Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебники 60310.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
14.27 Mб
Скачать

ГОУВПО ”Воронежский государственный

технический университет”

ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА

ПРИБОРОВ, УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ

Межвузовский сборник научных трудов

Воронеж 2010

УДК 621. 396. 6: 621. 315. 616. 97: 658:562

Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ГОУВПО “Воронежский государственный технический университет”, 2010. 270 с.

В межвузовском сборнике научных трудов представлены статьи, посвященные вопросам анализа и прогнозирования надёжности и качества приборов, устройств и технических систем, применению математического моделирования в оптимальном проектировании приборов и устройств различного назначения, физико-технологическим аспектам повышения надёжности промышленных изделий. Материалы сборника соответствуют научному направлению “Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приёма, обработки и защиты информации” и перечню Критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.

Сборник предназначен для аспирантов и научных сотрудников.

Сборник подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD, содержится в файле Сборник КИПРА 2010.doc, объем файла 15 Mb.

Редакционная коллегия:

А.В. Муратов - д-р техн. наук, проф. - ответственный редактор,

Воронежский государственный технический университет;

О.Ю. Макаров - д-р техн. наук, проф. - зам. ответственного редактора, Воронежский государственный технический университет;

П.П. Чураков - д-р техн. наук, проф., Пензенский государственный

университет;

В.Г. Керков - канд. техн. наук, доц., Федеральный государственный научно-исследовательский и испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности;

А.А. Чаплыгин – канд. техн. наук, ОАО «Концерн «Созвездие»»;

С.Д. Кретов - канд. техн. наук, доц. - технический редактор,

Воронежский государственный технический университет;

О.В. Урминская - ответственный секретарь, Воронежский государственный технический университет

Рецензенты: кафедра информационно-технического обеспечения органов внутренних дел Воронежского института МВД России (нач. кафедры д-р техн. наук, проф. В.И. Сумин);

д-р техн. наук, проф. В.М. Питолин.

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© Коллектив авторов, 2010

© Оформление. ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010

Введение

Обеспечение надежности и качества радиоэлектронных устройств и комплексов, сложных радиотехнических и телекоммуникационных систем, повышение безотказности и эффективности их функционирования является одной из важнейших задач их проектирования, во многом определяющей области их применения и степень конкурентоспособности.

В статьях, представленных в данном сборнике, рассматривается широкий круг вопросов, связанных с обеспечением и методами повышения качества, надежности и технического уровня радиоэлектронных устройств, технических комплексов, информационных систем на этапах их проектирования, производства и эксплуатации, постановка и методы решения связанных с этим задач.

Опубликованные работы выполнены на базе исследований в области надежности, создания методов построения и проектирования надежных устройств, приборов и систем, анализа показателей качества технических устройств и программно-технических комплексов и систем, разработки новых качественных материалов и технологических процессов.

УДК 681.3

О.Ю. Макаров, В.А. Муратов, И.А. Новикова

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛА

В ПРОВОДНИКАХ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Рассмотрены методы расчета задержки сигнала в проводниках с диэлектрической изоляцией на ЭВМ

С увеличением степени интеграции элементной базы РЭС все в большей степени приходится считаться с тем, что проводники, соединяющие элементы, имеют резистивные и емкостные паразитные параметры, которые вносят значительные временные задержки в распространение сигналов в них. Таким образом, среди различного рода задержек сигнала, определяющих быстродействие РЭС, с уменьшением размеров элементов значительную роль начинает играть задержка в межсоединениях. В идеальном случае назначение проводника состоит в том, чтобы обеспечить равенство потенциалов в двух или более точках. Однако в структурах со сравнительно малой площадью, например ИС, ГИС, МСБ, печатные платы с высокой плотностью монтажа, это требование выполняется только приближенно, что объясняется наличием у проводников сопротивления, паразитной емкости и паразитной индуктивности. На рис. 1а и рис. 1б показаны две типичные для микроэлектронных устройств (ИС, БИС, многокристальные модули) формы соединительных проводников. На рис. 1а представлено поперечное сечение проводника микрополосковой линии, изолированного диэлектриком, а на рис. 1б - сечение проводника, образованного диффузионным слоем с изоляцией за счет p-n перехода.

Для обеих структур, показанных на рис. 1, методика расчета характеристик передачи сигнала аналогична методике, применяемой в случае микрополосковых линий. Вместе с тем здесь место имеет ряд обстоятельств, на которые должно быть обращено внимание. Действительно, межсоединения в ИС имеют не только прямолинейную, но криволинейную геометрию, сопротивление межсоединений зависит от удельного сопротивления материала проводников, причем их активная составляющая играет большую роль по сравнению с индуктивной. При наличии паразитной емкости (рис. 1б) характеристики оказываются нелинейными; проводники во многих случаях оказываются нагруженными отнюдь не на характеристическое сопротивление, а на несогласованную нагрузку.

а б

Рис. 1. Сечения соединительных проводников: а - проводник с диэлектрической изоляцией; б - проводник с изоляцией за счет p-n перехода

Рассмотрим модель линии передачи. Для обеих структур, показанных на рис. 1, методика расчета характеристик передачи сигнала аналогична методике, применяемой в случае микрополосковых линий. Вместе с тем здесь место имеет ряд обстоятельств, на которые должно быть обращено внимание. Действительно, межсоединения в ИС имеют не только прямолинейную, но криволинейную геометрию, сопротивление межсоединений зависит от удельного сопротивления материала проводников, причем их активная составляющая играет большую роль по сравнению с индуктивной. При наличие паразитной емкости (рис. 1б) характеристики оказываются нелинейными; проводники во многих случаях оказываются нагруженными отнюдь не на характеристическое сопротивление, а на несогласованную нагрузку с распределенными RC-постоянными, являющуюся средством оценки основополагающей характеристики передачи сигнала-времени задержки. Модель линии передачи с распределенными RC-постоянными позволяет представить такого рода проводники эквивалентной схемой с распределенными последовательными сопротивлениями и параллельными емкостями (рис. 2а). На рис. 2б показан способ представления схемы (рис. 2а) в символах, отображающий распределенный характер постоянных. Через R и C на рис. 2б обозначено паразитное последовательное сопротивление и параллельная емкость.

Уравнения, характеризующие работу линии с распределенными RC-постоянными, аналогичны уравнениям, описывающим процессы диффузии и теплопроводности.

Обозначив сопротивление и емкость, приходящейся на единицу длины линии, через R0 и C0 соответственно, можно записать

2v/x2- R0C0 v/t=0, (1)

где v- напряжение в линиях в точке х в момент времени t.

Решив уравнение, описывающее отклик линии (рис. 2) на входное воздействие при холостом ходе на выходе (в частной области), получаем зависимость

А(j)=sec(jRC). (2)

Соответствующий отклик на ступенчатое (единичное) воздействие можно представить в следующем виде

. (3)

Реально достаточно точное приближение можно получить, ограничившись несколькими первыми членами ряда в выражении (3). Аппроксимировав выражение (2) с использованием произведения конечного числа сомножителей, для отклика на ступенчатое воздействие получим выражение

. (4)

Откуда может быть получено следующее приближенное соотношение

(5)

Для оценки характеристики передачи сигнала собственно в проводнике можно использовать аналитические решения типа (3) или (5) и соответствующие приближенные формулы. Однако при анализе приближенных схем, содержащих и другие элементы желательно использовать приближенное представление линии посредством эквивалентной схемы сосредоточенными постоянными. Дело в том, что в моделирующих схемах программы, которые, как правило, находят применение при проектировании БИС, не редко рассматриваются только элементы сосредоточенными постоянными. Для этого обычно производят переход от линии с распределенными RC-постоянными к лестничной RC-схеме, состоящей из нескольких звеньев. Количество звеньев схемы определяется как компромисс между требованиями к необходимой точности и к простоте и легкости вычисления. Достаточным можно считать такое количество звеньев, при котором погрешность расчета постоянной времени RC каждого звена отличается не более чем на 10 % от времени задержки соответствующего реального участка линии.

а

б

Рис. 2. Модель линии передачи с распределенными RC - постоянными: а - представление в виде лестничной схемы с дискретными RC - постоянными; б - представление в виде схемы с распределенными RC - постоянными

Для материалов, применяемых при изготовлении проводников и имеющих высокую температуру плавления, рассмотренная выше RC-модель линии во многих случаях оказывается вполне достаточной. Однако металлы с низкой температурой плавления нередко имеют низкое удельное сопротивление, и на время задержки в проводнике начинает оказывать влияние индуктивность в линии. Это влиянием можно не учитывать, если полное сопротивление LС-линии, определяемое как (L/C)1./2, значительно меньше активной составляющей R, а время задержки в RC-линии значительно меньше постоянной времени RC. В этом случае наличие L не приводит к слишком большим отклонениям времени задержки от среднего значения. Это означает, что влияние индуктивности линии будет меняться, например, в зависимости от значения порогового напряжения подключенного к ней транзистора.

Сопротивление проводника, показанного на рис. 1а, может быть рассчитано непосредственно, исходя из его геометрических параметров (рис. 3) и величины удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен, по следующей формуле

, (6)

где  - удельное сопротивление материала.

Значения удельного сопротивления, определяется условиями изготовления проводника, и, поскольку длина проводника практически имеет очень слабую корреляцию с его шириной W, его сопротивление в данном случае можно приблизительно рассчитать по следующей формуле

, (7)

г де  - поверхностное сопротивление, соответствующее величине /t в формуле (6).

а б

Рис. 3. Основные размеры соединительных проводников: а - проводник с диэлектрической изоляцией; б - проводник с изоляцией за счет p-n- перехода

Наиболее простой метод расчета паразитной емкости проводника с учетом его геометрических параметров (рис. 3) предусматривает использование модели конденсатора с плоско-параллельными пластинами. В этом случае емкость можно рассчитать по следующей формуле:

. (8)

Среди экспериментально-аналитических методов расчетов паразитных емкостей и индуктивностей также известны методы, разработанные для случая микрополосковых линий. Для проводника с сечением, показанным на рис. 2-б паразитная емкость и индуктивность могут быть рассчитаны по следующим приближенным формулам:

, W>>tox. (9)

, h=tox+tsj. (10)

На основе рассмотренных моделей разработана программа расчета задержки сигнала в проводниках с диэлектрической изоляцией

Работа с программой осуществляется в следующем порядке.

После запуска программы "Project1" появляется форма, на которой можно выделить 4 панели:

- "Результаты", в которой выводятся значения емкости и сопротивления проводника.

- Поле данных, где вводятся значения параметров проводника.

- Наглядное изображение рассчитываемой системы.

- Поле графика.

Затем пользователю необходимо выполнить следующую последовательность действий:

  1. Ввести значения параметров системы: длина, ширина, расстояние до противолежащего проводника, толщина, удельное сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

  2. Рассчитать емкость и сопротивление проводника с помощью нажатия кнопки "Расчет" в главном меню и "Расчет сигнала". На панели "Результаты" появятся значения емкости и сопротивления.

  3. Для вывода на экран графика выбрать в главном меню "Файл" пункт "Рисовать график". После этого на поле графика появится изображение единичного воздействия.

Для вывода на поле графика уровней 0,1 и 0,9 необходимо нажать кнопку "Показать уровни 0,1 и 0,9" на панели "Результаты". Под графиком сигнала появятся значения моментов времени при достижении сигналом заданных уровней, а также время задержки dt.

При необходимости можно получить промежуточные значения сигнала в любой момент времени с помощью перемещения курсора мыши по полю графика. При этом в верхней части поля графика появятся значения отклика на единичное воздействие (V) и момент времени, соответствующему этому значению (t).

Литература

1. Проектирование СБИС: Пер. с япон. / М. Ватанабэ, К. Асада, К. Кани, Т. Ацуки. - М.: Мир, 1988.-304 с.

2. Компьютеры на СБИС: в 2-х кн. Кн. 2: Пер. с япон. Т. Мотоока, Х. Хорикоси, М. Сикаути и др. - М.: Мир, 1988.

3. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. М.: Высш. шк., 1989. 312 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.С. Ващенко, Л.Н. Никитин

ЗВУКОВОЙ МИКШЕРСКИЙ ПУЛЬТ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ СТУДИИ ЗВУКОЗАПИСИ

Устройство позволяет решать основные проблемы коммутации в домашней студии звукозаписи

Многие музыканты рано или поздно начинают задумываться о записи в студии. После покупки профессиональной звуковой стерео карты многие сталкиваются с проблемой коммутации звукового тракта.

В данной статье описывается прибор представляющий функционально законченное изделие, которое облегчает работу в домашней студии звукозаписи и решает проблемы коммутации.

Из неудобств, с которыми сталкивается большинство пользователей, можно отнести нехватку входных разъемов для дополнительных источников звука; неудобство смены дополнительных источников звука, если звуковая карта подключается в PCI слот; далеко не все звуковые карты имеют фантомное питание для конденсаторных микрофонов. А также в отличие от микшерского пульта, звуковую карту нельзя использовать без ПЭВМ.

Современные микшерские пульты имеют в своем комплекте процессор эффектов. Но при такой относительно дешевой стоимости микшера, ожидать от процессора высокого качества бессмысленно. Встроенный процессор иной раз выдает совершенно немыслимые обработки. Для обработки сигнала эффектами лучше использовать звуковую карту, и производить обработку на ПЭВМ.

Разработанный микшерский пульт является удобным вспомогательным устройством для решения коммутационных задач, которое обеспечивает необходимую маршрутизацию и студийный мониторинг. Микшер имеет 6 каналов, из них 2 микрофонных канала и 4 линейных. Такое количество каналов является оптимальным для домашней студии.

Одним из больших плюсов, который добавляет удобства в работе с микшером, является управление каналами по громкости с помощью фейдеров (регулятор уровня сигнала движкового типа), что дает возможность визуально видеть какой канал задействован. Индикатор уровня сигнала состоит из 24 светодиодов, что позволяет следить за уровнем в диапазоне от -30 дБ до +20 дБ.

Звуковой сигнал подается на любой из шести входов микшерского пульта и усиливается предварительным усилителем. Микрофонные каналы имеют балансный предварительный усилитель, предназначенный для снижения уровня помех. Для этого используются симметричные кабели и микрофонные разъемы типа XLR. Смысл симметричных линий в том, что они подавляют шумы, и делают это очень хорошо. Любой отрезок провода является антенной, принимающее хаотическое электромагнитное излучение. Выходной сигнал большинства микрофонов очень слаб, поэтому даже незначительные помехи для них будут относительно серьезными, а после прохождения предварительного усилителя микшера усилятся до опасной степени. В балансном предварительном усилителе фаза одного сигнала реверсируется на приемном конце линии, а другого остается неизменной. В результате этого звуковые сигналы становятся синфазными, а накладываемые помехи рассинхронизируются по фазе и поглощаются.

Высокие параметры предварительного усилителя достигаются за счет применения высококачественных малошумящих транзисторов 2N4401 и BC640 и малошумящих операционных усилителей NJM4580.

Микрофонные входы имеют возможность подключения конденсаторных микрофонов, для которых предусмотрена подача стабилизированного фантомного питания +48 В.

Каждый канал микшера имеет трехполосный эквалайзер с глубиной регулировок ±15 дБ. Регуляторам НЧ, СЧ и ВЧ соответствуют частоты: 80 Гц, 2,5 кГц и 12 кГц. Когда входной сигнал достигает уровня на 3 дБ ниже уровня перегрузки, срабатывает индикатор пикового значения.

Помимо четырех линейных входов образующих стереопары, есть линейный стерео вход, который не подвергается частотной коррекции и не имеет ручек регулировки. Этот разъем предназначен для подключения звукового стерео источника (например СD-плеера).

Еще одним достоинством разработанного микшера является несвойственное другим моделям подобного класса, присутствие кнопок индивидуального прослушивания любого из каналов.

В микшере имеются главный выход, выход на мониторы, и наушники, а также присутствует цепь разрыва «посыл/ возврат», предназначенная для подключения какого-либо внешнего эффекта в цепь разрыва. С помощью соответствующих ручек регулировки по отдельной шине происходит подмешивание сигнала обработанного эффектом к основному сигналу.

Конструкция звукового микшера представлена на рис. 1. На передней панели микшера (рис. 1а) располагаются все органы управления, за исключением разъема и выключателя питания, которые в свою очередь располагаются на задней стенке корпуса (рис. 1в).

Все разъемы, предназначенные для коммутации звукового тракта, располагаются в верхней части микшера. В средней части находятся органы управления частотной коррекцией, панорамы, и уровня сигнала подаваемого на внешний эффект. Также в средней части передней панели микшера находится индикатор уровня сигнала. В нижней части микшера располагаются регуляторы уровня сигнала, и кнопки индивидуального прослушивания каждого канала.

а) вид сверху; б) вид с боку; в) вид сзади

Рис. 1. Внешний вид звукового микшерского пульта

Конструктивно корпус микшера состоит из основания и крышки. Для обеспечения достаточной защиты от механических воздействий, корпус устройства изготавливается из алюминиевого сплава Д16 толщиной 1 мм методом гибки. Металлический корпус является экраном от внешних наводок и помех.

Наиболее теплонагруженными элементами микшера являются стабилизаторы напряжения, поэтому для отвода тепла к ним прикрепляется угловой пластинчатый радиатор. Для улучшения теплопроводности между тепловыделяющими элементами и радиатором нанесена паста КПТ-8.

Печатная плата закрепляется на крышке корпуса с помощью винтов прикрученных к стойкам, а так же с помощью элементов крепления разъемов. Это обуславливает достаточно прочное закрепление платы внутри корпуса.

Литература

1. Филин А. Микшер – звуковой пульт: микшерный или микшерский? / – Электрон. дан. – Режим доступа:

http://www.promopush.ru/articles/52-theory/129-mixer.

2. Руководство к микшеру Yamaha MG8/2FX. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.attrade.ru/cat_files/mg82fx_ru_om_a0.pdf.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.37

А.В. Башкиров, Ю.В. Дьячков, М.А. Ромащенко, И.В. Остроумов

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]