Сарафанов А.В. Компьютерные технологии в приборостроении

Подождите немного. Документ загружается.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -181-

где x – номинальное значение параметра; Δ – относительный разброс пара-

метра x; x – центрированная случайная величина, принимающая значения на

отрезке (–1, +1).

Для того чтобы запустить анализ Монте-Карло, необходимо выполнить

следующие операции:

• в меню PSpice выбрать Edit Simulation Profile;

• в открывшемся диалоговом окне Simulation Settings щелкнуть по

клавише Analysis;

• в выпадающем списке Analysis Type вы

брать тип анализа;

• в поле Options выбирается Monte Carlo/worst-case.

При этом диалоговое окно Simulation Settings примет вид, представлен-

ный на рис. П1.22

. В этом диалоговом окне выбрать тип статистического

анализа Monte Carlo или worst-case/sensitivity.

Рис. П1.22. Диалоговое окно Simulation Setting

В поле Output Variable указывается имя выходной переменной, подле-

жащей статистической обработке. В поле Number of runs задается количество

статистических испытаний. В выпадающем меню Use distribution можно вы-

брать стандартный закон распределения случайных величин:

• Uniform – равновероятное распределение на отрезке (–1, +1);

• Gauss – распределение Гаусса на отрезке (–1, +1) с нулевым средним

значением и среднеквадратичным отклонением s = 0,25.

Кроме то

го, можно задать нестандартный закон распределения случай-

ных величин x, щелкнув по клавише Distributions, при этом откроется диало-

говое окно Distributions (рис. П1.23

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -182-

Рис. П1.23. Диалоговое окно Distributions

В поле Distribution name назначают имя закону распределения. В поле

Distribution curve values задается закон распределения в табличной форме. Пары

чисел задают значения случайной величины x и соответствующую вероятность

P. Всего может быть задано до 100 точек. Координаты точек должны указы-

ваться в порядке возрастания x (допускается повторять предыдущие значе-

ния x). Между соседними точками осущ

ествляется линейная интерполяция. По-

сле выбора закона распределения необходимо щелкнуть по клавише Save, а за-

тем OK, для того чтобы вернуться в диалоговое окно Simulation Settings.

В поле Random number seed задается начальное значение датчика случай-

ных чисел. Оно может принимать нечетные значения в диапазоне 1–32767. По

умолчанию оно устанавливается равным 17533.

Для анализа Монте-Карло им

еются пять разновидностей выходных дан-

ных, которые можно определить в текстовом поле Save data from. Эти данные

выводятся на печать или передаются в графический постпроцессор Probe:

• <none> – выходные данные не создаются;

• All – создаются все выходные данные (включая статистические расче-

ты при номинальных данных параметров радиокомпонентов);

• First* – создаются выходные данные только в течение перв

ых n реали-

заций;

• Every* – создаются выходные данные для каждой n-й реализации;

• Runs(list)*<n

>, <n

>… – для реализаций с указанными номерами

(до 25 значений может быть указано в перечне).

Значения для выходных переменных, указанные в выбранном анализе,

сохраняются в выходном файле моделирования. Даже при скромном числе ста-

тистических испытаний могут создаваться большие выходные файлы. Количе-

ство испытаний ограничено 2000 в выходном файле .OUT и 400 – при просмот-

ре графических рез

ультатов. Если число статистических расчетов превыша-

ет 10, графический постпроцессор Probe покажет скорее диапазон, чем набор

индивидуальных графиков. Это может быть полезно для наблюдения диапазона

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -183-

выходной переменной. При возрастании числа статистических расчетов разбро-

сы характеристик приближаются к наихудшему случаю для схемы. На рис.

П1.24 приведен пример статистического анализа по методу Монте-Карло.

Рис. П1.24. Статистический анализ выходного сигнала УНЧ

по методу Монте-Карло во временной области

При статистическом анализе предусматривается разнообразная обра-

ботка результатов моделирования, характер которой определяется с помо-

щью функций сравнения, приведенных в табл. П1.2

Таблица П1.2

Функции сравнения, используемые в статистических исследованиях

Функция Описание

YMAX Расчет максимального отклонения текущей реализации от номинальной

MAX Расчет максимального отклонения текущей реализации от максимальной

MIN Расчет минимального значения в каждой реализации

RISE_EDG

Определение момента первого пересечения заданного уровня снизу вверх

(значение уровня задается в круглых скобках; в начале расчета значение

реализации должно быть меньше этого уровня)

FALL_EDGE

Определение момента первого пересечения заданного уровня сверху вниз

(значение уровня задается в круглых скобках; в начале расчета значение

реализации должно быть больше этого уровня)

Чтобы установить дополнительные характеристики статистического

анализа

, нужно нажать кнопку More Settings, при этом откроется диалоговое

окно Monte Carlo/worst-case Output (рис. П1.25

* Можно установить число статистических испытаний в текстовом поле Run.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -184-

Рис. П1.25. Диалоговое окно Monte Carlo/worst-case Output

Функция сравнения задается в поле Find. Если выбрать в этом окне оп-

цию List model parameter values in the output file for each run, в выходной файл

будет выводиться список значений всех случайных параметров во всех реали-

зациях. В поле Evaluate only when the sweep variable is in the range определяется

диапазон значений, в пределах которого статистически обрабатывается выход-

ная переменная. Если вместо минимального или максимального значения этого

диапазона указать звездочку*, то граница диапазона пр

имет значение «–» или

«+».

Для выполнения анализа влияния температур

ы необходимо вызвать

диалоговое окно Simulation Settings (рис. П1.26

). В этом диалоговом окне вы-

брать один из режимов моделирования:

• AC Sweep;

• DC Sweep;

• Transient.

В поле Options выбирается Temperature (Sweep), в поле Repeat the simu-

lation for each of the temperatures указываются значения температур, при ко-

торых необходимо провести моделирование.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -185-

Рис. П1.26. Установка параметров температурного анализа

После установки параметров запускается процесс моделирования. Ре-

зультат отображается в графическом редакторе Probe в виде семейства графиков

исследуемой характеристики для заданных температур (рис. П1.27

Рис. П1.27. Анализ влияния температурной зависимости на выходной сигнала УНЧ

во временной области



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -186-

Таблица П2.1

Теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость

некоторых конструкционных материалов ПС

Наименование или марка материала

Коэффициент

теплопроводности,

Вт/(м·К)

Плотность,

кг/м

Удельная

теплоемкость

Дж/(кг·м)

1 2 3 4

Материалы печатных плат:

гетинакс

текстолит

стеклотекстолит

стеклотекстолит (многослой-

ная печатная плата)

анодированный алюминий

алюминий с эпоксидной смолой

титан покрытый слоем Al

сталь с эпоксидной смолой

полимид 6

полимид (vlspel)

фольгированный полистирол

0,15–0,19

0,23–0,33

0,23–0,37

0,43–0,50

200–300

50–65

1,1

0,3

0,36

0,03–0,04

1200–1400

1350

1500–1800

1750

2800

4800

7800

–

1400

420

410

850

800

–

550

–

Материалы проводников:

медь

серебро

золото

380–390

390–420

219

8940

10500

19300

380

234

130

Материалы радиаторов и основа-

ний функциональных ячеек:

АЛ–7

АЛ–2

АЛ–9

АМЦ

АМГ

АМГ-6

Алюминий деформируемый (АД,

АД–1 и др.)

Дюралюминий

Д 16М

Д 16Т

196

167

151

180

150

210–230

160–180

192

121

2600

2650

2660

2730

2630

2680

2710

2750

2780

–

830

840

890

1090

970

900

920

–

ПРИЛОЖЕНИЕ 2



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -187-

Продолжение табл. П2.1

1 2 3 4

Материалы подложек:

ситалл СТ-32-1

ситалл СТ-38-1

ситалл СТ-50-1

феррит 10 СЧ-6

поликор (ВК-100)

22хс (ВК-94-1)

М7

BK-98-1 (сапфирит)

стекло С41-1

стекло С48-3

плавленый кварц

1,0

1,3

1,4–1,5

2,6

30–35

13,4

21–25

10,0

24–26

1,0

1,2–1,5

7,0–15,0

3190

2900

2200–2700

5020

3960–3990

3750–3850

–

3880–3940

2500

2200–2700

2210

–

740

Клеи

(Тм – допустимая рабочая температу-

ра,°C; t – технологическая толщина

клеевого слоя, мкм):

Д9 (Тм = 150, t = 50–250)

ЭТА (Тм = 150, t = 30–200)

ТКЛ–2 (Тм = 125, t = 50–250)

ВТ–25–200 (Тм = 200, t = 50–250)

К–400 (Тм=250, t=100–250)

эластосил 10–01–марка Б

эластосил 137–83 (Тм = 200,

t = 50–250)

мастика ЛН (Тм = 120, t = 50–250)

эпоксидная смола

УП-5-201

паста

КПТ-8

ВК-9 (на

полнитель TiO2)

КВК-68

ВК-9 (наполнитель AlN)

КВК-68 (наполнитель AlN)

0,74

0,80

1,60

0,62

1,0–2,0

0,65

0,97

0,65

0,15

1,0

0,8

0,21–0,22

0,137

0,56–1,62

1,0 –1,87

–

Компаунды:

ЭК-16А

К-1

К-2

КТЭ-2

КТЭ-4

0,3–0,35

2,2

1,4

1,3

1,2

1350

–

1200–1400

–

ЭК-16А с кварцевой пылью 0,5–0,8 1350 1200–1400

Прочие материалы

пенополиуретан

пластмасса ЭФП–63

пластмасса полихлорвиниловая

плекстиглас

полистирол

фторопласт-4

0,06

0,23

0,44

0,19

0,09–0,14

0,25

1250

–

1180

1500

2300

–

1420–1550

–

920–1050

ПРИЛОЖЕНИЕ 2



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -188-

Окончание табл. П2.1

1 2 3 4

германий

кремний

латунь

титан

сталь 10

магний

бронза

парафин

картон

слюда

асбестовая ткань

эбонит

резина

109

156

0,27

0,23

0,45

0,17

0,16

5320

2300

8440

4500

7850

1750

8800

920

–

2600–3200

–

1200

314

733

376

–

460

1047

381

1000

–

879

–

1380

Таблица П2.2

Коэффициенты черноты поверхностей

некоторых конструкционных материалов ПС

Материал и состояние

его поверхности

Коэффициент

черноты,

отн.ед.

Температура,

°С

1 2 3

Алюминий:

грубо полированный

тщательно полированный

листовой (коммерческий)

сильно окисленный

сплав Д-16

фольга

0,05

0,04–0,06

0,09

0,20–0,80

0,37–0,40

0,10

100

50–500

30–200

50–500

50–350

100

Медь:

тщательно полированная

шлифованная

сильно окисленная

0,02

0,05

0,79

80–115

150

Лат

нь:

тщательно полированная

шлифованная

сильно окисленная

пластина тусклая

окисленная

0,02

0,05

0,78

0,22

0,60

100

200

100

онза полированная 0,16 50

Сталь:

никелированная

окисленная

литье

листовая, шероховатая

холоднокатанная

0,11

0,80

0,54

0,96

0,09

300

ПРИЛОЖЕНИЕ 2



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -189-

Окончание табл. П2.2

1 2 3

Железо:

шлифованное

листовое, сильно окисленное

0,14

0,69

100

Ковар

0,82 23

Золото

0,10 90–600

Никель полированный

0,08 99–370

Титан

0,63 25

Чугунное литье

0,81 50

Окиси металлов

0,40–0,80 100–400

Кварц плавленный

0,93 20

Стекло гладкое

0,94 22

Бумага (картон)

0,93 20–300

Асбестовый картон

0,96 20

Резина

0,86–0,95 24

Фарфор глазурованный

0,92 23

Краски:

маслянные различных цветов

эмалевые

алюминевые различных цветов

защитнозеленая

бронзовая

0,92–0,96

0,92

0,27–0,67

0,90

0,51

100

20–100

100

Лаки:

черный

белый

щеллак черный матовый

муар серый, черный

белая эмаль на железной пластине

алюмин. лак на шероховатой пластине

0,96–0,98

0,80–0,95

0,91

0,90

0,39

40–100

40–95

Информация, приводимая в данном приложении, носит справочный ха-

рактер и необходима в процессе моделирования тепловых режимов узлов ПС

(в том числе в микроэлектронном исполнении) второго уровня конструктив-

ной иерархии (печатные узлы, функциональные ячейки и микросборки). Мо-

делирование таких конструктивных узлов, как правило, осуществляется на ос-

нове моделей с распределенными параметрами и требу

ет подробной инфор-

мации о геометрических и теплофизических параметрах (ГТФП) ЭРЭ, которая

приводится в соответствующих таблицах данного приложения. В таблицах

приведены данные о некоторых типах ЭРЭ, таких как: транзисторы, диоды,

микросхемы, резисторы и конденсаторы.

Информация о ГТФП перечисленных типов ЭРЭ представлена в прило-

жении в следующем виде. Для транзисторов и диодов − таблицы оп

ределения

ГТФП по типу транзистора или диода (табл. П2.3

и П.2.4). Для микросхем −

таблицы определения ГТФП по типономиналу микросхемы и (или) шифру

корпуса микросхемы (табл. П2.5

и П2.6). Для резисторов − таблица определе-

ния ГТФП по типономиналу резистора (табл. П2.7

). Для конденсаторов − таб-

лица определения номера типоразмера корпуса по типономиналу конденсато-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -190-

ра (табл. П2.8) и таблица определения ГТФП по номеру типоразмера корпуса

конденсатора (табл. П2.9

К приводимым в таблицах ГТФП ЭРЭ относятся: площадь поверхности

ЭРЭ (S

пэ

), омываемая воздухом; тепловое контактное сопротивление (R

кон

)

ЭРЭ (тепловое сопротивление «корпус ЭРЭ−радиатор» или «корпус

ЭРЭ−печатная плата»); тепловое сопротивление крепления (R

тк

) ЭРЭ (тепло-

вое сопротивление «выводы и (или) корпус ЭРЭ−печатная плата (или основа-

ние функциональной ячейки или подложка)»); теплоемкость ЭРЭ (С

). Ос-

тальные параметры ЭРЭ относятся к разряду нормативно-справочной инфор-

мации. Значения таких ГТФП ЭРЭ, как S

э, R

кон

и R

тк

зависят от варианта уста-

новки ЭРЭ на конструктиве, поэтому значения этих параметров приведены в

таблицах для соответствующих вариантов установки. ГТФП перечисленных

выше типов ЭРЭ приводятся для некоторых вариантов установки ЭРЭ на кон-

структиве. Для резисторов и конденсаторов принимает один вариант установ-

ки: резистор располагается (горизонтально) на высоте 1 мм над поверхностью

печатной платы (резисторы: C2-33

, C2-34, МЛТ, ОМЛТ, C5-5B и т. п.); рези-

стор устанавливается на несущую конструкцию через изоляционную проклад-

ку толщиной 2,5 мм (резисторы: СП5-2B, СП5-16BВ, РП1-53 и т. п.); резистор

крепится винтами непосредственно к несущей конструкции (резисторы: СП5-

2B CП5-3В и т. п.); конденсатор располагается на высоте 1 мм над поверхно-

стью печатной пл

аты (конденсаторы: K73-16, K73-15, K53-4A и т.п.); конден-

сатор боковой поверхностью приклеивается к несущей конструкции (конден-

саторы: K71-7, K10-47 и т. п.). Для микросхем, в зависимости от типа корпуса,

принимается три варианта установки: 1-й вариант − микросхема устанавлива-

ется на высоте 1 мм (шифры корпусов: «ПОСОЛ», «ТРОПА», «ТРАПЕЦИЯ»,

151.15-2, 151.15-4, 201.1-1,8) или 0,5 мм (шифры корпусов: 421.50-1, 402.14-5,

402.16-6, 401.14-1,2,5) над поверхностью н

есущей конструкции; 2-й вариант −

микросхема приклеивается на проложенную по несущей конструкции тепло-

отводящую шину (ширина шины 0,8 ширины корпуса микросхемы) толщиной

1 мм (шифры корпусов: «ПОСОЛ», «ТРОПА», «ТРАПЕЦИЯ», 151.15-2,

151.15-4, 201.14-1,8) или 0,7 мм (шифры корпусов: 421.50-1, 402.14-5, 402.16-

6, 401.14-1,2,5); 3-й вариант − микросхема приклеивается к несущей конструк-

ции (шифры корпусов: 421.50-1, 402.14-5, 402.16-6, 401.14-1,2,5).

Для транзисторов, устанавливаемых на печатных платах, принимались

два ва

рианта установки: 1-й вариант − транзистор устанавливается на высоте

2−4 мм над поверхностью печатной платы (КТ3107, КТ363, КТ315, КТ3102,

КК940

и т. п.); 2-й вариант − транзистор крепится боковой поверхностью при помо-

щи винта (КТ805АМ, КТ943 и т. п.) или клея (2Т625БМ-2, КТ315, 2П103 и т.

п.)

к печатной плате. Для диодов, устанавливаемых на печатных платах, прини-

мает один вариант установки: диод с осевыми выводами располагается (гори-

зонтально) на высоте 1 мм над поверхностью печатной платы (2С108, 2Д510,

КД208

и т. п.); диод боковой поверхностью приклеивается к печатной плате (2Д213,