения элементов эквивалентных элементам обычной схемы. Усложнение, выполняемых микросхемами функций, достигается повышением степени интеграции.
Рис. Конструкция субблока III-го поколения: 1 — радиочастотный соединитель; 2 — печатная плата; 3 — корпусированная ИС; 4 — каркасная катушка индуктивности с экраном; 5 — навесной ЭРЭ; б — низкочастотный соединитель; 7 — основание
(80-е г.г. XX в.) – микроблоки с микросборками частного применения, бескорпусные ИМС, БИС и СБИС, акусто- и оптоволоконные приборы, безвыводные поверхностно-монтируемые ЭРЭ и ИМС. ТЭС – основная конструктивная единица, по методам поверхностного монтажа, внутриблочный монтаж полосовыми линиями (ПЛ) и ГПК. Плотность монтажа возросла в 20 раз, энергоемкость снизилась в 50 раз, производительность труда возросла в 40÷50 раз по сравнению со вторым поколением. В едином технологическом цикле синтезируются память (ЗУ) и схемы управления ЗУ – микропроцессоры. Быстродействие электронных приборов по сравнению со вторым поколением возросло на 2 порядка;
Применение навесных ЭРЭ в сочетании с ИС не дает полностью реализовать все преимущества последних. Особенно резко этот недостаток стал проявляться по мере роста степени интеграции ИС. Для борьбы с этим недостатком было предложено упаковывать навесные ЭРЭ в микросборки (МСБ), корпуса которых конструктивно и технологически согласуются с корпусами ИС высокой степени интеграции. В аппаратуре четвертого поколения при компоновке ячеек уже однозначно используется разделение монтажной зоны на отдельные участки для компоновки ИС и МСБ.
Рис. Конструкция аналогового субблока IV поколения с фильтрами ПАВ: 1 — лапка крепления, 2 — каркас-основание; 3 — гермоввод «слезка», 4 — микросборка, 5 — фильтр ПАВ; б — кожух-экран; 7 — паяный шов; 8 — трубка-шгенгель; 9 — высокочастотный разъем с полиэтиленовой заглушкой.
В 1981 – 1982 годах прогресс интегральных микросхем СБИС стимулировался наличием технологии литографии (электронно-лучевая, рентгеновская и на глубоком ультрафиолете от эксимерного лазера) и наличием производственного оборудования. Уже в 1983 г. как отметил Мур (на международной конференции) ввиду образования излишних производственных мощностей, как в США так и в Азии, прогресс в развитии микроэлектроники стал определяться только ситуацией на рынке.
В ранний период развития новой технологии (1960-е годы) принципы конструирования РЭС оставались еще неизменными. В 70-х годах, когда технология начала превращаться действительно в микротехнологию, стало возможным размещать крупные функциональные блоки РЭС (усилители, дешифраторы, процессоры и т.д.) в пределах одного кристалла. Возникло микросхемное направление развития РЭС. Большая интегральная схема это одновременно и законченное функциональное устройство и элемент.
Рис. Конструкция моноблочного прибора IV поколения
(90-е г.г. ХХ в.) – использование многокристальных модулей (МКМ), сверхпроводниковые схемы и элементы, молекулярная электроника, сверхчистые материалы, безлюдные технологии.
Увеличивается сложность элементной базы, сокращение числа уровней, снижение сложности конструкции, плотность монтажа – на 107 см2.
B настоящее время развиваются РЭС пятого поколения, отличительными особенностями которых от РЭС предыдущих поколений являются:
- широкое применение для обработки сигналов микропроцессоров с набором микросхем обвязки (память, тактовый генератор и т.д.);
Рис. Плата РЭС пятого поколения
- дальнейшая микроминиатюризация ЭРЭ и преимущественное применение в РЭС пятого поколения ЭРЭ поверхностного монтажа;
- перевод сигналов в цифровую форму и повышение частот обрабатываемых сигналов до десятков гигагерц;
- применение микросхем программируемой логики для реализации типовых цифровых и аналоговых устройств и постепенное смещение акцентов от чисто схемотехнических решений к достижению результатов путем программирования этих микросхем;
- применение элементов функциональной электроники (фильтры поверхностных акустических волн, микроэлектронные пьезоэлектрические фильтры, микросхемы кварцевых генераторов);
- применение в качестве межблочной и коммутации оптоволоконной техники.
Рис. МПП в сочетании с ГПП для РЭС V поколения.
В целом произошла большая стандартизация и гибкость схемотехнических решений, за счет применения микросхем программируемой логики, которые явились базой для создания самых различных функциональных устройств.
Рис. Оптический мультиплексор в стандартной несущей конструкции, предназначенной для установки в стеллаж.
Рис. Стеллаж с установленными блоками РЭС пятого поколения.
При этом различные устройства могут зачастую реализовываться в рамках ограниченного набора ЭРЭ, а широта реализуемых функций обеспечивается управляющими программами, размещаемыми в программируемых ИМС. Различие схемного исполнения у функциональных устройств со сходными функциями сводится к изменениям их наружной «обвязки» вспомогательными ЭРЭ.
Растущая степень интеграции открыла новые возможности применения нормализованных и унифицированных модулей различного уровня сложности. Наличие типовых электрических схем, выполняющих различные функциональные преобразования при одинаковом их конструктивном оформлении позволили создать аппаратуру из модулей единого конструктивного вида (единой серии). Последнее привело к уменьшению разнообразия, как вариантов, так и параметров Е пространственных структур конструкций. Так, наряду с определенностью принципов Ппр и пространственных структур (пр стала появляться определенность значений параметров элементов конструкций. Сейчас эти тенденции только усилились.
Последние годы развития микроэлектроники характеризуются не только "завоевыванием новых позиций", что выражается, в повышении степени интеграции элементной базы, применении новых материалов, поиске оригинальных конструктивных решений, но и закреплением уже завоеванных позиций - унификацией и стандартизацией как элементной базы, так конструкций. Различного рода "базовые", типовые конструкции узлов, субблоков, блоков находят вое более широкое применение как в масштабах некоторых предприятий, отдельных отраслей, так и государства в целом.
Примером стандартизации являются определенные типоразмеры разрешенных к применению печатных плат, подложек для ИС микросборок и, связанные с ними конструктивные варианты модулей 1-го и . 2-го уровней, а, в конечном итоге, и блоков (модулей 3-го уровня). Сюда же можно отнести попытки создания типовых вариантов топологии пассивных элементов для гибридных ИС (ГИС) и микросборок и регуляризацию расположения посадочных мест для навесных дискретных элементов на подложках ГИС и микросборок.
В конечном итоге указанные мероприятия приводят к дальнейшему уменьшению разнообразия пространственных подсистем Sпр конструкций РЭС, точнее, к уменьшению множества возможных значений конституант Епр отношений Rпр их пространственных подсистем за счет стандартизации элементов Г при известных принципах Ппр построения структур пр.
Особенностью современного этапа комплексной микроминиатюризации является освоение новых возможностей при создании электронной аппаратуры 4-го и 5-го поколения, построенной на изделиях с высокой и все более возрастающей степенью интеграции компонентов. В полной мере это относится и к разработке аппаратуры с использованием микропроцессоров. Здесь уместно заметить, что рост степени интеграции на несколько порядков существенно не изменил пространственной структуры конструкций модулей 1-го, 2-го и 3-го уровней. По всей вероятности, при переходе на ИС еще более высокого уровня интеграции конструкция аппаратуры по-прежнему будет во многом однородна, т.е. будет характеризоваться наличием многоуровневой иерархической модульной пространственной структуры с типовым дискретным набором значений параметров модулей.
Важным выводом, следующим из факта упрощения пространственных структур конструкций РЭС, является возможность выделить и формализовать основные задачи конструкторского синтеза современных РЭС.
Итак, рассмотрение этапов развития РЭ позволяет сделать некоторые выводы:
1) По мере развития РЭ очень скоро разработчики пришли к пониманию важности учета взаимных связей между электрическими, тепловыми, механическими явлениями в РЭС, т.е. пришли к системному пониманию РЭС. (Однако без использования соответствующей терминологии). Главное следствие необходимости учета взаимодействий заключалось в существенном усложнении задачи конструирования по указанной причине.
2) Первоначальная сложность задачи конструирования РЭС (из-за разнообразия фopм и размеров элементов Г, отношений R, структур и параметров Е конструкции) дополнилась сложностью учета явлений взаимодействия между подсистемами и различного рода ограничений в процессе проектирования.
Формализованные методы использовались мало, в основном, для анализа конструкций РЭС. Например, для расчетов тепловых режимов. Синтез же выполняется человеком. В целом процесс проектирования выполнялся методом "проб и ошибок"; интуиция, опыт, эвристика играли решающую роль.
Однако развивалась и другая тенденция - упрощение конструкции S за счет упрощения ее геометрической организации, т.е. за счет упрощения пространственной подсистемы Sпр. Для этого использовались следующие приемы:
Существенное развитие указанные приемы получили в РЭС 3-го и 4-го поколений с развитием микроэлектроники.
В результате произошло значительное уменьшение разнообразия пространственных подсистем Sпр и в настоящее время существо задачи конструирования изменилось:
Рис. 5.8. Упрощение пространственно подсистемы РЭС по мере развития РЭ.
Таким образом, согласно введенной классификации, задача проектирования конструкций РЭС часто представляет собой задачу 3б или четвертого типа сложности.
Упрощение задачи проектирования пространственной подсистемы Sпр привело к увеличению доли автоматизированных действий при конструировании за счет внедрения формализованных, а затем и автоматизированных методов синтеза (выбора) параметров Епр пространственных (или компоновочных) подсистем.
Специфической особенностью современного состояния РЭ является возможность в некоторых случаях решить задачу конструирования РЭС полностью формализованными приемами. Объясняется это тем, что часто в задаче проектирования конструкции не требуется отыскивать, синтезировать принципы, состав элементов и структуру (пр пространственной подсистемы Sпр, т.к. она бывает либо задана заранее, либо задача ее синтеза заменяется более простой задачей выбора определенной структуры из заданного множества вариантов. Например, задача проектирования печатных узлов является задачей синтеза пространственной системы с известным заранее набором вариантов структур. Расширение возможностей формализации конструирования и использование для целей проектирования средств ВТ позволило шире применять оптимальные методы конструирования РЭС. Современные автоматизированные процедуры конструирования РЭС являются сугубо оптимизирующими процедурами.
3) Эффективность жизни РЭ для РЭС остается неудовлетворительной. Причин этому много. По-прежнему невысока эффективность процесса проектирования Эпр. Последнее объясняется, в частности, недостаточным применением оптимальных автоматизированных методов проектирования РЭС с одной стороны, а также отсутствием некоторых профессиональных качеств у конструкторов РЭС и отсутствием необходимых средств проектирования с другой. И кроме того, не всегда и далеко не все задачи конструирования РЭС по сложности являются задачами уровней 3б и 4; хотя тенденция упрощения пространственной организации очевидна, также как очевидно и возрастание требований к конструкции РЭС в целом.
Статью про развитие рэс я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое развитие рэс, развитие радиоэлектронных средств, поколения рэс и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Конструирование и проектирование электронной аппаратуры
Комментарии
Оставить комментарий
Конструирование и проектирование электронной аппаратуры
Термины: Конструирование и проектирование электронной аппаратуры