Моделирование и методы измерения параметров радиокомпонентов электронных схем (стр. 2 из 3)

3. Применение разработанных методов повышает надёжность создаваемых РК.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. Из них 8 статей в межвузовских сборниках научных трудов, 4 тезисов докладов на конференциях.

Разработанные методы измерения внедрены в учебный процесс на кафедре "Радиоэлектронных устройств и систем" Воронежского государственного технического университета, а также в производственный процесс на ОАО "Электросигнал" г. Воронеж.

ГЛАВА 1 содержит анализ элементной базы РЭС с точки зрения её применения в САПР ЭС, а также произведено деление РК на ДП и МП радиокомпоненты; анализ моделей РК с целью их классификации; выделен класс алгоритмических моделей; сформулированы требования к моделям; рассмотрены модели пассивных, активных РК, транзисторов, факторные модели; поставлены измерительные задачи.

ГЛАВА 2 является основной теоретической главой и содержит основные положения по разработанным методам измерения на основе базовой методики.

В ней отражён базовый метод измерения параметров ДП и МП на основе Y матриц, основанный на измерении матриц холостого хода, нагруженного режима и вектора калибровочных напряжений. Указаны достоинства и недостатки при измерении данным способом.

Описаны идеальный метод измерения при использовании чисто активных нагрузок, учитывающий систематические погрешности.

Метод измерения при использовании одного векторного вольтметра.

Метод измерения при использовании нескольких векторных вольтметров или одного векторного вольтметра с несколькими измерительными входами.

Описаны достоинства и недостатки данных методов для различных условиях измерительного процесса.

ГЛАВА 3 содержит сравнительный анализ различных планов экспериментов, теоретические положения по формированию модели биполярного транзистора на основе ВАХ, алгоритмы обработки МПЛ.

ГЛАВА 4 является исследовательской, практической главой. В ней

содержатся результаты исследований и практических измерений. Проведено исследование возможности применения стандартной образцовой меры в виде

резистора поверхностного монтажа при измерениях по методикам описанным в ГЛАВЕ 2, исследование по определению рационального режима измерения двухполюсников, а также произведена разработка программы для проведения измерений по методике описанной в ГЛАВЕ 3 и её практическая апробация.

ГЛАВА 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ

1.1. Структура элементной базы радиоэлектронных схем

Элементную базу (ЭБ) радиоэлектронных систем (РЭС) составляет множество различных радиокомпонентов (РК), на основе которых производится проектирование РЭС. В самом общем случае ЭБ РЭС может быть представлена структурной схемой, показанной на рис. 1.1.

Рис. 1.1. - Структурная схема ЭБ РЭС

Согласно схемы рис. 1.1 ЭБ РЭС может быть подразделена на двухполюсные (ДП) и многополюсные (МП) РК, которые в свою очередь могут быть представлены пассивными (ПК) и активными (АК) РК. Под ПК будем понимать РК, в процессе функционирования которых не происходит увеличение уровня мощности сигнала поступающего на РК за счёт дополнительных источников энергии. Остальные РК будем считать активными.

АК и ПК предлагается разделить на следующие крупные классы: 1. Дискретные (Д), отличающиеся законченностью конструкции и готовностью к непосредственному применению в сложных РЭС.

2. Компоненты с распределёнными параметрами (Р), принцип действия которых основан на использовании волновых процессов в электромагнитных и акустоэлектронных устройствах.

3. Акустоэлектронные (А), работающих на основе акустоэлектронных явлениях в твёрдом теле.

4. Функциональные (Ф), предназначенные для глубокой обработки электрических сигналов.

5. Интегральные (И), полученные по интегральным технологиям.

6. Гибридные (Г), полученные по смешанным технологиям.

7. Цифровые (Ц), предназначенные для цифровой обработки сигналов.

Структурная схема рис. 1.1, по существу, отвечает классификации ЭБ РЭС, ориентированной на применение РК в САПР.

1.2. Связь двухполюсных и многополюсных радиокомпонентов

Разделение РК на ДП и МП достаточно условное. Так, любой ДП в зависимости от способа включения в электрическую схему можно рассматривать как собственно ДП или как МП, а именно четырёхполюсник рис. 1.2.

а)б)

Рис. 1.2. - Варианты включения ДП: а) как собственно ДП;

б) как четырёхполюсник; у - его полная проводимость.

0,1,2 - узлы подключения к схеме.

С другой стороны любой МП моно включить как ДП, например соединяя с общей шиной все полюса МП, кроме одного.

При проектирование РК и идентификации его параметров необходимо учитывать область действия физических законов связанных с его функционированием. Особое внимание необходимо уделять электрофизическим законам которые определяют основные электрические параметры РК. В каждом конкретном случае доминирует одно из электрофизических явлений, но также проявляется влияние и других паразитных.

Количество МП можно считать безграничным так как МП проектируется на основе ДП, а каждому реальному МП отвечает определённый способ соединения составляющих его ДП.

1.3. Модели радиокомпонентов

1.3.1.Общие положения

Под моделью РК будем понимать любое математическое описание, отражающее с требуемой точностью его поведение в реальных условиях.

Если РК является элементом электронной схемы, то его моделью будем называть математическое описание связей между токами и напряжениями, возникающими между его полюсами в статическом и динамическом режимах работы. В частности моделями могут быть уравнения вольт - амперных характеристик (ВАХ), дифференциальные уравнения переходных процессов, частотные характеристики и т.п. [4,5].

Математическую модель РК можно рассматривать как некоторый оператор, ставящий в соответствие системе внутренних параметров

, ... , совокупность связанных между собой внешних параметров ... , . Вид функциональной связи зависит от принципа действия РК, а содержание"внешних" и "внутренних" параметров РК определяет его физическая сущность и способ использования.

Так для моделей РК внешними параметрами являются токи и напряжения, так как преобладающим методом расчёта электрических схем является расчёт по токам и напряжениям [5].

Внутренними параметрами модели РК могут быть его электрические, электрофизические или конструктивно-технологические параметры.

Электрическими будем считать параметры, определяемые только при электрических измерениях (коэффициенты усиления, крутизна, входное и выходное сопротивления и т.п.). В некоторых случаях это параметры "чёрного ящика", которым трудно придать физический смысл. Электрические параметры, как правило, являются функциями электрофизических и конструктивно—технологических параметров, которые можно считать первичными параметрами, а электрические - вторичными.

При расчёте интегральных схем (ИС) важное значение имеет учёт первичных параметров с точки зрения оптимизации процесса изготовления ИС.

При расчётах электронных схем, спроектированных на основе готовых конструктивно завершённых компонентов, что характерно для предприятий сборщиковрадиоэлектронных средств (РЭС), достаточно владеть

информацией только о внешних параметрах РК. По сути дела внешние параметры РК при этом выполняют функцию внутренних параметров проектируемого изделия.

1.3.2.Классификация моделей радиокомпонентов

Достаточно убедительная классификация моделей РК, приведённая в [5], отражена на структурной схеме рис. 1.3.

Рис. 1.3. - Классификация моделей РК

Статические модели отражают только связь между постоянными токами и напряжениями, тогда как динамические учитывают частотные или временные зависимости параметров РК, возникающими из-за влияния внутренних индуктивностей и ёмкостей РК.

По способу представления модели могут быть заданы аналитически, графически или таблично. Отсюда следуют понятия аналитических, графических и табличных моделей. Такое разделение нужно считать условным. На практике, как правило, широко используют комплексные модели РК. Например, на графических моделях типа эквивалентных схем для описания нелинейных элементов широко используют аналитические зависимости, а обработка данных табличных моделей производится математическими методами по специально разработанных алгоритмам.

Аналитические статические модели РК представляют обычно в виде явных зависимостей токов и напряжений, выраженных в виде уравнений ВАХ.

Динамические модели удобно представлять в неявном виде в форме дифференциальных уравнений [5].

Графические модели могут быть представлены в двух видах: в форме графиков функциональной связи токов и напряжений, в форме эквивалентныхсхем. Эквивалентные схемы наглядны, но требуют дополнительного анализа для получения значений токов и напряжений, что существенно усложняет общуюструктуру схемы анализируемого устройства.