Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА
ПРИБОРОВ, УСТРОЙСТВ
И СИСТЕМ
Межвузовский сборник научных трудов
Воронеж 2001
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический
университет
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА
ПРИБОРОВ, УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ
Межвузовский сборник научных
трудов
Воронеж 2001
УДК 621. 396. 6: 621. 315. 616. 97: 658:562
В сборнике научных трудов представлены статьи, посвященные вопросам анализа и прогнозирования надёжности и качества приборов, устройств и технических систем, применению математического моделирования в оптимальном проектировании приборов и устройств различного назначения, физико-технологическим аспектам повышения надёжности промышленных изделий. Содержание статей соответствует научному направлению “Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства, системы передачи, приёма и защиты информации”, отражающему отдельные разделы перечня Критических технологий Федерального уровня, утвержденного Правительством РФ.
Сборник рассчитан на аспирантов и научных сотрудников.
Сборник подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD, содержится в файле “СборникКиПРА2001.doc”, объем файла 3,3 Mb.
Редакционная коллегия:
А.В. Муратов (ответственный редактор), д-р техн. наук, проф.
(Воронежский государственный технический университет);
В.М. Шишкин (зам. ответственного редактора), д-р техн. наук, проф.
(Воронежский государственный технический университет);
А.Г. Юрочкин д-р техн. наук, проф.
(ген. директор ЗАО "Телеросс-Воронеж");
А.А. Чуриков канд. техн. наук, ст.науч.сотрудник
(Воронежский государственный университет);
Н.Д. Литвинов канд. юр. наук, доц.
(Воронежский институт МВД);
А.В. Блинов канд. техн. наук, доц.
(Пензенский государственный технический университет);
О.В. Урминская (ответственный секретарь)
(Воронежский государственный технический университет).
Рецензенты: кафедра информационно-технического обеспечения органов внутренних дел
Воронежского института МВД России;
д-р техн. наук, проф. Н.И. Баранников
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского
государственного технического университета.
© Коллектив авторов, 2001
© Оформление.
Воронежский государственный
технический университет, 2001
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
1. Макаров О. Ю., Тебекин Л.А. Математическое обеспечение процедур анализа электромагнитной совместимости и помехоустойчивости в процессе сквозного проектирования ГИС и МСБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
6 |
2. Грищенко С.В., Никитин Л.Н., Шишкин В.М., Литвинова А.Н. Анализ структуры вычислительных средств системы управления качеством видеотелевизионных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
11 |
3. Шурупова И.Ю. Моделирование систем, имеющих разрывные решения . . .. . . . |
15 |
4. Баскаков А.Г., Азарнова Т.В., Ускова Н.Б. Исследование сложных систем методами теории бесконечных матриц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
20 |
5. Макаров О. Ю., Иванов С. М., Прилуцкий А.М. Модель оценивания эффективности применения средств излучения маскирующих сигналов для защиты информации, передаваемой в телекоммуникационных системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
6. Чернышов А.В., Никитин Л.Н., Макаров П.Н. Оптимизация выбора материалов и технологии изготовления каркасов катушек индуктивности РЭС . . . . . . . . . . . . . . . . |
30 |
7. Очнева Л.С., Самойленко Н.Э. Программный комплекс автоматизированного проектирования технологических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
8. Калинин Ю.Е., Кондусов В.А., Ситников А.В. Получение многослойных пленок методом ионно-лучевого распыления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
37 |
9. Калюжный А.Н., Мирошник И.А. Устройства для измерения статических и динамических параметров транзисторов алгоритмическими методами . . . . . . . . . . . . . |
43 |
10. Мирошник И.А., Почечихин А.В., Чеканов В.В. Калибровка измерительных цепей при определении параметров двухполюсных и многополюсных радиокомпонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
49 |
11. Попов В.О. Выбор CASE-технологий разработки корпоративных информационных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
55 |
12. Донец А.М., Самойленко Н.Э., Донец С.А., Кононов А.И. Подсистема маркетинговых исследований . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
59 |
13. Ципина Н.В. Особенности управления процессами обучения в автоматизированных обучающих системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
63 |
14. Ципина Н.В. Варианты организации комплекса технических средств автоматизированных обучающих систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
67 |
15. Зеленин А.Ю. Метод оценки технического уровня сложных радиотелевизионных передающих систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
70 |
16. Болгов А.Т., Невежин Е.В., Никитин Л.Н. Автоматический телеграфный ключ с блоком памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
73 |
Тезисы докладов ХХХХI научно-технической конференции |
75 |
17. Очнева Л.С., Самойленко Н.Э., Барсуков Е.М. Автоматизированный синтез операционных технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
76 |
18. Очнева Л.С., Самойленко Н.Э., Сергеев Д.В., Боровлев Б.С. Организация дистанционного обучения на базе АУК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
77 |
19. Очнева Л.С., Самойленко Н.Э., Заброцкий А.И., Дорохов Д.А. Автоматизированный учебный курс по дисциплине “Технологическая подготовка производства” . . |
78 |
20. Очнева Л.С., Самойленко Н.Э., Бойко Д.С., Белозеров Н.А., Есипов О.В. Структура автоматизированного учебного курса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
79 |
21. Очнева Л.С., Тюрин В.Б. Устройство приема и отображения информации . . . . . |
80 |
22. Донец А.М., Самойленко Н.Э., Кононов А.И., Донец А.М., Самойленко Н.Э., Кононов А.И. К вопросу оценки конкурентоспособности РЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
23. Скоробогатов М.В., Скоробогатов В.С. О равномерном размещении тепловыделяющих элементов на коммутационном поле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
83 |
24. Скоробогатов М.В., Скоробогатов В.С. Оптимизация размещения элементов РЭС по двум критериям при групповых перестановках. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
84 |
25. Мануковский А. А.,. Ненашев А.В., Поддубный В.И. Анализ использования различных форматов цифровой обработки звука для оптимального воспроизведения фонограмм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
85 |
26. Поддубный П.В., Чертков Р.А., Поддубный В.И. Двусторонняя пейджинговая связь, как наиболее эффективный способ организации сети передачи данных системы индивидуального учета энергоресурсов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
86 |
27. Бородина К.Г., Чертков Р.А., Поддубный В.И. Электронные средства массовой информации как элемент системы с информационной обратной связью. . . . . . . . . . . . |
87 |
28. Даниленко В.И., Исаев А.В., Кондусов В.А. Системы охранной сигнализации с радиоканалом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
88 |
29. Гаращук Е.А., Кондусов В.А. Измеритель RLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
89 |
30. Чурин С.В., Кондусов В.А. Резервный преобразователь напряжения. . . . . . . . . . |
90 |
31. Фесенко И.В., Кондусов В.А. Телефонный микропроцессорный коммутатор. . . |
91 |
32. Данилов Р.А., Кондусов В.А. Цифровой термометр. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
92 |
33. Турецкий А.В., Шишкин В.М. Анализ схемы усилителя на МДП-транзисторе с общим истоком. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
93 |
34. Грищенко С.В., Никитин Л.Н. Входной контроль комплектующих радиоэлектронных элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
94 |
35. Грищенко С.В., Никитин Л.Н. Повышение качества радиоэлектронной аппаратуры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
95 |
36. Грищенко С.В., Никитин Л.Н. Оптимизация управления качеством РЭА. . . . . . |
96 |
37. Хрячков А.И., Рыков А.С., Болгов А.Т. Алгоритмическое и программное обеспечение для автоматической сертификации видеотехники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
97 |
38. Андрюнькин О.Ю., Болгов А.Т. Проектирование микроэлектронных устройств с учетом электромагнитной совместимости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
98 |
39. Андрюнькин О.Ю., Болгов А.Т. Автоматизация конструкторских расчетов прочности деталей РЭС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
99 |
40. Кирсанов А.А., Логунова И А, Соболев А.А. Система беспроводной связи. . . . . |
100 |
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
101 |
Введение
В настоящее время важное значение имеют вопросы повышения эффективности функционирования разрабатываемых и эксплуатируемых приборов, устройств и технических систем.
Надежность и качество как внутреннее свойство системы закладывается на этапе проектирования, обеспечивается в процессе конструкторской отработки и производства и реализуется в процессе применения системы по прямому назначению.
Статьи имеют как теоретическую, так и практическую направленность и содержат результаты исследований в области структурной и параметрической надежности.
УДК 681.3
О. Ю. Макаров, Л. А. Тебекин
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕДУР АНАЛИЗА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ И ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
В ПРОЦЕССЕ СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИС И МСБ
Рассматриваются математические модели паразитных параметров гибридных интегральных схем (ГИС) и микросборок (МСБ)
Проектирование конструкции и технологии изготовления ГИС и МСБ проходит несколько этапов [1]. На рис.1 показана взаимосвязь этапов электромагнитного проектирования с другими процедурами сквозного конструкторско-технологического проектирования микросхем.
Подсистема электромагнитного проектирования состоит из нескольких этапов:
расчет паразитных параметров;
анализ влияния паразитных связей на электрические параметры ГИС и МСБ;
поверочное схемотехническое моделирование электрической принципиальной схемы.
Поэтому электромагнитное проектирование следует проводить после разработки топологии ГИС и МСБ (рис.1). Далее при необходимости корректируют топологию.
В ходе математического моделирования температурных полей в ГИС и МСБ может возникнуть необходимость изменения конфигурации и размеров пленочных элементов и корректировка топологии, что изменит паразитные связи между элементами и потребует повторного анализа электромагнитного взаимовлияния.
В системе схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center, начиная с версии 6.1, имеется возможность моделировать схемы с учетом паразитных эффектов, связанных с неидеальностью конструкции реальной печатной платы: задержками распространения сигналов, паразитными емкостями, индуктивностями и взаимными индуктивностями [2].
В программе Polaris системы Design Center рассчитываются следующие паразитные параметры линии передачи, образованной печатными проводниками:
волновое сопротивление и погонные емкости и индуктивности;
задержки распространения сигнала;
паразитные емкости между проводниками и подложкой, емкости стеков контактных площадок и переходных отверстий, омическое сопротивление проводников, индуктивности проводников и коэффициенты связи между параллельными проводниками.
Расчет линий передачи выполняется приближенно при выполнении следующих условий:
заряды всех конечных элементов считаются поверхностными;
все электрические поля в линиях передачи считаются поперечными;
коэффициенты связи между проводниками должны быть малыми;
потери в линиях незначительны.
В ГИС и МСБ расстояния между элементами резко уменьшены, а сами элементы размещаются на подложке, проводимость и диэлектрическая проницаемость которой намного больше, чем у воздуха. Это приводит к усилению связей между элементами, в том числе и паразитных. Поэтому для расчета паразитных параметров микросхем требуются свои математические модели.
Паразитными параметрами являются:
для пленочных проводников - собственная индуктивность и емкость, взаимная индуктивность и емкость связи с соседними проводниками, а также емкость на пересечениях проводников;
для резисторов - последовательная индуктивность, шунтирующая емкость, шунтирующее сопротивление и сопротивление контактов;
для конденсаторов - сопротивление обкладок и диэлектрика;
для катушек индуктивности - последовательное сопротивление и емкость.
Рис. 1. Взаимосвязь процедур сквозного конструкторско-технологического
проектирования ГИС и МСБ
Индуктивность проводника и резистора полностью определяется их конфигурацией, линейными размерами и магнитной проницаемостью среды. Величина индуктивности (мкГн) одиночного проводника (резистора) в виде прямоугольной полоски определяется по формуле [3]
,
(1)
где l и b – длина и ширина проводника или резистора, см.
Взаимная индуктивность двух параллельных проводников (мкГн) одинаковой длины может быть найдена из соотношения [4]
,
(2)
где a - расстояние между линиями соединений, см.
Зная величину индуктивности каждой линии и величину взаимоиндукции, можно определить полную индуктивность этих линий.
Расчет шунтирующей емкости резистора, емкости между пленочными проводниками, а также между проводниками и металлическим корпусом проводится по формуле [3]
,
пФ, (3)
где / - расчетная диэлектрическая проницаемость (/=2 при 2 >> l, /=(l+2)/2 при 2 l);
l - диэлектрическая проницаемость окружающей среды;
2 - диэлектрическая проницаемость подложки;
СГЕОМ - геометрическая, или относительная, емкость, зависящая от геометрических размеров и расположения проводников и элементов микросхем.
Величина шунтирующего сопротивления резистора и конденсатора определяется сопротивлением утечки через подложку или диэлектрик и зависит от параметров материала и рабочей температуры. Величина последовательного сопротивления резистора зависит от сопротивления контакта между резистивной и проводящей пленками.
Емкость между двумя произвольно расположенными на подложке пленочными проводящими элементами определяют по формуле [5]
,
пФ, (4)
где CГ - емкостный коэффициент, зависящий от взаимного расположения пленочных проводящих элементов в микросхеме;
l - длина пленочных проводников, см.
Частичные емкости между проводниками, параллельно расположенными на подложке и находящимися в окружении других проводников, вычисляют по следующей формуле [5]:
,
пФ, (5)
где i, j – номер проводников;
l - длина пленочных проводников, см;
Сг ij - емкостный коэффициент i-го и j-го проводников МСБ, находящимися в однородной среде.
При оценке емкостей между изогнутыми под прямым углом параллельными пленочными проводниками рассматриваемую систему разбивают на две: первую, состоящую из проводников, которые расположены под прямым углом с расстоянием 2b от изгиба первого проводника, вторую, состоящую из двух групп параллельных проводников. При оценке емкостей первой группы проводников в формулу (5) вместо l подставляют lэкв. Общая емкость рассматриваемой системы равна сумме емкостей, рассчитанных с учетом разбиения для каждой системы в отдельности.
В ходе анализа влияния паразитных связей на электрические параметры схемы проводится расчет времени задержки сигнала или возмущения, вызванного перепадом напряжения [3]
, (6)
где v- скорость распространения возмущения в среде с диэлектрической проницаемостью /;
с=3*108 м/с – скорость света;
l – длина линии, м.
В случае соединения элементов или компонентов ГИС и МСБ с помощью индуктивно-связанных коммутационных проводников логический перепад тока Iа в активной линии связи является источником индуктивной помехи в пассивной линии связи. Связь между направлением изменения тока в активной линии, направлением ЭДС ем и полярностью индуктивных помех иллюстрируется на рис. 2. При определении направления тока в пассивной линии необходимо учитывать тот факт, что магнитный поток ФП, созданный током пассивной линии Iп, всегда направлен встречно по отношению к магнитному потоку ФА, обусловленному током активной линии Iа.
Наводимая в проводнике ЭДС взаимной индукции определяется по общеизвестному выражению
, (7)
где МСВ - взаимная индуктивность;
tф - длительность фронта токового перепада.
Рис. 2. Определение полярности и уровня индуктивной помехи
При логическом перепаде в активной линии UЛА с длительностью tф амплитуда емкостной помехи в пассивной линии равна
, (7)
где
.
Полярность емкостной помехи соответствует знаку логического перепада.
На шинах питания и заземления существуют напряжения, обусловленные протекающими постоянными I и переменными
i (t) токами [5]:
. (8)
Эти напряжения приводят к нарушению устойчивости микросхем аналогового типа и уменьшению статической и динамической помехоустойчивости логических микросхем.