3520

Решения задач распространения радиоволн актуальны как в инженерной практике, так и в научной деятельности. Данные решения востребованы в задачах радиосвязи и проектирования радиосетей, радиопеленгации, электромагнитной совместимости и технической защиты информации. Наиболее интересны решения применительно к городским условиям. Особенно актуальны реализации решений таких задач в системах автоматизированного проектирования.

Наиболее целесообразно строить эту модель на базе теории геометрической оптики и универсальной теории дифракции. Физические основы для построения моделей заложены в [1]. Расчѐт поля состоит из двух квазинезависимых этапов: трассировка лучей и расчѐт поля. Смысл трассировки

– построение геометрического пути для лучей, передающих энергию от излучателя (передающей антенны) к контрольной точке (приѐмной антенны).

Метод SBR, используемый в известных программных продуктах, предусматривает построения семейства лучей с заданным угловым шагом излучателя во всех направлениях. Их траектории прослеживаются с учѐтом различных преобразований (отражения R, преломления T и дифракции D), тривиальные примеры которых приведены на рис. 1. Еѐ практическая реализация описана в [2]. Модель SBR в силу своего принципа дискретизации лучей в ряде случаев может давать ошибки при расчѐте траекторий и нуждается в уточнении по средствам уменьшения шага, что в свою очередь значительно увеличивает время вычислений.

Предлагаемый подход предусматривает определение лучевых трасс непосредственно из исходных данных (координат передающей и приѐмной антенны, координат препятствий, аппроксимируемых полигонами) без дискретизации лучей. А результатом являются координаты точек различных преобразований.

В таком случае расчѐт лучевых трасс сводится к следующим действиям:

1)Генерация модели поиска;

2)Генерация последовательности преобразующих объектов

3)Расчѐт координат точек преобразования;

4)Проверка на непротиворечивость.

Вариация данного подхода уже применялась в работе [3].

Модель поиска – список преобразований луча, каждый из которых может реализоваться на некоторых препятствиях, простейшей моделью является прямой луч. Прочие модели можно

генерировать, записав последовательно все входящие преобразования последовательно (например RRD – первичная модель) и взяв для неѐ все возможные перестановки, см. табл. 1. Сложность рассматриваемых цепочек должна быть ограничена.

После генерации модели преобразований производится поиск трасс для каждой модели на всех возможных преградах. Для отражений и преломлений порождающими преградами являются поверхности, для дифракций – рѐбра и вершины. Таким образом, для определения всех трасс с однократным отражением (преломлением) существует число вариантов равное числу плоскостей (N). При многократных отражениях (отражениях и преломлениях) предельное число вариантов препятствий можно оценить, как Nr+t. Аналогичные рассуждения относятся и множественным дифракциям на M рѐбрах: Md. Расчѐт координат производится с использованием формул аналитической геометрии или путѐм решения систем нелинейных уравнений.

Рис. 1. Примеры трассировки лучей

После его завершения производится проверка решения на непротиворечивость. Все их можно обобщить двумя методами: проверка принадлежности точки преобразующему объекту и проверка луча на отсутствие пересечений с другими объектами. Верным решением являются только непротиворечивые трассы.

В качестве примера рассмотрим 2D трассировку лучей в квадрате с периметром ABCD. В табл. 1 выделены те, которые реализуются в данных условиях. В табл. 2 перечислены цепочки препятствий, которые были проанализированы. Результат анализа приведѐн на рис. 2. Для цепочек

ACB и DAB трасс, включающих три отражения не существует.

6

Таблица 1 Модели поиска лучевых трасс при длине цепочки от

0 до 3

Таблица 2 Некоторые последовательности препятствий

для поиска на рис. 2

Вданном примере все расчѐты были проделаны

вручную, но представленный алгоритм предусматривает программную реализацию. Для этого наиболее целесообразно использовать кроссплатформенную систему программирования Qt Creator, основанную на языке C++ и поддерживающую графические библиотеки OpenGL.

Предложенный подход позволяет решать задачи трассировки отражѐнных и преломлѐнных лучей, лучей после дифракции в рамках теории геометрической оптики и теории дифракции. Они является альтернативой используемому в современных САПР методу SBR. Их развитие и

реализация позволит уменьшить затраты памяти, увеличить быстродействие и избежать некоторых ошибок, возникающих при использовании SBR. Однако для реализации полноценного программного продукта необходимо дополнить данные алгоритмы

иполучить метод трассировки лучей по комбинированным моделям с достаточно большим числом преобразований. Существующие алгоритмы позволяют рассчитывать трассы с одной дифракцией

ипроизвольным числом отражений или одним преломлением и произвольным числом отражений для случая точной трассировки преломлѐнного луча, или с одной дифракцией и произвольным числом отражений и преломлений для случая асимптотической трассировки преломлѐнного луча.

Литература

1.C. Balanis. Advanced Engineering Electromagnetics. New York: Wiley, 1989.

2.C. Yang, B. Wu, C. Ko, A ray-tracing method for modeling indoor wave propagation and penetration IEEE Transactions on Antennas and Propagation, June 1998 vol. 46, pp. 907-919.

3.Панычев А.И. Алгоритм трехмерной трассировки радиоволн локальной беспроводной сети // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 11 (136). – С. 3141.

4.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров под ред. И.Г. Араманович, Л.Я. Цлаф. М.: «Наука», 1970 – 720 с

Введение. Конструктивно-технологический базис КМОП-приборов составляет доминирующую часть мирового производства полупроводниковых изделий [1]. Параметры логических элементов зависят от технологии их производства, а результирующие показатели и характеристики реализованных цифровых устройств в итоге могут существенно отличаться в зависимости от применѐнного технологического базиса. Среди субмикронных технологий различают, в частности, глубоко субмикронные технологии. В них реализуют МОПТ с длиной канала Lс ≤ 0.18 мкм, в глубоко субмикронных МОПТ проявляются качественно новые закономерности переноса носителей в канале, вызванные значительным возрастанием напряжѐнности поперечного и продольного электрических полей [1]. Среди

минимальный размер элементов меньше 100 нм [2]. Как зависят параметры цифровых ячеек от субмикронных, от глубоко субмикронных технологий, от нано технологий, в которых они реализованы? Эта задача в литературе освещена недостаточно. Параметры, подчеркнѐм, множества цифровых ячеек необходимы для создания новых, обычно, не дешѐвых библиотек и/или (в зависимости от ранее достигнутых результатов анализа ряда цифровых ячеек) расширения имеющихся библиотек для моделирования и синтезирования проектов изделий потребителями, закупающими определѐнную библиотеку. В работе [2] дана оценка влияния субмикронных технологий xc10, xc08, xc06, xh035 на основные параметры цифровой ячейки 2И-НЕ при проектировании в автоматизированной среде Cadence. Техническое требование достижения дальнейшего увеличения плотности упаковки, повышения быстродействия, минимизации размеров, снижения потребляемой мощности цифровых устройств, реализуемых в системе на кристалле, приводит к необходимости уменьшения проектных норм КМОП-транзисторов. Далее определены значения параметров КМОП- транзистор-ной ячейки 2И-НЕ, выполненной в технологиях SOI_025, XC018, GPDK090, GPDK045.

Реализация задачи. Один из возможных вариантов схемы электрической принципиальной, реализующей логическую операцию 2И-НЕ, приведен на рис. 1. Для построения топологии цифровой ячейки 2И-НЕ создан библиотечный элемент в технологических базисах 0.25 мкм, 0.18 мкм, 90 нм, 45 нм.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема цифровой ячейки 2И-НЕ.

На рис. 2 представлены топологии цифровой ячейки 2И-НЕ, выполненной в различных технологических базисах.

выполненных по субмикронной и нано-технологиям: а) базис 0.25 мкм; б) базис 0.18 мкм; в) базис 100 нм; г) базис 45 нм.

Технологический базис GPDK090 использовался на основании лицензии [3]. Минимальные размеры длины (L), ширины (Wmin)

каналов, их площади (SGATE) и периметры (PGATE),а также площади(Scell) и периметры (Рcell) ячеек 2И-

НЕ, выполненных по технологиям 0.25мкм, 0.18мкм, 90нм и 45 нм, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры размеров транзисторов, площадь и

периметр цифровой ячейки для ряда технологий

Измерение времени задержки, времени нарастания{Tr(Risetransition)} и времени спада {Tf (Falltransition)} определяются [4] по уровням 10% и 90% амплитуд сигнала путѐм моделирования в системе Spectre. На входы in1 и in2 ячейки 2И-НЕ подключаются генераторы прямоугольных импульсов, на выход ―out‖ устанавливается в качестве нагрузки аналогичная ячейка (рис. 3).

Рис.3. Схема системы моделирования входных и выходных сигналов.

Электрическая схема цифровой ячейки 2И-НЕ состоит из двух р-МОП транзисторов и двух n-МОП транзисторов, поэтому затворная ѐмкость находится

перехода,V – напряжение питания, равное 1 В; Сj, СjSW – удельные емкости по площади и периметру соответственно; РВ, Mj, MjSW– коэффициенты.

Общая ѐмкость затвора разветвления по выходу всей ячейки [5] равна общей ѐмкости затворов и определяется по формуле

(3)

где СGSO, CGDO– емкости перекрытия каналов. Результаты расчетов по формулам ((1) – (3))

приведены в табл.2.

Таблица 2 Результаты вычислений параметров цифровой

ячейки 2И-НЕ.

Выводы.* С уменьшением топологических норм проектирования, прежде всего, уменьшается площадь ячейки в 30 раз, а, следовательно, уменьшается и площадь кристалла. Паразитные емкости уменьшаются.

*С уменьшением длины каналов от 0.25 мкм до 45 нм КМОП-транзисторов ѐмкость p-n-перехода уменьшается почти в 59 раз. Это объясняется тем, что уменьшение длины каналов влечѐт одновременно незначительное уменьшение

удельных емкостей в 4 раза по параметру Cj и в 2.5

раза по параметру Cjswи существенное уменьшение размеров площади p-n-перехода от 0.12 мкм2 до

0.0054 мкм2.

*При изменении длины канала от 0.25 мкм до 45 нм КМОП-транзисторов и переходе при этом на соответствующую технологию ѐмкость затвора уменьшается в 6.5 раз. Объяснить это можно тем, что удельная ѐмкость с уменьшением размера канала увеличивается (от 4.14 мФ для технологии 0.25мкми до 14.7 мФ для технологии 45нм) практически в 3.5 раза.

*С уменьшением проектных норм время задержки и время нарастания выходного сигнала цифровой ячейки уменьшается в 7.15 и в 1.6 раз соответственно.

Литература 1.Красников Г.Я. Конструктивно-технологические

особенности субмикронных МОП-транзисторов. В 2- хчастях, часть 1.М.:Изд-во Техносфера. 2002.

2.Тимохин Е.П., Мушта А.И. // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. Т. 3. №4. С. 168.

3.University software license and maintenance argeement. Argeement №: МКСLMA / VST / 1210.

Dateofargeement: December 8, 2010.

4.Лосев В.В., Швец А.В., Основы топологического проектирования приборов и систем наноэлектроники. Учебное пособие. М.: Московский государственный институт электронной техники (технический университет), 2010. 58 с.

5.Рабаи Жан М. и др. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования. Второе издание. Москва, Санкт-Петербург, Киев: Вильямс, 2007. 894 с.

8