Разработка специального математического и программного обеспечения эволюционного размещения электрорадиоэлементов с учётом тепловых полей

• Автор: Брагин, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.11, 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 195 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Глава 1. Анализ проблем моделирования тепловых полей в системах автоматизированного размещения ЭРЭ
1.1. Иерархия конструктивного построения РЭС с позиций анализа тепловых характеристик

1.2. Связь тепловых характеристик с основными расчетными процедурами.

1.3. Постановка задачи теплового моделирования РЭС с позиции

системного анализа тепловых характеристик.

1.4 Функциональный анализ систем автоматизированного проектирования радиоэлектронных систем

1.5. Комплексный анализ систем математического моделирования тепловых процессов

1.6. Сравнительный анализ систем размещения ЭРЭ на монтажном пространстве

1.7. Цель работы и задачи исследования

Глава 2. Разработка структуры интегрированной системы моделирования тепловых полей и эволюционного размещения электрорадиоэлементов на монтажном пространстве
2.1. Реализация процесса анализа тепловых характеристик РЭС в рамках интегрированных компьютерных технологий.
2.2. Модульная структура интегрированной системы моделирования и размещения элементов на монтажном пространстве
2.3. Основные этапы моделирования и проектирования РЭС с использованием графических библиотек элементов
2.4. Постановка задачи поиска оптимальных решений задачи размещения ЭРЭ
2.5. Формирование критерия размещения ЭРЭ с учтом тепловых процессов.
2.6. Формирование исходной информации для математического моделирования тепловых процессов печатных узлов.
2.7. Анализ использования графических форматов для интеграции графических систем моделирования и проектирования
2.8. Конвертация графических форматов файлов для интеграции систем
автоматизированного проектирования и моделирования
Глава 3. Математические методы поиска оптимальных решений в задаче размещения элсктрорадиоэлементов с учетом результатов моделирования тепловых полей
3.1. Основные этапы процесса принятия проектных решений но размещению ЭРЭ на монтажном пространстве
3.2. Размещение элементов по центрам кластеров с помощью генетического алгоритма.
3.2.1. Представление допустимых решений задачи размещения в виде бинарных строк
3.2.2. Вариабельные признаки особей эволюционного процесса размещения.
3.2.3. Взаимодействие основных факторов эволюции популяции в течении жизненного цикла.
3.3. Модификация метода компоновки для размещение элементов в кластере
3.4. Модификация метода локальных минимумов для размещения
элементов внутри кластера.
Глава 4. Программная реализация системы эволюционоого размещения элементов с учтом тепловых полей.
4.1. Структура интегрированной базы данных радиоэлектронных компонентов.
4.2. Графический интерфейс Универсальной справочной системы электронных компонентов
4.3. Программный модуль конвертации графической базы данных из системы РСАЭ вАиЮСАО
4.4. Программный модуль Система эволюционного размещения электрорадиоэлементов на монтажном пространстве с учтом тепловых полей
4.5. Графический интерфейс и основные принципы работы программы размещения ЭРЭ
4.6. Апробация размещения ЭРЭ на монтажном пространстве с учтом
результатов моделирования тепловых полей
Заключение
Список использованных источников


При этом обозначения элементов схемы следует рассматривать как обобщенные понятия, характеризующие некоторые множества соответствующих моделей тепловых процессов, на основе которых проводится теплофизическое проектирование. При проектировании РЭС тепловые процессы должны анализироваться на всех иерархических уровнях от интегральных микросхем и микросборок до стоечной конструкции. Выбор способа охлаждения для каждого уровня конструктивной иерархии РЭС должен осуществляться с учетом возможности отвода тепловой энергии и наличия фоновых перегревов на более высоком уровне иерархи и в связи с этим, целесообразно ввести анализ тепловых процессов ЮС, начиная с верхних иерархических уровней, т. Влияние тепловых характеристик на различные параметры разрабатываемых устройств рассмотрены на связях тепловых процессов с другими процессами и проектными процедурами. Связь тепловых процессов с электрическими проявляется в том, что электрические параметры ЭРЭ имеют существенные температурные зависимости см. Характерные температурные зависимости электрических параметров лементной базы РЭС Таблица 1. МП ,7 ДГ 1,0 ехр ВгТТ0 В ехр В,ГГ0 При разработке теплонагруженн ых аналоговых и цифровых устройств обратный ток рп перехода величина тока термогенерации и теплового тока при нормальных условиях В1В2В аппроксимирующие коэффициенты. СГГо Т рп Т0рп Ш При разработке мощных устройств, работающих в ключевом режиме трп постоянная времени перехода полупроводникового прибора при нормальных условиях Саппроксимирующий коэффициент. Таблица 1. У 4аТРт КрКскКурк 0,. V 1 1 При разработке теплонагруженны х устройств, включающие в свой состав индуктивные элементы у плотность тока в тороидальных трансформаторах акш удельный коэффициент теплоотдачи поверхности катушки АТ заданный перегрев трансформатора ФпкФкйтр относительное изображение геометрии трансформатора и базовый размер сердечника Ку коэффициент характеризующий отношение потерь в магнитопроводе и сердечнике Кок коэффициент заполнения окна медью В индукция в тороидальных грансформаторах ооТяг удельная масса магнитопровода и удельные потери в нем при индукции Кс коэффициент заполнения магнитопровода сталью р удельное сопротивление нагретого провода. Ггг лга Р 1 1 1 При разработке цифровых 4 устройств, подверженных сильным тешкэым воздействиям тзср средняя задержка сигнала в логическом элементе иЮ9 ДжК константа имеющая размерность энтропии и выражающая реальные затраты на переключение логического элемента при изменении температуры эксплуатации на один градус Р потребляемая мощность Ттэ тепловое сопротивление конструкции Т температура тсплостока, на который устанавливается логический элемент
Таблица 1. Л2ГГ При заработке теплонагружен н ых устройств, включающих в свой состав емкостные элементы Со мкость при нормальных условиях при температуре Т0 С Т рабочая температура конденсатора А, Аг аппроксимирующие коэффициенты. Я Я0 Л. Г При разработке теплонагруженных устройств, включающих в свой состав резисторные элементы Яо электрическое сопротивление резистора при нормальных условиях при температуре Т С А,температурный коэффициент резистора. Тепловые нагрузки сказываются, в первую очередь, на режимах работы ЭРЭ. На рис. ЭРЭ от температуры 6, 8, ,. В РЭС, которые подвержены жестким тепловым нагрузкам диапазон температур от минус до плюс С и вибрационным воздействиям диапазон вибрации 1 Гц и амплитуда виброускорений до значительные тепловые нагрузки приводят к изменению физикомеханических диссипативных и жесткостных параметров конструкционных материалов РЭС 8, , рис. Эти изменения под воздействием тепловых нагрузок приводят, в свою очередь, к изменению механических характеристик конструктивных узлов РЭС рис. Рис. ИМС ОУ 0 УД б коэффициента усиления у биполярного транзистора
2Т5А2 в крутизна полевого транзистора КП1Д г мощность рассеяния Рт арсенидаллиевого полевого транзистора ЬРХ0 фирмы ЕШгопс при различных тепловых сопротивлениях проводимостях кристаллкорпус
Рис. Зависимость коэффициента рассеивания энергии некоторых конструкционных материалов РЭС от температур. Е . Рис. Рис. Зависимость виброускорения а и первой резонансной частоты печатного узла от температуры материала несущей конструкции.