卷首语
1965年6月,“73式”硬件总体方案确定后,研发团队面临分立电路集成的关键挑战:初期按组件拆分设计的19块印刷电路板(pcb),虽功能独立却存在体积过大(55x45x22,超设备尺寸限额)、连线复杂(200余根跨板线缆,故障率1.2%)、功耗偏高(38w,超边防供电限额)的问题,难以适配野战机动与哨所狭小空间。此时,通过功能重构将19块pcb整合为3块,成为平衡性能、体积与可靠性的核心举措。这场为期1个月的整合规划,不仅实现电路“瘦身”,更通过布局优化减少信号干扰,为后续原型机组装与量产奠定紧凑、稳定的硬件基础,开创我国军用电子设备“高密度集成”的早期实践。
一、整合规划的背景与核心目标
19块分立pcb的问题集中暴露:王工团队在原型机预组装中发现,矩阵运算、密钥生成等组件分散在7块运算类pcb,需40余根线缆连接,信号传输延迟达0.12μs(超方案目标0.08μs);存储与控制组件分属5块pcb,跨板供电导致电压波动±0.2V,影响磁芯存储器读写精度;接口与环境适配组件占7块pcb,体积占比达40%,设备总重量超15kg(超机动需求12kg限额),整合需求迫切。
基于硬件方案与场景约束,团队明确三大核心目标:一是数量压缩,将19块pcb整合为3块,覆盖全部功能且无性能损失;二是参数达标,整合后设备尺寸≤50x20、功耗≤35w、跨板信号延迟≤0.08μs、故障率≤0.5%;三是生产适配,每块pcb元件密度≤80个\/d2(兼容当时国产pcb制造工艺),布线层数≤2层(避免复杂多层板成本过高)。
整合工作由王工牵头(硬件总负责),组建4人专项小组:王工(整体规划,把控功能拆分)、赵工(运算类电路整合,熟悉核心元件布局)、孙工(存储控制类整合,负责信号路径优化)、刘工(接口环境类整合,擅长抗干扰设计),覆盖“运算-存储-接口”全功能域。
规划周期为1个月(1965.7.1-1965.7.31),分三阶段:第一阶段(7.1-7.10)梳理19块pcb功能与关联关系;第二阶段(7.11-7.25)制定整合方案与单块pcb布局;第三阶段(7.26-7.31)方案评审与优化,形成生产图纸,衔接pcb制造。
启动前,团队明确核心约束:整合不得改变元件选型(沿用国产型号,避免供应链波动);功能模块物理隔离(如高功率元件与敏感元件分开布局);维修便利性(预留测试点,单块pcb故障可独立更换),确保整合后设备兼顾性能与实用性。
二、19块分立pcb的功能梳理与分类
赵工团队首先对19块pcb开展全功能梳理,按“功能域-信号流向-功耗等级”三维度分类,识别整合空间,为重构奠定基础。
第一类:运算核心类(7块pcb),含矩阵运算板(2块,分别对应乘法\/逆变换)、密钥生成板(2块,含随机数发生器\/密钥运算)、辅助运算板(3块,模256运算\/异或扰动\/并行控制),核心功能为加密算法运算,功耗占比60%(22.8w),信号多在类内交互,具备高整合潜力。
第二类:存储控制类(5块pcb),含磁芯存储板(2块,程序区\/数据区)、主控板(2块,时序生成\/指令解析)、异常检测板(1块,故障监测\/降级控制),功能为数据存储与系统调度,功耗占比20%(7.6w),信号需与运算类高频交互,宜就近整合减少延迟。
第三类:接口环境类(7块pcb),含通信接口板(3块,短波\/有线\/备用)、本地配置板(2块,按键输入\/指示灯显示)、环境适配板(2块,低温加热\/电磁屏蔽控制),功能为外部交互与环境适应,功耗占比20%(7.6w),信号多为低速传输,可集中布局降低体积。
7月10日,团队形成《19块pcb功能梳理报告》,标注每块板的元件清单(如矩阵运算板含1369个3AG1晶体管)、信号流向(如密钥生成板→数据存储板)、功耗参数,明确运算类内元件关联度达85%、存储控制类与运算类交互频率达90%,为“3块pcb”的功能划分提供数据支撑。
三、历史补充与证据:分立pcb功能梳理档案
1965年7月的《“73式”19块分立pcb功能梳理档案》(档案号:Zh-1965-001),现存于研发团队档案库,包含pcb清单表、功能关联图、功耗测试数据,共42页,由赵工、孙工共同编制,是整合规划的核心依据。
档案中“pcb清单表”按类别排序,每栏记录pcb名称、编号(如“运算-01:矩阵乘法板”)、元件数量(1369个晶体管、256个电阻)、尺寸(18x15)、功耗(3.5w)、关联pcb(如“运算-01→运算-03:辅助运算板”),例如“存储-01:程序区存储板”标注“元件64个磁芯体、32个寄存器,尺寸20x16,功耗2.2w,关联主控-01板”。
功能关联图用热力图标注交互频率:运算类内部连线(如矩阵板→密钥板)标注“高频”(交互次数≥100次\/秒),用红色标注;运算类→存储控制类连线标注“中频”(50-100次\/秒),用黄色标注;接口类→其他类连线标注“低频”(≤50次\/秒),用蓝色标注,直观体现整合优先级(高频交互优先整合)。
功耗测试数据页记录:19块pcb总功耗38w,其中运算类22.8w(矩阵板单块3.5wx2=7w,密钥板2.8wx2=5.6w)、存储控制类7.6w(存储板2.2wx2=4.4w,主控板1.6wx2=3.2w)、接口环境类7.6w(通信板1.2wx3=3.6w,环境板1.5wx2=3w),为整合后功耗分配提供依据。
档案末尾“整合可行性分析”指出:运算类7块pcb可整合为1块(元件总量约3%),解决方案:在两者间布设2宽接地隔离带(连接pcb接地平面),时序信号线采用屏蔽线(铜网编织),串扰降至-70db,错误率恢复至0.0005%。