Алгоритм контроля знаний на основе обработки текстовой информации

Представлен материал по структуре алгоритмов автоматизации обучения при самостоятельном изучении материала, самоконтроле и контроле знаний на основе обработки текстовой информации

Алгоритм разработанной программы изучения учебного материала, показанный на рис. 1, предусматривает не только возможность обращения к необходимой текстовой информации, но и возможность проверки качества усвоения пользователем изученного материала. Учебный материал и информация, необходимая для осуществления функции контроля, хранятся в виде базы данных (БД). Информация для контроля знаний представляет собой совокупность набора вопросов по различным тематикам и словаря со смысловыми ядрами (семемами) правильных ответов.

Программа предоставляет возможность выбора любого вопроса изучаемой темы (блок 1). После того, как пользователем был произведен ввод номера вопроса, предусматривается выбор (блок 2) одного из режимов работы программы: просмотр теоретического материала по выбранному вопросу либо проведение контроля знаний. В первом случае программой осуществляется обращение к базе данных и вывод справочной информации на экран. Во втором случае программа предоставляет возможность ввода ответа A на вопрос, после чего процедурой Analyze осуществляется анализ введенной информации и на экран выдается оценка Mark.

Обращение к базе данных осуществляется программой в трех случаях: во время выбора вопроса, во время анализа введенного ответа и при запросе пользователя на просмотр учебного материала.

Блок 7 алгоритма программы производит запрос на распечатку протокола. В протокол входит информация о результатах тестирования. Блок 9 позволяет сделать выбор одного из следующих действий: продолжить процесс самообучения или закончить работу с программой. В случае продолжения работы управление передается блоку 1.

Рис. 1

В АКОС контроль знаний на основе обработки текстовой информации предусматривается в двух случаях:

• при самостоятельном изучении учебного материала;

• при итоговой проверке знаний.

Структурная схема программы контроля знаний приведена на рис. 1. Блоки, относящиеся к режиму самоконтроля, заключены в пунктирную рамку. В режиме тестирования получение справочных материалов не предусматривается, следовательно, блоки 2 и 3 подключены быть не могут.

После выбора вопроса из списка и ввода соответствующего ответа тестируемого контроль передается процедуре обработки ответа Analyze. Алгоритм данной процедуры показан на рис. 2.

Процедура производит следующие действия:

• подсчет количества семем в словаре эталонного ответа – блок 1;

• подсчет количества строк в каждой из семем – блок 4;

• подсчет суммы оценок по всем ключевым словам (строкам) в пределах одной семемы – блок 8;

• вызов процедуры String – блок 9;

• подсчет суммы оценок по ключевым словам, которые были найдены в тексте ответа тестируемого – блок 10;

• определение коэффициента полноты ответа по каждой из семем – блок 7;

• определение максимальной оценки в пределах словаря эталонного ответа – блок 3.

Процедура String, алгоритм которой представлен на рис. 3, предназначена для разбиения выделенной в процедуре Analyze строки семемы на слова и словосочетания. Выделенные слова и словосочетания хранятся в виде массива строковых переменных W. Блоки 4, 6 и 8 определяют, к какому виду синонимов ключевого слова относится значение каждой из переменных массива W. Как было сказано выше, синоним может быть представлен в виде простого слова (ПС), в виде комплексного слова (КС), в виде простого (ПСС) или комплексного (КСС) словосочетания. После того, как был определен вид рассматриваемого синонима, управление передается соответствующей процедуре обработки ответа пользователя. Если синоним является простым словом, то запускается процедура PS, если же синоним имеет вид комплексного слова, то запускается процедура KS. В случае простого и комплексного словосочетания запускаются процедуры PSS и KSS соответственно.

Рис. 2. Алгоритм процедуры Analyze

Рис. 3. Алгоритм процедуры String

А лгоритм процедуры PS представлен на рис. 4.

Рис. 4. Алгоритм процедуры PS

Процедура предназначена для проверки наличия в тексте ответа пользователя простого слова. Блок 1 инициализирует глобальную переменную NP, предназначенную для хранения номера позиции в тексте ответа пользователя, с которой начинается проверка наличия в нем простого слова. Далее управление передается процедуре NPP, которая определяет в тексте ответа номер позиции какой-либо комбинации символов и присваивает этот номер переменной NP. В данном случае комбинацией символов является рассматриваемое простое слово. После работы процедуры NPP проверяется значение NP (блок 3) и, если оно равно нулю, то переменная, содержащая значение оценки рассматриваемого ключевого слова Q обнуляется. Вообще равенство переменной NP нулю после работы процедуры NPP говорит о том, что рассматриваемое слово или словосочетание, взятое из словаря эталонного ответа, отсутствует в ответе пользователя.

Алгоритм процедуры KS показан на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм процедуры KS

Процедура предназначена для проверки наличия в тексте ответа пользователя комплексного слова. Блок 1 процедуры производит подсчет количества окончаний в комплексном слове. Далее в теле цикла происходит формирование простых слов путем прибавления выделенных из комплексного слова окончаний к базовой части комплексного слова (блок 4). Количество полученных ПС будет равным количеству окончаний в КС. Подсчет количества окончаний иллюстрируется блоком 1. Проверка наличия простого слова в ответе производится путем вызова процедуры PS (блок 5). После того, как процедурой PS произвелась обработка одного из простых слов, блоком 6 производится проверка значения переменной NP. Если оно равно нулю (то есть рассматриваемое простое слово в ответе отсутствует), то происходит возврат к блоку 2, и цикл продолжает работу. Если значение NP отлично от нуля, то происходит выход из цикла и процедура завершает свою работу, так как в этом случае в ответе пользователя найдено рассматриваемое простое слово. После прохождения всего цикла значение переменной Q обнуляется, что связано с тем, что ни одно ПС в ответе тестируемого не найдено.

Процедуры PSS производит проверку наличия в тексте ответа тестируемого простого словосочетания. Процедура KSS предназначена для проверки наличия в тексте ответа пользователя комплексного словосочетания. Алгоритмы данных процедур аналогичны представленному на рис. 5.

Как было отмечено ранее процедура NPP, представленная на рисунке 6, определяет в тексте ответа номер позиции какой-либо комбинации символов.

Блок 1 производит подсчет количества позиций (символов) в ответе тестируемого. Блоком 3 открывается цикл, позволяющий произвести проверку наличия исходной комбинации символов в тексте ответа, начиная с каждой позиции самого текста. Если исходная комбинация присутствует в тексте ответа, то переменной NP присваивается номер позиции текста ответа, на которой было зафиксировано присутствие комбинации символов, и происходит выход из процедуры. Иначе происходит возврат к блоку 3. При прохождении всего цикла переменная NP обнуляется и работа процедуры заканчивается.

АКОС, в состав которой должно входить следующее программное обеспечение: программа самостоятельного изучения учебного материала с элементом контроля знаний, программа итогового контроля знаний, программы самообучения и контроля с использованием текстовой информации, может быть ориентирована на изучение любой дисциплины.

Рис. 6. Алгоритм процедуры NPP

По сравнению с аналогичной существующей контрольно-обучающей системой, взятой за базовый вариант, предлагаемая АКОС обладает рядом преимуществ. Структура представленной АКОС позволяет в интерактивном режиме проводить самостоятельное изучение учебного материала и самопроверку. Также предоставляется возможность проведения итогового контроля знаний и автоматизированных расчетов в рамках лабораторного практикума.

В процессе автоматизированного самообучения возможно обращение не только к теоретическим данным в виде текста, но и к данным, представленным в виде графической информации. Кроме того, учтена возможность проведения проверки уровня усвоенных знаний, не прерывая процесс самообучения.

В режиме итогового контроля учитывается возможность ввода ответов на тестирующие вопросы в максимально свободной форме, что снижает вероятность угадывания правильных ответов и повышает адекватность оценки уровня знаний.

Структура используемых баз данных, содержащих учебный материал, а также информацию, необходимую для контроля знаний, позволяет расширять возможности АКОС как в плане представления учебной информации, так и в плане проведения автоматизированного контроля.

Используемые технические средства:

- применяемая вычислительная техника – ПЭВМ типа IBM PC с процессором Pentium III и выше, объем оперативной памяти не менее 128 Мбайт, монитор с разрешением не менее 800 х 600 точек, струйный или лазерный принтер;

- операционная система типа Windows 98, Windows 2000 или Windows XP с установленным обозревателем Internet Explorer версии 5.0 и выше.

Литература

1. Хаселир Р., Фаненштихт К. Операционная среда Windows. М.: ЭКОМ, 1995. 234 с.

2. Гради Буч. “Объектно-ориентрованное программирование” / Пер. с англ. – М.: Наука, 1998. 170 с.

3. Джон Матчо, Дэвид Р.Фолкнер. «Delphi» /Пер. с англ. М.: Бином, 1995. 305 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.А. Донец, С.Ю. Чирков

ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Излагаются преимущества технологии печатных плат, основанной на струйном методе формирования проводящих элементов и диэлектрических слоёв

В последние годы проводятся интенсивные исследования по совершенствованию существующих и разработке новых технологий производства многослойных печатных плат, обеспечивающих повышение плотности печатного монтажа и надежности проводящих структур /1, 2/. Важное место в решении этой задачи отводится струйной технологии /3/.

Основные достоинства струйной технологии заключаются в снижении материалоемкости и энергоемкости производства, а также в уменьшении расхода материалов. Традиционная технология изготовления печатных плат с использованием химических и электрохимических технологий и фотолитографии требует выполнения большого количества сложных технологических операций, таких как нанесения медного слоя на диэлектрическую подложку и получения фоторезистивного рельефа для избирательного травления медной фольги или её осаждения химическим и электрохимическим методами. В процессе выполнения этих и других операций образуются опасные и вредные для окружающей среды вещества. Кроме того, изготовление фотошаблонов — очень трудоемкий и дорогостоящий процесс, вследствие чего при малых объемах производства себестоимость печатных плат существенно возрастает.

В случае струйной технологии для создания печатных плат используются два вида специальных жидких веществ: проводящие, содержащие микрочастицы серебра и изолирующие, получаемые на основе либо полимеров, либо представляющие собой композицию из какого-либо полимера и диэлектрического тонкодисперсного наполнителя. Для получения указанных покрытий разработаны системы Ink Jet Printer - струйные принтеры, оснащенные, линейной пьезоэлектрической головкой /2/. Печатные проводники платы формируются (печатаются) путем нанесения проводящих веществ в нужных местах. Для изоляции одного слоя проводников от другого наносится промежуточный изоляционный слой и таким образом может быть получена многослойная печатная плата.

Нельзя не отметить тот факт, что струйная технология позволяет создавать очень тонкие многослойные печатные платы. Несомненное достоинство струйной технологии - возможность избирательного формирования тонкопленочных резистивных, емкостных и индуктивных элементов непосредственно на внутренних слоях печатных плат, соединяя их электрически с проводящими структурами. Так, например, резистивные элементы получают путем нанесения углеродных полимеров, обладающих определенной проводимостью в зависимости от содержания тонкодисперсного углерода, а изоляционные слои конденсаторов формируют из жидких композиционных материалов с большой диэлектрической проницаемостью /4, 5/.

Экспериментально установлено, что, например, восьмислойные печатные платы могут иметь толщину 0.5 мм, что на 40 % меньше по сравнению с печатными платами, изготовленными по хорошо отработанным современным технологиям. Если традиционная технология обеспечивает ширину печатных проводников около 0.1 мм, то струйная технология даёт возможность получать проводящие элементы шириной 4 мкм и более.

Одним из лидеров производства печатных плат на основе струйной технологии является фирма EPSON /3/. Этой фирмой продемонстрирован образец двадцатислойной печатной платы размером 20x20 мм, имеющий толщину 200 мкм (без подложки).

Как подчеркивают разработчики, использование струйной технологии для создания печатных плат позволит в будущем снизить массогабаритные показатели портативных радиоэлектронных устройств за счет повышения степени интеграции. Струйная технология дает возможность формировать печатные платы на самых разных подложках, в том числе и непосредственно на внутренней поверхности пластиковых панелей корпусов устройств. Новые печатные платы позволят производителям создавать мобильные телефоны, цифровые камеры и другие портативные устройства.

Для внедрения струйной технологии изготовления печатных плат в России необходимо провести работы по созданию материалов с целью получения резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности с широким спектром номиналов. Только в этом случае может быть в полной мере реализовано развивающееся направление по интеграции печатных проводников и дискретных компонентов. Требуется также модернизация типовых струйных принтеров путем оснащения их линейными головками для нанесения соответствующих материалов на всю поверхность заготовки печатной платы.

Литература

1. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник. - М.: ФОРУМ-ИНФРА - М. 2005. 560 с.

2. Медведев А.М. Обновление технологий в российской электронной промышленности // Технологии в электронной промышленности, 2005. № 1. С. 3-12.

3. www.metodolog.ru

4. www.cpress. ru

5. http://ferra/ ru/hard/2006/05/31/57905/

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.Д. Кретов, Н.В. Подтележникова, А.В.Турецкий,

Н.В. Ципина

УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОГО ТРАНЗИТА КАНАЛОВ

Устройства цифрового транзита каналов получили широкое распространение в телефонной связи, так как позволяют согласовать различные типы автоматических телефонных станций. Выгодно отличаются системы, позволяющие изменять скорость передачи и линейный код передаваемой информации (что имеет место в данном случае)

Для организации сетевых узлов на первичных сетях телефонной связи и обеспечения организации долговременного транзита цифровых потоков Е1 применялась аппаратура УЦТК-2М и УЦТК-5М.

Устройство цифрового транзита каналов предназначено для организации сетевых узлов на телефонных сетях связи и обеспечивает организацию долговременного цифрового транзита следующих видов каналов:

• каналы тональной частоты (ТЧ), используемые для организации соединительных линий и/или «прямых» абонентов АТС;

• каналы звукового вещания (ЗВ), используемые для распространения сигналов радиовещания;

• каналы передачи цифровой дискретной информации (ДИ), используемые для построения цифровых сетей передачи данных.

Устройство оборудовано четырьмя портами для подключения цифровых ИКМ потоков, которые соответственно обозначаются четырьмя буквами латинского алфавита: A, B, C, D и еще один дополнительный порт, который используется для подключения источника внешней синхронизации. Все информационные порты (A, B, C, D) идентичны по техническим характеристикам и являются универсальными так как могут быть сконфигурированы для работы как с потоками 1024 кбит/с так и с потоками 2048 кбит/с.

Устройство обеспечивает оперативность и простоту ввода требуемой схемы транзита каналов и надежность хранения конфигурации. Схема транзита канальных интервалов (КИ) между потоками ИКМ задается с дискретностью в 1 КИ. Конфигурация аппаратуры может изменяться пользователем не менее 10 000 раз, при этом все внесенные изменения сохраняются в энергонезависимой памяти и автоматически восстанавливаются при очередном включении.

Устройство цифрового транзита каналов обеспечивает организацию цифрового транзита каналов в пределах четырех ИКМ потоков по шести направлениям, названным в соответствии с именами портов, между которыми организуется соединение каналов: «АВ», «АС», «АD», «ВC», «ВD», «CD», согласно рис. 1.

Рис. 1. Схема коммутации каналов между четырьмя ИКМ потоками

Для установки терминологии в последующем описании принципов работы и параметров конфигурации устройства цифрового транзита каналов принимается, что все информационные порты, предназначенные для подключения ИКМ потоков, обозначаются соответствующим буквенным индексом из множества {A, B, C, D}. При этом, в зависимости от заданной схемы коммутации каналов, информационные порты могут быть:

а) портом-приемником – в линию «Передача» данного порта осуществляется коммутация КИ с линий «Прием» других портов;

б) портом-источником – КИ с линии «Прием» этого порта коммутируются в линии «Передача» других портов.

Таким образом, каждый из портов (A, B, C, D) может одновременно являться портом-приемником и портом-источником. Так, при активности соединений «АВ», «АС», «АD» порт A будет выполнять функции порта-источника по отношению к портам B, C и D, обеспечивая коммутацию речевых и сигнальных каналов, аварийных и служебных состояний и сигналов телеконтроля этих портов. Аналогично, при активности всех направлений («АВ», «АС», «АD», «ВC», «ВD», «CD») каждый порт будет выполнять функции порта-приемника и порта-источника относительно трех других портов.

При работе устройство цифрового транзита каналов осуществляет автоматический перенос КИ и соответствующих им СУВ1(2), согласно предварительно установленной таблице коммутации КИ в направлениях: от порта-источника к порту-приемнику и в обратном направлении.

Устройство цифрового транзита каналов обеспечивает автоматическое обнаружение всех описанных направлений связи на основании анализа заданных каналов-источников для всех каналов портов А, B, C, D. Направление рассматривается как активное (используемое), если в таблице коммутации указано, по крайней мере, одно соединение каналов, отвечающее этому направлению. Порт рассматривается как активный (используемый) в случае активности, по крайней мере, одного из направлений, связанных с этим портом.

Для неактивных портов, каналы в направлении «Передача» автоматически заполняются кодом «10101010», который соответствует нулевому уровню аналогового сигнала в канале ТЧ, согласно закону «А» (G.711) кодирования аналогового сигнала. Содержимое СУВ1 и СУВ2, соответствующих этим КИ, устанавливается равным «1», что соответствует их неактивному состоянию.

Устройство цифрового транзита каналов позволяет устанавливать одну из схем синхронизации, определяемых параметром «источник сигнала синхронизации». При установке устройства на действующих сетях связи установленная схема синхронизации должна соответствовать направлению распространения синхронизации данного сегмента сети, а именно, источником синхронизации должен быть установлен порт, подключаемый к оборудованию самого высокого уровня иерархии распространения синхронизации. Оборудование, подключаемое к оставшимся портам УЦТК необходимо перевести в режим синхронизации от принимаемого сигнала.

Например:

а) при установке устройства между двумя АТС источником синхронизации должен быть назначен порт, подключенный к вышестоящей АТС;

б) при установке устройства на транзитном узле источником синхронизации должен быть назначен порт, подключенный к линейному тракту центрального узла связи;

в) при установке устройства в сетях передачи данных источником синхронизации должен быть назначен порт, подключенный к оборудованию, работающему в режиме ведущего – то есть в направлении центрального маршрутизатора;

г) при использовании устройства для объединения двух и более сегментов сети, в которых существует более одного источника синхронизации, необходимо изменить структуру сети, определив один источник синхронизации и устранив остальные. При невозможности необходимо источником синхронизации назначить порт, подключенный к любому из имеющегося оборудования, которое работает в режиме ведущего, с обеспечением идентичности сигналов синхронизации всех объединяемых сегментов сети.

При несоблюдении приведенных правил синхронизации возможно ухудшение качества связи в результате проявления эффекта проскальзываний.

Таблица коммутации КИ, линейная скорость сигнала ИКМ потоков и другие установки УЦТК определяются значением рабочих параметров конфигурации.

При работе устройство цифрового транзита каналов осуществляет жесткий двухсторонний перенос групп канальных интервалов и соответствующих им сигнальных каналов СУВ1, СУВ2 от группового ИКМ потока принятого по порту А к выходным ИКМ потокам подключенных к портам В, С.

Устройство цифрового транзита каналов выполнено в закрытом металлическом корпусе, предназначенном для свободного размещения на полках или в шкафах, либо для установки на стойки КМЧ систем ИКМ-15/30 «КЕДР» при помощи специального листа, входящего в комплект поставки. Вид устройства спереди приведен на рис. 2.

Устройство цифрового транзита каналов имеет следующие органы управления:

а) Кнопка «Конфиг.» («Конфигурация») предназначена для выбора следующих режимов работы:

- «Работа» - основной режим работы, при котором осуществляется индикация аварийных и служебных состояний аппаратуры;

- «Конфигурация» - режим работы настройки конфигурации аппаратуры. В данном режиме производится установка параметров конфигурации аппаратуры.

б) Кнопка «Изм.» («Изменить») предназначена для установки требуемого значения выбранного параметра в режиме работы «Конфигурация»;

в) Кнопка «Парам.» («Параметр» предназначена для выбора номера параметра, подлежащего изменению в режиме «Конфигурация»;

г) Кнопка «Канал» предназначена для выбора порта {A, B, C, D} в режиме «Конфигурация»;

д) Выключатель «Питание» предназначен для включения/отключения питания аппаратуры цифрового транзита каналов.

Рис. 2. Внешний вид УЦТК-7М

1, 2 – индикаторы; 3 – индикатор «Авария»; 4 – кнопка «Конфигурация»; 5 – кнопка «Изм.»; 6 – кнопка «Парам.»; 7 – кнопка «Канал»; 8 - индикатор «Питание»; 9 – разъем «ABCD»; 10 – выключатель «Питание»; 12 – разъем «Питание»; 13 – клемма « EMBED PBrush »

Передняя панель аппаратуры снабжена следующими органами индикации:

а) Верхний трехсимвольный семисегментный индикатор (поз. 1) предназначен для:

- в режиме «Работа» - индикации аварийных и служебных состояний УЦТК;

- в режиме «Конфигурация» - отображения порядкового номера параметра и его значения;

- в режиме «Матрица» - отображения номера канала-приемника.

б) Нижний трехсимвольный семисегментный индикатор предназначен для:

- в режиме «Работа» - не используется;

- в режиме «Конфигурация» - не используется;

- в режиме «Матрица» - отображения номера канала-источника.

в) Двухцветный светодиодный индикатор «Авария» предназначен для индикации текущего режима работы и состояния УЦТК.

г) Двухцветный светодиодный индикатор «Питание» предназначен для индикации наличия питания или аварии питания аппаратуры.

Устройство цифрового транзита каналов имеет следующие органы коммутации и подключения:

а) Разъем «ABCD» предназначен для подключения к аппаратуре потоков ИКМ, а также для подачи внешнего синхросигнала.

Разъем «Питание» предназначен для подключения станционного питания и вывода сигналов «Предупреждение» и «Общая Авария».

в) Клемма « EMBED PBrush » предназначена для подключения корпуса аппаратуры к общей шине заземления АТС.

Литература

1. Фрумкин Г.Д. Расчёт и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. Уч. пособие, 4-е изд. – М.: Высш. шк., 1985.

2. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных систем. – М.: Высш. шк., 1990.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.М. Донец, С.А. Донец, К.В. Панов, В.Е. Шеменюк

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

Рассматриваются современные автоматизированные системы, позволяющие с высокой производительностью осуществлять контроль наличия в печатных платах и радиоэлектронных модулях различных дефектов. Отмечается, что некоторые из этих систем являются единственным инструментарием достижения высокого качества радиоэлектронных модулей на основе сложнейших многослойных печатных плат и компонентов поверхностного монтажа. Даются предложения по оптимальному их использованию в зависимости от номенклатуры и массовости производства радиоэлектронных модулей

Контроль печатных плат - важнейшая часть технологического процесса производства радиоэлектронных модулей. Он предназначен для проверки целостности электрических соединений и отсутствия коротких замыканий в структуре печатных проводников.

Существуют контактные и бесконтактные системы контроля печатных плат. Системы контактного электрического контроля являются сегодня наиболее распространенными /1, 2/. К основным технологиям контактного контроля относят два метода тестирования, различающиеся по типу зондов: матричные зонды («ложе гвоздей»), используемые, как правило, для контроля печатных плат одного конструктивного исполнения; подвижные («летающие») зонды. Технология «ложе гвоздей» предусматривает контроль печатных плат с помощью жесткого матричного адаптера, а технология подвижных зондов - безадаптерный контроль, заключающийся в том, что вместо жестких адаптеров с подпружиненными контактными группами применяются подвижные зонды, что обеспечивает системам контроля высокую универсальность, вследствие чего отпадает необходимость изготовления адаптера для каждой печатной платы с определенным конструктивным исполнением. Для обеспечения высокой производительности требуются летающие щупы с малой массой и исключительно высокой точностью управляющих механизмов.

Чтобы повысить универсальность тестовых систем с матричными зондами, применяют универсальные адаптеры, пригодные для контроля печатных плат нескольких конструктивных исполнений. Если номенклатура печатных плат велика, то целесообразными являются системы с летающими зондами, хотя их стоимость выше, чем других систем.

Однако, контактные системы контроля, особенно системы с матричными зондами, имеют серьезный недостаток. При неточном позиционировании зондов возможно повреждение печатного монтажа. Поэтому в настоящее время развивается тенденция по сокращению количества контактирующих зондов с печатной платой. Разработаны системы, основанные на методе подвижных зондов, позволяющие уменьшить количество замеров и контрольных точек на плате, так как они сочетают в себе бесконтактные методы контроля. В связи с тем, что эти системы дают возможность одним замером (касанием) дистанционно провести контроль в нескольких точках, их можно отнести к техническим средствам, занимающим промежуточное положение между контактными и бесконтактными системами.

Такой подход, например, реализован в тестовых системах серии А фирмы Everett Charles Technologies /3/. Используется запатентованный метод зонного контроля, суть которого заключается в том, что электрические цепи на плате используются как антенны для контроля других цепей. Один зонд подводит сигнал в цепь, которая выполняет функцию антенны (передатчика), а другой зонд контактирует с цепью, которую надо проверить (приёмник). Одновременно другие зонды подходят к непроверенным цепям. Каждая из этих цепей показывает характерные значения, образующие на графике индивидуальную амплитудно-частотную характеристику. Программное обеспечение подготовки данных автоматически определяет оптимальный выбор антенн, согласно топологии платы. Каждая цепь может быть измерена только один раз. Это значит, что во время контроля двух цепей, например на короткое замыкание, контактирующий элемент зонда размещён только на одной контактной площадке данной цепи. Вся эта операция происходит одновременно на обеих сторонах платы.

Другой оригинальный метод, запатентованный фирмой L&M /4/, позволяет производить контроль печатных проводников путем измерения их электрической емкости. Для этого через промежуточный резистор к точке тестирования на плате подается напряжение от 40 В до 250 В с целью заряда емкости, образующейся между соседними цепями. До начала зарядки печатные проводники замыкаются на землю с тем, чтобы исключить влияние статического электричества. Затем подается тестовое напряжение и измеряется время Т зарядки, то есть время нарастания напряжения. Таким образом, происходит измерение RC-параметров тестируемой группы проводников. Для достижения стабильных результатов измерение времени нарастания заряда начинается при 30 % и заканчивается при 70 % от тестового напряжения. Слишком малые CRT-значения означают короткое замыкание, а слишком высокие — обрыв в цепи. В случае двойного дефекта CRT-значения могут отличаться как в большую, так и в меньшую сторону. Распознавание CRT-значений измеряемых цепей дает четкое представление о типе дефекта.

В настоящее время широко используются микросхемы в корпусах BGA и многослойные печатные платы с высокой плотностью печатного монтажа и большим количеством металлизированных отверстий малого диаметра, где вышеуказанные тестовые системы не позволяют выполнить контроль плат. В связи с этим появилась необходимость в создании тестирующего оборудования, которое обладало бы способностью контролировать микродефекты с высоким разрешением. Для этого разработаны системы оптического и рентгеновского контроля /5 – 8/. Если системы оптического контроля применяются для контроля поверхностных дефектов, то с помощью систем рентгеновского контроля выявляются разнообразные как внешние, так и внутренние дефекты. Характерной особенностью рентгеновских систем является высокая степень увеличения, и возможность объемной визуализации дефекта в реальном масштабе времени.

В этих системах применяется микрофокусная рентгеновская трубка открытого типа, позволяющая получать очень хорошее качество изображения исследуемых объектов даже при самом высоком уровне увеличения. Детализация изображения реализуется с помощью встроенной видеокамеры с увеличением от 4 до 50 раз и до 225 раз с помощью встроенной опции Micro-Tech. Большое достоинство рентгеновских систем – возможность контроля не только печатных плат, но и качества паяных соединений в случае использования микросхем в корпусах BGA. Эту же функцию выполняют и оптические системы.

Представляет большой интерес система MultiScan™, разработанная фирмой TeraDyne /9/. Она базируется на методе тестирования радиоэлектронных модулей без подачи на них напряжения питания. MultiScan состоит из трех дополняющих друг друга тестовых технологий:

- DeltaScan - аналогового тестирования переходов;

- WaveScan - радиочастотного индуктивного тестирования;

- FrameScan - емкостного тестирования сочленений и разъемов.

При реализации технологии DeltaScan выполняется измерение постоянных токов через защитные диоды, присутствующие практически на любой цифровой микросхеме, а также на большинстве микросхем смешанного сигнала. Измерения производятся на уникальных (неповторяемых) контактных выводах микросхем, имеющих защитные диодные пары.

Реализация технологии DeltaScan не требует дополнительной аппаратной части для тестовых адаптеров в виде датчиков, так как в конструкции автоматизированного оборудования уже имеются необходимые специализированные тестовые модули.

Простота и высокая эффективность технологии DeltaScan делает ее основной в системе MultiScan. DeltaScan эффективна при безвекторном тестировании устройств в DIP, SMD и BGA корпусах.

При обнаружении неисправностей с помощью WaveScan используется индуктивная технология. По аналогии с DeltaScan технология WaveScan работает с имеющимися на тестируемой микросхеме защитными диодами. На магнитный индуктор, располагаемый над тестируемой микросхемой, подается радиочастотный сигнал, который создает магнитное поле, индуцирующее переменный ток в тестируемом устройстве. Этот ток появляется на контактном выводе проверяемой микросхемы и измеряется трансивером. В том случае, если имеет место обрыв между выводами микросхемы и контрольными площадками на плате, то наведенный сигнал ослабляется.

С помощью технологии FrameScan может быть проверено качество разного рода разъемов и гнезд. Кроме того, FrameScan позволяет проверять правильность установки полярных компонентов. Технология FrameScan реализуется следующим образом: измерительный модуль, установленный в тестовую систему, посылает сигналы переменного тока на тестируемое изделие. Эти сигналы принимаются с контактных выводов проверяемого изделия емкостным пробником. Если контакт гнезда с платой отсутствует, то имеет место также ослабление фиксируемого сигнала.

Существенным моментом, определяющим эффективность системы MultiScan™, является выбор частот возбуждения магнитных и электрических полей с помощью индуктивных и емкостных конструктивов в зависимости от структуры печатных плат, функциональных параметров микросхем и степени стабильности технологии их изготовления. Однако до сих пор эта задача не решена, точно так же как и задача выбора предельных уровней возбуждающих сигналов, при которых еще не может происходить нарушение работоспособности микросхем.

Надо иметь в виду, что рассмотренные системы являются дорогостоящими, поэтому их применение должно основываться на многокритериальной оптимизации, учитывающей назначение и сложность радиоэлектронных модулей, требования к их надежности, специфику технологических процессов производства данных изделий и их экономические показатели. Очевидно, что в некоторых случаях высокопроизводительные автоматизированные системы могут быть заменены на менее быстродействующие, в том числе и на многофункциональные радиоизмерительные стенды, которые применяются для регулировки многих радиоэлектронных средств /10/.

Литература

1. Пирогова И.В. Проектирование и технология печатных плат. М.: Высш. шк., 2005.

2. Донец А.М., Донец С.А. Проектирование технологических процессов изготовления радиоэлектронных модулей: Учеб. пособие, Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 145 с.

3. www.ectinfo.com

4. www.luther-maelzer.com

5. www.microfocus-x-ray.com

6. www.ndt-is.ru

7. www.bigpi.biysk.ru

8. www.links.bazes.ru

9. www.teradyne.com

10. Донец А.М. Технологическое оборудование для производства радиоэлектронных модулей: Учеб. пособие, Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004. 125 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.Д. Кретов, И.Н. Третьякова, А.В. Турецкий, Н.В. Ципина

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

В настоящее время – в век прогресса, различных научных открытий и достижений, радиоэлектронная аппаратура всё больше используется в быту. Чрезвычайно высокие темпы развития электронной промышленности вызваны необходимостью удовлетворения потребности общества в высококачественной бытовой электронике. Поэтому разработка цифрового термометра получила широкое распространение в РЭА

Электроника настолько глубоко вошла в жизнь людей, что уже трудно представить человечество без неё. Она нашла применение во многих сферах жизнедеятельности человека, пусть то будет сельское хозяйство, машиностроение, медицина и даже полет в космос. А как быть без столь обыденных вещей как телевизор, холодильник или электрическая плита. Но не все, используемые людьми приборы, непосредственно связаны с электроникой. К примеру: большинство людей интересуется температурой окружающей среды.

Современная промышленность выпускает различные типы термометров, которые достаточно дешевы, но имеют ряд существенных недостатков: малое быстродействие, чувствительность к механическим воздействиям, невысокая точность измерения. А некоторые (ртутные термометры) в случае повреждения оказывают вредное воздействие на организм человека.

Цифровые термометры выпускаются промышленностью, они предназначены для работы на улицах города для коллективного пользования. Однако бытовые термометры для индивидуального пользования не выпускаются.

Бытовые термометры имеют ряд существенных отличий от промышленных термометров общего пользования. Например, к ним предъявляется ряд требований – габаритные размеры, энергопотребление, стоимость, которые к промышленным не предъявляются. Также существенные различия имеют элементы отображения измеряемой температуры – у термометров для коллективного пользования громоздкие ламповые индикаторы, а индивидуальные цифровые термометры должны иметь эргономичный индикатор.

Задача измерения температуры в быту обычно имеет несколько аспектов. Во-первых, каждый день необходимо иметь информацию о температуре окружающей среды за окном. Эта задача может быть решена с помощью внешнего датчика температуры. Во-вторых, всегда желательно знать температуру воздуха внутри помещения. Эту информацию можно получать с встроенного в корпус термометра датчика температуры. И, в-третьих, зачастую необходимо проводить измерение температуры какого-нибудь тела (например, человеческого), поэтому, желательно в термометре иметь вход для подключения дополнительного датчика температуры. Можно сказать, что термометр, удовлетворяющий вышеуказанные потребности человека, будет пользоваться спросом у населения. Исходя из этого можно сформулировать цель настоящей работы – разработка цифрового термометра, имеющего внешний и внутренний датчики температуры и возможность подключения дополнительного датчика.

При расположении цифровых датчиков температуры нужно учесть, что внешний датчик необходимо укрыть от прямых солнечных лучей и от потоков воздуха комнатной температуры (из форточки). Внутренний термометр необходимо так расположить в корпусе, чтобы он был максимально удален от нагревающихся элементов. В первую очередь это светодиодные индикаторы и стабилизатор напряжения. Если термометр будет включаться только на несколько секунд, а все остальное время будет выключен, то нагрев элементов схемы не сможет исказить показания температуры воздуха внутри помещения.

При использовании в термометре недорогих распространенных ЭРИ изделие будет недорогим и найдет широкое применение в среднеобеспеченных слоях общества, а удобство в обращении и простота термометра будут сопутствовать его признанию.

Задача разработки цифрового термометра сопряжена с рядом трудностей. Первой из них является необходимость преобразования неэлектрической величины «температура» в соответствующее ей значение напряжения или тока. Для этого обычно используют терморезисторы. Достоинством терморезисторов является широкий диапазон рабочих температур, доступность, дешевизна. Однако, недостатком является высокая нелинейность преобразования, которая приводит к увеличению общей погрешности измерения. Часто погрешность измерения превышает допустимые пределы, что приводит к необходимости аналоговой или цифровой компенсации нелинейности. Аналоговая компенсация предполагает добавление компенсирующих терморезисторов. Это не всегда позволяет получить необходимую точность, но при этом существенно усложняется регулировка схемы, ее технологичность, ремонтопригодность и, соответственно, цена прибора. Цифровая компенсация, как правило, осуществляется с помощью микропроцессорной техники и позволяет получить высокую точность измерения во всем диапазоне рабочих температур и даже (если это необходимо) учесть старение прибора (терморезистора). Однако, для получения высокой точности измерения необходима индивидуальная регулировка каждого изделия во всем диапазоне рабочих температур. Это требует много рабочего времени и приводит к снижению технологичности производства. А из-за необходимости индивидуальной регулировки схемы во всем диапазоне рабочих температур при замене терморезистора снижает ремонтопригодность схемы.

Второй проблемой является проблема преобразования аналоговой электрической величины (тока или напряжения) в соответствующее значение. Для этого используют различного рода АЦП. Они характеризуются различной разрешающей способностью (разрядностью), временем преобразования, диапазоном входных величин, точностью преобразования. Современная микроэлектроника располагает широким набором АЦП с различными параметрами и выбор прибора удовлетворяющего заданным требованиям по электрическим параметрам и стоимости не представляет труда. Но сам по себе АЦП не является законченным узлом и требует для работы различного рода формирователи сигналов, источники вторичного напряжения, что в итоге приводит к увеличению электрической схемы и удорожанию изделия.

Появление на нашем рынке относительно дешевых цифровых датчиков температуры и микроконтроллеров сделало возможным создание цифрового термометра, который не требует калибровки и имеет много всяких возможностей. Среди цифровых датчиков температуры наиболее интересными являются микросхемы DS1820 и DS1821 фирмы DALLAS. Хороши они тем, что содержат в себе термоэлектрический датчик, АЦП с необходимыми формирователями опорных напряжений и сигналов, формирователь интерфейса. Используют для обмена однопроводной интерфейс (1-WireTM) фирмы DALLAS. Это значит, что датчики могут быть подключены к термометру всего с помощью 3-х проводов (датчик DS1820 можно подключить даже с помощью двух проводов). Датчик DS1820 более точный (и дорогой), имеет меньшее время преобразования. Зато DS1821 может быть запрограммирован в режиме термостата для полностью автономной работы.

Функциональная схема цифрового термометра приведена на рисунке. Он состоит из блока цифровых датчиков наружной и внутренней температуры 1, блока управления 2, блока индикации 3, клавиатуры 4 и блока питания 5.

Функциональная схема цифрового термометра

Прибор действует следующим образом.

Основой является микроконтроллер D1 типа АТ89С2051 фирмы ATMEL. Индикация динамическая, реализована программно. Катодами индикаторы подключены к порту Р1, аноды включаются транзисторами VT1-VT3. Транзисторы управляются линиями сканирования S0...S2. Импульсный ток сегментов ограничен резисторами на уровне 15 мА. Этот ток обеспечивается нагрузочной способностью порта (20 мА) и достаточен для получения необходимой яркости. Циклы сканирования формируются с помощью внутреннего таймера микроконтроллера. За каждым циклом индикации следует «пустой» цикл, когда все индикаторы выключены. Для регулировки яркости свечения индикаторов достаточно регулировать отношение длительности цикла индикации к длительности «пустой» цикла. Яркость регулируют кнопками «UP» и «DOWN» в режиме индикации температуры. Новое значение яркости сохраняется в энергонезависимой памяти. Для субъективно постоянной скорости изменения яркости в процессе регулировки применен закон регулировки, близкий к гиперболическому.

Для экономии портов микроконтроллера к линиям сканирования подключен I2С-порт микросхемы flash-памяти D2. Когда микроконтроллер обменивается с микросхемой D2, циклы сканирования приостанавливаются.

Блок клавиатуры использует в качестве линий сканирования линии данных дисплея, а в качестве линии возврата RL-порт микроконтроллера. Сканирование клавиатуры происходит в циклах сканирования дисплея.

Блок датчиков состоит из внешнего и внутреннего датчиков температуры (микросхемы DS1820 или DS1821). Блок датчиков температуры подключен к портам микроконтроллера через защитные цепочки. В цепи питания датчиков включены резисторы для защиты от короткого замыкания на линиях термометров. Внешний датчик подключен через 3-контактный 3,5-мм разъем. В термометре предусмотрен выход управления термостатом, который представляет собой двухтактный каскад на транзисторах VT4 и VT5. Такой каскад обеспечивает одинаковый втекающий и вытекающий ток. Этот ток ограничен резистором R17 из энергетических соображений и в целях защиты транзисторов. Оба транзистора включены по схеме с общим эмиттером, что по сравнению со схемой эмиттерного повторителя обеспечивает больший размах выходного напряжения.

Разъем для программирования микросхемы DS1821 использует одну и ту же линию данных, что и внешний термометр, а в качестве напряжения питания использует напряжение выхода термостата (питание нужно выключать при переводе микросхемы DS1821 из режима термостата в режим термометра).

При разработке блока стабилизатора нужно было выполнить ряд условий. Полностью заряженные батареи имеют напряжение 6 В. Для нормальной работы датчиков требуется минимум 4,3 В. Поэтому стабилизатор должен обеспечивать как можно меньшее минимальное падение (лучше не более 200 мВ при 100 мА). Стабилизатор должен триггерно включаться с помощью кнопки, а выключаться сигналом с микроконтроллера. Стабилизатор должен реагировать на сетевое питание и при его наличии оставаться все время включенным. Включение и выключение штекера сетевого питания может производиться во включенном состоянии. Все выше перечисленные требования были выполнены в стабилизаторе, собранном на дискретных компонентах. Микросхема LDO-стабилизатора (например, LP2951 с входом SLEEP) позволила бы решить эту задачу более просто, но предложенное схемотехническое решение позволило снизить цену комплектующих. В качестве регулирующего элемента в стабилизаторе применен n-канальный logic-level МОП-транзистор VT6 типа IRLZ44. Корпус этого транзистора ТО-220 способен рассеять необходимую мощность без радиатора. В качестве низковольтного опорного источника применен красный светодиод. Усилитель ошибки выполнен на транзисторе VT9. Благодаря высокому сопротивлению нагрузки этот каскад имеет большое усиление. Кнопка SB1 осуществляет начальное включение стабилизатора при работе от батарей. При работе от сети включение стабилизатора осуществляет каскад на транзисторе VT10. Транзисторы VT7 и VT8 образуют схему автоматического отключения. Для выключения стабилизатора микроконтроллер должен сформировать соответствующий сигнал на порту вывода. Для отключения стабилизатора используется линия возврата клавиатуры RL. При нормальной работе на этой линии наблюдается некая последовательность импульсов, зависящая от того, какая нажата кнопка и что в данное время на дисплее. Когда ни одна из кнопок не нажата, линия находится в состоянии единица. Для отключения стабилизатора было решено использовать уровень логического нуля, длительностью не менее 50 мс. Чтобы отличить это состояние линии от нормального, сигнал линии нужно проинтегрировать, причем постоянная времени заряда должна быть намного меньше, чем разряда. Транзистор VT7 включен по схеме эмиттерного повторителя, он способен зарядить интегрирующую емкость C8. Постоянная времени разряда определяется в основном резистором R20. Транзистор VT8 используется как пороговый элемент, при разрядке С8 ниже некоторого уровня транзистор закрывается, разрывая цепь питания опорного источника VD12, и стабилизатор выключается. При работе от сети узел отключения блокирован с помощью цепочки VD13, R21, которая всегда поддерживает VT8 в открытом состоянии. Несмотря на обилие дискретных компонентов, схема стабилизатора, реализованная на элементах поверхностного монтажа, легко и компактно размещается на печатной плате.

Литература

1. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование РЭА. - М.: Высш. шк., 1989.

2. Павловский В.В., Васильев В.И., Гутман Т.К. Проектирование технологических процессов. - М.: Радио и связь, 1982.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

В.А. Муратов, М.А. Ромащенко

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ОПТИМИЗАЦИИ

ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

В статье рассмотрены основные требования к программным средствам оптимизации термоэлектрической системы охлаждения в установившемся режиме при компоновке различных вариантов термоэлектрических модулей непосредственно на объекте охлаждения

В последнее время термоэлектрические устройства (ТЭУ) создаются, как правило, на основе термоэлектрических модулей (ТЭМ). В технических условиях на ТЭМ приводятся значения величин максимального тока, максимальной разности температур при температуре тепловыделяющего спая 300 К и максимальной холодопроизводительности при температуре теплопоглощающего и тепловыделяющего спаев 300 К. Использование приведенных в технических условиях характеристик ТЭМ позволяет существенно уменьшить погрешность анализа ТЭУ.

Для автоматизированного проектирования и моделирования рабочих характеристик ТЭМ в стационарных и нестационарных режимах работы разработан комплекс программных средств для ЭВМ типа IBM PC. В зависимости от выбранного критерия оптимизации ТЭУ, пользователю необходимо в интерактивном режиме ввести необходимые данные. Так для критерия оптимизации по минимальному количеству ТЭМ необходимо ввести:

• температуру окружающей среды;

• температуру теплопоглощающего спая;

• величину холодопроизводительности;

• способ охлаждения радиатора тепловыделяющего спая (естественный воздушный, принудительный воздушный, жидкостный);

• при принудительном воздушном и жидкостном способах охлаждения следует ввести величину перегрева радиатора тепловыделяющих спаев относительно температуры окружающей среды (при естественном воздушном охлаждении температура тепловыделяющего спая определяется автоматически из условий минимизации площади теплоотдающей поверхности радиатора тепловыделяющих спаев);

• коэффициент теплоотдачи радиатора тепловыделяющих спаев.

В базе данных программного комплекса содержатся наиболее распространенные ТЭМ отечественных и зарубежных производителей. Кроме того, пользователь самостоятельно может добавлять новые ТЭМ. В результате работы выводятся следующие данные:

• исходные данные;

• тип наиболее подходящего ТЭМ;

• количество ТЭМ;

• сила тока;

• холодильный коэффициент;

• потребляемая мощность;

• падение напряжения при последовательном электрическом соединении ТЭМ;

• температура тепловыделяющих спаев;

• площадь теплоотдающей поверхности радиатора тепловыделяющих спаев.

При работе ТЭУ в нерасчетных режимах возникает задача определения температуры теплопоглощающего и тепловыделяющего спаев. Считая, что коэффициент теплоотдачи радиатора тепловыделяющих спаев не зависит от разности температур необходимо ввести:

• температуру окружающей среды;

• величину окружающей среды;

• напряжение источника электропитания;

• количество параллельных цепочек ТЭМ;

• количество ТЭМ в цепочке;

• площадь теплоотдающей поверхности радиатора тепловыделяющих спаев.

В результате работы программы выводятся следующие данные:

• исходные данные;

• сила тока;

• температура теплопоглощающего спая;

• температура тепловыделяющего спая.

В случае нестационарного режима работы ТЭУ, необходимо дополнительно ввести:

• суммарную теплоемкость объекта охлаждения;

• суммарную теплоемкость радиатора тепловыделяющих спаев;

• теплопередачу ограждающей конструкции объекта охлаждения;

• начальную температуру объекта охлаждения;

• начальную температуру радиатора тепловыделяющих спаев;

• шаг изменения времени;

• количество точек, в которых выполняется расчет.

В результате работы программы выводятся следующие данные:

• исходные данные;

• температура теплопоглощающего спая в зависимости от времени ( );

• температура тепловыделяющего спая в зависимости от времени ( ).

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

В.В. Кондусов, В.А. Кондусов

лабораторный стенд для Исследования

регулируемого источника питания

В данной работе представлено описание конструкции лабораторного стенда для исследования регулируемого источника питания, выполненнного на основе микросхемного линейного регулируемого стабилизатора положительного напряжения. Приводится методика определения основных характеристик

Разработанный лабораторный стенд может быть использован в лабораторном практикуме студентов при изучении дисциплины «Источники вторичного электропитания». Конструктивно лабораторный стенд выполнен в виде настольного переносного прибора на лицевой панели которого изображена исследуемая электрическая принципиальная схема представленная на рисунке, основой которой является микросхемный стабилизатор DA1.

На лицевой панели стенда расположены:

• тумблер включения стенда SA1 с индикатором включения сети;

• ручка регулировки активного сопротивления нагрузки «R3- нагрузка»;

• «R2»- ручка регулировки выходного напряжения U2 источника питания;

• вольтметр V1 для измерения напряжения U1 на выходе выпрямителя;

• вольтметр V2 для измерения выходного напряжения на нагрузке;

• миллиамперметры A1 и А2 для измерения величины тока на входе и выходе источника питания;

• гнёзда «1» - «4» для подключения осциллографа и просмотра осциллограмм в различных точках схемы.

На задней части стенда находятся держатель предохранителя, клемма заземления, шнур питания.

Внешний вид лицевой панели лабораторного стенда

«Регулируемый источник питания»

Установка позволяет (совместно с осциллографом) определять:

1. Нестабильность по току, определяемую как изменение выходного напряжения, выраженное в процентах, вызванное изменением тока нагрузки от минимального до максимального:

(U₀/U₀)100% =f(I_{0 min} – I_{0 max} , (1)

где U₀ -среднее значение падения напряжения на микросхеме DA1.

2. Выходное сопротивление источника питания, определяемое как отношение приращения напряжения на выходе источника питания к вызвавшему его приращению тока нагрузки при постоянстве входного напряжения и других дестабилизирующих факторов:

/. (2)

Знак минус показывает, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение (напряжение на нагрузке U_н) уменьшается и наоборот, с уменьшением тока нагрузки выходное напряжение увеличивается.

3. Зависимость коэффициента пульсаций на входе (К_{п вх}) и выходе (К_{п вых}) источника питания при различных значениях тока нагрузки.

4. Коэффициент сглаживания пульсаций (коэффициент подавления пульсаций), определяемый как отношение входного и выходного напряжения пульсаций:

. (3)

5. Зависимость КПД источника питания, определяемый как отношение общей выходной мощности Р2 к входной мощности Р1, выраженный в процентах (обычно определяется по предельной нагрузке и номинальному выходному напряжению).

Литература

1. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. – М.: ДОДЕКА, 1996. 228 с. – ISBN – 5 – 87835-009-2.

2. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий и др.. Под. ред. О.П. Глудкина. - М.: Горячая линия – Телеком, 2002. 768 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

О.Ю. Макаров, В.В. Бородин

Программное обеспечение моделирования

на ЭВМ стационарных и нестационарных

тепловых процессов, протекающих

в конструкциях РЭС

Комплекс ТРиАНА, входящий в состав подсистемы АСОНИКА–Т, предназначен для моделирования на ЭВМ стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях РЭС, таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки

Программный комплекс является составной частью автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры «АСОНИКА».

Целью моделирования, проводимого при помощи комплекса ТРиАНА, является получение тепловых полей конструкций РЭС 3-го и 4-го уровней конструктивной иерархии (температур конструктивных узлов, элементов и потоков хладоносителя в сети каналов конструкции стойки или крэйта), тепловых полей конструктивных узлов 2-го уровня конструктивной иерархии (тепловых полей оснований функциональных ячеек, печатных плат, подложек, температур активных зон и корпусов электрорадиоэлементов).

В целом комплекс позволяет решать следующие задачи:

• определение тепловых режимов работы всего множества радиокомпонентов и несущих конструкций с учетом конструктивно – технологических и эксплуатационных особенностей РЭС различного назначения (авиационной, космической, морской, автомобильной и других РЭС) и внесение изменений в конструкцию с целью обеспечения необходимого (с точки зрения электрических характеристик или показателей надежности и т.п.) теплового режима работы РЭС;

• выбор лучшего варианта конструкции РЭС из нескольких имеющихся, с точки зрения тепловых характеристик;

• обоснование в необходимости дополнительной защиты РЭС от температурных воздействий;

• создание эффективной программы испытаний аппаратуры на тепловые воздействия (выбор параметров испытательных воздействий, наиболее удобное расположение мест установки регистрирующих датчиков и т.п.).

ТРиАНА–2.00 состоит из ряда как автономно функционирующих, так и в составе комплекса следующих программных единиц:

• графический редактор топологических моделей тепловых процессов;

• программа визуализации результатов анализа топологических МТП MTPViewer;

• графический редактор конструкций РЭС типа "ПУ", "ФЯ", "МСБ" BoardEditor;

• конвертор топологий печатных плат Conv2triana;

• математическое ядро Triana.

Компоненты ПК могут работать как автономно, так и комплексироваться в различные группы (комплексы программ). Комплекс программных единиц позволяет формировать в графическом режиме топологические МТП, используя для описания ТФП ветвей модели базу данных «Материалы», ставить в соответствие созданной модели графические образы конструкции, выполнять параметризацию топологических МТП, а также выполнять каталоголизацию моделей посредством организации библиотек. При этом файлы *.mcr содержат компактное описание параметризированных МТП, включая библиотечные фрагменты и модели, а также графические образы МТП исследуемой конструкции РЭС в целом и МТП библиотечных фрагментов МТП. Файлы *.dat(1) развернутое описание всего набора МТП граничных и начальных условий. Файлы с данным расширением соответствуют формату данных, с которыми работает математическое ядро ПК.

Файлы с расширением *.rez(1) являются текстовыми файлами отчетов результатов анализа МТП. Комплекс программ (Board Editor, Paint) позволяет формировать геометрическую модель исследуемого КУ с использованием баз данных «Материалы» и «Радиоэлементы». При этом на геометрической модели НК могут автоматически быть размещены ЭРЭ посредством конвертации файловых структур, получаемых системами топологического проектирования ПП (PCAD, ACCEL и др.). ГТФП ЭРЭ в рамках данного комплекса программ могут быть выбраны как из базы данных «Радиоэлементы», так и получены при помощи специальной программы. В любом случае выборка или расчет ГТФП ЭРЭ сопровождаются графическими образами эскизов вариантов установки ЭРЭ на НК. Файловые структуры *.dat(2) и *.rez(2) содержат формализованное описание объекта моделирования (блок № 12) и файл-отчет (блок № 12), при помощи которого посредством рассматриваемого комплекса программ результаты моделирования могут быть отражены непосредственно на геометрической модели КУ в графическом виде (изотермы, термограммы, отображение в цветовой палитре температур ЭРЭ и т.п.).

При применении комплекса программных единиц (MTPEditor, MTPViewer) МТП исследуемого КУ формируется математическим ядром ПК на основе формализованного описания геометрической модели КУ в автоматическом режиме.

Все перечисленные составные программные единицы комплекса имеют двуязычный (английский и русский) пользовательский интерфейс. В процессе инсталляции разработчик может выбрать одну из нескольких конфигураций комплекса. Комплекс работает под управлением ОС Windows 95/98/2000/NT.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.М. Филипцов, В.А. Кондусов

ЭКОНОМИЧНЫЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ЧАСТОТОМЕР

Основное достоинство предлагаемого прибора — простота, сочетающаяся с экономичностью и удобством управления. Повышение экономичности достигнуто применением жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и узла автоматического отключения питания по прошествии определенного времени бездействия. Для удобства работы кнопки управления режимами измерений размещены с тыльной стороны индикатора и их функции отображаются на нем, то есть путем изменения программы микроконтроллера в устройство можно вводить дополнительные возможности

Основные технические характеристики описываемого частотомера следующие: диапазон измерения частоты — 0,1 Гц...60 МГц (реально верхняя граница выше); порог чувствительности по входному напряжению — 0,08...0,15 В (амплитудное значение); минимальное надежно фиксируемое прибором значение частоты синусоидального сигнала — 2 Гц (амплитудой 0,15 В); максимальная амплитуда входного сигнала — 3 В. Питается прибор от батареи типа "Крона" (возможно использование внешнего источника напряжением 7... 16 В), потребляемый ток — 10... 12 мА. Предусмотрено изменение времени измерения (0,1; 1 и 10 с), умножение показаний на 1000 (при применении внешнего делителя частоты), удержание показаний, запись одного значения частоты в энергонезависимую память и возможность последующего считывания.

Принципиальная схема частотомера изображена на рисунке. Его основа — микроконтроллер Р1С16Р84А, который осуществляет счет импульсов внешнего сигнала, обработку полученных значений и вывод результатов измерения на ЖКИ. В функции микроконтроллера также входят опрос кнопок (SВ1—SВ4) и управление питанием прибора.

Включают и выключают частотомер кнопкой SВ1. После подсоединения батареи питания (или подачи напряжения от внешнего источника) прибор остается в выключенном состоянии. При нажатии на кнопку SВ1 напряжение питания через диод VD1 поступает на интегральный стабилизатор напряжения DA1, а с его выхода — на входной каскад (VTЗ), микроконтроллер DD1 и индикатор НG1. Затем на выводе 1 (RA2) микроконтроллера появляется высокий логический уровень, что приводит к открыванию транзисторов VT1 и VT2. Далее контроллер ожидает отпускания кнопки SВ1 (контролируя сигнал на выводе 6). После размыкания ее контактов напряжение питания подается на вход стабилизатора DA1 через открытый транзистор VT1 и начинается измерение частоты.

Во время удержания SВ1 на экране индикатора высвечиваются надписи "ЧАСТОТОМЕР" и "ВЕРСИЯ: 1.00" (версия пришивки контроллера). При повторном нажатии на SВ1 напряжение питания поступает на вывод 6 (RВО) микроконтроллера, который после этого ожидает размыкания ее контактов, и когда это произойдет, устанавливает низкий логический уровень на выводе 1 (RА2). В результате транзисторы VT1, VT2 закрываются, и прибор обесточивается. Если в режиме измерения на индикаторе отображаются нулевые показания в течение примерно 3 мин, микроконтроллер устанавливает низкий логический уровень на выводе 1 (RА2), тем самым отключая себя от источника питания.

Время измерения, выбранное кнопкой SВ2 (0,1; 1 или 10 с), отображается в правой части нижней строки индикатора. Цена младшего разряда — 10,1 или 0,1 Гц соответственно. При времени измерения 0,1; 1 и 10 с максимально на ЖКИ может отображаться семь, восемь или девять разрядов, то есть максимальное отображаемое значение равно соответственно 99,999.99, 99,999.999 или 99,999.999.9 МГц.

Нажатием кнопки ЗВЗ показания частоты умножают на 1000. Это сделано для удобства считывания показаний при использовании внешнего делителя на 1000 /1, 2/. Коэффициент умножения ("х1" или "х1000") отображается в середине нижней строки.

Чтобы удержать (зафиксировать) показания, нажимают кнопку SВ4 ("Память"). При этом на ЖКИ остается значение той частоты, которое было в момент нажатия кнопки. Его можно сохранить в энергонезависимой памяти микроконтроллера, воспользовавшись кнопкой SВ2, функция которой в этом случае — "Запомнить". Прежнее значение при этом теряется. Если необходимо считать частоту из памяти, нажимают на SВЗ (ее новая функция — "Считать"). Для выхода из режима работы с памятью используют кнопку SВ4 (новая функция — "Выход"). В режиме работы с памятью частотомер автоматически выключается примерно через 3 мин после нажатия на любую кнопку независимо от показаний индикатора. После выключения питания в энергонезависимой памяти сохраняются последние параметры измерения (время измерения и множитель).

В качестве VТ1, VТ2 в приборе можно применить любые транзисторы указанных на схеме серий. Стабилизатор КР1157ЕН502А заменим на 78L05, LМ2931Z (при использовании последнего нижняя граница напряжения питания снизится до 5,5 В, а потребляемый ток уменьшится на 2 мА).

ЖКИ должен иметь встроенный контроллер с системой команд, совместимой с командами контроллера НD44780, и русские символы в таблице знакогенератора (практически все знакосинтезирующие ЖКИ удовлетворяют этому условию).

Калибруют частотомер по образцовому генератору с помощью подстроечного конденсатора С10. Подбором резистора R5 добиваются максимальной чувствительности прибора по напряжению. Контрастность выводимых показаний индикатора регулируют подбором резистора R11.

Если функции автоматического выключения питания и управления питанием одной кнопкой не нужны, прибор можно упростить, исключив транзисторы VТ1, VТ2, диод VD1, резисторы R1, RЗ, R4, R7, R8, R10 и кнопку SВ1. Выводы микроконтроллера в этом случае соединяют с общим проводом, а напряжение питания подают непосредственно на вход DА1.

Литература

1. Слинченков Н.А. Усовершенствование предварительного делителя частоты. — Радио, 1999. № 10. С. 29.

2. Жук В. Делитель частоты на диапазон 1...5 ГГЦ. — Радио, 2001, № 12. С. 28 - 29.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

В.В. Бородин

АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ В СИСТЕМЕ MENTOR GRAPHICS

В работе излагаются сведения, необходимые для анализа тепловых режимов электронных устройств с использованием подсистемы AutoTherm САПР Mentor Graphics в графической среде Windows. Описаны основные режимы работы при разработке и анализе тепловых моделей электронных устройств

Проектирование современной электронной аппаратуры, основу которой составляют печатные модули, как правило, содержащие десятки сверхбольших интегральных схем, невозможно представить без систем автоматизированного проектирования (САПР). Традиционными составляющими САПР являются различные подсистемы моделирования, в том числе моделирования тепловых режимов проектируемых устройств. Необходимость моделирования обусловлена сложностью современных конструкций и протекающих в них теплофизических процессов, их многомерностью, нестационарным и неравновесным характером. Особенностью электронной аппаратуры является тесная взаимосвязь конструктивных (массогабаритных), электрических и теплофизических параметров. Поэтому оптимизация проектируемого изделия, как правило, ведется по многим показателям и с учетом предусмотренных ограничений по каждому из них. В результате при моделировании процессов теплообмена электронных узлов в современных САПР предусмотрен обмен данными с подсистемами проектирования топологии, моделирования электрических параметров, надежности и так далее. Иными словами, в данном случае тепловое моделирование следует рассматривать как составную часть процесса проектирования, причем качество проекта и затраченное время во многом определяются методикой или маршрутом проектирования последовательностью различных этапов синтеза, верификации, моделирования.

Предлагаемая работа посвящена изучению подсистемы моделирования тепловых режимов электронной аппаратуры AutoTherm, являющейся составной частью одной из самых современных САПР для рабочих станций - Mentor Graphics.

Подсистема AutoTherm позволяет осуществить ввод конструктивных параметров моделируемого устройства и граничных условий (или загрузку соответствующих файлов из других приложений САПР) с использованием имеющихся в системе графических средств и библиотек, создать новые библиотечные элементы, задать метод охлаждения и учитываемые в процессе моделирования механизмы теплопередачи (кондукция, конвекция, излучение), произвести многомерное численное моделирование теплового режима методом конечных элементов, получить соответствующие выходные диаграммы и графики и так далее. Мощная вычислительная база в виде рабочей станции, а также развитый и удобный интерфейс САПР Mentor Graphics позволяют разработчику с помощью подсистемы Auto Therm быстро и эффективно решать задачи обеспечения оптимального теплового режима проектируемой электронной аппаратуры.

Пакет программ САПР Mentor Graphics выполняется под управлением операционной системы (ОС) HP-UX. Для доступа к сессии UNIX из-под ОС Windows, установленной на сетевой рабочей станции, служит программа графического терминала eXceed. AutoTherm позволяет учитывать при анализе все три механизма теплопередачи. В изучаемом маршруте моделирования теплового режима рассматриваются два механизма - передача тепла за счет теплопроводности и путем естественной конвекции.

Для выполнения моделирования необходимо задать определенные граничные условия. В случае учета теплопроводности требуется указать границы с константной температурой. Такие условия соблюдаются при закреплении платы на радиаторе по указанной границе. При моделировании естественной конвекции необходимо указать положение платы в пространстве и температуру окружающей среды. При выборе любого типа конвекции AutoTherm при анализе учитывает также теплопроводность за счет кондукции.

После окончания моделирования можно оценить результаты теплового анализа. Пиктограммы меню Results позволяют получить:

− карту изотерм (Map Board);

− карту температур переходов (Map Junct.);

− карту температур поверхности элементов (Map Case);

− карту перегревов (Map Critic);

− карту температуры окружающей среды (Map Ambient);

− карту потоков воздуха (Map Flow);

− график температуры на заданном отрезке платы (Graph);

− полный файл отчета (Report Temps).

Анализ полученных отчетов позволяет выявить недопустимые перегревы элементов, либо выделить области печатного модуля с повышенным риском выхода из строя элементов из-за высокой температуры.

Для исправления выявленных на предыдущем этапе недостатков конструктор может применить следующие средства:

− скорректировать физические свойства компонентов (фактически выбрать другие элементы);

− скорректировать физические свойства платы;

− изменить конструкцию модуля, перемещая менее надежные элементы из сильно нагретых зон;

− переориентировать плату в пространстве;

− изменить режим охлаждения, применив, где необходимо радиаторы, принудительную конвекцию и так далее.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.В. Кузнецов, В.А. Кондусов

устройство автоматизированного контроля

качества радиоэлектронных деталей

на производстве

Разработано устройство контроля качества радиоэлектронных компонентов с использованием микропроцессорных технологий, предназначено для применения в промышленном производстве с целью увеличения уровня автоматизации на производстве

В наше время – время развития высокотехнологической промышленности, особое внимание уделяют автоматизации производства на любом его уровне. В связи с этим создано огромное количество устройств и систем, обеспечивающих контроль изготовления, сборки и контроля качества конечной продукции, а также промежуточных изделий. Как правило, в таких случаях применяют дорогостоящие, многофункциональные устройства, требующие высококвалифицированных кадров для обслуживания и ремонта. В связи с достаточно сложным экономическим положением в стране, далеко не все предприятия могут позволить себе подобное оборудование.

При производстве РЭС особое значение имеет проверка качественных показателей, которые имеют очень широкий спектр видов, начиная от вариации линейных размеров, заканчивая электрическими и магнитными параметрами радиокомпонентов и систем на их основе.

В последнее время было разработано множество аналогичных устройств для автоматизированного контроля качества электронных деталей, обладающих высоким быстродействием, широкими возможностями, но имеющих достаточно высокую стоимость.

Устройство, принципиальная схема которого изображена на рисунке, предназначена для контроля качества изделий, сортировки их по сортам в соответствии с одним или несколькими параметрами качества. В основу его устройства положен принцип обработки поступающей двоичной информации микропроцессором, с последующей выдачей результата обработки на выходное устройство. Оно выполнено на микросхемах средней и малой степени интеграции отечественного производства, что обеспечивает доступность и малую себестоимость, а простота схемного решения позволяет утверждать, что конструкция его достаточно проста, а также просто устройство в изготовлении, наладке и эксплуатации. Для программирования ПЗУ устройства написана программа на языке Ассемблера.

В состав микропроцессорного устройства входят: микропроцессор КР580ВМ55А, оперативное запоминающее устройство КР537РУ10, постоянное запоминающее устройство КР556РТ18; дешифратор КР1561ИД7, а также параллельный программируемый адаптер (ППА) КР580ВВ55. Примененный микропроцессорный комплект является наиболее дешевым, выпускаемый нашей промышленностью, возможностей которого хватает для выполнения данной задачи.

Сигнал от датчика поступает на вход канала А ППА, в виде двоичного кода, возможна также работа с аналоговыми сигналами, если на входе присутствует АЦП. Датчик может представлять собой устройство, позволяющее снимать показатели качества производимых деталей, а также преобразовывать полученные данные в двоичный код.

Для корректной работы микропроцессора на вход ГТ подано напряжение логической единицы, что соответствует постоянной готовности его к приёму информации от внешнего устройства, а так как прерываний работы не требуется, вывод ЗПР заземлён. Сигналы П и ЗП используются как стробирующие сигналы записи и чтения соответственно. Остальные сигналы МП не используются и являются неактивными.

Для хранения программы и данных критериев используется ПЗУ. Для выборки ячеек используются все адресные входы А0-А10 и выходы данных D0-D7. Сигналом выбора микросхемы является равенство единице конъюнкций входных сигналов выбора, то есть CS1*CS2*CS3=1, для этого в схеме поставлены инверторы DD8.1 и DD8.2.

Для оперативного хранения вычисляемых данных используется статическое ОЗУ для работы которого необходимы сигналы CS и W/R. Логические элементы 2И (DD7.1) и инверторы DD9.3 и DD9.4 служат для преобразования сигналов П и ЗП от МП в сигнал CS. Сигнал W/R подаётся уровнем напряжения, т.к. сигнал П поступающий от МП больше чем время цикла записи/чтения данного ОЗУ. Для выработки сигнала W/R используются логические элементы 2И – DD7.2 и DD7.3 и инвертор DD9.4, преобразующие сигналы П и ЗП в сигналы R и W соответственно. В данном ОЗУ все адресные входы и выходы данных являются используемыми.

Для связи с внешними устройствами используется ППА, являющийся одним из самых распространённых русских аналогов, совместимых с МП КР580ВМ80А. Адресными входами А1 и А0 программным способом устанавливаются соответствующие режимы работы портов A, B, C. Сигналом CS происходит обращение к микросхеме с помощью инвертора DD8.4. Сигналы RD и WR необходимы для определения направления передачи шины данных, сигнал RD передаётся с вывода П непосредственно, а сигнал WR с вывода ЗП поступает через инвертор DD8.3.

Для запуска предусмотрен сигнал сброса RESET, длительность которого в нашем случае должна превышать 2.5 мс. Для этого предусмотрена кнопка сброса, подающая единичный сигнал одновременно на вывод RES ППА и МП.

Для выбора работающих ИМС служит дешифратор 2→4 КР1561ИД7, а выбор ИМС осуществляется в соответствии с таблицей истинности:

Таблица

S	Вх1	Вх2	1	2	3	4
0	0	0	1	0	0	0
0	0	1	0	1	0	0
0	1	0	0	0	1	0
0	1	1	0	0	0	1
1	Х	Х	0	0	0	0

Дешифратор, примененный в данном МПУ, начинает работать при подаче нулевого уровня напряжения на вход S, в данном случае он замкнут через резистор R5. На входы 1 и 2 подаются сигналы адресов А11 и А12, таким образом, адресное пространство, выбранное для разделения (0000-1FFF), разбивается на 4 области по 2 килобайта в каждой: (0000-07FF),(0800-0FFF),(1000-17FF),(1800-1FFF).

Для тактирования внутренних шин МП используются сигналы Ф1 и Ф2, которые выходят с тактового генератор (ТГ). ТГ собран на 2-х инверторах DD9,1 и DD9,2, и R – C времязадающей цепи, состоящей из конденсатора С1 и резисторов R1 и R2. При данных параметрах элементов частота на выходе генератора (вывод 4 DD9,2) будет 4 МГц. Генератор собран по схеме с кварцевой стабилизацией частоты, в которой используется кварцевый резонатор Z1 с резонансной частотой 8 МГц. К выходу генератора подключен преобразователь частоты, собранный на DD10.1. DD10 представляет собой 2 JKRS синхронных триггера. На RS входах собирается путём перекрестной обратной связи Т триггер.

В связи с выбранной элементной базой, инверторы собранны на логических элементах 2И-НЕ, входящими в минимальный логический базис.

Ввиду отсутствия в данной серии Т-триггеров и синхронных 2-х ступенчатых триггеров, в преобразователе используется JKRSC-триггер КР1561ТВ1.Так как в данном устройстве не используется сигнал синхронизации «F», вырабатываемый в начале каждого машинного цикла, всё устройство работает в импульсном режиме, определяемым сигналами П и ЗП и адресными входами А11и А12.

Микропроцессорное устройство контроля качества

радиоэлектронных деталей

Литература

1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб.: БХВ - Петербург, 2001. 258 с.: ил.

2. Пузанков Д.В. Микропроцессорные системы. СПб.: Политехника, 2002. 935 с.: ил.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Анохин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ

Описываются этапы проектирования систем на кристалле

Термин "система на кристалле" (СнК) появился несколько лет назад, когда уровень развития полупроводниковой технологии позволил реализовывать на кристалле не только отдельные устройства, но и функционально законченные системы. В целом понятие "система на кристалле" предполагает любую более или менее сложную и функционально завершенную систему, содержащую, как правило, микропроцессорное ядро и реализуемую на отдельном кристалле.

В отличие от блочно-ориентированного проектирования, которое, базировалось в основном, на повторном использовании собственных разработок, проектирование СнК заключается в возможности использования готовых компонентов из разных источников, от разных разработчиков.

Проектирование СнК является следующим шагом в эволюции технологии построения систем СБИС, включает в себя комбинацию инструментария и методологии проектирования сложных систем на одном кристалле в пределах короткого временного цикла. Как и блочно-ориентированное проектирование, СнК является иерархической технологией проектирования, начинающейся на системном уровне. Иерархическое проектирование, а также использование в проектах преимущественно готовых функциональных компонентов позволяют успешно справляться с большой сложностью проектируемых схем, размещаемых на кристалле, радикально сократить временной цикл создания СБИС, повысить производительность разработчиков.

Проектирование включает в себя две основные составляющие:

1. Авторизацию блоков для применения в проекте;

2. Интеграцию блоков в СнК.

Авторизация использует методологию, аналогичную блочно-ориентированному проектированию дополняя ее двумя ключевыми методиками: стандартизацией интерфейсов блоков, а также проектированием для виртуальной системы. Проектирование компонентов для виртуальной системы означает, что разработчик блоков должен использовать средства для установления системных ограничений на применение его компонента в конкретных СнК (для верификации соответствия компонента этим ограничениям и адаптации компонента к ним при включении СнК).

Интеграция СнК заключается в проектировании и верификации архитектуры на системном уровне, а также организации интерфейсов между блоками, компонуемыми в СнК. Важную роль здесь играет ориентация на архитектуру со стандартизированными интерфейсами блоков, а также стандартизацию форм и языков спецификации интерфейсов компонуемых блоков.

Одновременно с появлением концепции системы на кристалле возникли идеи создания методологии проектирования на основе унифицированных наборов готовых базовых блоков (платформ). Интерфейсы компонентов платформы (процессоров, блоков памяти и управления, шинных интерфейсов и др.) в рамках достаточно широкого класса задач должны быть унифицированы, чтобы новые устройства можно было "собирать" из блоков, как конструктор. Причем "собирать" на системном уровне, уровне функционального описания, проводя анализ и глобальную оптимизацию всей системы в целом, а далее использовать готовые аппаратные решения, заложенные в описаниях базовых блоков (IP-блоков). В силу проблем с созданием переносимой универсальной аппаратной начинки блоков, которую можно было бы переиспользовать при производстве по различным технологиям, на различных фабриках в целом внедрение такого подхода в качестве универсальной методологии не оправдалось. Однако это дало толчок развитию индустрии IP-блоков. В результате сейчас существует большой выбор библиотек специализированных IP-блоков для различных прикладных областей и технологий изготовления микросхем, в частности библиотек IP-блоков для ПЛИС, представленных в виде синтезируемых блоков на языках высокого уровня, списков цепей в элементном базисе производителей ПЛИС и готовых макросов с топологической реализацией.

Структурные ASIC также обычно сопровождаются библиотеками IP-блоков. Это позволяет говорить о них как о готовых платформах для реализации систем на кристалле. Например, библиотека структурных ASIC компании LSI Logic включает более четырехсот элементов. Кроме того, может использоваться библиотека IP-блоков CoreWare, содержащая процессоры, периферийные блоки, компоненты шины AMBA, интерфейсы памяти и др. Для реализации процессорных ядер (ARM, MIPS, сигнальный процессор ZSP) предусмотрены специальные области. Если такие процессоры не используются, в этих областях можно реализовывать и произвольную логику. Процессоры, как и другие IP-блоки библиотек, верифицированы и могут использоваться в виде готовых макросов.

Литература

1. Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL. – СПб.: БХВ - Петербург, 2003. 576 с.

2. Немудров В.Д., Мартин Г.В. Системы на кристалле. Проектирование и развитие. М.: Техносфера, 2004. 246 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Русанов, В.А. Кондусов

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ-БУДИЛЬНИК С РАДИОПРИЕМНИКОМ

В данной статье рассмотрено устройство на современном микроконтроллере PIC16F84, представляющее собой электронные часы в комбинации с УКВ приемником

Описание конструкции. В конструкции реализованы следующие возможности:

– Индикация текущего времени с помощью семисегментных светодиодных индикаторов.

– Часы могут вести отсчет времени в двух режимах – 12-часовом или 24-часовом цикле.

– Предусмотрено питание часов от автономного источника (батареи с напряжением 9 В) при пропадании напряжения сети.

Основу электронных часов составляет микроконтроллер PIC16F84, который вырабатывает все необходимые для работы сигналы. В качестве дешифратора двоичного кода в код семисегментного индикатора (например, SA08-11GWA) используется микросхема К176ИД2. Управление работой электронных часов осуществляется с помощью трех кнопок, которые подключаются к информационным выходам микроконтроллера. В конструкции часов предусмотрен генератор звуковой частоты и пьезокерамического излучателя. Устройство, автоматически уменьшающее яркость свечения индикаторов, выполнено на фотодиоде и транзисторах. Возможность включения и выключения автоматического переключения на пониженное свечение индикаторов, а также установка двух режимов переключаемой яркости достигается путем увеличения скважности частоты переключения разрядов индикаторов.

Приемник выполнен на двух микросхемах К174ХА34 и усилителе мощности AN7112E. Выбор этих элементов не является принципиально важным в рамках решаемой задачи, т.е. по желанию конструктора эти элементы могут быть заменены на аналогичные. Критерием для выбора можно назвать наличие у микросхемы радиочастотного тракта выхода индикации точной настройки.

Структурная схема разрабатываемого устройства приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема микропроцессорного устройства

Алгоритм работы микропроцессорного устройства. В качестве объекта управления данного устройства выступает семисегментный индикатор и радиоприемник.

В первый момент времени микроконтроллер подает сигнал гашения индикаторов. Затем на информационные входы дешифратора подается двоичный код высвечиваемой цифры, а на вывод защелок триггеров дешифратора – логическая единица, что приводит к записи информации. Затем на выводе порта А микроконтроллера выводится код разряда индуцируемой цифры.

После проведения всех указанных операций микроконтроллер разрешает индикацию подачей логического нуля на вход гашения дешифратора, и на индикаторе загорается цифра в определенном разряде.

Управление работой электронных часов производится с помощью трех кнопок, которые подключены к информационным выходам микроконтроллера. Определение нажатия той или иной кнопки производится при подаче микроконтроллером кода индицируемого в данный момент разряда.

Включение радиоприемника осуществляется нажатием кнопки управления микроконтроллером. При этом на одном из выводов микроконтроллера устанавливается уровень логического нуля, открывающий цепь питания блока радиоприемника.

Упрощенная структурная схема программы представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема программы

Инструкция пользователя программы. Управление часами производят с помощью трех кнопок S1-S3, пользуясь таблицей.

Таблица

S1-set	S2-radio	S3-mode
Вход в режим установки	Включение/выключение радиоприемника	Установка часа или минуты

Заключение. Данная конструкция часов на микроконтроллере в комбинации с радиоприемником УКВ диапазона является наглядным примером совершенства подобных устройств. Использование микроконтроллера дает возможность гибко менять не только алгоритм работы всего устройства, но и менять решаемые им задачи. Функциональность устройства можно расширить до бесконечности, не прибегая к преобразованиям в принципиальной электрической схеме, как в случае с жесткой логикой.

Литература

1. Прожирко Ю. «Электронные часы - будильник с радиоприемником». ─ Радио, 2001. № 7, 8.

2. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для ВУЗов / Под ред. Д.В. Пузанкова. М.: ─ «Политехника», 2002.

3. WWW. RADIOLAND.NET.UA

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

М.В. Селиванов, В.А. Кондусов

ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО С УПРАВЛЕНИЕМ

КЛЮЧАМИ-«ТАБЛЕТКАМИ» IBUTTON

В данной статье рассмотрено охранное устройство с управлением ключами-“таблетками” IBUTTON. За основу взят один из наиболее распространенных микроконтроллеров фирмы MicroChip - PIC16F84. Особенностью устройства является то, что в качестве ключа используется электронный ключ типа iButton DS1990A-F5

В настоящее время распространенными стали устройства, выполненные с использованием микроконтроллеров (далее МК). Появление все большего разнообразия таких устройств связано с простотой реализации, доступностью и дешевизной современных МК. Способность программировать МК даже в любительских условиях вызвало большой интерес их использования в различных устройствах у радиолюбителей. Безусловно, преимущества программируемых микросхем вызвало новое направление в профессиональном производстве.

Электронный ключ iButton DS1990А содержит записанный лазером регистрационный номер, который включает уникальный 48 битный заводской номер, 8 бит CRC и 8-битный код семейства (01H). Обмен данными осуществляется по протоколу 1-Wire, который требует одного единственного вывода данных и общего вывода. Прибор полностью совместим с идентификаторами DS1990 и дополнительно поддерживает функцию протокола 1-Wire поиска ПЗУ, которая позволяет работать на одной шине нескольким приборам.

Разработанное устройство выполняет функции охранной сигнализации, срабатывает на открывание дверей, на движение человека в помещении. Конкретная функция задается режимом.

Постановку на охрану и снятие с нее производится с помощью электронных ключей-“таблеток” iButton DS1990. Эти очень простые в эксплуатации и надежные изделия не боятся влаги и агрессивной внешней среды, не требуют смены или подзарядки элементов питания, так как не содержат их. Код, записанный в “таблетке”, невозможно изменить. Он имеет 280 триллионов вариантов, что практически исключает возможность подборки ключа.

Устройство имеет возможность регистрировать и удалять из памяти информацию о ранее зарегистрированных электронных ключах iButton, а также хранить информацию о не более 7 ключах, которые могут быть использованы для управления режимами.

Имеется индикатор, в виде светодиода, показывающий текущее действие и уведомляющий, если сигнализация за время работы устройства в дежурном режиме включалась. В случае несанкционированного проникновения в охраняемый объект включается сирена.

Основой охранного устройства служит микроконтроллер PIC16F84 фирмы Microchip и программатор.

Структурная схема МПУ представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема МПУ

Светодиод HL1 служит для контроля состояния прибора. По нему можно определить включен ли режим охраны, срабатывала ли сигнализация за прошедшее с момента ее включения время.

Охранный шлейф, условно показанный на схеме как выключатель SA3, — последовательно соединенные выходные контакты ИК датчика движения и установленного на двери герконового датчика. Если датчика движения нет, прибор будет реагировать только на открывание двери.

При включении питания устройство начинает работу в режиме, в котором оно при размыкании шлейфа лишь включает освещение. Приблизительно через минуту свет будет автоматически выключен. Чтобы перейти в режим охраны, нужно коснуться зарегистрированным ключом контактного устройства Х1. Прочитав код ключа, микроконтроллер на 1 с запрещает повторное считывание, предотвращая непредсказуемую смену режимов при слишком продолжительном удержании ключа в контактном устройстве.

Постановка на охрану будет подтверждена коротким звуком сирены НА1 и вспышкой светодиода HL1. Но фактически охрана будет включена только после восстановления замкнутого состояния шлейфа (если последний был разомкнут). Это дает возможность “хозяину” уйти из помещения и закрыть за собой дверь, не вызвав ложной тревоги.

В режиме охраны светодиод HL1 горит, освещение выключено. Нарушение шлейфа приводит к включению на 3 мин сирены НА1 и миганию светодиода HL1. Затем микроконтроллер еще раз проверяет состояние шлейфа. Если он окажется вновь замкнутым, сирена будет выключена, но мигание светодиода продолжится. Повторное касание зарегистрированным ключом контактного устройства снимет помещение с охраны, что будет подтверждено двукратным кратковременным включением сирены и погасанием светодиода. А вот любая попытка подобрать ключ не изменит режима работы, но вызовет включение сирены на 1 с.

Чтобы зарегистрировать ключ, кратковременно замкните контакты выключателя SA1 “PROG”. Как только загорится светодиод HL1, прикоснитесь ключом контактов Х1. Успешную регистрацию подтвердят погасание светодиода и короткий звук сирены.

Через некоторое время светодиод вновь загорится — контроллер готов к регистрации следующего ключа. Всего их может быть семь. Восьмой сотрет данные о первом, девятый — о втором и так далее по кругу. Через 40 с после последней регистрации прибор автоматически возвратится в рабочий режим.

Чтобы отменить регистрацию всех ключей, достаточно кратковременно замкнуть выключатель SA2 “ERASE”. Память будет очищена и включен описанный выше режим регистрации. Эта процедура необходима при первом включении устройства, а также в случае утери одного из ключей.

Телевизор включает возможность запоминания до 100 телевизионных программ.

Охранное устройство является примером простоты реализации и высокой надежности. Использование нового поколения ключей iButton, позволяет исключить несанкционированный доступ в охраняемый объект. Принципиальная схема охранного устройства приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема устройства

Литература

1. Воскобойников А. “Охранное устройство с управлением ключами – “таблетками” iBUTTON”. – Радио, 2003. № 10.

2. Синюткин А. “Электронный замок на ключах - “таблетках” iButton”. - Радио, 2001. № 2, 3.

3. “Программирование PIC16F84” - http://www.pic16f84.narod.ru .

4. Вихарев Л. “Эти “таблетки” Вам помогут или еще раз об iButtons фирмы Dallas Semiconductor” - http://www.atel.ru/publ.html .

5. Синюткин А. “Электронный замок на ключах - “таблетках” iButton”. - Радио, 2001. № 2, 3.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

В.Е. Бузин

СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ

Рассматриваются средства автоматизации проектирования систем на кристалле

Типичный маршрут разработки СБИС включает этапы системного, функционального, логического и конструкторского проектирования. Ряд ведущих фирм-разработчиков ECAD (Electronic Computer-Aided Design) предлагает средства, покрывающие полный маршрут проектирования СБИС. К их числу относятся Synopsys, Cadence Design Systems, Mentor Graphics. На системном этапе формулируются требования к функциональным и схемным характеристикам, разрабатываются алгоритмы, реализуемые в СБИС, и структурные схемы. Алгоритмы обычно представляются на языках проектирования аппаратуры (HDL - Hardware Description Language) и выражают поведенческий аспект проектируемого изделия. Основными HDL языками в современных ECAD являются VHDL и Verilog, Поведенческие описания представляют собой исходное задание на функциональное и логическое проектирование. Этапы функционального и логического проектирования поддерживаются в ECAD рядом программ синтеза и моделирования. Одной из наиболее ответственных и трудно формализуемых проектных процедур является блочный синтез, в процессе которого выполняется распределение операций алгоритма по временным тактам (scheduling) и по функциональным блокам аппаратуры (allocation), выбирается тип памяти. Тем самым определяются структура схемы на уровне регистровых передач (RTL - Register Transfer Level), типы блоков (комбинационные или последовательностные), реализуются распараллеливание и конвейеризация вычислений. Полученное RTL-описание на языке типа VHDL далее преобразуется в вентильную структуру - модель вентильного уровня (gate level). В последнее время все большее внимание уделяется процедурам совместного проектирования программной и аппаратной частей СБИС (SW/HW co-design). Если в традиционных маршрутах проектирования разделение алгоритмов на части, реализуемые программно и аппаратно, происходит на самых ранних шагах, то в технологии SW/HW co-design эта процедура фактически переносится на RTL-уровень и тем самым входит в итерационный проектный цикл и может привести к более обоснованным проектным решениям.

Примером программ совместного проектирования SW и HW является Cierto VCC, разработанная в Cadence.

Важным моментом при синтезе является обеспечение тестируемости СБИС, что может выражаться во введении в схему определенных дополнительных цепей.

Результаты логического синтеза в виде VHDL или Verilog описания используются далее для синтеза тестов и поступают на этап конструкторского проектирования СБИС. Трудности формализации для общего случая блочного синтеза приводят к определенной специализации ПО, к ориентации программ на ограниченный класс проектируемых схем. Функционально-логическое проектирование осуществляется в ECAD с помощью программ-компиляторов логики. Ряд компиляторов предлагается фирмой Synopsys. Компилятор Synopsys' Behavioral Compiler осуществляет высокоуровневый синтез, позволяет проектировщику на основе заданного поведенческого описания создать и сравнить несколько вариантов архитектур, состоящих из операционных (datapath) и управляющих (FSM - Finite State Machine) блоков, и затем получить вентильную реализацию выбранной архитектуры. Синтез выполняется в следующей последовательности: 1. Исходное поведенческое описание представляется на языке Verilog или VHDL. 2. Проверяется корректность HDL-файла. 3. Составляется абстрактное представление проекта для перехода к составлению расписания операций. 4. Выбираются базовая технология и типы функциональных блоков из имеющейся библиотеки (DesignWare). 5. Составляется расписание операций с привязкой к временным тактам и функциональным блокам аппаратуры, и генерируются управляющие FSM. 6. С помощью графического интерактивного средства BCView можно проанализировать результаты синтеза и внести коррективы. 7. Выполняется верификация выбранного и представленного на уровне регистровых передач (RTL) решения. 8. С использованием программ логического синтеза создается и оптимизируется вентильная структура проекта. 9. Выполняется верификация проекта на вентильном уровне. Для логического синтеза в Synopsys имеются программы DC Expert и DC Expert Plus. В них реализованы алгоритмы многоуровневой оптимизации, включая оптимизацию конечных автоматов, повторного синтеза после определения критического пути, встроен временной анализ с учетом нелинейных задержек, предусмотрен выход на конструкторское проектирование и синтез тестов. Для больших проектов часто используется технология восходящего декомпозиционного проектирования. В Synopsys эта технология называется Automated Chip Synthesis (ACS) или RTL Budgeting и заключается в предварительном разделении временных и других заданных ограничений между составными частями схемы (проекта). Далее для каждой части в отдельности синтезируются регистровая и вентильная структуры, и осуществляется переход к конструкторскому проектированию. Благодаря декомпозиции в 5-10 раз уменьшается время синтеза по сравнению с продолжительностью нисходящего проектирования. В программном обеспечении структурного синтеза можно наблюдать стремление к специализации программ на основе учета функциональных и технологических особенностей проектируемых схем. Так, имеются программы, ориентированные на синтез схем применительно к CPLD или FPGA технологиям, или программы для синтеза схем сигнальных процессоров (DSP).

Например, программное обеспечение SPW/HDS для синтеза сигнальных процессоров на поведенческом уровне предлагает фирма Cadence. Программу SystemView вместе с библиотекой ELANIX RF/Analog Library фирмы Elanix применяют для проектирования DSP алгоритмов, аналоговых систем с встроенными подсистемами, систем связи, систем управления с дискретными и аналоговыми компонентами. Другими примерами программ, ориентированных на проектирование DSP, могут служить MISTRAL2 и COSSAP компаний Mentor Graphics и Cadence соответственно.

Примерами программ структурного синтеза, реализуемых на ПЭВМ, могут служить системы логического синтеза ASYL+ и PLD-XL со сравнительно невысокими ценами, предлагаемые французской фирмой MINC Inc.

Литература

1. Стемпковский А.Л., Шепелев В.А., Власов А.В. Системная среда САПР СБИС. - М.: Наука, 1994.

2. Средства и технологии проектирования и производства электронных устройств. - EDA Express, 2000. № 1.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

В.В. Сумин, О.Ю. Макаров

СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ

АНАЛОГОВЫХ И СМЕШАННЫХ ИМС

В статье рассмотрены программные средства, имеющиеся на данный момент в области проектирования и анализа аналоговых, цифровых и смешанных схем, для проектирования электронных средств

В настоящее время проектирование и технология производства электронных средств уже не могут рассматриваться в отрыве друг от друга и прочих этапов жизненного цикла продукта. Острая конкурентная борьба за рынки сбыта между научно - производственными объединениями электронного профиля приводит к быстрому развитию информационных технологий. Современные автоматизированные технологии позволяют охватывать все виды работ по маркетингу, планированию, проектированию, производству, реализации, эксплуатации, а где требуется, и утилизации электронных средств. Только широкое использование информационных технологий позволяет выйти на уровень управления предприятием "бизнес со скоростью мысли".

Ежегодно появляется много новых программных продуктов или новых версий существующих. Созданных технологий так много и они настолько быстро развиваются, что специалисту в одной области информационных технологий (ИТ) невозможно отслеживать весь широкий спектр методов, программных и технических средств, которые применяются при создании и производстве электронной продукции.

Пока известно мало примеров успешного функционирования корпоративных информационных систем на отечественных предприятиях электронного профиля, удовлетворяющих CALS - стандартам. Одной из причин этого для отечественных предприятий является высокая стоимость систем класса MRPII и ERP.

В проектировании электронных средств выделяют три направления информационных технологий, обеспечивающих соответственно решение задач схемотехнического проектирования, конструирования и электродинамического моделирования /1/.

Широкое распространение в схемотехническом проектировании получили следующие системы.

Широкое распространение на платформе персонального компьютера находит система DesignLab (фирмы MicroSim), в особенности графический редактор принципиальных схем - Schematics, он же является управляющей оболочкой системы.

Система CircuitMaker, разработанная фирмой MicroCode Engineering позволяет моделировать аналоговые, цифровые и смешанные цифро-аналоговые электронные устройства. Используемые ею модели элементов совместимы с моделями программ семейства SPICE. Достоинством CircuitMaker является ее небольшой объем и легкость в освоении.

Система ЮАР (фирма Intusoft), которая отличается возможностью работы с измерительными устройствами.

Система Super-Compact и Microware Harmonica (фирма Compact Software), в которой предусмотрено моделирование СВЧ - устройств.

Системы Serenade, Super-Spice, Microware Success, Microware Explorer (фирма Ansoft) обеспечивают моделирование и оптимизацию СВЧ и оптоэлектронных устройств, в том числе во временной области, систем радиофонии, электромагнитных полей и др. Имеются версии систем, ориентированные на Windows 95 (NT).

Системы MicroCAP, MicroLOG (фирмы Spectrum Software) предназначены для анализа и моделирования аналоговых и аналого-цифровых устройств (расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ и др.), а также цифровых устройств на логической основе. Система обеспечивает ввод и вывод на печать принципиальных схем, трассировку печатных плат, создание спецификаций, разведение проводников, шин, моделирование цифровых устройств, проектирование ПЛИС и др. Библиотека систем содержит более 2700 изображений компонентов РЭС.

Система OrCAD фирмы OrCAD System Corp позволяет решать задачи схемотехнического и конструкторского проектирования. Следует заметить, что в 1998 г. корпорации OrCAD и MicroSim объединились, это облегчает интеграцию программных продуктов OrCAD и DesignLab.

Система состоит из программных модулей:

OrCAD Capture - графический редактор схем;

OrCAD Capture CIS (Component Information System) - графический редактор схем со средствами ведения баз данных компонентов, при этом через Internet возможен доступ к каталогу компонентов (более 200 000 наименований); OrCAD Pspice Optimizer - параметрическая оптимизация и др.

Версия OrCAD 10.2 функционирует на ПК (процессор Pentium, ОС Windows) с объемом ОЗУ не менее 32 Мбайт и 250 Мбайт дискового пространства.

Системные возможности OrCAD 10.2:

• максимальный размер печатной платы — 144×144 дюйма;

• общее число слоев — 30;

• число одновременно разводимых слоев —16;

• 8 тыс. компонентов на плате;

• 8 тыс. компонентов разного типа на плате;

• 10 тыс. цепей на плате;

• 32 тыс. связей на плате;

• 16 тыс. связей в цепи;

• 3200 выводов в компоненте;

• 1000 различных контактных площадок;

• 250 различных переходных отверстий;

• 250 символов в обозначении;

• разрешающая способность на плате — 1/16 дюйма или 1 мкм;

• дискретность угла поворота — 1 угловая минута.

Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем. Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Программа Electronics Workbench использует стандартный интерфейс Windows, что значительно облегчает её использование.

Система Microware Office (фирма AWR) обеспечивает решение задач моделирования при проектировании высокочастотных интегральных и монолитных СВЧ-микросхем, антенн, СВЧ согласующих цепей и фильтров, усилителей, смесителей и др. Модули пакета написаны на языке C++ и позволяют интегрировать в себя новые методы моделирования.

Система Genesys (фирма EAGLEWARE) обеспечивает высокоскоростное моделирование радиочастотных цепей и других элементов, по описанию моделирующего устройства позволяет синтезировать его топологию и представлять трехмерную анимационную картину распределения токов по проводникам. Пользовательский интерфейс системы полностью совпадает со стандартным интерфейсом ПО фирмы Microsoft.

В последнее время значительное внимание уделяется процедурам совмещенного проектирования программной и аппаратной частей СБИС (SW/HW - Software/Hardware codesing). Если в традиционных маршрутах проектирования разделение алгоритмов на части, реализуемые программно и аппаратно, происходит на самых ранних шагах, то в технологии совмещенного проектирования эта процедура фактически переносится на уровень RTL и тем самым входит в итерационный проектный цикл и может привести к более обоснованным проектным решениям. Примером подхода к совмещенному проектированию может служить методика моделирования на уровне исполнения системы команд, в соответствии с которой моделируются события, происходящие на внешних выводах таких устройств, как арифметико-логическое, встроенная и внешняя память, системная шина и т.п. Благодаря совмещенному проектированию удается не только на ранних стадиях проектирования найти и исправить возможные ошибки в аппаратной и программной частях проекта, но и отладить контролирующие тесты.

Число информационных технологий, разрабатываемых сотнями фирм, в настоящее время исчисляется тысячами. Стоимость ИТ в виде программных продуктов находится в диапазоне от тысячи до сотен тысяч долларов США. В современной терминологии одни и те же программные средства могут называться и технологиями, и системами. Например, CRM-технология и CRM-система часто используются как синонимы.

Знание классификации ИТ и ИС необходимо для выбора наиболее подходящих средств при решении задач проектирования, производства и эксплуатации продукции. В настоящее время широко используются различные классификационные признаки для ИТ и ИС. Во многих случаях на классификацию накладывает отпечаток область применения ИС - промышленность, экономика, образование и т.д. Классификация производится по различным признакам, основными из них являются: масштаб системы, полнота (комплексность, интегрированность), назначение (сфера применения, специализация), способ организации, а также тип информации, пользовательский интерфейс, операционная система и т.д.

Хотя в настоящее время на рынке производства электронных средств достаточное количество программных средств для моделирования аналоговой части, но все эти программы не созданы для моделирования именно аналоговых, цифровых, а так же смешанных схем ИМС, поскольку процесс проектирования затрудняют процессы, происходящие в микросхеме на кристалле.

Литература

1. Разевиг В.Д. Система проектирования OrCAD 10.2; М.: СОЛОН – Р, 2003. 528 с.

2. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств; М.: Горячая Линия – Телеком, 2002. 260 с.

3. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0; - М.: СОЛОН – Р, 2003. 704 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Самоквасов, А.В. Муратов, В.А. Муратов

ИНТЕРФЕЙС USB В ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСАХ РЭС

Данная статья рассказывает о возможности применения универсальной последовательной шины (USB) в испытательных комплексах РЭС. В статье рассматривается концепция шины USB, ее технические характеристики. Приведена историческая справка

Любая испытательная система накапливает информацию о проведении испытания, которую необходимо передать оператору в удобном, наглядном виде. Некоторые устройства содержат индикаторы на жидких кристаллах, и информация отображается в виде текста, цифробуквенных символов. Но во многих случаях необходимо представить результат испытания (или испытаний) в виде графиков, таблиц, провести статистическую обработку и т.д., поэтому практически все современные испытательные комплексы РЭС имеют возможность подключения к компьютеру. Для многих из них это условие обязательно. Еще несколько лет назад основным интерфейсом для связи компьютера с периферией был RS-232, или COM-порт. Сегодня почти все новые компьютеры не имеют COM-порта, зато у них есть несколько портов USB.

Шина USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) появилась по компьютерным меркам довольно давно – версия первого утвержденного варианта стандарта появилась 15 января 1996 г. Разработка стандарта была инициирована весьма авторитетными фирмами – Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.

Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность пользователям работать в режиме P&P (Plug&Play – подключай и работай) с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера – контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Возможности USB следуют из ее технических характеристик:

1. Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) – 12 Мб/с.

2. Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена – 5 м.

3. Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) – 1,5 Мб/с.

4. Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена – 3 м.

5. Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) – 127.

6. Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена.

7. Отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI.

8. Напряжение питания для периферийных устройств – 5 В.

9. Максимальный ток потребления на одно устройство – 500 мА.

Поэтому целесообразно подключать к USB практически любые периферийные устройства, кроме высокоскоростных устройств с большим объемом потоковых данных. Особенно удобен этот интерфейс для подключения часто подключаемых/отключаемых приборов. Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение.

Возможность использования только двух скоростей обмена данными ограничивает применяемость шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию.

Питание непосредственно от USB возможно только для устройств с малым потреблением, поэтому для мощных устройств требуется дополнительный источник питания.

Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю: «VBUS», «D–», «D+», «GND», «Оплетка». Здесь «GND» – цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, «VBus» – +5 В также для цепей питания. Шина «D+» предназначена для передачи данных по шине, а шина «D–» для приема данных.

Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости может быть любым и неэкранированным.

Таким образом, интерфейс USB является самым удобным для связи испытательного оборудования с компьютером. Кроме того, очень просто реализуется подключение одновременно нескольких устройств испытания РЭС к одному компьютеру.

Литература

1. Агуров П.В. Интерфейс USB: Практика использования и программирования. – БХВ - Петербург, 2005. – 553 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Самоквасов, А.В. Муратов, В.А. Муратов

ПРИМЕНЕНИЕ ШИНЫ I²C В ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ

КОМПЛЕКСАХ РЭС

В данной статье рассматривается возможность связи между отдельными узлами испытательного комплекса РЭС посредством специальной шины I²C. Приведена концепция шины I²C, приведены примеры построения устройства с использованием шины I²C

Современные системы испытаний являются сложными устройствами, зачастую с микроконтроллерным управлением. Практически все они содержат в своем составе различные символьные или матричные индикаторы на жидких кристаллах, которые позволяют отображать информацию о текущем испытании (температуру в камере, напряжение питания и т.п.), а также информацию самодиагностики. Для хранения информации в испытательных комплексах применяют ОЗУ и энергонезависимую память. Для связи микроконтроллера с памятью, устройствами индикации, а также с большинством сервисных СБИС хорошо зарекомендовала себя шина I²C.

Шина I²C поддерживает любую технологию изготовления микросхем (НМОП, КМОП, биполярную). Две линии, данных (SDA) и синхронизации (SCL) служат для переноса информации. Каждое устройство распознается по уникальному адресу (будь то микроконтроллер, ЖКИ буфер, память или интерфейс клавиатуры) и может работать как передатчик или приемник, в зависимости от назначения устройства. Обычно ЖКИ буфер – только приемник, а память может как принимать, так и передавать данные. Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных (таблица). Ведущий – это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации. При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему.

Таблица

Термин англ.	Термин рус.	Описание
Transmitter	Передатчик	Устройство, посылающее данные в шину
Receiver	Приемник	Устройство, принимающее с шины

Продолжение таблицы

Термин англ.	Термин рус.	Описание
Master	Ведущий	Начинает пересылку данных, вырабатывает синхроимпульсы, заканчивает пересылку данных
Slave	Ведомый	Устройство, адресуемое ведущим
Multi-master	–	Несколько ведущих могут пытаться захватить шину одновременно, без нарушения передаваемой информации
Arbitration	Арбитраж	Процедура, обеспечивающая Multi-master
Synchronization	Синхронизация	Процедура синхронизации двух устройств

Пример конфигурации шины I²C с двумя микроконтроллерами

1. Микроконтроллер А

2. Массив

3. ЖКИ драйвер

4. АЦП

5. Статическое ОЗУ или ППЗУ

6. Микроконтроллер B

Шина I²C допускает несколько ведущих. Это означает, что более чем одно устройство, способное управлять шиной, может быть подключено к ней. Поскольку в качестве ведущих обычно выступают микроконтроллеры, давайте рассмотрим пример пересылки данных между двумя микроконтроллерами, подключенными к шине на рисунке. Пример покажет взаимоотношения передатчик-приемник и ведущий-ведомый, существующие в шине I²C. Необходимо заметить, что эти отношения не постоянны, а зависят только от направления пересылки данных в данный момент времени. Пересылка данных будет происходить следующим образом.

Допустим, требуется от микроконтроллера А послать информацию в микроконтроллер В:

• микроконтроллер А (ведущий) адресует микроконтроллер В (ведомый);

• микроконтроллер А (ведущий-передатчик) посылает данные микроконтроллеру В (ведомый-приёмник);

• микроконтроллер А заканчивает пересылку.

Допустим, требуется микроконтроллеру А принять информацию от микроконтроллера В:

• микроконтроллер А (ведущий) адресует микроконтроллер В (ведомый);

• микроконтроллер А (ведущий-приемник) принимает данные от микроконтроллера В (ведомый-передатчик);

• микроконтроллер А заканчивает пересылку.

В обоих случаях ведущий (микроконтроллер А) генерирует синхроимпульсы и заканчивает пересылку. Возможность подключения более одного микроконтроллера к шине означает, что более чем один ведущий может попытаться начать пересылку в один и тот же момент времени. Для устранения хаоса, который может возникнуть в данном случае, разработана процедура арбитража. Эта процедура основана на том, что все I²C-устройства подключаются к шине по правилу монтажного И.

Генерация синхросигнала – это всегда обязанность ведущего; каждый ведущий генерирует свой собственный сигнал синхронизации при пересылке данных по шине. Сигнал синхронизации может быть изменен только если он «вытягивается» медленным ведомым устройством (путем удержания линии в низком состоянии), или другим ведущим, если происходит столкновение.

Литература

1. Семенов А.И. Шина I²C в радиотехнических конструкциях. – Солон, 2000. – 192 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.К. Андреков, И.А. Новикова

ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

С КОРРЕКТОРОМ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

В статье приводятся данные относительно использования корректора коэффициента мощности в сетевых электроснабжениях импульса

В последние годы ужесточаются требования по совместимости импульсных источников питания с электрической сетью и резко ограничивается уровень высших гармоник потребляемого из сети тока для всех однофазных потребителей. По прогнозам специалистов /1/ в ближайшее время более половины всех нагрузок в однофазных сетях переменного тока будут составлять именно такие источники, поэтому уже сейчас современные европейские стандарты требуют улучшения формы потребляемого тока при мощности, начиная с 200 Вт.

Первичная электрическая сеть переменного тока достаточно чувствительна к характеру нагрузки, подключаемой к ней. Оптимальной нагрузкой для сети является безреактивное линейное сопротивление — R_H. В этом случае при синусоидальной форме питающего напряжения ток, протекающий в такой цепи, будет также описываться синусоидальной функцией:

. (1)

При этом мгновенная мощность, потребляемая из сети:

. (2)

После преобразования получим:

. (3)

Таким образом, мощность, потребляемая из сети и выделяемая в нагрузке, пульсирует с удвоенной частотой.

Средняя мощность P, которая определяет энергию, необратимо преобразуемую в нагрузке в тепловую в единицу времени:

. (4)

На практике нагрузка наиболее часто носит активно-индуктивный характер. Мгновенная мощность, потребляемая в этом случае из сети:

, (5)

также имеет пульсирующий вид, но она знакопеременна.

Первая составляющая порождает активную мощность P, вторая – реактивную Q. Реактивная мощность бесполезно перекачивается из сети в нагрузку и обратно, вызывая потери в сетевых проводах и не производя полезной работы.

Произведение UI=S называется полной мощностью, а cos() – коэффициентом мощности нагрузки, который учитывает фазовый сдвиг тока относительно напряжения. Полная мощность S, с одной стороны, характеризует максимальную мощность, которую сеть могла отдать нагрузке при cos()=1, а с другой – является паспортной величиной для электрических машин, аппаратов и т.д. Мощности связаны друг с другом:

. (6)

В реальной электрической сети всегда имеются потери – P_ПОТ. При этом мощность потерь в ней определяется не только активной мощностью, передаваемой в нагрузку, но и бесполезной реактивной мощностью:

. (7)

Очевидно, что увеличение индуктивной части приводит к увеличению фазового сдвига тока относительно напряжения и, следовательно, к уменьшению cos(), что, в свою очередь, ведет к увеличению реактивной мощности и потерь в электрических сетях.

Ситуация еще более ухудшается, если подключаемая к сети нагрузка является не только реактивной, но и нелинейной, так как она вносит серьезные искажения в форму потребляемого тока. В этом случае его можно представить суммой первой гармоники и гармоник высшего порядка:

. (8)

Тогда мгновенная мощность, потребляемая от сети

, (9)

а средняя мощность в нагрузке

. (10)

Таким образом, активная мощность, выделяемая в нагрузке

, (11)

где ₁ – угол сдвига первой гармоники тока относительно напряжения.

Следовательно, активную мощность в нагрузку передает только первая гармоника тока, потребляемого из сети. Отношение активной и полной мощностей характеризует коэффициент мощности нагрузки

. (12)

Из этого выражения следует, что коэффициент мощности зависит не только от угла сдвига первой гармоники тока ₁, но и от отношения I₍₁₎/I, которое определяет степень искажения потребляемого тока высшими гармониками, т.е. от формы тока.

Низкий коэффициент мощности порождает еще ряд серьезных проблем в сетях электропитания. При большом количестве электронной аппаратуры и нерациональном ее подключении к трехфазной питающей сети возможен перекос фаз. При этом часть электронной аппаратуры будет работать при повышенном напряжении, а другая – при пониженном.

Импульсные источники питания, обладая высокими значениями КПД, хорошими массогабаритными показателями, к сожалению, имеют низкий коэффициент мощности.

Для увеличения коэффициента мощности при минимальных потерях КПД используется пассивная и активная коррекция формы тока. Наиболее перспективным является использование активных корректоров мощности, которые формируют на входе импульсного источника питания синусоидальный потребляемый ток, совпадающий по фазе и частоте с питающим напряжением. Такие корректоры формируют на входе мостового выпрямителя импульсного источника питания синусоидальный ток с помощью схем преобразования постоянного напряжения, использующих принцип следящей высокочастотной широтно-импульсной модуляции. Для этого применяют повышающие преобразователи (см. рисунок).

Структура повышающего преобразователя

Синусоидальная форма тока, потребляемая от сети, в таком преобразователе может достигаться двумя способами.

1. В индуктивности формируется пилообразный ток, а включение транзистора происходит при нулевом токе. Достоинство такого режима – минимальные потери на ключе. Недостаток – высокое соотношение максимальных и средних значений тока ключа, индуктивности и диода.

2. Используется режим непрерывных токов индуктивности, для которого характерно формирование гладкой кривой потребляемого тока, что обеспечивает низкое содержание высших гармоник. Близкая к прямоугольной форма токов элементов обеспечивает меньшие статические потери в них. Но так как диод представляет собой емкостную нагрузку для ключа, это приводит к появлению большого значения мгновенной мощности, выделяемой на транзисторе и снижению его надежности.

В последнее время ведущими фирмами /2/ выпущено большое число интегральных микросхем корректоров коэффициента мощности. Принцип построения этих микросхем практически одинаков, за исключением различных дополнительных функций. К ним относятся различные защиты – от перенапряжения при переходных процессах, повторных запусков, случайных выбросов входного напряжения, улучшения гармонического состава при переходе через ноль сетевого напряжения, блокировка от пониженного напряжения питания.

Литература

1. Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Активная коррекция коэффициента мощности в импульсных источниках питания. Схемотехника, 2003, № 6. С. 6-11.

2. www.motorola.com.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.К. Андреков, В.В. Плотников, И.А. Новикова

ОБЗОР ОХРАННЫХ СИСТЕМ

Проводится обзор современного состояния систем охраны отечественного и зарубежного производства

Моральное право человека на самозащиту от криминальных посягательств представляется неоспоримым. Правоохранительные органы не справляются с раскрытием всё более участившихся краж. Современная электронная техника способна дать человеку и его семье эффективные средства защиты от криминальных посягательств, способна отрезвляюще подействовать на колеблющихся, готовых вступить на криминальный путь.

Подобные средства защиты получили самое широкое распространение во всех цивилизованных странах мира, не только конкурируя с правоохранительными службами, но существенно дополняя их, способствуя им в выполнении своих обязанностей.

Электронные устройства охранной сигнализации можно классифицировать по используемым в их схемах датчикам, типам исполнительных механизмов, количеству охраняемых объектов и т.д. Существенный интерес представляют элементы охранных систем, которые дают первичную информацию о проникновении в охраняемый объект. От надежности этих элементов во многом зависит надежность всего устройства охранной сигнализации.

В настоящее время из-за своей простоты широкое распространение получили контактные датчики. В этом качестве чаще всего используют герконы, кнопки, контактные группы от электромагнитных реле. Герконы или датчики, регистрирующие помещения, реагирующие на открываемую дверь, окно и т.п., получили широкое применение из-за высокой надежности и долговечности. Магниточувствительные электроды запаяны в стеклянный баллон. На них не действует влага, агрессивные вещества, они не окисляются. При приближении к геркону магнита контакты датчика переключаются. Геркон обычно располагают на неподвижной части, а магнит на подвижной части. Трех электродный геркон может быть использован в качестве нормально замкнутого контактного датчика и нормально разомкнутого контактного датчика. Герконовый датчик нетрудно замаскировать.

К категории контактных относятся и шлейфные датчики. Такой датчик представляет собой натянутый по периметру охраняемой территории тонкий проводник, обрыв которого фиксируется. Недостаток шлейфного датчика очевиден – он одноразовый.

Контактные датчики обладают почти нулевым электропотреблением. Они были бы почти идеальными в охранной технике, если бы не “дребезг” при их переключении и “шорох” в замкнутом состоянии.

Пьезоэффект в охранной технике используется довольно широко, чаще всего в датчиках. При вибрации датчика, в котором применяют пьезоэлемент, на его обкладках появляются слабые импульсы, которые затем усиливаются и передаются в анализирующее устройство. При применении пьезодатчика принимают меры по устранению помеховых импульсов, возникающих на обкладках пьезоэлемента.

Для обнаружения акустических сигналов, распространяющихся в воздушной среде, используются микрофоны. Акустические сигналы могут быть ретранслированы по проводным линиям или по радио.

Датчики температуры в охранной технике чаще всего используют для контроля самой охранной техники, слежения за климатической нормой в охранном помещении и вне его. По показаниям термодатчиков могут быть приняты профилактические или экстренные меры: отключен перегревающийся двигатель, включена вентиляция, вызвана пожарная служба.

Ультразвуковые датчики относительно несложны, доступны по элементной базе и не требуют для наладки узкоспециализированной аппаратуры. Если источник и приемник ультразвуковых волн разместить на противоположных стенах помещения, то энергия волны в зоне микрофона есть результат интерференции всех падающих волн. Какое – либо движение в помещении приведет к изменению путей прохождения ультразвуковых волн и изменению ультразвуковой картины. Это приведет к колебаниям амплитуды выходного сигнала микрофона. Такой способ обнаружения движущихся объектов очень чувствителен и он почти не применяется. Применяется ультразвуковой датчик, использующий эффект Доплера при обработке сигнала. Описание и схемный вариант такого датчика представлены в /1/.

В настоящее время широкое распространение получили инфракрасные датчики. Бывают инфракрасные датчики, реагирующие на прерывание луча, и датчики, принцип действия которых основан на обнаружении разницы между фоновой температурой в охраняемом помещении и температурой проникшего в помещение объекта. За рубежом охранные системы, построенные на таких датчиках, характеризуются многообразием модификаций по дальности действия.

Инфракрасные излучатели очень экономичны. При питании их излучателя источником питания емкостью 0,5 - 1 А/ч его непрерывная работа продолжается от полутора до двух месяцев.

Серьезная охранная система не может обходиться без своего собственного “датчика” времени – электронных часов, стабилизированных кварцевым резонатором. Точность таких часов не хуже 1 с (сутки) позволяет не прибегать к их коррекции на протяжении многих недель. Электронные часы в охранных системах не имеют привычной индикации. Они повторяют на своих выходах те или иные периодически повторяющиеся последовательности электрических импульсов. Они могут осуществлять временную задержку подачи сигнала тревоги. Это время дается владельцу, чтобы войти и отключить охранную систему известным только ему выключателем.

В качестве устройств, обращающих внимание обитателей охраняемого помещения на сигналы охранной системы, чаще всего используют разного рода акустические излучатели. Звуковой сигнализатор должен быть достаточно мощным, но в то же время экономичным и малогабаритным.

Пьезоэлектрические излучатели обладают высоким КПД и получили в настоящее время широкое распространение. Пьезоэлектрический излучатель СП-1, подключенный к усилительному каскаду на частоте 3…4 кГц и амплитудой напряжения 25 В дает звуковое давление 100 дБ. Такой сигнал весьма неприятен на слух.

В качестве сигнализаторов может быть использована обычная динамическая головка. Если надо получить более громкий сигнал применяют сирены, например АСТ-10. Напряжение её питания 12 В, ток потребления 0,25…0,35 А, уровень звукового давления 110 дБ. Могут применяться более мощные сирены, электрические звонки и др.

Регистрация событий может иметь важное значение для выяснения обстоятельств происходившего, выявления его участников. В качестве фиксаторов времени применяют электронные часы, которые отсчитывают текущее время и останавливаются по сигналу охранной системы. В таких охранных системах в качестве регистраторов применяют телекамеры и видеомагнитофоны, которые записывают изображение.

Обнаружив криминальное вторжение и применив те или иные контрмеры охранная система обычно ставит в известность кого–то из охраны или владельца. Для этого можно использовать радиоканал. Передаваемый сигнал шифруется и сжимается в плотноупакованные во времени пакеты, следующие друг за другом с большими паузами чистого эфира. Возможный схемный вариант радиопередатчика с шифратором и радиоприемником описан в /2/.

При наличии на объекте телефонной линии для сообщения о несанкционированном вторжении можно использовать телефонный канал. Вызов абонента по телефону представляется интересным вариантом охранного устройства.

Охранная система должна иметь источник электропитания, способный обеспечить её потребности. Наличие в охраняемом помещении сети переменного тока позволяет применить для питания охранных систем сетевые блоки питания. Однако наличие или отсутствие напряжения в сети не должно сказываться на работе охранной системы. Сетевой блок берет на себя функцию основного источника питания охранной системы при появлении напряжения в сети и подзаряжающего в этом режиме её аккумуляторы. При отсутствии напряжения в сети питание охранной системы может осуществляться аккумуляторами. У современных аккумуляторов срок службы до 10 лет и свыше 3000 циклов заряд-разряд, они имеют высокий КПД (до 80 % по емкости). Для большей надежности аккумуляторная батарея может быть не одна.

Среди охранных извещателей, применяемых в настоящее время за рубежом наибольшее распространение получили инфракрасные извещатели, принцип действия которых был изложен выше. Эти извещатели характеризуются многообразием модификаций по дальности действия, форме диаграммы направленности (“узкий луч”, “завеса”, “веер” и т.д.), чувствительности, что дает возможность использовать их для охраны помещений разных размеров и конфигураций. Эти извещатели потребляют ток 4,530 мА в дежурном режиме. Угол обзора отдельных моделей достигает 120, радиус действия до 100 м. Обычно, чем больше угол обзора, тем меньше радиус действия. Диапазон рабочих температур от –15С до +50С. Отдельные модели собраны на базе микропроцессора. Некоторые устройства предназначены для скрытого контакта.

Среди рассмотренных извещателей особо выделяются беспроводные (автономные) извещатели. Фирма Visionic (Израиль) является одной из ведущих фирм в этой области. Последние модели извещателей этой фирмы реализованы на базе микропроцессорной техники. Передача аварийного сигнала от извещателя на пульт управления осуществляется с помощью радиопередатчика. Извещатель позволяет формировать инфракрасный барьер типа завеса размером 13,76 м и характеризуется высокой надежностью и помехозащищенностью.

Охранные извещатели отечественной разработки реализуют принцип изменения электромагнитного поля при проникновении на объект постороннего лица. Это так называемая группа объемно-радиоволновых устройств. Другая группа извещателей имеет шлейфные и контактные датчики. При проникновении злоумышленника в зону действия датчика излучателя охраняемое пространство закрытого помещения изменяет действующее внутри него электромагнитное поле, которое приводит к срабатыванию системы и формированию тревожного сигнала. Отдельные модели охранных извещателей автономно передают радиосигнал на центральный пульт на выбранной частоте или по телефонному каналу.

Применяемые в настоящее время за рубежом системы охранной сигнализации различаются по количеству контролируемых зон от 1 до 10 зон в системах защиты небольших объектов и до 1000 зон в системах для защиты крупных объектов. Все системы охранной сигнализации реализованы на базе микропроцессорной техники. Фирма Electronics Design Manufacturing (Австралия) предлагает новую серию систем охранной сигнализации типа “Digialarm 908”. Эти системы выполнены по модульному принципу. Отличительной особенностью систем этой серии является принцип самодиагностики. Самодиагностика включает в себя: контроль неполадок, вызванных коротким замыканием, обрывом цепи контроля, неполадок в источнике питания и т.п. Система так же может изолировать каждую отдельную зону для проведения технического обслуживания. Во многих системах охранной сигнализации предусмотрена работа с извещателями любого типа (контактными, оптоэлектронными, ультразвуковыми и др.). Система типа MARS – 102nA (США) оснащена дисплеем, печатающим устройством, сканером охраняемого объекта, с помощью которых производится регистрация всех аварийных сигналов.

В последнее время за рубежом большое распространение получили комбинированные системы контроля, в функции контроля которых входят охранная и пожарная сигнализации, защита объекта от несанкционированного доступа, контроль за передвижением персонала на охраняемой территории, учет рабочего времени каждого сотрудника, контроль за состоянием технического оборудования, управление системами освещения, кондиционирования, водоснабжения и др.

Литература

1. Андрианов В.И., Соколов А.В. Охранные устройства для дома и офиса. Сер. Учебники для вузов. Специальная литература. — СПб.: Лань, 1999. — 304 с.

2. Зубак А.Д. Извещатели охраннопожарной сигнализации. В: Высш. шк., 1996.120 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.В. Муратов, А.А. Пирогов

СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕРИФИКАЦИИ

СБИС ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ

В настоящее время предъявляются особенно высокие требования к качеству выпускаемых промышленностью РЭС. Особое внимание уделяется к производимым СБИС и системам на кристалле, которые должны удовлетворять технологическим нормам и требованиям достаточно высокого уровня. Поэтому верификация и отладка моделей на каждом этапе проектирования является актуальной задачей, особенно это касается физического проектирования

В мире интерес к заказным СБИС достаточно велик, и год от года он продолжает неуклонно расти. Специфика разработки заказной СБИС требует конструирования кристалла полностью без предварительной подготовки базовых технологических слоёв, специально сконструированных элементов и функциональных макроблоков. Возникает необходимость проектировать единые маски для всех технологических слоёв.

С повышением степени интеграции общая тенденция проектирования цифровых СБИС заключается в стирании существующих различий между этапами чисто логического и схемотехнического проектирования. Используются новые методы разработки на основе более высокой степени абстракции, с использованием современных САПР, и новые методы структурной организации БИС, таких как система на кристалле /1/.

Система на кристалле представляет собой размещение на одном кристалле фиксированного сложного микропроцессорного ядра, включая оперативную память для хранения программ и данных, а также достаточного объёма программируемой логики для специализации кристалла пользователем под конкретную задачу.

Комплексные платформы физической верификации топологии цифровых и аналого-цифровых систем на кристалле должны обладать высокой производительностью, точностью и допустимым объемом проекта, обеспечивая решение задачи верификации как для отдельных ячеек и блоков, так и для всего кристалла в целом. Рассмотрим далее существующие средства физической верификации.

Средство визуализации и редактирования топологии СБИС на завершающем этапе подготовки кристалла к выдаче на изготовление. Включает все основные функции редактирования полигонов и ячеек, масштабирования отдельных областей и коррекции ошибок с последующим сохранением файла и перезапуском DRC/LVS-верификации /2/.

Он должен обеспечивать высокую точность DRC - верификации и исчерпывающий LVS-анализ ячеек, блоков, и кристаллов в целом для всех существующих технологических процессов, норм и типов проектов и быть оптимальным решением для цифровых, аналоговых и смешанных СБИС.

Средство оптимизации топологии СБИС с точки зрения повышения технологичности при изготовлении (повышения выхода годных).

Основные характеристики:

1. Обеспечивает возможность использования DFM-правил проектирования, рекомендованных изготовителями для повышения выхода годных.

2. Оценивает распределение узлов по шкале между минимальными и рекомендуемыми правилами проектирования, формируя приоритетный список узлов, подлежащих коррекции.

3. Локализует зоны кристалла, максимально влияющие на выход годных, и рассчитывает распределение выхода годных по отдельным зонам;

4. Локализует элементы с одиночными переходными отверстиями и формирует дублирующие переходы, если это не приводит к нарушению правил проектирования, повышая, таким образом, надежность соединений.

Средство, позволяющее установить прямое соответствие между топологией, принципиальной схемой, исходным нетлистом, нетлистом, полученным из топологии, и результирующим LVS файлом.

Основные возможности:

1. Обеспечивает кросс-ссылки между топологией, принципиальной схемой, исходным нетлистом, нетлистом, полученным из топологии, и результирующим LVS файлом;

2. Позволяет просмотреть в специальном окне все паразитные параметры;

3. Автоматический поиск и устранение коротких замыканий;

4. Быстрая интуитивная отладка ячеек, блоков и всего кристалла в целом.

Экстракция паразитных параметров. Современный уровень проектирования субмикронных СБИС требует более детального функционального, электрического и технологического анализа, который в свою очередь требует наличия более точных параметров приборов.

Основные характеристики:

1. Высокая производительность и объем проекта – экстракция паразитных параметров для всего кристалла.

2. Интеграция управляющих команд и маршрута обеспечивается через единый синтаксис. Один и тот же файл правил может управлять процессами DRC, LVS и экстракции. Считанные данные LVS интегрируют информацию о паразитных параметрах с конкретными элементами схемы.

3. Точная экстракция. Осуществляется детальный поиск и расчет паразитных параметров межсоединений. Он не использует предположения, сделанные на основе иерархии, особенностей трассировки или стека слоев металлизации. Расчет внутренних и связанных емкостей производится на основе точных моделей для всех цепей.

4. Интеграция с маршрутом проектирования. Обеспечивается комплексная верификация и экстракция с точной привязкой к элементам принципиальной схемы. Точная экстракция паразитных параметров на транзисторном и вентильном уровне, в том числе для иерархических проектов. Учитывает субмикронные паразитные эффекты и передает их в программу моделирования.

5. Интеграция, включая прямую и обратную аннотацию, со всеми основными маршрутами проектирования.

Моделирование процесса фотолитографии. Высокая производительность, точность и выход годных для проектов от 180 до 65 нм. Средства повышения разрешающей способности в субмикронном диапазоне. Интеграция модулей оптической коррекции (OPC), фазового сдвига маски (PSM) и разреженных линий (SB) c модулями верификации, обеспечивает высокоточное и безошибочное изготовление кристалла, максимально короткий цикл верификации и коррекции, максимально широкий охват различных технологических процессов. При этом объем поддерживаемых проектов в транзисторах и корректируемых слоях металлизации практически не имеет ограничений /2/.

Литература

1. Ломов А.Б. Проектирование гибридных интегральных микросхем. - М.: “МКИП”, 1997. 324 с.: ил.

2. Уэйкерли Дж.Ф. Проектирование цифровых устройств. М.: Постмаркет, 2002. Т. 1. 544 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

О.С. Матросова

К ВОПРОСУ О ПЕРСПЕКТИВАХ СОЗДАНИЯ ХАОТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ В РАДИО - И СВЧ ДИАПАЗОНАХ

В статье проведен анализ перспектив создания хаотических систем связи в радио - и СВЧ диапазонах. Рассмотрена конкретная схема связи, также основные проблемы, связанные с реализацией хаотических систем связи и пути их решения

Исследования, проводимые в последние годы, показывают, что динамический хаос обладает рядом свойств, которые делают его привлекательным для использования в системах связи в качестве несущих или модулируемых колебаний.

В последнее время предложен ряд подходов к построению коммуникационных систем, использующих динамический хаос.

Одним из важнейших условий функционирования известных систем с хаосом является идентичность параметров передатчика и приемника /1/.

При создании хаотических передатчиков возникает ряд проблем. Первая группа проблем связана с созданием генераторов (источников) хаоса. Источники хаоса должны удовлетворять, как минимум, следующим требованиям:

- генерировать хаотические колебания в требуемом диапазоне частот и обладать, возможно, меньшим побочным излучением;

- обеспечивать в полосе частот генерации желательные или близкие к желательному распределению спектральной плотности сигнала;

- быть управляемыми в том смысле, как этого требует используемая схема ввода информации в хаотический сигнал (схема модуляции);

- должно быть обеспечено воспроизводство основных характеристик генераторов от образца к образцу;

- для реализации генератора в виде интегральной микросхемы должна быть разработана и исследована достаточно точная эквивалентная схема, а также адекватная математическая модель.

Вторая группа проблем связана с вводом информационного сигнала в хаотический сигнал. В идеологическом плане здесь не возникает осложнений с методами введения, использующими такие стандартные операции, как сложение сигналов, умножение сигналов на ±1, перемножение хаотического и информационного сигналов, модуляция информационным сигналом параметров хаотической системы и так далее.

Однако наряду с традиционными операциями для ввода информационного сигнала в хаотический сигнал предложено применять и специфические подходы, основанные на специальных свойствах хаотических систем и, в силу этого, потенциально весьма эффективно. В частности, перспективным подходом является ввод информации за счет малых возмущений текущего состояния хаотической системы, для реализации которого ведется разработка соответствующих устройств и узлов.

Третья группа проблем связана с формированием облика хаотического передатчика в целом. Кроме генератора и устройства ввода информации в хаотический сигнал, передатчик может включать в себя целый ряд элементов и узлов, которые обеспечивают усиление сигналов, фильтрацию внеполосных колебаний, перенос частоты, модуляцию несущего периодического колебания хаотическим колебанием и так далее. Многие эти узлы хорошо отработаны и широко применяются в стандартных радиотехнических устройствах. Однако возможность их применения в передатчиках с использованием хаоса может оказаться весьма ограниченной. Причина состоит в разнице требований, которые предъявляются к таким элементам в двух типах систем. Например, для многих традиционных систем передачи информации фазовые искажения информационного сигнала не играют существенной роли. В то же время для систем связи при наличии хаоса такие искажения крайне нежелательны.

Теперь представим, что в соответствии со структурой передатчика выполняется несколько последовательных операций. При каждой операции происходит некоторое искажение сигнала. Если зафиксировать допустимые искажения для передатчика в целом, то требования на допустимый уровень искажений при отдельных операциях будут ужесточаться с ростом числа операций.

Отсюда следует вывод: нужно попытаться уменьшить число преобразований над хаотическим сигналом и максимально упростить структуру передатчика. Предельный случай такого упрощения структуры — прямо хаотические передатчики. В них хаотический сигнал формируется непосредственно в том диапазоне частот, где производится его излучение, а ввод информационного сигнала в хаотический происходит в результате воздействия на формирователь хаотического сигнала или уже на выходе из него. Таким образом, единственным дополнительным узлом, через который должен пройти хаотический сигнал, содержащий полезную информацию, является выходной усилитель. Он же служит согласующим устройством между источником хаоса и каналом.

При создании приемников возникают следующие проблемы.

Задачами приемника являются: восприятие из канала высокочастотного или СВЧ - сигнала; преобразование этого сигнала к виду, пригодному для выделения полезной информации; непосредственное извлечение информации, приведение ее к виду, нужному получателю. Отсюда следует, что две группы проблем, связанных с реализацией приемников, аналогичны тем, которые возникают при реализации передатчиков и также приводят к выводу о желательности упрощения структуры системы. Во-первых, та цепочка узлов, которая стоит в передатчике после введения информационного сигнала, имеет свой аналог в приемнике: усилители, фильтры, устройства, обеспечивающие перенос частоты (теперь уже сверху вниз), демодуляторы и так далее. Поэтому и в приемнике существует проблема искажения сигнала при последовательном выполнении операции. Во-вторых, возникают проблемы с узлом, построенным на элементах, входящих в состав хаотического генератора передатчика. Этот узел играет роль нелинейного согласующего фильтра.

Вопросы, связанные с эффективным извлечением информационной компоненты, требуют отдельного обсуждения. Дело в том, что в силу специфических информационных свойств хаотических сигналов схемы демодуляции и условия, при которых должна производиться демодуляция, также весьма необычны.

Наконец, отдельная группа проблем связана с прохождением сигналов, излучаемых хаотическими передатчиками через канал, под которым понимается физическая среда распространения. В частности, это может быть радио - и СВЧ кабели, радиорелейные линии: распространение через свободное пространство, пересеченную местность, городскую застройку и так далее.

Прохождение через канал приводит к изменению характеристик сигнала, что сказывается на работе приемника. Поскольку успешный прием сигнала и извлечение из него информационной компоненты определяются всей совокупностью искажений, вносимых в сигнал, выходные узлы передатчиков и входные блоки приемников хаоса можно также отнести к элементам физического канала.

Даже если передатчик и приемник хаоса выполнены с требуемой степенью точности и воспроизводимости, позволяющей в случае «идеального» канала получать хорошие характеристики, то наличие искажений в канале может приводить либо к существенной деградации характеристик схемы связи, либо к ее неработоспособности.

К настоящему времени известен ряд схем передачи с использованием хаотической несущей. Далеко не все из них могут рассматриваться как кандидаты для реализации прямо хаотических систем. Среди схем, которые могут потенциально применяться для прямо хаотической передачи информации, отметим схему связи с суммированием по модулю хаотического и информационного сигналов /1/.

Сам по себе принцип инверсности - кодирование и детектирование сигнала при помощи прямого и обратного преобразований - реализуется в любой коммуникационной системе. Однако нетривиальность хаотических инверсных схем связи заключается в том, что сигнал, поступающий на вход передатчика, выделяется на выходе приемника при отсутствии какой - либо внешней синхронизации. При этом информационный сигнал меняет хаотическое поведение передающей системы, а сам «скрывается» в хаотическом сигнале, передаваемом в канал связи.

Схема с нелинейным подмешиванием занимает особое место среди инверсных хаотических схем. Информационный сигнал в этой схеме вводится в передающую систему путем суммирования с хаотическим сигналом, а извлечение сигнала проводится при помощи системы, аналогичной предыдущей, но с разомкнутой обратной связью и использованием операции вычитания. Операции сложения и вычитания образуют пару взаимообратных операций. В хаотических инверсных схемах связи прямой операции, при помощи которой сигнал вводится в передатчик, всегда соответствует обратная операция в приемнике. В принципе могут быть использованы любые пары взаимно обратных операций. Однако операция сложения имеет обратную операцию для любых типов сигналов.

Система с нелинейным подмешиванием исследована числено и экспериментально, и при этом продемонстрирована ее работоспособность для передачи как простых, так и сложных (речь, музыка) информационных сигналов.

Структура предлагаемой коммуникационной системы показана на рисунке.

Структурная схема коммуникационной системы: ЛП- линейная подсистема; ИЛ- нелинейная подсистема; НПр- нелинейный преобразователь; (+) -сумматор; (-) - вычитатель; S - передаваемый информационный сигнал; S-выделяемый информационный сигнал

Предложенная схема коммуникационной системы имеет следующие преимущества:

1. Амплитуда информационного сигнала может быть близка к амплитуде хаотического сигнала, что повышает энергетическую эффективность передачи информации и приводит к улучшению качества восстановления информационного сигнала в приемнике;

2. Увеличивается конфиденциальность связи: информационный сигнал в канале не доступен нежелательному слушателю даже в случае, когда его уровень превышает уровень хаотического сигнала.

Генератор хаоса является центральным элементом прямо хаотических систем связи. В передатчике он обеспечивает генерацию хаотических колебаний в требуемом диапазоне частот, а в приемнике, на основе элементов генератора, реализуется нелинейный согласованный фильтр.

Рассмотрим возможные пути реализации генераторов хаоса.

Генерация хаотических колебаний в радио - и СВЧ - диапазонах. Речь идет не просто о генерации хаоса в нужном диапазоне частот и с требуемой полосой, а о генераторах, которые могли бы быть выполнены в виде интегральных схем. Это означает, что все элементы генератора должны быть технологически реализуемы как элементы интегральной схемы; должна быть разработана достаточно адекватная математическая модель генератора и его электрическая схема.

Среди известных в настоящее время генераторов хаоса радио - и СВЧ - диапазонов относительно простую структуру имеют твердотельные генераторы, использующие в качестве активных элементов диоды и транзисторы. Однако применение в конструкциях генераторов распределенных эквивалентных элементов, отсутствие достаточно точных схем и, как следствие, отсутствие адекватных математических моделей затрудняет непосредственное использование этих генераторов как основные для разработки источников хаоса в интегральном исполнении. С другой стороны, существуют генераторы периодических колебаний, которые состоят только из сосредоточенных элементов, имеют модели, адекватно описывающие протекающие в генераторах процессы и способны генерерировать колебания вплоть до ГГц. Это трехточечные схемы на биполярных транзисторах. Такие генераторы, при условии наличия у них хаотических режимов, могут рассматриваться в качестве базового генераторного элемента для прямо хаотических систем связи. Причем более предпочтительными являются емкостные трехточечники, так как используемые в них внешние (сосредоточенные) конденсаторы позволяют снизить влияние собственных емкостей транзистора на характеристики колебательных режимов и тем самым облегчить задачу воспроизведения режимов в различных образцах генераторов /3/.

При всей важности источников хаоса и согласованных нелинейных фильтров, обеспечивающих хаотический синхронный отклик, передача полезной информации будет возможна только тогда, когда в передатчике информационные сигналы будут введены в хаотический сигнал, а в приемнике адекватным образом выделены.

Следует отметить, что изменение типа преобразования, с помощью которого информация вводится в хаотический сигнал, может радикально влиять на тип получаемой системы передачи и ее основные параметры. Для схем с нелинейным подмешиванием информационного сигнала в хаотический сигнал ввод информации может осуществляться с помощью любых операций.

Одним из важнейших условий функционирования схемы связи с суммированием информационного с хаотическим сигналом, является идентичность параметров модулей передатчика и приемника. Это связано с необходимостью получения в приемнике точной копии сигнала.

Типичными возмущающими факторами, ухудшающими качество передачи информации, являются неидентичность элементов приемника и передатчика, внешние шумы в канале связи, нелинейные искажения и неравномерность амплитудно-частотных характеристик функциональных элементов схемы.

Рассмотрим их влияние на примере первых двух факторов с точки зрения качества получаемого на выходе приемника синхронного хаотического отклика. В реальных условиях расстройка параметров элементов цепей передатчика и приемника всегда имеет место и влияет на качество передачи информации. Расстройка номинального значения хотя бы одного элемента цепи передатчика по отношению к соответствующему элементу цепи приемника приводит к появлению на выходе приемника сигнала рассинхронизации. В реализациях кроме сигнала рассогласования небольшой амплитуды, пропорциональной величине расстройки параметров, наблюдаются нерегулярные всплески большой амплитуды, соизмеримые с амплитудой хаотических колебаний на входе приемника. Средняя частота этих нерегулярных всплесков растет с увеличением расстройки параметров и приводит к резкому увеличению относительной средней мощности сигнала рассинхронизации на выходе приемника.

Внешние шумы оказывают влияние на функционирование системы при беспроводной передачи информации. Наличие внешнего шума в полосе частот несущего сигнала ухудшает отношение сигнал/шум на выходе приемника по сравнению с ситуацией в канале (вход приемника). Такая тенденция наблюдается при различных уровнях мощности шума и объясняется потерями в качестве при выделении информационного сигнала их смеси с хаотическим сигналом /4/.

Таким образом, большинство условий, которые должны быть выполнены при создании прямо хаотических схем связи, по отдельности вполне реализуемы. Поэтому основную задачу можно сформулировать как задачу интегрирования этих отдельных решений в единую систему.

Рассматриваемая схема передачи информации позволяет решать проблему извлечения информации за счет хаотического синхронного отклика в нелинейной колебательной системе при наличии фильтрующих свойств канала.

Литература

1. Дмитриев А.С., Панас А.И., Старков С.О. Динамический хаос как парадигма систем связи// Успехи современной радиоэлектроники// Успехи современной радиоэлектроники. 1997. № 10.

2. Дмитриев А.С., Кузьмин Л.В., Панас А.И.// Динамический хаос в радиофизике и электронике// Радиотехника и электроника. 1999. № 8.

3. Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А., Панас А.И., Старков С.О. // Антенны, распространение радиоволн и техника СВЧ// Радиотехника. 2000. № 9.

4. Дмитриев А.С., Кузьмин Л.В., Панас А.И., Старков С.О. // Статистическая радиофизика// Радиотехника и электроника. 1998. № 9.

Воронежское военно-техническое училище ФСО России

УДК.621.395.623.8

А.С. Бадаев

РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ

ДЛЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ДВУХПОЛОСНОЙ

АКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

В работе рассчитывается схема и описывается конструкция разделительных фильтров для высококачественной двухполосной акустической системы

Большинство современных высококачественных акустических систем (АС) являются многополосными, т.е. состоящими из нескольких динамиков, каждый из которых работает в своем диапазоне частот. Это обусловлено тем, что очень сложно создать динамический излучатель, обладающий хорошими характеристиками в широком диапазоне частот. Для распределения энергии звукового сигнала между динамиками АС используют электрические разделительные фильтры.

Разделительные фильтры оказывают существенное влияние на такие характеристики многополосных АС как амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), фазо-частотную характеристику (ФЧХ), групповое время задержки (ГВЗ), характеристики направленности, распределение мощности входного сигнала между излучателями, входное сопротивление АС, уровень нелинейных искажений. Выбор конкретной схемы фильтров определяющим образом зависит от применяемых динамических головок, их взаимного расположения, а иногда и от акустического оформления динамиков. Начальным этапом в проектировании разделительных фильтров в двухполосных АС является обоснованный выбор частоты раздела между низко-среднечастотным (НЧ-СЧ) и высокочастотным (ВЧ) каналами. При выборе частоты раздела обычно используют следующие предпосылки:

1. Обеспечение возможно более равномерных характеристик направленности АС. В двухполосных АС характеристика направленности претерпевает изменение при переходе от НЧ-СЧ к ВЧ динамику за счет того, что изменяется соотношение между длиной волны сигнала и диаметром излучателя λ/d. В Hi-Fi звуковоспроизведении, особенно в многоканальном, желательно обеспечить широкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, для чего необходимо снижать частоту раздела.

2. Ослабление неравномерности АЧХ НЧ-СЧ динамика, возникающей из-за потери поршневого характера движения диффузора, для чего также необходимо снижать частоту среза и (или) повышать крутизну спада АЧХ фильтра для НЧ-СЧ головки.

3. Обеспечение допустимой входной электрической мощности ВЧ динамика, что при относительно невысокой частоте раздела предъявляет повышенные требования к его конструкции. В двухполосных АС ВЧ головка должна иметь достаточно низкую резонансную частоту, высокую мощность и хорошо демпфированный резонанс.

4. Обеспечение максимально допустимого уровня звукового давления.

5. Обеспечение допустимого уровня искажений Доплера. Искажения вследствие частотной модуляции зависят от соотношения амплитуды смещения диффузора НЧ-СЧ головки в низкочастотной области и максимальной частоты излучаемого сигнала. Таким образом, сужение рабочего диапазона частот громкоговорителя с помощью разделительного фильтра приводит к уменьшению искажений Доплера.

В настоящее время в АС класса Hi-Fi наиболее употребляемыми являются фильтры с плоской АЧХ, которые обладают рядом преимуществ перед фильтрами других типов /1/. Такие фильтры нижних и верхних частот характеризуются гладкой АЧХ в полосе пропускания и монотонным спадом в полосе задержания.

На рис. 1 представлена электрическая схема фильтров, разработанных и изготовленных для динамиков фирмы «Wifa» (Дания), установленных в напольном оформлении акустический лабиринт. Головка НЧ-СЧ-М17SG-09-08 имеет следующие характеристики: номинальное сопротивление – 8 Ом, номинальная мощность – 50 Вт, диапазон частот 34-5000 Гц, чувствительность (1 Вт, 1 м) – 88 Дб, полная добротность – 0.4, эквивалентный объем – 45 л, резонансная частота – 40 Гц. ВЧ головка – 019SD-05-08: номинальное сопротивление – 8 Ом, номинальная мощность – 100 Вт, резонансная частота – 1650 Гц, чувствительность (1 Вт, 1 м) – 90 Дб.

Рис. 1. Электрическая схема разделительного фильтра

Применение НЧ-СЧ фильтра первого порядка обусловлено ровной АЧХ головки НЧ-СЧ вплоть до 5 кГц с плавным спадом на краю диапазона. Хорошо демпфированный резонанс ВЧ головки за счет магнитной жидкости в зазоре и относительно невысокая резонансная частота позволило, используя фильтр третьего порядка, выбрать частоту раздела около 2400 Гц (примерно половина октавы от резонансной частоты). Частоты среза НЧ-СЧ и ВЧ звена фильтров слегка разнесены для выравнивания АЧХ в области совместной работы головок. Применение разделительных фильтров нечетных порядков позволило, кроме того, улучшить диаграмму направленности АС, поскольку ВЧ головка расположена под НЧ-СЧ динамиком. Реактивные элементы L1, L2, C1 и C3 рассчитаны согласно методики, изложенной в /2/, по формулам:

, , , ,

где L1 и L2 – индуктивности, МГн, С1 и С3 – емкости, мкФ, R – сопротивление головки на частоте раздела Ом, f_p – частота раздела, Гц.

Сопротивление динамической головки носит индуктивный характер и увеличивается с ростом частоты, поэтому разделительный фильтр, будучи нагруженным на головку, сможет обеспечить расчетное затухание, строго говоря, лишь в одной точке. Для более высоких частот затухание будет уменьшаться по сравнению с расчетным вследствие увеличения модуля электрического сопротивления. В идеальном случае модули НЧ-СЧ и ВЧ головок должен быть одинаковыми и постоянными во всей полосе пропускания фильтра. С целью компенсации изменения модуля электрического сопротивления НЧ-СЧ головки (в случае ВЧ головки модуль во всей рабочей полосе частоты изменяется очень слабо) принимают компенсирующие RC-цепи, включаемые параллельно головке (в нашем случае R1C2). При этом R1 выбирают равным номинальному сопротивлению головки, а емкость включенного последовательно с резистором конденсатора рассчитывают по формуле:

,

где С₂, мкФ; R_н – номинальное сопротивление головки, Ом; f₃ – частота, на которой модуль электрического сопротивления увеличивается в 1.41 раза (3 дБ), Гц.

В общем случае в АС применяют головки с различными номинальными сопротивлениями и разной характеристической чувствительностью, а потому большинство АС помимо элементов фильтра и компенсирующих RC-цепей содержат также и делители, призванные выравнивать уровень звукового давления НЧ-СЧ и ВЧ головок. В нашем случае чувствительность НЧ-СЧ и ВЧ головок составляет 88 и 90 дБ соответственно, поэтому для выравнивания звукового давления был применен аттенюатор на резисторах R2, R3. Расчет сопротивлений резисторов делителя выполнен по формулам

R2 = R_н(1-К) и R3 = R_нК/(1-К),

где R_н – номинальное электрическое сопротивление головки, К – коэффициент, обратный величине требуемого затухания делителя: К = 1/n, где n – затухание, выраженное в абсолютных единицах.

Катушки L1 и L2 намотаны на немагнитных каркасах медным проводом 1.0 и 0.5 мм соответственно, конденсаторы использовались полипропиленовые «Solen» (Франция) рабочим напряжением 250 В с малыми значениями тангенса угла диэлектрических потерь ~ 10^-4.

На рис. 2 представлены АЧХ отдельных головок и результирующая АЧХ АС.

Рис. 2. АЧХ отдельных головок (тонкие линии) и результирующая АЧХ АС

Литература

1. Алдошина И.А., Войшвилло А.Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. М.; Радио и связь. 1985. 168 с.

2. Ханзел Г.Е. Справочник по расчету фильтров. М.: Сов. радио. 1974. 228 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК.621.395.623.8

А.С. Бадаев

ПОЛОСОВОЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ ЧЕТВЕРТОГО ПОРЯДКА

В работе приводится методика расчета полосового громкоговорителя четвертого порядка, описывается конструкция акустической системы для воспроизведения низких частот (сабвуффера) на основе данного акустического оформления

Методы проектирования элементов акустических систем в области низких частот (где сохраняется поршневой характер колебаний низкочастотной головки) имеют некоторые особенности, заключающиеся, в частности, в том, что электромеханические параметры низкочастотной головки, конструктивные параметры корпуса являются взаимосвязанными и их рассчитывают совместно. Характеристики систем в области низких частот, в свою очередь, определяют путем анализа эквивалентной схемы системы, полученной с помощью метода электромеханических аналогий и зависят от параметров головки и конструктивных параметров корпуса /1/.

Наиболее распространен корпус закрытого типа (рис. 1, а), который служит для подавления излучения тыловой поверхности диффузора головки.

Часто используют низкочастотный корпус фазоинверсного типа, который отличается от закрытого корпуса наличием отверстия или отверстия с трубой, что, позволяет использовать излучение толовой поверхности диффузора в области частоты резонанса колебательной системы, образуемой массой воздуха в отверстии или трубе и гибкостью воздуха в корпусе (рис. 1, б).

Закрытый корпус отличается простотой расчета и хорошими импульсными характеристиками, однако имеет наименьший к.п.д. по сравнению с другими типами акустических оформлений. Закрытый корпус является акустическим фильтром второго порядка, то есть имеет спад АЧХ ниже частоты резонанса системы головка-корпус крутизной 12 дБ/окт. Фазоинвертор при прочих равных обладает более высоким к.п.д. и более широким диапазоном воспроизводимых низких частот по сравнению с закрытым корпусом, но существенно более критичен к выбору параметров и настроек, поскольку выбору под конкретный громкоговоритель подлежат три параметра: объем корпуса, поперечное сечение и длина трубы.

а	б	в

Рис. 1. Типы низкочастотного оформления акустических систем: а) закрытый корпус, б) фазоинвертор, в) полосовой громкоговоритель четвертого порядка

Кроме того, фазоинвертор имеет худшие переходные характеристики. Из-за наличия двух взаимных колебательных систем фазоинвертор является акустическим фильтром четвертого порядка, то есть его АЧХ теоретически имеет спад 24 дБ/окт. ниже частоты настройки.

В последнее время все более широкое применение находит полосовой громкоговоритель (Bandpass). Иногда используют название «громкоговоритель с симметричной нагрузкой». Если закрытый корпус и фазоинвертор – акустические фильтры верхних частот, то полосовой, как и вытекает из названия – объединяет в себе фильтры верхних и нижних частот. Полосовой громкоговоритель (рис. 1, в) состоит из закрытого объема (задней камеры) и второго, снабженного тоннелем, как у обычного фазоинвертора (передняя камера). Динамик установлен в перегородке между камерами так, что обе стороны диффузора работают на полностью или частично замкнутые объемы – отсюда и термин «симметричная нагрузка».

Из традиционных конструкций полосовой громкоговоритель обладает наивысшим к.п.д., хотя импульсные характеристики не самые лучшие, что позволяет успешно использовать это акустическое оформление в сабвуфферах, особенно в автоустановках.

Если теория закрытого корпуса и фазоинвертора давно разработана и успешно работает, то методика расчета полосового громкоговорителя практически отсутствует. Тем не менее, из рис. 1, в следует, что полосовой громкоговоритель представляет собой не что иное как динамик в закрытом корпусе, нагруженный на корпус с фазоинвертором, что позволяет, используя известные методики /1, 2/, рассчитать полосовой громкоговоритель.

При расчете фазоинвертора наиболее важными являются три параметра динамической головки: f_o – резонансная частота в воздухе, Q_о – полная добротность в воздухе, V_э - эквивалентный объем – параметр, характеризующий гибкость подвижной системы головки. Эти параметры приводятся изготовителем, либо измеряются. В случае полосового громкоговорителя представляют интерес параметры системы головка – воздух в объеме камеры. Согласно /1, 2/ резонансная частота головки в камере f_ок:

, (1)

где V₁ - объем задней камеры.

Аналогично, полная добротность головки в камере Q_ок:

. (2)

Отношение гибкостей, а следовательно эквивалентных объемов, головки в воздухе и головки в задней камере обратно пропорциональны квадратам соответствующих резонансных частот:

, (3)

где V_эк - эквивалентный объем системы головка-воздух в камере.

С учетом (1), получаем:

. (4)

Этого достаточно, чтобы используя известную методику расчета фазоинвертора /1, 2/, определить объем передней камеры V₂, частоту настройки фазоинвертора f_ф, а следовательно диаметр d и длину туннеля l.

По изложенной методике был рассчитан и изготовлен сабвуффер, предназначенный для использования в системах домашнего кинотеатра и для поддержки в низкочастотной области малогабаритных акустических систем в Hi-Fi трактах. В устройстве были использованы два малогабаритных отечественных динамика 25ГДН-3 диаметром 12.5 см. Типичные параметры динамика 25ГДН-3 следующие: f_о = 55 Гц, Q_о = 0.4, V_э = 7,5 л. По результатам расчета: V₁ = V₂ = 12 л, f_ф = 55 Гц, d = 6 см, l = 22 см. Корпус сабвуффера изготовлен из MDF плиты толщиной 16 мм, объемы камер частично заполнены звукопоглощающим материалом. Технические характеристики устройства следующие: сопротивление – 8 Ом, номинальная мощность – 30 Вт, паспортная мощность – 50 Вт, диапазон воспроизводимых частот 35-200 Гц, уровень характеристической чувствительности – 91 дБ/м .

Сравнительное прослушивание с профессиональным низкочастотным устройством на основе импортного динамика «Big» диаметром 31.5 см в оформлении фазоинвертор объемом 60 л показало сравнимые уровни чувствительности.

Литература

1. Алдошина И.А., Войшвилло А.Г. Высококачественные акустические системы и излучатели. М.: Радио и связь. 1985. 168 с.

2. Акустика: Справочник. А.П.Епифанов, А.В.Никонов, М.А.Сапожков, В.И.Шоров. Под ред. М.А.Сапожкова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь. 1989. 336 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.И. Застрожнов, О.Ю. Макаров, Е.А. Рогозин,

С.Ю. Рослов, В.А. Хвостов, В.С. Гундарев

КЛАССИФИКАЦИЯ УГРОЗ БЕЗОПАСНОСТИ

ИНФОРМАЦИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ КОММЕРЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ

В статье проведен анализ открытых источников по вопросу классификации угроз безопасности информации при обработке коммерческой тайны. Разработана классификационная схема угроз безопасности информации при обработке коммерческой информации

Основным документом, регулирующим отношения субъектов предпринимательской деятельности в гражданско-правовых и трудовых отношениях по поводу реализации и защиты права на коммерческую тайну, является закон «О коммерческой тайне» /1/. Данный закон устанавливает организационные и технические меры по охране конфиденциальности информации в режиме коммерческой тайны и ответственность должностных лиц за разглашение и несанкционированную передачу этой информации другим лицам, органам государственной власти, иным государственным органам, органам местного самоуправления.

Положения закона «О коммерческой тайне», касающиеся охраны конфиденциальности информации в режиме коммерческой тайны, всецело распространяются при обработке коммерческой информации. В частности, согласно статье 10 закона меры по охране этой информации, принимаемые ее обладателем, должны включать в себя следующие организационные меры:

1) определение перечня информации, составляющей коммерческую тайну;

2) ограничение доступа к информации, составляющей коммерческую тайну, путем установления порядка обращения с этой информацией и контроля за соблюдением такого порядка;

3) учет лиц, получивших доступ к информации, составляющей коммерческую тайну, и (или) лиц, которым такая информация была предоставлена или передана;

4) регулирование отношений по использованию информации, составляющей коммерческую тайну, работниками на основании трудовых договоров и контрагентами на основании гражданско-правовых договоров;

5) нанесение на материальные носители, содержащие информацию, составляющую коммерческую тайну, грифа «Коммерческая тайна» с указанием обладателя этой информации.

Режим коммерческой тайны считается установленным после принятия обладателем информации, составляющей коммерческую тайну, перечисленных выше организационных мер. Наряду с этими мерами обладатель информации вправе применять при необходимости средства и методы технической защиты конфиденциальной информации.

Согласно /2/ техническая защита конфиденциальной информации - защита информации некриптографическими методами, направленными на предотвращение утечки защищаемой информации по техническим каналам, от несанкционированного доступа к ней и от специальных воздействий на информацию в целях ее уничтожения, искажения или блокирования. При этом в соответствии с /3/ для любой информации, включая и конфиденциальную информацию в режиме коммерческой тайны, существуют угрозы безопасности при обработке коммерческой информации, классификационная схема которых приведена на рисунке.

Анализ разработанной классификационной схемы угроз безопасности информации приведенной на рисунке, что для конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны реально существует угроза технической разведки этой информации или, другими словами, угроза утечки информации по техническим каналам. При этом к основным техническим каналам утечки информации (ТКУИ) относятся следующие каналы:

- ТКУИ за счет съема информации, циркулирующей на объектах информатизации (в защищаемых помещениях), средствами акустической и виброакустической разведки;

- ТКУИ за счет съема информации, циркулирующей на объектах информатизации, средствами разведки ПЭМИН.

Классификация угроз безопасности информации

при обработке коммерческой информации

При организации процесса защиты конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН при обработке коммерческой информации целесообразно выполнять общие рекомендации, вытекающие из положений нормативно-методического документа /2/ и состоящие в следующем:

1) уровень технической защиты конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН, а также перечень необходимых мер защиты определяется дифференцировано по результатам обследования объекта информатизации с учетом соотношения затрат на организацию защиты информации и величины ущерба, который может быть нанесен собственнику информационных ресурсов;

2) защита конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН достигается выполнением комплекса организационных мероприятий и применением средств защиты информации (СЗИ) от утечки по данным техническим каналам. Эта защита является составной частью работ по эксплуатации объектов информатизации, а также работ в рамках функционирования системы (подсистемы) защиты информации на объекте информатизации во взаимосвязи с другими мерами по защите информации;

3) перехват конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН может вестись: из-за границы контролируемой зоны (КЗ) из близлежащих строений и транспортных средств; из смежных помещений, принадлежащих другим организациям и расположенных в том же здании, что и объект защиты; при посещении организации посторонними лицами;

4) в качестве аппаратуры перехвата конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН могут использоваться портативные возимые и носимые устройства, размещаемые вблизи объекта защиты либо подключаемые к каналам связи или техническим средствам обработки и передачи информации, а также электронные устройства съема информации внутри или вне защищаемых помещений (ЗП);

5) основное внимание целесообразно уделять защите конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны, в отношении которой угрозы безопасности информации реализуются без применения сложных технических средств, в частности защите речевой информации, циркулирующей в ЗП;

6) разработка мер и обеспечение защиты коммерческой информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН осуществляются подразделениями по защите информации (службами безопасности) или отдельными специалистами, назначаемыми руководителями организаций для проведения таких работ. Разработка мер защиты информации может осуществляться также сторонними организациями, имеющими лицензии на право проведения соответствующих работ;

7) для защиты конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН могут использоваться сертифицированные по требованиям безопасности информации технические СЗИ;

8) объекты информатизации могут быть аттестованы по требованиям безопасности информации в соответствии с нормативными документами ФСТЭК России и требованиями нормативно-методического документа /2/;

9) организация работ по защите конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН может быть возложена на руководителей коммерческих организаций, руководителей подразделений осуществляющих эксплуатацию объектов информатизации, а методическое руководство и контроль за эффективностью предусмотренных мер защиты информации – на руководителей подразделений по защите информации (служб безопасности) организации;

10) ответственность за обеспечение требований по защите конфиденциальной информации в режиме коммерческой тайны от утечки по акустическим и виброакустическим каналам и каналам ПЭМИН целесообразно возложить на руководителей организаций и (или) эксплуатирующих объекты информатизации при выполнении этих работ.

Таким образом, разработанная классификационная схема угроз безопасности информации позволяет сформировать требования к КТСрЗИ при разработке систем информационной безопасности в АС.

Литература

1. Федеральный закон Российской Федерации от 29 июля 2004 г. № 98-ФЗ «О коммерческой тайне».

2. Нормативно-методический документ «Специальные требования и рекомендации по технической защите конфиденциальной информации (СТР-К)». – М.: 2002. 80 с. (Документ утвержден приказом Гостехкомиссии России от 30 августа 2002 г. № 282).

3. ГОСТ Р 51275-99. Защита информации. Объект информатизации. Факторы, воздействующие на информацию. Общие положения.

Воронежское военно-техническое училище ФСО России

УДК 621.3

А.В. Тюхов

К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПСЗИ

ПРИ ИХ СЕРТИФИКАЦИИ

В статье проведен анализ существующего методического аппарата проведения сертификационных испытаний ПСЗИ. Разработаны предложения по совершенствованию существующих методик сертификационных испытаний ПСЗИ в плане проведения динамического анализа процесса функционирования этих систем, основанного на количественной оценке их эффективности

Одним из актуальных аспектов повышения защищенности существующих АС является использование сертифицированных средств защиты в составе комплекса средств защиты информации. Таким образом, этап сертификации, содержащий соответствующие испытания, проверки и исследования, обязательно должен входить в число работ при создании ПО АС.

Анализ /1/ показал, что в настоящее время установлены основные принципы, организационная структура системы обязательной сертификации средств защиты информации, порядок проведения сертификации этих средств защиты по требованиям безопасности информации, регламентирующих качественные и количественные критерии безопасности информации и нормы эффективности ее защиты. Испытания сертифицируемых средств защиты информации проводятся в испытательных центрах (лабораториях). В положении /1/ определена роль испытательных центров (лаборатории) в пределах установленной области аккредитации, которые:

• разрабатывают, утверждают программы и методики проведения сертификационных испытаний (при необходимости);

• осуществляют отбор образцов СЗИ - ГТ для проведения сертификационных испытаний;

• осуществляют сертификационные и инспекционные испытания СЗИ - ГТ, оформляют технические заключения и протоколы сертификационных испытаний;

• обеспечивают полноту испытаний СЗИ - ГТ, достоверность, объективность и требуемую точность измерений, своевременную поверку средств измерений и аттестацию испытательного оборудования;

• обеспечивают сохранность образцов СЗИ - ГТ;

• обеспечивают конфиденциальность информации.

Одним из важных моментов при сертификации СЗИ является разработка программы испытаний, как организационно-методического документа, обязательного к выполнению, устанавливающего объект и цели испытаний, виды, последовательность и объем проводимых экспериментов, порядок, условия, место и сроки проведения испытаний, обеспечение и отчетность по ним, а также ответственность за обеспечение и проведение.

Программа и методики подвергаются обязательной экспертизе на предмет подтверждения полноты, достаточности и оценке возможности получения достоверных результатов. В программе также определены требования к полноте документации, предъявляемые на испытания, а также средства, порядок и методы испытаний.

Как показывает анализ существующих программ и методик сертификационных испытаний ПСЗИ их целью является проверка:

1. комплектности образца;

2. комплектности и качества эксплуатационной документации;

3. соответствия ПСЗИ требованиям руководящих документов и тактико-техническим заданием (ТТЗ);

4. правильности функционирования ПСЗИ;

5. полноты выполнения требований функционального назначения ПСЗИ.

В тоже время пункт 3.6 Руководящего документа ФСТЭК России /2/ гласит, что неотъемлемой частью работ по защите является оценка эффективности средств защиты, осуществляемая по методике, учитывающей всю совокупность технических характеристик оцениваемого объекта, включая технические решения и практическую реализацию средств защиты.

В соответствии с современной теорией оценки эффективности сложных систем, качество любого объекта, в том числе и ПСЗИ, проявляется лишь в процессе его использования по назначению (целевое функционирование), поэтому наиболее объективным является оценивание этих систем по эффективности применения.

Таким образом, в качестве проверяемых характеристик в программе и методике испытаний принимаются основные функции, выполняемые компонентами ПСЗИ в соответствии с ТТЗ. Для проведения испытаний ПСЗИ определяются требования к техническим средствам и программному обеспечению стенда испытаний.

Проверка правильности функционирования ПСЗИ осуществляется во время проверки полноты выполнения функций ПСЗИ в соответствии с требованиями ТТЗ. Характеристики качества программных изделий задаются в техническом задании на изделие и должны соответствовать стандарту ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 /3/. Оценка качества программных средств по показателям проводится в соответствии с ГОСТ 28195-89 /4/. Проверка считается успешной, если функции ПСЗИ выполняются без сбоев и отказов. Также проводятся проверки по выявлению ошибок и программных закладок путем статического и динамического анализа исходных текстов программ, дизассемблирования (декомпилирования) исполняемых модулей программ, статического и динамического анализа исполняемых модулей программ, в заключении проводится оценка результатов проверок.

Однако следует отметить существующие недостатки при проведении сертификационных испытаний ПСЗИ:

1. В настоящее время у сертификационных лабораторий (центров) отсутствует единая методика проверки средств защиты информации. Это означает, что, несмотря на наличие одинаковых сертификатов, тестирование может проводиться по-разному.

2. Программные средства подвержены постоянной модификации в связи с выявляемыми ошибками. В то же время отсутствует возможность частичной ресертификации изделия при внесении в него изменений. Нужно проводить все заново. Это приводит к тому, что у сертификата - отдельная жизнь, а у программных продуктов - своя.

3. Тестирование ПСЗИ на недокументированные возможности (НДВ) – отдельная непростая задача.

Таким образом, в отношении ПСЗИ на этапе их сертификации должны решаться три основные задачи /5-9/: исследования и контроль отсутствия недекларированных возможностей, проверка на соответствие реальных и декларируемых функций, проверка защитных функций ПСЗИ и оценка класса защищенности АС (СВТ) в соответствии с Руководящими документами ФСТЭК России.

В качестве показателей эффективности защиты информации используются качественные оценки соответствия требованиям заданного класса защищенности КСЗ типовой системы ПСЗИ. В процессе испытаний, при необходимости, проводится декомпозиция показателей защищенности на элементы. По результатам всех этапов производится сопоставление фактических характеристик КСЗ системы требованиям определенного класса защищенности. В случае если на всех этапах оценки эффективности КСЗ проверка осуществилась успешно, делается вывод о соответствии системы с КСЗ от НСД требованиям данного класса защищенности /6-9/.

По результатам оценки составляется техническое заключение, в котором излагаются /1/:

• описание комплекса средств защиты;

• оценка класса защищенности в соответствии с заданными показателями;

• наличие и соответствие дополнительных требований;

• аргументация данной оценки: объяснение соответствия КСЗ требованиям данных показателей, посредством каких средств обеспечивается выполнение каждого требования;

• описание испытаний, которым подвергалось ПО (с указанием состава технических и программных средств);

• вывод о соответствии ПО АС и ПСЗИ соответствующему классу защищенности;

• другие положения и выводы, необходимые по мнению экспертов оценочной комиссии.

Таким образом, вышеизложенное позволяет сделать вывод, что в настоящее время при сертификации ПСЗИ определяется лишь показатель эффективности ПСЗИ – «функциональность», который определяет полноту выполнения требований функционального назначения ПСЗИ. В тоже время опыт эксплуатации защищенных АС показывает, что «функциональность» не определяет всех потребительских свойств ПСЗИ, так как на данном этапе носит качественный характер и не дает возможности проведения анализа динамических свойств ПСЗИ. Это требует доработки существующих методик и введения нового количественного показателя эффективности при сертификации ПСЗИ (количественная сертификация), который позволит провести динамический анализ этих систем и комплексную оценку параметров и характеристик ПСЗИ на этапе их сертификации.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что основным направлением совершенствования рассмотренного процесса сертификационных испытаний является разработка методик оценки количественных показателей ПСЗИ, оценивающих степень выполнения функций, соответствия требованиям и правильности результатов исследований и тестов, а также исследования поведения ПСЗИ в динамике их функционирования. Для решения этой сложной задачи необходимо разработать новые методики сертификационных исследований, основанные комплексной оценке эффективности ПСЗИ. Поэтому при проведении сертификационных испытаний предлагается оценивать качество функционирования ПСЗИ с помощью системы количественных и качественных критериев, содержащих интегральный критерий и ряд элементарных критериев: функциональность, адекватность функционирования, временную агрессивность функционирования, ресурсную агрессивность функционирования, функциональную агрессивность функционирования и удобство использования /10/.

Для ответа на вопрос, в какой мере система защиты информации обеспечивает требуемый уровень безопасности, необходимо оценивать эффективность ПСЗИ показателями, носящими вероятностный характер, что требует разработки соответствующих математических моделей и алгоритмов. Совершенствование нормативной базы, методического обеспечения в области информационной безопасности должно происходить, прежде всего, в этом направлении. Результаты оценки эффективности систем защиты информации могут быть получены только на основе системного подхода, более того, его обязательность прямо вытекает из ГОСТ Р50922-96. Таким образом, количественная оценка эффективности ПСЗИ требует больших усилий, чем существующие качественные методы. Однако и отдача, прежде всего экономическая, будет намного весомее, а интересы, как заказчика, так и разработчика ПСЗИ, будут защищены более надежно.