Известно, что разрабатываемое ЭСППЗУ работает с I²C интерфейсом, то есть существуют двунаправленная шина данных SDA и, так называемая, тактовая шина SCL. Для I²C интерфейса напряжения низкого и высокого уровня стандартизированы международным стандартом ISO.

Тактовая частота определяет быстродействие ЭСППЗУ. Значение тактовой частоты ограничено технологией изготовления внутреннего генератора.

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ

5.1 Электрический расчет генератора высокого напряжения

Улучшенная схема умножителя напряжения была разработана для создания напряжения плюс 40 В, чтобы обеспечить возможность работы от стандартных источников питания напряжением плюс 5 В. Высокое напряжение генерируется внутри интегральной микросхемы. МС сделана по МНОП-технологии. При подобном решении эффективность умножения и возможность управления током не зависят от числа ступеней умножения. Для умножителя были разработаны математическая модель и эквивалентная схема, предсказывающие хорошее согласование характеристик с результатами измерений.

Умножитель непосредственно входит в состав энергонезависимой памяти, где занимает площадь 600х240 мкм. Тактовая частота составляет 1 МГц, а максимальный ток нагрузки 10 мкА . Выходное сопротивление равно 3,2 кОм.

Хотя МНОП-технология создания энергонезависимых схем памяти уже хорошо отработана, ее недостатком является требование относительно высоких потенциалов (30-40 В) для записи или стирания информации. Часто, именно необходимость генерировать такие напряжения препятствует использованию МНОП устройств, поскольку они являются неэкономичными, особенно, если используется несколько бит энергонезависимой памяти. Обойти это препятствие позволяет разработанный метод встроенной генерации, использующий новую схему умножителя напряжения и позволяющий МНОП схемам работать со стандартными источниками питания и интерфейсами. В принципе, напряжения, превышающие значения напряжения питания, может быть получено на ИМС с помощью диодного умножителя (рисунок 5.1).



Принцип его работы хорошо известен и не будут здесь подробно рассматриваться. Однако, необходимо отметить следующее, что поскольку межкаскадные конденсаторы соединены последовательно, то

- эффективное умножение будет иметь место лишь в случае, если величина межкаскадных емкостей значительно превышает значение паразитной емкости ;

- выходное сопротивление уменьшается при увеличении числа каскадов умножения.

Первоначально диодный умножитель использовался для генерации напряжений, превышающих те, которые могут быть получены с помощью электромагнитных трансформаторов. Это представляется возможным, поскольку независимо от числа каскадов умножения максимальное напряжение на любом межкаскадном конденсаторе может быть лишь равным входному управляющему напряжению. Однако, в таких случаях схема составляется из дискретных элементов, и для получения эффективного умножения и достаточной способности управления, межкаскадные емкости могут быть выбранными достаточно большими. Но поскольку величина встроенных конденсаторов ограничивается несколькими пикофарадами при значительных паразитных емкостях подложки, то подобный тип умножителей не пригоден.

Полный анализ диодного умножителя, дающий количественные значения паразитной емкости, достаточно сложен и не будет здесь приведен. Но из него следует, что на практике трудно получить напряжение, намного превышающие удвоенное напряжение питания независимо от числа каскадов умножения. Фактически, если числа каскадов умножения превышает критическое значение (обычно 3 ил 4), определенное как отношение и , выходное напряжение соответственно уменьшается из-за перепадов напряжения в диодной цепочке.

Чтобы обойти эти ограничения была разработана схема умножителя напряжения, показанная на рисунке 5.2. Она работает аналогично классическому умножителю. Тем не менее, узлы цепочки диодов соединены с выходами через конденсаторы параллельно, так что конденсаторы нагружаются (противостоят) полному напряжению, вырабатываемому цепочкой. Это не является проблемой при условии, что ограничения на такие процессы не очень суровые. Можно показать, что достоинствами этой схемы является то, что эффективное умножение может быть достигнуто при относительно высоких значениях емкости и что способность управления током не зависит от числа каскадов умножения.

Работа этой схемы иллюстрирует рисунок 5.3, на котором показаны типичные диаграммы напряжений N-каскадного умножителя. Как видно, два сигнала и с амплитудой находятся в противофазе и связаны попеременно через емкость с узлом цепочки диодов. Умножитель работает аналогично линии задержки, перекачивая заряд вдоль цепочки диодов, в то время как связывающие конденсаторы (межкаскадные) последовательно заряжаются и разряжаются во время каждой половины тактового цикла.

Как показано на рисунке 5.3 разность напряжений между N - и (N+1)-узлами в конце каждого цикла перекачивания дается:

(5.1)

где - амплитуда в каждом узле из-за емкостной связи от такта;

- напряжение прямого смещения диода;

- напряжение заряда и разряда конденсатора, когда умножитель питается выходным током.

Для емкости , связанной с тактом, и паразитной емкости , в каждом узле имеем:

(5.2)

Хотя общий заряд, переносимый каждым диодом за время одного такта есть (), ток, даваемый множителем на тактовой f будет

(5.3)

где -ток на выходе умножителя.

Заменяя и в (5.1), получим

 (5.4)

и для N каскадов

. (5.5)

Преобразовывая (5.5) получим выражение для выходного напряжения :

(5.6)

Существует так же пульсирующее напряжение на выходе умножителя из-за нагрузочного сопротивления, разряжающего выходную емкость .Обычно выходная емкость достаточно велика, чтобы было мало по сравнению с выходным напряжением, так что

(5.7)

В практически используемом умножителе должна также быть гармоника из-за емкостей связи между тактами через диод.

При перекрывающихся тактах, тем не менее, тоже должен быть всплеск от другой фазы такта, когда изолирующий диод находится в проводящем состоянии. Величина всплеска от обеих фаз дается выражением

 при (5.8)

где -емкость каждого диода, так что для не перекрывающихся тактовых сигналов (фаз)

(5.9)

и для перекрывающихся фаз

(5.10)

Из (5.6) следует, что умножение напряжения имеет место, если

(5.11)

Важно отметить, что это выражение не зависит от N, так что здесь в принципе нет ограничений на число каскадов в множителе такого типа. Более того, если последнее выражение удовлетворяется, способность управления током также не зависит от числа каскадов умножителя. Из (5.6) следует:

(5.12)

где и -соответственно эквивалентные напряжения и сопротивления умножителя напряжения,

 (5.13)

(5.14)

Формула (5.12) приводит к простой эквивалентной схеме выхода умножителя, показанной на рисунке 5.4.

При развитии данной модели для умножителя напряжения далее необходимо предложить, что конденсаторы полностью разряжаются и заряжаются до напряжения отсечки . На практике это не является препятствием благодаря нелинейности ВАХ и внутреннего последовательного сопротивления диодов . Это приводит к остаточному напряжению в дополнение к , остающемуся на другом конце цепочки диодов.

В конце каждого цикла, вызывающему нелинейный рост последовательного сопротивления умножителя при увеличении тока нагрузки. Однако делая достаточно малым, чтобы

, (5.15)

увеличение из-за этого эффекта будет меньше 5%.

На рисунке (5.5) показана схема умножителя, используемая в ЭСППЗУ на МНОП триггере-защелке. Хотя здесь используется технология р-канальных МОП транзисторов с алюминиевым затвором, в которой нельзя получить изолированный диод, цепочка умножителя может быть сделана, используя, как показано, МОП транзисторов в диодном включении. В этом случае прямое напряжение диода заменяется пороговым напряжением транзистора в (5.6). Получаем:

(5.16)

Поскольку в схеме показанной на рисунке (5.5) и ,а также учитывая, что пороговое напряжение транзистор равно 0,6 В, мы получаем:

(5.17)

В схеме, показанной на рисунке 5.5, тактовые сигналы генерируются двухкаскадными МОП инверторами, управляемыми от генератора. Кроме того, выход ограничивается последовательно соединенными цепочкой МОП транзисторов и диодами с защитой. Это необходимо для обеспечения превышения выходного напряжения над номиналом, если напряжение питания случайно уменьшится ниже своего значения.

Межкаскадная и паразитная емкости отличаются на порядок и значение межкаскадной емкости ограничивается единицами пикофарад. При моделировании получили=3,03 пФ, а =0,28 пФ. Подставляя эти значения в (5.17) и учитывая, что =5,1 мА и напряжение питания 5 В, получили в первом каскаде напряжение 4,654 В. При увеличении числа каскадов до семи получили требуемое значение умножаемого напряжения (около 30 В).

На рисунках 5.6 и 5.7 показаны результаты моделирования умножителя с нагрузкой и без нее.



Рисунок 5.6-Результат моделирования напряжения с нагрузкой

Рисунок 5.7- Результат моделирования напряжения без нагрузки

В качестве нагрузки используется RC-цепь общим сопротивлением 10 МОм.

5.2 Обоснование выбора площади запоминающей ячейки. Расчет соотношения емкостей

Как известно, для запоминания информации в запоминающих устройствах используются специальные транзисторы. Массив, состоящий из таких транзисторов, называется накопителем. Накопители бывают различных объемов от нескольких бит до сотен килобит. ЭСППЗУ в телевизорах седьмого поколения обладает объемом накопителя в 16К, где К=1024 бита. 16К является достаточно большим объемом и с точки зрения технологии изготовления накопитель по занимаемой площади будет самым большим. Чтобы уменьшить размеры накопителя необходимо иметь как можно меньшую запоминающую ячейку. На сегодняшний день существует несколько вариантов запоминающей ячейки. Один из них представлен на рисунке 5.2.1 Но малой площади ячейки еще не достаточно. Для нормальной работы ячейки надо знать соотношение емкостей. Одна емкость между двумя слоями поликремния С₁, другая - сумма емкостей С₂: инжектора, подзатворного окисла, N⁺- стока, толстого окисла. От этого отношения зависит работа всей ячейки, то есть будет ли происходить стирание, запись, считывание информации.

Рассчитаем соотношение емкостей для нескольких ячеек, то есть для ячеек имеющих разную общую площадь. В нашем распоряжении имеется ячейкис площадью 64, 76 и 90 мкм² . Первым рассмотрим отношение емкостей для ячейки с площадью 64 мкм². Значение емкости рассчитывается по формуле

(5.39)

где S - площадь поверхности объекта,

d - расстояние между поверхностями объекта,

е - диэлектрическая проницаемость объекта,

е₀ - относительная диэлектрическая проницаемость объекта.

Для простоты вычислений заменим параметр d на его обратную величину - а. Далее, для вычисления отношения не будем использовать произведение относительной диэлектрической проницаемости и диэлектрической проницаемости и поэтому формула (5.18) преобразуется в С=S а. Итак, емкость С₁будет равна 18,42, если S=19?025 и а=0,968. Емкость С₂ складывается из емкостей инжектора С₃, емкости подзатворного окисла С₄, емкости N⁺ стока С₅ и емкости на толстом окисле С₆. Суммарная емкость выражается формулой

С₂=С₃+С₄+С₅+С₆ (5.40)

Определим емкость инжектора зная, что S=1 мкм² и а=4,25, получим С₃ равным 4,25. Площадь подзатворного окисла равна 5,325 мкм² и а=1,36. В итоге получим, что емкость С₄ подзатворного окисла равна 7,74. Площадь N⁺ стока S=3мкм² и а=1,36. Емкость С₅ равна 3,69. Емкость С₆ на толстом окисле составит 0,576, если S=11,46 мкм² и а=0,05. Отношение С₁ к С₂ составит 1,17.

Теперь приведем расчет для ячейки площадью 76 мкм². Площадь поверхности поликремния S=24,185 мкм² и а=0,968. Емкость С₁ равна 23,41. Далее проведем аналогичный расчет емкостей С₃, С₄, С₅, С₆, зная, что площадь инжектора равна 4,25 мкм², площадь подзатворного окисла - 5,325 мкм², площадь N⁺ стока - 4,6 мкм², а площадь на толстом окисле - 15,38 мкм². Параметр а остался прежним, так как не изменилась толщина окмслов. Итка, С₃=4,25; С₄=7,24; С₅=3,69; С₆=0,769. Отношение С₁ к С₂ составит 1,46.

Для ячейки площадью 90 мкм² приведем только рассчитанные значения емкостей и отношение С₁ к С₂. С₃, С₄, С₅, С₆ равны соответственно 4,25; 7,39; 3,69; 1,103. Отношение С₁ к С₂ составило 1,8.э

Из вышепрведенных расчетов видно, что с увеличением площади ячеек растет соотношение емкостей.

При моделироании этих трех видов ячеек оказалось, что при стирании информации в ячейке с площадью 90 мкм² не открывается транзистор. Значит, эта модель ячейки нам не подходит. При дальнейшем моделировании ячейка с площадью 64 мкм² показала очень хорошие результаты, тро есть при стирании информации ячейка срабатвала , причем количество циклов стирания было в пределах десятков тысяч.

6. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНЫХ И БЕЗВРЕДНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПОУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

6.1 Нормы и работы для производственных помещения

Темой дипломного проекта является разработка электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство для телевизоров седьмого поколения. Для разработки такого объекта необходимы не только знания в области микроэлектроники, но и также надо знать требования техники безопасности. Техника безопасности или охрана труда обеспечивает безвредные условия труда. Для обеспечения безвредных условий труда необходимо, чтобы в нормативно-технических и технологических документах кроме требований к качественному изготовлению изделий были предусмотрены требования безопасности [6.1].

Для обеспечения безопасных и здоровых условий труда при выполнении работ площадь помещений для работников конструкторских бюро (КБ) следует предусматривать из расчета на одного человека не менее 6 м², кубатуру--не менее 19,5 м³ с учетом максимального числа одновременно работающих в смену. В машинных залах ЭВМ, а также в других помещениях КБ, где особенности эксплуатации оборудования обуславливают повышенную подвижность воздуха, значительные уровни звука и другие неблагоприятные факторы производственной среды, постоянные рабочие места операторов ЭВМ необходимо размещать в изолированных кабинах, площадь которых из расчета на одного человека должна быть не менее 6 м², кубатура--не менее 20 м³[6.2].

Конструкция рабочей мебели (столы, кресла или стулья) должна обеспечивать возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего и создать условия для удобной позы. Часто используемые предметы труда и органы управления должны находиться в оптимальной рабочей зоне.

Рабочее место для выполнения работ в положении сидя должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.032-78[6.3], ГОСТ 22269-76[6.4], ГОСТ 21 829 -76[6.5]. При конструировании его элементов нужно учитывать характер работы, физические и психологические особенности человека. Рабочий стол должен регулироваться по высоте в пределах 680-760 мм. Оптимальные размеры рабочей поверхности столешницы 1600х900 мм. Под ней должно быть свободное пространство для ног с размерами по высоте - не менее 600 мм от пола, по ширине - 500мм, по глубине - 650 мм. На поверхности рабочего стола для документов нужно предусматривать размещение специальной подставки, удаление которой от глаз должно быть аналогичным расстоянию от глаз до клавиатуры.

Рабочий стул (кресло) должен быть снабжен подъемно-поворотным устройством, обеспечивающим регуляцию высоты сидения и спинки, угол которой должен также регулироваться. Рабочее кресло должно иметь подлокотники. Должна быть и надежная фиксация каждого положения стула. Высоту поверхности сидения нужно регулировать в пределах 400-500 мм. Ширина сидения - не менее 400 мм, глубина - не менее 380 мм. Высота опорной поверхности спинки должна быть не менее 300 мм, ширина - 380мм. Радиус кривизны в горизонтальной плоскости 400 мм. Угол наклона спинки должен изменяться в пределах 90° - 110° к плоскости сидения.

Необходима подставка для ног длиной 400 мм и шириной 350 мм с регулировкой угла наклона в пределах 20°. Она должна иметь рифленое покрытие и бортик высотой 10 мм по нижнему краю.

Микроклимат производственных помещений - это климат внутренней среды помещений, формируемый одновременно действующим на организм человека сочетаниями температур, относительной влажности, скорости движения воздуха и температуры окружающих поверхностей[6.6].

Различают оптимальные и допустимые параметры микроклимата. Оптимальные - это наиболее благоприятные, обеспечивающие человеку условия теплового комфорта. Допустимые характеризуются незначительным, в пределах физиологических приспособительных возможностей человека напряжением реакции терморегуляции, несколько снижающими работоспособность, ухудшающими самочувствие, но не наносящими ущерба здоровью.

Параметры микроклимата установлены СанПиН № 11-13-94[6.7]. В зависимости от периода года и степени тяжести различают два периода года:

а) холодный, если среднесуточная температура наружного воздуха <10° С;

б) теплый, если среднесуточная температура наружного воздуха >10° С.

Работы по степени тяжести подразделены на следующие:

а) легкие

Iа - работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным напряжением, с энергозатратами до 120 ккал/ч (139 Вт);

Iб - работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением, с энергозатратми 121-150 ккал/ч (140-174 Вт);

б) средней тяжести

IIа - работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения, с энергозатратами 151-200 ккал/ч (175-232 Вт);

IIб - работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением, с энергозатратами 201-250 ккал/ч (233-290 Вт);

в) тяжелые

III - работы, связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий, с энергозатратами более 250 ккал/ч (290 Вт).

6.3 Оценка вредных факторов, допустимые уровни

В настоящее время при проектировании полупроводниковых интегральных микросхем (ПП ИМС) широко применяется компьютерное оборудование. При работе с компьютером работники КБ подвергаются воздействию электромагнитных полей (радиочастот), шума, недостаточно удовлетворительных метеорологических условий, недостаточной освещенности, а также психоэмонациональному напряжению. Особенности характера и режима труда, значительное умственное напряжение и другие нагрузки приводят к изменению у работников функционального состояния центральной нервной системы, нервно-мышечного аппарата рук (при работе с клавиатурой ввода информации). Нерациональные конструкции мебели и неудобное расположение элементов рабочего места вынуждают оператора принимать неудобную позу. Длительный дискомфорт вызывает повышенное напряжение мышц и обуславливает развитие общего утомления и снижения работоспособности. При длительной работе за экраном дисплея у операторов отмечается выраженное напряжение зрительного аппарата, головные боли, раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения в глазах, в глазах, в пояснице, в области шеи, руках и др[6.2].

При работе за компьютером на работающего оказывает воздействие электромагнитное излучение (ЭМИ). Характер воздействия на человека ЭМИ в разных диапазонах частот различен. Наиболее биологически активен диапазон сверх высоких частот (СВЧ), менее активен ультра высоких частот (УВЧ) и затем диапазон ВЧ, т.е. с укорочением волны биологическая активность почти всегда возрастает. Комбинированное действие электромагнитного поля (ЭМП) с другими факторами производственной среды - повышенная температура (свыше 28? С), наличие мягкого рентгеновского излучения - вызывает некоторое усиление действия ЭМП, что было учтено при гигиеническом нормировании СВЧ поля. Оценка воздействия ЭМИ радиочастоты (РЧ) на человека осуществляется по энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека, и по значениям интенсивности ЭМИ РЧ. Энергетическая экспозиция за рабочий день (рабочую смену) не должна превышать значений, указанных в таблице 6.1 [6.2].

Таблица 6.1 - Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

Диапазоны частот, МГц	Предельно допустимая энергетическая экспозиция
	по электрической составляющей, (В/м)2·ч	по магнитной составляющей, (А/м)2·ч	по плотности потока энергии, (мкВт/см2)·ч
0,03…3 3…30 30…50 50…300 300…3000	20000 7000 800 800 --	200,00 -- 0,72 -- --	-- -- -- -- 200,0

Возникновение шума при проектировании объекта наносит большой экономический и социальный ущерб. Неблагоприятно воздействуя на организм человека, он вызывает психические и физиологические нарушения, снижающие работоспособность и создающие предпосылки для общих и профессиональных заболеваний и производственного травматизма у работника. По характеру спектра шумы делятся на широкополосные и тональные. По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные, последние делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные [6.8]. Уровни шума для территорий жилой и производственной застройки и для различных видов помещений регламентируются [6.9].

Опасным фактором при проектировании за компьютером или неаккуратным с ним обращением появляется возможность поражения электрическим током. Электрический ток, протекая через тело человека, производит термическое, электролитическое, биологическое, механическое и световое воздействие. Различают два вида поражения организма электрическим током: электрические травмы и электрические удары. Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 0,5…1,5мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток силой 10…15мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть. Такой ток называется пороговым не отпускающим. При силе тока 20…25мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание. Ток силой 100мА является смертельно опасным [6.2].

6.4 Обоснование выбора способов и средств обеспечения требований охраны труда

Методы и средства борьбы с шумом принято подразделять на: методы снижения шума в источнике его образования (конструктивное изменение источника); на пути его распространения (акустическая обработка помещений, изоляция источников шума или помещений от шума, проникающего извне, применение глушителей шума); средства индивидуальной защиты (СИЗ) [6.8]. В качестве СИЗ работающих от воздействия шума и воздушного ультразвука следует применять противошумы, отвечающие требованиям [6.11].

Для поддержания требуемых параметров чистоты воздуха и микроклимата производственного помещения применяют различные виды вентиляции и отопления. В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция может быть естественной (аэрация) и принудительной. В зависимости от способа создания воздухообмена различают местную и общеобменную механическую вентиляцию. Для улавливания потоков вредных выделений с плотностью, которая меньше плотности окружающего воздуха, используют вытяжные зонты. Устанавливаемые на рабочих столах операторов, имеющих дело с сильно действующими ядовитыми веществами и/или большими тепловыделениями, вытяжные шкафы представляют собой укрытия с рабочим проемом (рисунок 6.1) [6.8].

К защитным мерам от опасности прикосновения к токоведущим частям электроустановок относятся: изоляция, ограждение, блокировка, пониженные напряжения, электрозащитные средства, сигнализация и плакаты. Одними из самых распространенных методов защиты являются защитное заземление (рисунок 6.2) и защитное зануление, которые детально не рассматриваются [6.2].

6.5 Определение параметров микроклимата и расчет искусственного освещения в рабочем помещении

Определим нормируемые параметры микроклимата для помещения КБ в теплый и холодный период года исходя из [6.4]. К нормируемым параметрам относятся оптимальные и допустимые. Работу, выполняемую в конструкторском бюро, можно отнести к категории легких Iб (работа, выполняемая сидя, стоя или связанная с ходьбой, сопровождающая некоторым физическим напряжением, с энергозатратами 121-150 ккал/ч). В состав параметров микроклимата входят температура окружающей среды - t, относительная влажность - ц и скорость движения воздуха - V. В теплый период года оптимальные параметры составляют: t=21-23? C, ц=40-60 %, V=0,1 м/с; а допустимые - t=20-24? C, ц=75 %, V<0,2 м/с. В холодный период оптимальные параметры составляют t=22-24? C, ц=40-60 %, V=0,2 м/с; а допустимые - t=22-24? C, ц=60 %, V<0,3 м/с.

Проведем расчет искусственного освещения по методу коэффициента использования в помещении для проведения измерения параметров ИС, в котором работает 10 человек и соответственно есть десять рабочих столов (рисунок 8.3). Исходя из того, что каждому работнику полагается минимум 6м² занимаемой площади и 18м³ [6.8] занимаемого объема, выберем ширину помещения А= 16м, длину помещения В= 12м, высоту подвеса светильников общего освещения над рабочей поверхностью Н_Р= 3м, в соответствии с высотой помещения. Выбор источников света определяется рядом факторов: характером работы, условиями среды и размерами помещения. Выберем светильник ЛСП 13-2Ч60-01-У3, который содержит две люминесцентные лампы мощностью по 60Вт. Напряжение сети питания - 220В [6.8].

Определяем световой поток лампы F по таблице 12.10-12.11 [8.9]: F= 536Лм. Коэффициент использования осветительной установки з - отношение светового потока, падающего на поверхность, к световому потоку, испускаемому источником. Для определения з по таблице 12.12 [6.8] вычислим показатель помещения ц, учитывающий влияние соотношения размеров конфигурации помещения и высоты подвеса светильника над рабочей поверхностью по формуле:

ц= (А·В)/( Н_Р·(А+В)) (6.1)

ц= (16·12)/(3·(16+12))= 2,29

Учитывая, что ц=2,29, з= 52. Затем выбираем освещенность для помещения данного типа: Е_НОРМ= 300лк [6.8]. Определяем необходимое количество светильников N для создания нормативной освещенности Е_МИН в помещении:

N= (Е_МИН·S·k·Z)/(F_Л·з·n), (6.2)

где S= А·В - площадь пола помещения, м²,

k= 0,7 - коэффициент запаса,

F_Л= 536Лм - световой поток одной лампы,

Z= Е_МИН/ Е_CP - поправочный коэффициент (отношение минимальной освещенности к средней горизонтальной),

Е_CP= 7,9Лк,

n= 2 - число ламп в светильнике.

S= 16·12= 192м²

Z= 300/ 7,9= 37,97

N= (300·192·0,7·37,97)/ (536·52·2)= 27,46 28

Определим общую электрическую мощность установки для создания общего минимального освещения ЕМИН в помещении:

W= W_Л·N·n (6.3)

где W_Л= 60Вт - электрическая мощность одной выбранной лампы.

W= 60·28·2= 3360Вт

План расположения полученных 28 светильников на потолке изображен на рисунке 6.4. На рисунке 6.5 изображен разрез рабочего помещения, вид слева.

6.6 Выводы

В результате проведенного анализа при проектировании ПП ИМС привели нормы для производственных помещений, были определены следующие опасные и вредные факторы: шум, поражение электрическим током и облучение ЭМП.

Оценили влияние вредных фактров, привели их допустимые уровни. Это значит, что шум вызывает психические и физиологические нарушения, снижающие работоспособность и создающие предпосылки для общих и профессиональных заболеваний и производственного травматизма у работника. Поражение человека электрическим током приводит к ожогам, параличу нервной системы, а в самом худшем случае к летальному исходу. Облучение ЭМП приводит к утомляемости и нервным перегрузках работающего.

Определили нормируемые параметры микроклимата производственного помещения. В результате расчета искусственного освещения при проведении измерений параметров ПП ИС были выбраны светильники ЛСП 13-2Ч60-01-У3, которые содержат по две люминесцентные лампы мощностью 60Вт и световым потоком F= 536Лм [6.9]. Рассчитали, что для создания нормативной освещенности Е_МИН= 300Лк необходимо 28 таких светильников, расположение которых показано на рисунке 6.4. Общая электрическая мощность установки составляет 3360Вт.

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ЭФФЕКТ ОТ СЕРИЙНОГО ВЫПУСКА ЭСППЗУ В МИКРОСХЕМНОМ ИСПОЛНЕНИИ С УЧЕТОМ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ

7.1 Характеристика объекта

Темой данного дипломного проекта является электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство в телевизорах седьмого поколения. Сразу хочется отметить, что телевизоры седьмого поколения являются государственной программой, которая называется "Белорусский телевизор".

Разрабатываемая ЭСППЗУ является частью этой программы и государство заинтересованно в реализации этого проекта.

С экономической точки зрения ЭСППЗУ является законченным продуктом и его реализовать его возможно как самостоятельное изделие.

В данном разделе рассчитаем себестоимость и цену изделия, а также произведем расчет затрат по статье "Основная заработная плата производственных рабочих”.

Узнаем какой годовой эффект можно получить благодаря выпуску ЭСППЗУ в микросхемном исполнении, а также какой эффект можно получить от выпуска микросхемы с учетом фактора времени.

Одним из преимуществ данного ЭСППЗУ является то, что оно может использоваться не только в телевидении.

Спектр применения этого изделия очень широк, например, ЭСППЗУ используется в автомобилестроении, в компьютерной технике, в охранных системах с локальным доступом и т.д. Наряду с этим изготовление микросхемы такого уровня являются не дешевым удовольствием. Но с дугой стороны существуют конкурирующие компании, которые выпускают подобное изделие и захватывают рынки сбыта, которые лежат в поле заинтересованости нашей страны.

7.2 Расчёт себестоимости и отпускной цены единицы продукции

7.2.1 Расчёт затрат по статье “Сырьё и материалы за вычетом возвратных отходов”

В эту статью включается стоимость основных и вспомогательных материалов, необходимых для изготовления единицы продукции по установленным нормам.

Формула расчёта следующая:

, (7.1)

где К_тр - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы при приобретении материалов;

Нpi - норма расхода i-го вида материала на единицу продукции (кг, м, л и пр.);

Ц_i - отпускная цена за единицу i-го вида материала, руб.

О_вi - возвратные отходы i-го вида материала, руб.;

Ц_oi - цена за единицу отходов материала i-го вида, руб.;

n - номенклатура применяемых материалов.

Цену приобретения материалов определяем по данным договоров, ценам бирж, информационным бюллетеням и пр. Коэффициент транспортно-заготовительных расходов можно принимаем равным 1,2[27]. Для упрощения расчётов возвратные отходы принимаем равными нулю, так как рассчитываться будут лишь годные изделия. Так как номенклатура применяемых в изделии материалов широка, расчёты удобно производить в табличной форме.

Таблица 7.1 - Расчёт затрат на материалы

Наименование материала	Единицы измерения	Норма расхода на одно годное изделие	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
1	2	3	4	5
Пластина КДБ 12Д 150 ЕТО.206 ... ТУ ужест.	шт.	1	2147.0	214.0
Пластины-спутники (контр) D 100 КЭФ 4.5 ЕТО.578.ТУ	шт.	1	1243.0	124.0
Пластины-спутники (атест.) D 100 КЭФ 4.5 ЕТО.578.ТУ	шт.	1	1456.0	145.0
Кислоты, газы, реактивы	-		1500.0	150.0
МПО (153х153), фотошабл.	шт.	1	12133.2	121.2
Материалы на изготовление оснастки	-			630
Итого				1384,2
Всего, учитывая Ктр				1661,04

7.2.2 Расчёт затрат по статье “Основная заработная плата производственных рабочих”

В эту калькуляционную статью включаются расходы на оплату труда производственных рабочих, непосредственно связанных с изготовлением продукции, выполнением работ и услуг. Для рабочих-сдельщиков она рассчитывается следующим образом:

, (7.2)

где К_np - коэффициент премий, установленный за выполнение определённых показателей;

Тчi - часовая тарифная, соответствующая разряду работ i-й операции, руб./час;

t_ij - норма времени i-й операции по j-му изделию, час/шт.;

К - количество операций, выполняемых по j-му изделию.

Таблица 2 - Расшифровка основной заработной платы производственных рабочих по видам работ

Виды работ (операции)	Разряд работ	Часовая тарифная ставка руб./ч	Норма времени по операции, ч	Основная зарплата (расценка), руб.
1	2	3	4	5
1. Получение мелкодисперсных порошков германия и кремния	VI	181	0,3	54,3
2. Получение резистивных сплавов	IV	140	0,35	14,9
3. Легирование	IV	140	0,035	14,9
4. Ориентация монокристаллических	VI	181	0,2	36,2
5. Резка слитков на пластины	V	154	0,025	3,85
6. Шлифовка пластин	VII	194	0,066	12,804
7. Диффузия	VII	194	0,015	2,91
8. Эпитаксия	IV	140	0,04	5,6
9. Фотолитография	V	154	0,025	3,85
10. Разделение пластин на кристаллы	IV	140	0,025	3,5
11. Сборка и испытание	V	154	0,05	7,7
Итого				304,314
Премия 40%				41,7256
Всего с премией				346,04

Расчет оставшихся статей затрат для определения себестоимости и цены продукции для удобства сведем в таблицу 7.3.

Таблица 7.3

Наименование статей затрат	Условное обозначение	Значение, руб.	Примечание
1	2	3	4
1. Материалы за вычетом НДС	РМ	1661,04	Смотри таблицу 1
2. Основная заработная плата производственных рабочих	З0	346,04	Смотри таблицу 2
3. Дополнительная заработная плата производственных рабочих	ЗД	332,20	, Нд = 20 %.
5. Отчисление органам социальной защиты	РСОЦ	237,38	, Нсоц = 35 %.
7. Чрезвычайный чернобыльский налог и в фонд занятости	РН	33,91	, Нн = 5 %
8. Износ инструментов и приспособлений целевого назначения	РИЗ	48,44	, Низ = 14 %
9. Общепроизводственные расходы	РОБП	484,45	, Нобп = 140 %
10. Общехозяйственные расходы	РОБХ	553,64	, Нобх = 160 %
11. Прочие расходы	РПР	6,92	,Нпр = 2 %
Производственная себестоимость	СПР	3704,07	СПР = РМ + З0 + ЗД + ЗПК + РСОЦ + РНО + РИЗ + РОБП + РОБХ + РПР.
12. Коммерческие расходы	РКОМ	74,08	, Нком = 2 %
Полная себестоимость	СП	3778,15	СП = СПР + РКОМ
13. Плановая прибыль на единицу продукции	ПЕД	1133,44	, Нре = 30 %
Оптовая цена предприятия	ЦОПТ	4911,60	ЦОПТ = СП + ПЕД
14. Отчисления в местные бюджеты (2,5 % от ЦОПТ без них)	Омб	125,938	, Нмб = 2,5 %
15. Отчисления в республиканский фонд на поддержание производителей сельхозпродукции, в дорожный фонд	Орф	102,81	, Нрф = 2 %
Итого Ц*		5140,35	Ц* = Сп + Пед + Омб +Орф
16. Налог на добавленную стоимость (20% от Ц*)		1028,06	, Ндс = 20 %
Отпускная (сво бодная) цена	ЦОТП	6168,41	ЦОТП = СП + ПЕД + Омб + +Орф +НДС

7.3 Расчет единовременных затрат

Расчет единовременных затрат будет определятся капитальными вложениями в оборотные фонды, которые определяются по формуле

К_ОС=К^М_ОС+К^ПРИМ_ОС+К^Д_ОС,(7.6)

где К^М_ОС - капитальные вложения в образования постоянных нормативных запасов основных и вспомогательных материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий в расчете на готовую программу, тыс. руб.;

К^ПРИМ_ОС - капитальные вложения в образования постоянного запаса малоценных приспособлений и инструментов в расчете на готовую программу, тыс. руб.;

К^Д_ОС - капитальные вложения в образования постоянных заделов деталей и узлов расчете на готовую программу, тыс. руб.;

При выполнении экономического обоснования ДП можно пренебречь расчетом К^ПРИМ_ОС и К^Д_ОС в ввиду их незначительной величины и ограничится расчетом К^М_ОС по следующей формуле:

(7.7)

где - цена единицы материала i - того вида, руб;

- годовая потребность в материале i - вида, дней /в год;

- количество дней работы в год, дн/год;

- норма запасов материала, дней;

- количество видов используемых материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий.

Капитальные вложения в образование постоянных нормативных запасов основных и вспомогательных материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий в расчете на готовую программу составили К^М_ОС=4160000,5 рублей.

7.4 Расчет экономического эффекта

В процессе использования нового ЭСППЗУ чистая прибыль в конечном итоге возмещает капитальные затраты. Однако, полученные при этом суммы результатов (прибыли) и затрат (Капитальных вложений) по годам приводят к единому времени - расчетному году путем умножения результатов и затрат за каждый год на коэффициент приведения б_t, который рассчитывается по формуле

б_t=(1+Е_Н)^tp-t (7.8)

где Е_Н - норматив приведения разновременных затрат и результатов;

tp - расчетный год, tp=14

t - номер года, результаты и затраты которого приводятся к расчетному.

Норматив приведения разновременных затрат и результатов для ЭСППЗУ принимаем равным 0,4. Следовательно, для решения этой задачи коэффициент приведения б_t по годам будут соответствовать следующие значения: б₁=1, б₂=0,714, б₃=0,51.

Расчет экономического эффекта сведем в таблицу 7.5

Таблица 7.5-Расчет экономического эффекта

Показатели	Единица измерения	Расчетный период
		2001	2002	2003
1	2	3	4	5
Прогнозный объем производства	шт.	10000	10000	10000
Результаты Чистая прибыль от внедрения на единицу	руб.	793,41
Прибыль годовая	руб.	11334400
То же с учетом фактора времени	руб.	11334400	8092761,6	5780544
Затраты Капитальные единовременные вложения	руб.	4160000,5
Превышение результата над затратами	руб.	7174399,5	8092761,6	5780544
То же с нарастающим итогом	руб.	7174399,5	15267161,1	21047705,1
Коэффициент приведения		1,0	0,714	0,51

В ходе проведенного расчета, очевидно, что цена изделия составляет 5140,35 рублей. Также можно сказать, что экономический эффект был получен в первый год изготовления ЭСППЗУ, так как производство микросхемы производилось на действующем оборудовании. Микросхема с такой ценой является конкурентоноспособной и обладает экономическим потенциалом, вследствие которого предприятие может выйти на более высокий экономический уровень.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Темой дипломного проекта является ЭСППЗУ для телевизоров седьмого поколения. В дипломном проекте проведен анализ вариантов построения ТВ приемников, в которых используется энергонезависимая память. В анализе приведены функциональные схемы телевизоров пятого, шестого и седьмого поколений. Также анализируются варианты построения запоминающих устройств в целом и ЭСППЗУ в частности. Приведена классификация запоминающих устройств. Изложено обоснование выбора структурной схемы ЭСППЗУ и к нему предлагается чертеж структурной схемы ЭСППЗУ. Рассмотрен электрический расчет генератора высокого напряжения, а также расчет соотношения емкостей запоминающей ячейки. Освещены вопросы охраны труда и экологической безопасности. При этом определены параметры микроклимата и приведен расчет искусственной освещенности для производственного помещения. Также сделано технико-экономическое обоснование при выпуске микросхемы и получен при этом экономический эффект, который позволит предприятию выйти на более высокий экономический уровень.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Аникеенко В.Ф., Игнатенко П.И., Интегральные микросхемы телевизоров. Справочное пособие. - Мн.: - 1994. - 16 с.

2. Спецификация. Технические данные INF85166N. - Мн.: НПО "Интеграл",2000. - 14 с.

3. Телевидение. Учебник для ВУЗа. /Под ред. Джакония В.Е. / - М.: Радио и связь. 2000. - 640 с.

4. Инструкция по ремонту. Телевизор цветного изображения "Витязь 51/54 - ТЦ6000. - Витебск: ПО“ВИТЯЗЬ”,1996. - 42 с.

5. Ельяшкевич С.А. Пескин Е.А. Телевизоры пятого и шестого поколения "Рубин", "Горизонт" и "Электрон". Устройство, регулировка, ремонт. - М. "Солон-Р",1996. - 320 с.

6. Спецификация. Технические данные INF8582A. - Мн.: НПО "Интеграл",1998. - 14 с.

7. Бродский А.М. Стационарные цветные телевизоры. 2-е издание: стереотип, - Мн: Выш. шк.,1996. - 397 с.

8. Новинки российской телевизионной промышленности./Радио.2001. - №1. - С. 39.

9. Урбанович А.А. Телевизоры HORIZONT. - М. "Родон",2000. - 452 с.

10. Мнеян М.Г. Физика машинной памяти. - М. Высш. шк.,1991. - 142 с.

11. Полупроводниковые запоминающие устройства. /Под ред. Анифриев А.Б. и др./ - М. Высш. Шк.,1989. - 189 с.

12. Пескин А. Коннов А. Цифровая система управления I²C. //Радио.1996г. №10. - С. 14-17.

13. ГОСТ 24459-80. Микросхемы интегральные запоминающих устройств и элементы запоминающих устройств. - М.: Изд. “Гостстандарт”,1980.

14. ГОСТ 17230-71. Микросхемы интегральные цифровые. Номинальные напряжения питания. - М.: Изд. “Гостстандарт”,1971.

15. J.F. Dickson. On-chip high-voltage generation in MNOS integrated circuits using an improved voltage multiplier technique./ IEEE JOURNAL OF SOLID-STADE CIRCUITS.1988.№3. - С. 377 - 382.

16. Охрана труда в радио- и электронной промышленности: Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. С.П.Павлова. - М.: Радио и связь, 1985. - 200 с.

17. Скуратович И.С., Булаш Л.В. Требования к помещениям вычислительных центров и установки компьютерной техники. Оргаеизация рабочих мест, режим работы, учебы и отдыха. Профилактические и защитные мероприятия. - Мн. ООО “Экоинформ”, 1997. - 28 с.

18. ГОСТ 12.2.032-96. Рабочее место. Основные параметры. РБ. - 1996.

19. ГОСТ 222.69-76. Регулировка рабочей мебели. РБ. - 1996.

20. ГОСТ 21829-76. Конструкция рабочей мебели. РБ. - 1996.

21. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): Учеб. пособие для вузов/Под ред. П.П.Кукин- М: Высш. шк., 1999. - 318 с.

22. СанПиН №11-13-94 Санитарные нормы и правила микроклимата производственных помещений. Мн. РБ. 1994.

23. Еремин В.Г., Сафронов В.В., Схиртладзе А.Г., Харламов Г.А. Обеспечение безопасности жизнедеятельности в машиностроении: Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 2000. - 392 с.

24. СН 2.2.4/ 2.1.8.562 - 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий жилой застройки на территории жилой застройки.

25. ГОСТ 12.4.051 - 87. Средства индивидуальной защиты органа слуха. - М.: Изд. “Госстандарт”,1987.

26. Инженерные расчеты систем безопасности труда и промышленной экологии/ Под ред. А.Ф. Борисова. - Нижний Новгород: ВЕНТА - 2, 2000. - 256 с.

27. Максимов Г. В. Методическое указание по технико-экономическому обоснованию к дипломному проекту. - Мн.: БГУИР, 1995. - 132 с.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АЗУ - ассоциативное запоминающее устройство

ЗУ - запоминающее устройство

ЗЭ - запоминающий элемент

ИМС - интегральная микросхема

ИП - источник питания

КБ - конструкторское бюро

КМОП - комплиментарный - металл - окисел - полупроводник

КРП - кассета разверток и питания

МНОП - металл - нитрид -окисел - полупроводник

МОП - металл - окисел - полупроводник

МС - микросхема

МУС - модуль устройства сопряжения

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ПЗС - прибор с зарядовой связью

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство

ПП - полупроводниковый

ППЗУ - программируемое постоянное запоминающее устройство

РЧ - радиочастоты

СВЧ - сверхвысокие частоты

СИЗ - средства индивидуальной защиты

СППЗУ - стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство

СЦ - сигнал цветности

СЯ - сигнал яркости

ТВ - телевизионный

ТХТ - телетекст

УВЧ - умеренно высокие частоты

УПЧЗ - усилитель промежуточной частоты звука

УПЧИ - усилитель промежуточной частоты изображения

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

ЭМП - электромагнитное поле

ЭСППЗУ - электрически стираемое программируемое запоминающее устройство

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Справка о патентной литературе

Наименование

объекта поиска: Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ)

Что и за какой период просмотрено: Тематическая подборка " Изобретение стран мира " 1999 год -№1-№30,патентный фонд РНТБ

Наименование аналогов	Сущность аналогов
1	2
А.1. №5972735 США МПК 5 G 11 C 13/00 ЭСППЗУ с возможностью записи N битов в одну ячейку памяти	ЭСППЗУ имеет более двух блоков памяти, которые могут быть запрограммированы избирательно посредством множества программируемых сигналов. Эти сигналы имеют такие характеристики, позволяющие программировать отдельные блоки памяти. Перед началом программирования ячейки в избирательном блоке памяти контролируется его программный статус независимо от опорного уровня, ограничивающего блок памяти Для этой цели сигнал, свидетельствующий о программном статусе сравнивается с опорным сигналом соответствующий избираемому блоку, но имеющему уровень отличный от опорного уровня или уровней, которые находятся на границе в избираемом блоке. Таким образом, программные операции могут быть контролированы без фактического обращения к ячейке памяти.
А.2. №5910925 МПК 5 G 11 C 13/00 ЭСППЗУ с инжекцией носителей в расщепленный затвор со стороны истока	Новые структуры памяти, в которых массивы ячеек памяти организованы в сектора. Каждый сектор начинает формироваться со столбцов или группы столбцов, имеющих свои контрольные ворота связанные воедино. Высокая скорость данных реализуется за счет использования сдвигового регистра, который сохраняет данные. Также увеличение скорости происходит благодаря параллельному буферному регистр, который принимает данные от высокоскоростного регистра сдвига и сохраняет эти данные во время операции записи. Буферный параллельный регистр позволяет регистру сдвига принимать серию сохраняющихся данных во время операции записи для использования в последующей
А.3. №5923674 МПК 5 13/00 ЭСППЗУ	ЭСППЗУ состоит из массива ячеек памяти. Вся область памяти делится на блоки. Один блок предназначен для записи теста. Второй блок предназначен для реализации теста. К ЭСППЗУ подключена внешняя буферная схема, которая позволяет реализовать программу теста с помощью специальных сигналов WTEST, WREN.
А.4. №5963478 МПК 5 G 11 C 16/02 ЭСППЗУ и способ управления	ЭСППЗУ предназначено для долговременного хранения, считывания , записи и стирания информации. ЭСППЗУ включает в себя разнообразие массивов ячеек памяти. Адресация к массиву ячеек либо ячейке осуществляется посредством адресного слова, которое подается по адресной шине .Питание ячеек производится с помощью шины питания
А.5. №5959887 МПК 5 G 11 C 16/04 ЭСППЗУ с функцией двух операций	Массив ячеек памяти делится на множество блоков ячеек памяти, имеющих необходимые размеры. Линия ячеек памяти расположена оптимально. Эта память обеспечивает функцию двух операций без усложнения схемы. Битовая структура каждого блока ячеек памяти изменяема в зависимости от деления на массивы.