Современная электроника 09-2021

Реклама



ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года На сегодняшний день основными сдержи- вающими повсеместное распространение Главный редактор Ю. В. Широков электромобилей факторами являются нераз- Заместитель главного редактора витость инфраструктуры зарядных станций и А. В. Малыгин недостаточная эффективность современных ак- Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, кумуляторов. Если путь решения первой проблемы В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, относительно ясен, то вторая разрешима лишь в области новых техно- Р. Х. Хакимов логий. И вот стартап Quantumscape анонсировал разработку новинки – Вёрстка А. М. Бабийчук твердотельных литий-металлических батарей. По сравнению с обыч- Обложка Д. В. Юсим ной литий-ионной батареей технология обещает увеличение плотно- Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) сти энергии и сокращение времени зарядки. По оценкам независимых Реклама И. Е. Савина ([email protected]) испытательных лабораторий аккумуляторы нового типа выдержива- ют до 800 циклов зарядки/разрядки практически без потери ёмкости. Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» Новые батареи потенциально на 50…80% увеличат пробег электро- Генеральный директор К. В. Седов транспорта на одной зарядке и существенно сократят её время. О се- Адрес учредителя и издателя: рьёзности проекта говорит список инвесторов, среди которых «Фоль- 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, ксваген», «Континенталь» и сам Билл Гейтс. пом/ком/эт I/67/тех Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 Во всём мире, не исключая и Россию, ведутся разработки по созданию Тел.: (495) 232-00-87 • Факс: (495) 232-16-53 беспилотных транспортных средств. Управление такими транспорт- [email protected] • www.soel.ru ными средствами в условиях непредсказуемости большого города воз- лагается на ИИ. Большие надежды в области развития технологии ИИ, в Производственно-практический журнал свою очередь, связаны с аналоговыми (нейроморфными) процессора- Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. ми. Таким процессорам не требуется эмулировать работу нейронной Цена свободная сети на программном уровне – они аппаратно имитируют структуры, напоминающие живой мозг. Вот, например, ещё одна инициатива – Журнал зарегистрирован в Федеральной стартап Syntiant. Свой продукт компания назвала «Neural Decision службе по надзору за соблюдением Processor». Разработчики утверждают, что благодаря новой архитек- законодательства в сфере массовых туре их процессоры в 100 раз более производительны и потребляют коммуникаций и охране культурного наследия в 1000 раз меньше энергии, чем сопоставимые системы глубокого об- (свидетельство ПИ № ФС77-18792 учения на базе GPU. Если прогресс в области нейронных процессоров от 28 октября 2004 г.) пойдёт такими темпами и далее, то в недалёком будущем нейросети приблизятся по числу нейронов к человеческому мозгу, и им станет по Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». плечу решение крайне сложных задач. Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес- центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-69-52 Мощный ИИ поможет в создании картины дополненной реальности для водителя, обеспечит «общение» транспортных средств между со- Перепечатка материалов допускается только бой и с городскими системами контроля трафика, что разгрузит ма- с письменного разрешения редакции. гистрали, повысит безопасность как пассажиров, так и пешеходов на Ответственность за содержание рекламы улицах городов. Но беспилотный транспорт не будет возможен без несут рекламодатели. развитой инфраструктуры сетей связи поколения 5G и выше. Все эти Ответственность за содержание статей несут сложнейшие задачи будут решены в своё время, а пока отечественный авторы. автопром ведёт неравную битву с дефицитом полупроводниковых Материалы, переданные редакции, не рецен- компонентов. Чем он вызван и каковы перспективы его преодоления – зируются и не возвращаются. читайте в «Современной электронике». Мнение редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Всего вам доброго! Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки Юрий Широков, главный редактор являются собственностью соответствующих владельцев. © СТА-ПРЕСС, 2021 ЧИТАЙТЕ ЭЛЕКТРОННУЮ ВЕРСИЮ ЖУРНАЛА после простой регистрации на сайте www.soel.ru ЧИТАЙТЕ ПЕЧАТНУЮ ВЕРСИЮ ЖУРНАЛА С УСЛОВИЯМИ ОФОРМЛЕНИЯ ПОДПИСКИ можно ознакомиться на сайте www.soel.ru 2 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

СОДЕРЖАНИЕ 9/2021 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК AdvantiX · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·57 4 Новости российского рынка AVD Systems · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 Delta Design· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ INWAVE · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4, 37 JTAG · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·10 8 Периферийное сканирование экономит деньги и время Keysight · · · · · · · · · · · · · · · · · 4-я стр. обл. Litemax · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·67 Семён Клейман Rohde&Schwarz · · · · · · · · · · 2-я стр. обл. TDK-Lambda · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Адвантех · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·45 ГИРИКОНД · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 12 Современные дисплеи производства компаний МОРИОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 Юго-Восточной Азии Остек-Электро · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 Симметрон · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13 Павел Лысенко ЭЛЕКОНД · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5, 61 ЭРКОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Читайте в «CTA» № 4/2021: 20 Автоматы управления освещением с ИК-датчиком, работающим на отражение Не обманешь, не пройдёшь: биометрия становится умнее Александр Одинец COVID ИИ не страшен: как современные 24 Новое поколение DSP-тюнеров с механической настройкой технологии спасают жизни Владимир Бартенев Хотят ли вещи в Интернет: пандемия и связь без проводов 30 Перспективы развития высокоскоростных соединений между датчиками и бортовыми дисплеями автомобиля REGULИРУЕМ с гарантией: высоконадёжная АСУ ТП – это просто Кэрри Брауэн, Кевин Кершнер О качестве питания: электроснабжение ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ на высоте – от шахты до ЦОД 34 Схемотехническое моделирование в Delta Design SimOne ISSN 0206 975X Андрей Смирнов, Алексей Гимеин ® WWW.CTA.RU 38 Работа с последовательным интерфейсом SPI в программной среде Proteus 8.11. Часть 1 Татьяна Колесникова 46 Монтаж компонентов и связанные с ним технологии. Подсистема ГРИФ-4 – Монтаж. Часть 1 Юрий Ёлшин ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 52 Отражательный режекторный фильтр Андрей Соколов, Вадим Машков СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 58 Человек, который изобрёл цифровую фотографию Александр Александровский НЕ ОБМАНЕШЬ, НЕ ПРОЙДЁШЬ: КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ биометрия становится умнее 62 Дефицит полупроводниковых компонентов как причина моратория на оснащение автотранспорта оборудованием COVID ИИ НЕ СТРАШЕН: для системы «ЭРА-ГЛОНАСС» как современные технологии спасают жизни Виктор Алексеев ХОТЯТ ЛИ ВЕЩИ В ИНТЕРНЕТ: ФОРМУЛА УСПЕХА пандемия и связь без проводов 68 Специалисты в поисках решений нетривиальных задач REGULИРУЕМ С ГАРАНТИЕЙ: высоконадёжная АСУ ТП – это просто Мария Иванова О КАЧЕСТВЕ ПИТАНИЯ: 69 СВОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА ЗА 2021 ГОД электроснабжение на высоте – от шахты до ЦОД Электронная версия этого журнала Оформляйте подписку на журнал «СТА» и читайте печатную версию или электронную версию на www.cta.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка СОБЫТИЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ На конференции поднимались вопросы На YouTube-канале «Современной элек- стратегии тестопригодного проектирования на троники» вы можете посмотреть интервью с СИСТЕМ ПЕРИФЕРИЙНОГО предприятиях, интеграции различных тестовых генеральным директором «Остек-Электро» СКАНИРОВАНИЯ И ВНУТРИСХЕМНОГО методик в единых стендах, поддержки стандар- Евгением Мордковичем тов IEEE 1149.1 и IEEE 1149.6 импортной и от- ТЕСТА: НОВЫЙ УРОВЕНЬ ечественной компонентной базой, рассказы- и с генеральным директором компании валось об опыте входного контроля сложных «Третий Пин» Иваном Ларионовым. Компания «Остек-Электро» совместно ПЛИС с использованием станций периферий- с российским представительством JTAG ного сканирования. Отдельно следует упомя- Technologies провели объединённую Все- нуть про возможности интегрированного ком- российскую конференцию пользователей плекса «Эльбрус-Тест», который предназначен систем периферийного сканирования JTAG для тестирования плат на базе процессоров Technologies и систем внутрисхемного те- Эльбрус, и про опыт интеграции периферийно- стирования SPEA. Событие состоялось 20 и го сканирования в программное обеспечение 21 сентября 2021 года в пригороде Санкт- Robster от компании «Третий Пин». Петербурга Петергофе. Это продолжение уже ставшей традиционной пользователь- Ознакомиться с более подробным спи- ской конференции JTAG Technologies, в этот ском тем докладов и запросить презентации раз было принято решение о объединении можно в телеграм-канале JTAG Technologies двух методологий электроконтроля, которые, по ссылке ниже. по сути, дополняют друг друга. Такой фор- мат действительно оказался очень продук- https://t.me/jtagtechRU тивным, ведь периферийное сканирование и внутрисхемный тест составляют основы структурного производственного тестирова- ния и в комбинации почти всегда позволяют получить максимальное тестовое покрытие. Конференция собрала порядка 70 участ- ников из разных городов: от Минска до Том- ска. Буквально каждый доклад вызывал ин- терес и оживлённые дискуссии. Следует отметить, что бо′льшую часть докладов со- ставляли презентации инженеров предприя- тий, которых было 14: это реальные случаи из практики тестирования электроники. Ещё 6 докладов провели представители JTAG Technologies и «Остек-Электро». ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ КОМПАНИЯ INWAVE ВЫПУСТИЛА ● максимальная глубина записи 2 млрд от- ● 15,1″ графический сенсорный мультитач- счётов (4 Гбайт); дисплей для подробного и удобного ана- НОВЫЙ ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ лиза сигналов; ● 6 классов параметризуемых триггеров; ОСЦИЛЛОГРАФ MWO-4000 ● 18 типов курсорных и автоматических из- ● режим регулируемого послесвечения; ● опция встроенного частотомера. Компания INWAVE, ведущий россий- мерений; ский разработчик прецизионного кон- ● 22 типа математических функций с воз- www.inwave.ru трольно-измерительного оборудования, +7 (495) 137-53-35 выпустила новый цифровой запоминаю- можностью одновременного отображения щий осциллограф MWO-4000 с функцией до 32 графиков функций; анализатора спектра реального времени. ● режим поиска событий; Осциллограф был презентован на выстав- ● опция анализатора спектра от 8 кГц ке «ExpoElectronica-2021». до 8 ГГц, полоса разрешения (RBW) от 0,1 Гц; Основные преимущества цифрового ос- ● скорость сканирования до 44 ГГц/с; циллографа MWO-4000: ● опция анализа спектра реального вре- ● полоса пропускания 1,5 ГГц; мени с мгновенной полосой обзора ● частота дискретизации 4 ГГц; 800 МГц; ● разрядность 12 бит; WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 4

РЫНОК На правах рекламы СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕРТИФИЦИРУЕМАЯ БИБЛИОТЕКА онной документации DO-178C, ISO 26262 вычислений неграфического характера, OPENVX ДЛЯ КРИТИЧЕСКИ и IEC 61508. таких как обработка изображений и ма- тричные операции. Эти функции Vulkan ВАЖНЫХ СИСТЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО Библиотека CoreAVI OpenVX SC содер- API исключают необходимость примене- ЗРЕНИЯ И ИСКУССТВЕННОГО жит следующие функции для реализации ния дополнительных библиотек, таких как ИНТЕЛЛЕКТА алгоритмов компьютерного зрения и логи- OpenCL или CUDA. ческого вывода в нейросети: фильтры (Га- Компания Core Avionics and Industrial усса, медианные, свёрточные, …), пирами- Драйвер CoreAVI Vulkan SC поддер- (CoreAVI), производитель сертифициру- ды Лапласа, анализ гистограмм, оптический живает графичеcкие процессоры AMD емых драйверов и библиотек для графи- поток, детектор границ Кэнни и многие дру- Embedded Radeon E9171 и Arm Mali-G78AE, ческих процессоров, выпустила реализа- гие. Функции разработаны полностью с ну- графическое ядро Vivante GC7000 XSVX цию программного интерфейса OpenVX ля, не содержат программных компонент системы-на-кристалле NXP i.MX8 и графи- для применения в критически важных си- с открытым исходным кодом и компонент ческое ядро Intel Iris Xe процессора 11-го стемах, сертифицируемых по стандартам сторонних фирм. поколения Intel Core i7 (кодовое название функциональной безопасности DO-178C Tiger Lake UP3). Драйвер работает в сре- (авионика), ISO 26262 (автоэлектроника) и Графический стандарт Vulkan разрабо- де операционных систем реального вре- IEC 61508 (промышленный IoT). тан конcорциумом Khronos Group как аль- мени VxWorks, PikeOS, QNX, Integrity, Deos тернатива широко применяемому стандар- и LynxOS и может быть сконфигурирован Открытый стандарт программного ин- ту OpenGL. Основной целью разработки для других ОСРВ, а также для «безОСо- терфейса для систем компьютерного нового стандарта является повышение вых» (bare-metal) систем. зрения OpenVX разработан и поддержи- производительности графических прило- вается конcорциумом Khronos Group, объ- жений за счёт предоставления разработ- Дистрибьютор CoreAVI в России – ком- единяющим более 150 компаний. Компа- чику приложения прямого доступа к ре- пания АВД Системы, поставщик средств ния CoreAVI является членом консорциума сурсам графического процессора. Помимо разработки программного обеспечения и участником рабочей группы по адапта- графических функций, Vulkan API содер- критически важных для безопасности сер- ции стандартов Khronos для систем, кри- жит вычислительные функции, которые тифицируемых встраиваемых компьютер- тически важных для безопасности (SC – позволяют использовать многоядерные ных систем. «Миром управляет ПО». safety critical). графические процессоры (GPGPU) для www.avdsys.ru/gpu Библиотека CoreAVI OpenVX SC пред- ставляет собой сертифицируемое подмно- жество функций последней версии стан- дарта OpenVX 1.3, разработанных с учётом требований исполнения в реальном мас- штабе времени и требований сертифици- руемости. Библиотека OpenVX SC реа- лизована как надстройка над драйвером Vulkan SC и использует вычислительную часть функций интерфейса Vulkan для вы- полнения высокопараллелизованных вы- числений на многоядерных графических процессорах, для которых CoreAVI под- держивает драйвер Vulkan SC. Для би- блиотеки OpenVX SC и драйвера Vulkan SC поставляются комплекты сертификаци- ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ НОВЫЕ НАКОПИТЕЛИ Основные характеристики модулей МИК: ● номинальное напряжение 5…30 В; ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ● номинальная ёмкость 4,16…25 Ф; ● срок службы до 25 лет; АО «ЭЛЕКОНД» ● наработка до 500 000 циклов; ● диапазон рабочих температур: АО «Элеконд» предлагает модули ионисторные корпусированные МИК. – от –50 до +65°С (тип-1); Данные изделия изготавливаются на – от –60 до +65°С (тип-2). основе модульной сборки суперкон- Применение МИК в качестве мощных им- денсаторов. Они служат надёжными пульсных источников тока гарантированно резервными источниками тока при обеспечит требуемый импульс электриче- провалах напряжения и отключении ской энергии в течение всего срока служ- основного источника питания. МИК бы аппаратуры. имеют низкое внутреннее сопротив- ление, не требуют обслуживания, за- www.elecond.ru мены, стабильно работают при низких +7 (34147) 2-99-89 температурах. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы МИНИАТЮРНЫЙ лодно-сварном корпусе, это позволяет по- лучить низкое энергопотребление < 0,25 Вт ТЕРМОСТАТИРОВАННЫЙ и быстрый выход на рабочий режим – ме- КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР С МАЛЫМ нее 60 с. Генератор ГК390-ТС обладает достаточно высокой температурной неста- ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ ГК390-ТС бильностью частоты менее ±5Е–8 и хоро- шими фазовыми шумами менее –100 дБ/Гц АО «МОРИОН» (Санкт-Петербург), ведущее при отстройке на 1 Гц для 10 МГц, а также предприятие России и один из мировых лиде- высокой долговременной нестабильностью ров в области разработки и серийного произ- частоты до ±1×10–8/год. Выходной сигнал водства кварцевых приборов стабилизации и КМОП. Напряжение питания 3,3 В или 5 В. селекции частоты, представляет новый мало- габаритный термостатированный кварцевый Основной областью применения является генератор ГК390-ТС с малым энергопотребле- переносное оборудование, а также другие нием категории качества ОТК. Прибор имеет устройства, имеющие автономное питание. размеры 21,2×15,5×10,5 мм. ГК390-ТС выпу- скается в диапазоне частот 10,0…50,0 МГц. www.morion.com.ru +7 (812) 350-75-72 Данный миниатюрный генератор постро- ен на основе резонатора-термостата в хо- НОВИНКА! ЧИП-РЕЗИСТОРЫ РД В 22.02.2018. Чип-резисторы Р1-8 Р1-8, Р1-8В (ВКЛЮЧАЯ и Р1-8МП категории качества «ОСМ», ПЕРЕМЫЧКИ), Р1-8М, Р1-8П, поставляемые в настоящее время Р1-8МП КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА в соответствии с ПО.070.052, вза- «ОСМ» имозаменяемы с выпускаемыми по РД В 22.02.2018. АО «НПО «ЭРКОН» освоило и присту- Более подробная информация о новин- пило к выпуску чип-резисторов Р1-8, Р1- ках и серийно выпускаемой продукции пред- ставлена на сайте компании. 8В (включая перемычки), Р1-8М, Р1-8П, www.erkon-nn.ru Р1-8МП категории качества «ОСМ» в соответствии с ОЖ0.467.164 ТУ и Реклама 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Периферийное сканирование экономит деньги и время О применении технологии периферийного сканирования для граммного обеспечения и услуг связи тестирования сложнейшего отечественного телекоммуникационного в России. оборудования мы побеседовали с инженером по тестированию компании «T8» Семёном Клейманом. Насколько серьёзные требования предъявляются к качеству вашей Расскажите немного о компании «T8», телями в одном лице линейки DWDM- продукции? что за продукцию вы выпускаете? оборудования для оптоволоконных Кто основные потребители продукции? сетей. Платформа «Волга» нашего про- Наше оборудование часто исполь- изводства позволяет организовать на зуется в труднодоступных районах, Компания «Т8» – производитель теле- одной длине волны каналы связи от к которым можно добраться только коммуникационного оборудования 155 Мб/с до 600 Гбит/с. Абсолютно всё по воде или воздуху и всего несколь- плотного спектрального уплотнения оборудование разрабатывается и выпу- ко месяцев в году. Поэтому к изделиям (DWDM – Dense Wavelength Division скается в России, поэтому уже на про- предъявляются самые серьёзные требо- Multiplexing) и инновационных реше- тяжении многих лет нашей продукции вания. Высокое качество и работоспо- ний для оптических сетей связи. Мы присваивается статус телекоммуника- собность мы ставим во главу угла, плюс являемся разработчиками и производи- ционного оборудования российского гарантированный срок работы обору- происхождения (ТОРП). Основными дования составляет 10 лет. нашими заказчиками являются операто- ры связи, ИТ-компании, ЦОД, системные Каков состав типичного изделия? интеграторы, государственные структу- Каков уровень микросхем процессоров/ ры и промышленные предприятия. ПЛИС, используемых в платах? С 2016 года наша компания участвует в Наше типовое изделие имеет на борту программе Минэкономразвития России микроконтроллер на архитектуре ARM, «Национальные чемпионы». Для нас это ПЛИС линейки Intel (Altera) Arria 10. большой шаг в развитии, потому что рос- Сейчас также у нас выпускается плата сийские компании, участвующие в этом с двумя ПЛИС линейки Xilinx UltraScale. проекте, предлагают инновационные решения в области микроэлектроники и Когда в вашей компании начали телекоммуникационного оборудования. применять для тестирования собранных Всё это направлено на развитие рынка плат системы периферийного радиоэлектронной продукции, про- сканирования? В 2021 году мы запустили рабочее место для серийного тестирования собранных плат. До этого мы некото- рое время разрабатывали и отлажива- ли тесты, а также изучали возможности JTAG Provision. Основным драйвером для внедрения стали работы по умень- шению трудоёмкости операций при сборке и наладке оборудования, а так- же увеличение скорости производства. Рис. 1. Тестирование платы Protva с использованием оптических «заглушек» (loopback) Есть ли среди используемых компонентов такие, которые поддерживают стандарт 8 WWW.SOEL.RU тестирования высокоскоростных цепей IEEE 1149.6? Ведь на таком оборудовании, которое у вас производится, должно быть много LVDS-линий. Да, мы применяем в наших изделиях компоненты с поддержкой IEEE 1149.6. Это, например, ПЛИС Intel Arria 10. C помощью этого стандарта мы актив- но тестируем скоростные линии. Нуж- но отметить, что так называемый «dot6» (обиходное название стандарта IEEE 1149.6) может отдельно тестировать СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 3. Тестирование платы Sofia с одновременным подключением к трём JTAG-портам Рис. 2. Фрагмент проекта тестирования ли периферийное сканирование для Можете в целом рассказать, какие изделия в программе JTAG ProVision со каждого выпускаемого устройства? проблемы в работе организации удалось всем разнообразием созданных тестов решить с внедрением технологии периферийного сканирования Кроме стандартных тестов про- периферийного сканирования? верки ID-кода компонентов и тестов Есть ли какие-то общие показатели линии дифференциальных пар, а также межсоединений мы проверяем пери- работы, которые улучшились? проверять межсоединения, проходящие ферию компонентов с поддержкой через конденсаторы, диагностируя при JTAG, считывая идентификаторы каж- Мы сократили время на поиск про- этом дефекты монтажа. Многие такие дого из компонентов, до которых мы блем в плате. Также минимизирова- цепи в итоге на наших платах выходят на можем дотянуться с помощью перифе- ли рабочее время на ненужную сбор- оптические разъёмы. Для создания «заво- рийного сканирования. У компонен- ку и разборку производимого изделия рота» на разъёме мы используем электри- тов, в которых отсутствует регистр с (снятие радиаторов, снятие крышки ческий «loopback» в конструктиве опти- ID-кодом, мы считываем другие пара- с платы). На 10% повысили скорость ческих сменных модулей (см. рис. 1). метры (регистры состояний или дру- выпуска партии. Таким образом, сокра- гие специфичные для того или ино- тилось время, которое раньше трати- Периферийное сканирование неразрывно го компонента). Например, если мы ли на возвраты продукции с выходного связано с тестопригодной разработкой говорим о микросхеме датчика тем- контроля на линию входного контроля. (Design for Testability – DFT). Расскажите, пературы, то мы считываем регистры, пришлось ли вам изменять схему отвечающие за температуру, и прове- Какие ещё тестовые методы или топологию плат для соответствия ряем параметр на валидность. Спектр вы используете у себя, помимо правилам DFT? Какие проблемы мешали тестов можно посмотреть, открыв про- периферийного сканирования? внедрению и были ли они? ект для одной из плат в JTAG ProVision Планируется ли внедрение других типов (см. рис. 2). тестеров или расширение применения На ряде плат мы стали выводить JTAG JTAG-систем? от всех микросхем, поддерживающих Можете вспомнить какие-то интересные тестирование. Также мы разработа- дефекты, которые были обнаружены У нас много идей. В ближайшее вре- ли внутренние правила по разработке станцией периферийного сканирования? мя планируем расширять JTAG-тесты устройства с поддержкой JTAG тести- для многих изделий и внедрять ICT рования. Эти правила помогают полу- Одним из самых занятных был (внутрисхемный тест) для простых чить максимальное тестовое покрытие. дефект микросхемы, отключающей плат. питание в случае перегрева ПЛИС. Расскажите, каков типичный спектр тестов Микросхема имеет корпус SOIC-8, и Литература и, возможно, операций программирования, система АОИ «не нашла» проблем с ней, которые выполняет станция JTAG- но с неё при этом не удавалось считы- 1. Официальный сайт JTAG Techonologies. тестирования для ваших плат? Обязательно вать температуру. Выяснилось, что это [Электронный ресурс] // URL: www.jtag. брак. com/ru. Приходилось ли создавать какую-то 2. Официальный сайт компании «T8». [Элек- оснастку для возможности применения тронный ресурс] // URL: www.t8.ru. JTAG? Смотрите о производстве сетевого Да, в платы закладывается возмож- оборудования T8 для Ростелекома ность проведения JTAG-тестов, а для подключения используется разрабо- танный нами специализированный адаптер. Адаптер можно увидеть на фото на рис. 1 и 3. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 9

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НОВОСТИ МИРА SMITHS INTERCONNECT вавший себя в составе системы управле- и других климатических испытаний. В свою ния марсоходом Curiosity в ходе посадки на очередь, устойчивость конструкции разъё- ВЫПУСТИЛА НОВЫЙ красную планету. ма к ударам и вибрации обеспечивает со- СОЕДИНИТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЙ хранение электрического контакта под их NXS представляет собой соединитель воздействием и гарантирует информацион- ПЛОТНОСТИ NXS ДЛЯ модульной конструкции, использующий ный обмен на проектной скорости в крити- контактную технологию micro Hypertac® ческих условиях. ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КОСМОСЕ Hyperboloid. Соединитель обеспечивает ско- Производители спутников зачастую ис- рость передачи данных до 10 Гбит/с на ка- NXS имеет прочную конструкцию с 4 или нал в условиях экстремальных вибрацион- 12 высокоскоростными модулями quadrax пользуют большие одиночные печатные ных нагрузок, высоких перегрузок до 2100 G (dual-twinax). Каждый модуль quadrax содер- платы с очень дорогостоящими компонен- жит 2 twinax контакта с сопротивлением 100 тами, замена или выход из строя которых Ом на каждой паре. Кроме того, конструк- сильно влияет на стоимость всей системы. ция крепления соединителя на печатной Появление серии соединителей NXS от плате без пайки снижает риски заказчика Smiths Interconnect позволило ведущим про- и стоимость использования, т.к. соедини- изводителям спутниковой связи реализо- тель можно удалить, либо заменить с мини- вать модульную процессорную архитектуру. мальным риском для печатной платы. Разъ- ём устанавливается на плату после монта- Новый соединитель NXS отвечает са- жа других компонентов и не оказывает на мым современным требованиям для ис- них влияния. Подсоединять ответные части пользования на борту космических аппа- разъёма можно вслепую, благодаря направ- ратов. Серия NXS отвечает космическими ляющим штифтам и минимальному усилию стандартам и соответствует строгим крите- сочленения, обусловленному конструкцией риям тестирования и производительности: гнездового контакта. ESCC 3401, ESCC 3402, ECSS-Q-ST-70C, ECSS-Q-ST-70-02, ECSS-Q-ST-70-08C, Запросить дополнительную информацию ECSS-Q-ST-70-38C и ECSS-Q-70-71. и уточнить условия заказа можно в компа- нии ПРОЧИП по E-mail: [email protected] Более ранняя разработка – соединитель cPCI Smiths Interconnect – единственный в мире соединитель cPCI, обладающий спец- ификацией NASA и отлично зарекомендо- Тестирование электроники в эпоху миниатюризации Хотите узнать больше о наших технологиях и продукции? Свяжитесь с нами по электронной почте [email protected] или посетите наш сайт www.jtag.com. Реклама Более 25 лет в самом Клиенты в более По всему миру продано Более 2500 Поддержка по Как разрабатывать, производить и сердце электроники клиентов всему миру тестировать высококачественные чем 50 странах более 10 000 систем электронные изделия с меньшими затратами и в короткие сроки? Загрузите нашу брошюру 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021



ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Современные дисплеи производства компаний Юго-Восточной Азии Павел Лысенко ([email protected]) Затем компания Tianma Display Technology начала реализацию про- С развитием технологий непрерывно и планомерно совершенствуется екта строительства производствен- механизм обмена информацией в интерфейсах «человек-машина». ной линии G6 по изготовлению гиб- Пройден длительный путь эволюции от простых стрелочных приборов ких AMOLED-дисплеев. Новый завод, и индикаторных лампочек, в большом количестве покрывавших занимающий территорию около одно- управляющие панели сложных приборов, до современных графических го квадратного километра, имеет поч- экранов высокого разрешения, способных представлять разнородную ти 1,26 млн кв. м рабочей площади. информацию в интуитивно понятном виде – этому способствовали и Половина этой площади будет занята технический прогресс, и развитие знаний о психологии восприятия «чистыми» помещениями. Сейчас это информации, и выросшие потребности вывода информации о самый крупный проект подобного рода разных характеристиках устройства. Полноцветные экраны высокого в Китае (см. рис. 1). разрешения – атрибут практически любого электронного устройства XXI века, будь это фитнес-браслет, смартфон или умный пылесос, Основные линейки дисплеев анализирующий состав собираемой пыли. Реклама на улице, компании электронные ценники в магазинах, информационные табло в транспорте, индикация любой информации на чём угодно – это новые идеи и На смену сериям TM и NL в 2022 году решения, появившиеся в нашей жизни в последнее время, о них сложно придут серии Р и А. было подумать в середине и даже конце ХХ века. По разным политико-экономическим причинам основное количество В связи с закрытием в 2022 году заво- предприятий, производящих экраны для разных устройств, расположено да Mitsubishi, по договорённости меж- в Юго-Восточной Азии. ду компаниями, Tianma выпускает новую серию Р, заменяющую собой всю Производитель Tianma Китая, Южной Кореи и в Японии. линейку дисплеев компании-партнёра. Продукция Tianma используется в Компания Tianma Microelectronics мобильной телефонии, навигацион- Серия Р включает дисплеи с диагона- была основана в Китае в Шенже- ных системах, медицинском обору- лью до 30″, некоторые модели имеют не в 1983 году. В 2015 г. закончился довании, автомобильных приборных сенсорный экран, узкие рамки, широ- процесс объединения корпорации панелях, аудиоаппаратуре, цифровой кую цветовую гамму и точную цве- Tianma Microelectronics Co и ком- фотографии, другой бытовой технике топередачу, что важно для коррект- пании NLT Technologies (ранее NEC, и в промышленных системах. Потре- ного отображения оттенков тканей знаменитый производитель TFT- бителями этой продукции являют- для исключения врачебных ошибок, матриц с высочайшими характери- ся: AT&T, Alcatel, BBK, Bosсh, Casio, повышенный срок службы светодио- стиками, открытая в Токио в 1989 г.). Citroen, Denon, Funai, General Electric, дов подсветки до 100 000 ч, увеличен- В настоящее время Tianma – один Grundig, LG, Magellan, Motorola, NEC, ную яркость подсветки, расширенный из крупнейших производителей TFT Pioneer, Polaroid, Ricoh, Samsung, диапазон рабочих температур, вибро- жидкокристаллических дисплеев, Siemens, Thomson. История компа- стойкое исполнение. является частью китайской государ- нии начиналась с простых пассив- ственной корпорации AVIC. У ком- ных ЖК-экранов. Эта серия ориентирована в основ- пании семь заводов на территории ном на применение в медицинском и промышленном оборудовании. Дис- Рис. 1. Новый завод Tianma Microelectronics плеи для медицинского оборудова- ния имеют размер диагонали от 2,3″ до 30″. Разрешение экранов начинает- ся от 2560×2048 и достигает 3840×2160 у модели с наибольшим размером рабо- чей области, изготовлены по техно- логии SFT и имеют яркость от 800 до 2500 кд/м2. Экраны серии Р (см. рис. 2) для про- мышленного использования имеют размеры от 3,5″ до 18,5″, могут быть изготовлены по технологии TN (для меньших размеров экрана) или SFT (для более крупных и дорогих моде- лей), иметь разрешение от 320×240 до 1920×1080 пикселей и яркость до 1500 кд/м2. Продуктовая линейка серии Р показана в диаграммах, приведённых 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 2. Экраны серии Р для промышленного использования при солнечном свете Кастомизированные модели использования и высокую контрастность при работе с подсветкой) и исполнении с задней По специальному заказу специали- ниже. Модели в исполнении для особо подсветкой, иметь сенсорную панель. сты компании Tianma могут разрабо- жёстких условий эксплуатации могут Дополнительно экраны могут иметь тать дисплеи с нестандартными харак- работать при температуре окружаю- оптическое приклеивание экрана к сте- теристиками: щей среды от –30 до +80°С. клу, рамку и экран глубоко чёрного цве- ● произвольной формы (например, та, покрытие, на котором не остаются Серия А предназначена для приме- отпечатки пальцев, антибактериаль- круглой, дугообразной, полигональ- нения в массовых устройствах – про- ное покрытие с ионами серебра, раз- ной) для специфических примене- мышленная мобильная связь, терми- личные варианты исполнения корпу- ний; налы оплаты, элементы «умного дома», сов. Разрешение экранов представлено ● с любым разрешением экрана, осо- МФУ, проекторы, портативные игровые вариантами от 320×240 до 1920×1200. быми требованиями к подсветке устройства, цифровые камеры. На рис. 3 (а–ж) представлены вариан- (высокий индекс цветопередачи, ты исполнения дисплеев. повышенный срок службы свето- Модели дисплеев этой серии имеют диодов); небольшие размеры – от 2,4″ до 10,1″, В 2020 и 2021 гг. на выставке SID ком- ● с интерфейсом, специфицирован- могут иметь прямоугольную, круглую, пания Tianma представила гибкие экра- ным заказчиком (протокол связи и вытянутую форму. Могут иметь высо- ны, экраны на квантовых точках, OLED- тип соединителей); кую плотность пикселей, узкие рамки, дисплеи, полупрозрачные дисплеи, а ● с возможностью считывания инфор- изготавливаться в отражающем, полу- также стереоскопический дисплей соб- мации при высокой яркости окружа- отражающем (сочетает возможность ственной разработки. Экран с режимом ющей обстановки; сужения угла обзора позволяет повы- ● с особой механической конструк- сить приватность, когда это необхо- цией (обрамление, дополнительные димо. Tianma производит даже такие кнопки, варианты элементов крепле- интересные модели, как показанный на ния); рис. 4 сенсорный дисплей круглой фор- ● с сенсором для тактильного ввода. мы с вибрационной обратной связью или автомобильный бортовой дисплей Производитель AUO нестандартной формы (см. рис. 5). AUO – всемирно известный тайвань- ский производитель ЖК-матриц. Ком- а бв 150ppi 300ppi 400ppi Стандартная Тонкая Прозрачный Полупрозрачный Отражающий Высокая плотность пикселей Тонкая рамка гд е ж Отделка рамки Стекло Чёткое Неконтрастное Незаметная Стандартное Антизасветка, Антибактериальное Метки на рамке Полиметилметакрилат изображение изображение рамка покрытие антиблик, не остаются отпечатки пальцев Оптическая склейка Сплошной чёрный экран Обработка поверхности Опции покрытия Рис. 3. Варианты исполнения экрана: с задней подсветкой/полуотражающий (трансфлективный)/отражающий (а), с разной плотностью пикселей (б), с обычной и узкой рамкой (в), с повышенной контрастностью за счёт оптического склеивания (г), глубоко чёрный цвет экрана и рамки (д), покрытия, не оставляющие отпечатков пальцев, и антибактериальные покрытия (е), варианты исполнения корпуса (ж) 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 4. Сенсорный дисплей круглой формы Рис. 5. Автомобильный бортовой дисплей нестандартной формы с вибрационной обратной связью Tianma Microelectronics пания образована в 2001 году после ственного транспорта, оснащение 8- и 10-битным цветом и широким цве- слияния Acer Display Technology и ком- остановок и вокзалов. Также это су- товым охватом (см. рис. 6). пании UNIPAC. В 2006 году произошло перъяркие экраны для уличного слияние AUO с Quanta Display Inc., что применения, легко читаемые даже в Срок службы уличных моделей сделало объединённую компанию солнечный день. AUO Display Plus – составляет не менее 5 лет. одним из крупнейших производите- подразделение компании, которое за- лей жидкокристаллических дисплеев нимается производством дисплеев по Особенности TFT-панелей AUO в мире. технологии Tartan, было создано для уличной серии разработки передовых направлений AU Optronics производит жидкокри- компании и воплощения самых ам- ● Высокая яркость — от 800 для 4000 сталлические матрицы от 1,2″ до 85″ бициозных проектов; кд/м2 разрешением до UHD, в том числе изо- ● G-серия – для промышленного при- гнутые, и матрицы с интегрированным менения, со сроком выпуска моделей ● Широкий угол обзора — 178° проекционно-ёмкостным сенсором. 3–4 года и диагональю 3,5–32″; ● Диагонали от 10,1″ до 85″ В арсенале компании несколько тех- ● С-серия – матрицы, применяемые в ● Разрешение от 1024×768 до нологий изготовления дисплеев – производстве автомобилей, с темпе- TN, MVA, PSA(AMVA3), AHVA (подобна ратурой хранения до –50°С и яркость 3840×2160 пикселей AFFS), что позволяет изготавливать раз- более 500 нит, диагональ 4,3–10,1″; нообразные модели, выбирая приори- ● AMOLED – модули для мобильных Дисплеи TARTAN на железных тетный показатель – либо это невысо- устройств с диагональю 1,2–6″. дорогах Германии кая цена и приемлемые технические характеристики, либо это высокий уро- Серия Р AUO Display Plus, дочерняя компа- вень контраста, либо точная цветопере- ния AUO, специализирующаяся на дача и широкий цветовой охват. Такие функциональные требования, дисплеях для промышленного и ком- как высокое значение контрастности, мерческого применения, объяви- Также компания способна произво- высокая яркость, малые цветовые иска- ла о сотрудничестве с Deutsche Bahn дить безрамочные (с крайне узкими жения, высокая надёжность, продикто- AG (DB), крупнейшей железнодорож- рамками) дисплеи, изогнутые, вытя- ваны использованием панелей уличной ной компанией Европы, представив нутые в длину (изготовленные по тех- серии AUO для применения в наружной 28,6-дюймовый вытянутый дисплей, нологии Tartan). рекламе, для изготовления вывесок или изготовленный по технологии TARTAN на транспорте. Также эта серия успеш- в концептуальном поезде будуще- Наряду с производством дисплеев но реализует умные полки в магазинах. го IdeasTrainCity (IDEENZUGCITY) AUO успешно производит рентгенов- (см. рис. 7), который DB предполага- ские сенсоры, в том числе гибкие, а так- Технология Tartan позволяет изготав- ет использовать в интеллектуальном же сенсоры отпечатков пальцев. ливать дисплеи в виде длинных полос, транспорте, трансформируя и совер- имеющих размеры от 130×698 мм до шенствуя впечатление пассажиров от Компания выделяет следующие 392×1428 мм, а также круглые/квадрат- поездок на поезде за счёт преимуществ серии среди своих жидкокристалли- ные дисплеи. Эта технология отлича- TARTAN, таких как его особые размеры, ческих матриц: ется нативной фотомаской для модели которые преодолевают рамки замкну- ● М-серия – матрицы для применения в экрана каждого размера. Такое реше- того пространства и гибкого монтажа. ние позволяет повысить надёжность телевизорах и мониторах с диагона- экранов в жёстких условиях долговре- IdeasTrain City использует 28,6-дюй- лью 17–85″ и яркостью 250–450 нит; менной эксплуатации на улице или на мовые растянутые дисплейные пане- ● P-серия – профессиональные ма- транспорте. ли TARTAN от AUO Display Plus. Его трицы, выполненные по техноло- уникальный коэффициент растяже- гии Tartan, в частности, прозрач- Матрицы представлены в различных ния позволяет одновременно отобра- ные матрицы, зеркальные матрицы, размерах с диагоналями до 85″, с разре- жать динамическую информацию о резаные, суперъяркие с диагона- шениями от 1024×768 до 3840×2160, с поездке и рекламу в реальном време- лью 27–85″. Основное применение ни. В соответствии с дизайном поез- дисплеев этой серии – сфера обще- да, ориентированным как на пассажи- ров, добирающихся на работу, так и на СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 15

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 6. Уличные дисплеи компании AUO Рис. 7. Кастомизированные дисплеи TARTAN обеспечивают высокую Рис. 8. Пример применения технологии «умная полка» в розничной эффективность использования пространства торговле тех, кому требуется транспортировка ге приводя к росту продаж. Высокая яркость – до 1800 кд/м2, разрядность цве- велосипедов, кастомизированные дис- яркость дисплеев позволяет успешно та 8 и 10 бит, обеспечивают широкий цве- плеи TARTAN не ограничивают полез- использовать их даже в хорошо осве- товой охват – до sRGB = 100%, NTSC = 93% ное пространство. Его можно устанав- щённых зонах. Существуют варианты и Adobe = 100% и углы обзора – до 178°. ливать не только на длинные, узкие и подключения дисплея умной полки – разделённые части интерьера вагона, либо через компьютерный порт USB, Срок службы моделей промышлен- но также можно сделать выбор из мно- либо через Wi-Fi. На рис. 8 приведён ного назначения составляет не менее жества вариантов для разных моделей пример применения диплеев в супер- 5 лет. поездов. маркете. Серия G для медицины Сотрудничество между AUO Display Планы компании по производству Plus и DB в проекте IdeasTrain City не уличных дисплеев разного разме- Высокое разрешение, высокая кон- только обеспечивает более удобное ра включают производство панелей трастность, яркость, цветовая насы- путешествие для пассажиров, но и сти- с разрешением до UHD, яркостью до щенность, точная цветопередача и мулирует безграничное воображение. 4000 кд/м2, размером экрана до 86″. стабильность оптических показателей AUO Display Plus планирует сотрудни- позволяют использовать панели серии чать с большим количеством постав- Серия G G компании AUO в медицинской тех- щиков информационных систем для нике (см. рис. 9). пассажиров (PIS) и компаниями обще- Для надёжного выполнения сво- ственного транспорта для широкого их функций в составе промышленно- Развитие информационного обе- внедрения дисплеев TARTAN в интел- го оборудования требуются высокие спечения медицины требует всё более лектуальные транспортные услуги. показатели надёжности, контраст- высокого качества дисплеев, приме- ность, яркость, малые цветовые иска- няемых в медицинской технике. AUO Дисплеи системы «умная полка», жения. Панели серии General соответ- предлагает дисплеи для ультразвуковых интегрированные в край стеллажа, ствуют предъявляемым требованиям в исследований, томографии, эндоско- способствуют повышению информи- полной мере и позволяют использовать пии и хирургии. Для расширения воз- рованности покупателя, более привле- панели AUO серии G в различном про- можностей продвижения своих диспле- кательны, предоставляют динамичную мышленном оборудовании. ев в области медтехники компания AOU информацию о товаре, привлекают получает сертификаты о соответствии внимание, а также подают рекламу и Промышленные матрицы имеют раз- ISO 13485 и ISO 14971. информационные сообщения, в ито- мер диагонали от 4,3″ до 32″, разреше- ние от 320×240 до 3840×2160 пикселей, Собственная технология воспроизве- дения широкой цветовой гаммы позво- 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 9. Серия G для медицины от компании AUO Рис. 10. По сравнению с OLED технология AmLED обеспечивает Рис. 11. Многофункциональный экран автомобильной интеллектуальной более высокий уровень контраста при высокой освещённости системы управления на основе micro LED окружающей обстановки ляет достигать цветовой насыщенности игровых дисплеев. С методом локально- ческий кремний), AUO добилась успеш- вплоть до DCI-P3 98%. Цветопередача го адаптивного затемнения улучшены ного переноса миллионов микроско- оттенков красного оптимизирована для яркость, контрастность, динамический пических светодиодов на подложку из более точного воспроизведения реаль- контраст, цветопередача и энергопотре- LTPS, тем самым достигнув наивысшей ных цветов и деталей, что критически бление. С технологией AmLED яркость плотности пикселей, с высоким дина- важно и для диагностики, и во время дисплеев может превышать 1000 нит, мическим контрастом и высокой цве- операций. что позволяет дисплеям соответство- товой насыщенностью. Сочетая гиб- вать требованиям VESA DisplayHDR 1000, кость и прекрасную стойкость к износу, Особенности TFT-панелей AUO достигая величины динамического кон- новые дисплеи micro LED могут быть для применения в медицине траста 1 000 000, что делает чёрный цвет легко применены в автомобилестрое- истинно чёрным, при этом сохраняется нии и носимых устройствах (см. рис. ● Высокая яркость – до 1100 кд/м2 детальность ярких сцен. 11, рис. 12). ● Широкий угол обзора – 178° ● Высокие значения цветового охвата – В тёмных областях яркость подсвет- Прозрачный экран на основе ки уменьшается. Карта подсветки дина- micro LED до sRGB = 100%, NTSC = 93% и мически меняется вместе с изменени- Adobe =100% ем картинки. Яркость каждого элемента Благодаря высокой яркости пиксе- ● Разрешение от 1024×768 до подсветки определяется по результатам лей и высокой прозрачности подлож- 3840×2160 пикселей; анализа сцены (см. рис. 10). ки этот тип дисплеев прекрасно под- ● Разработаны монохромные модели ходит для реализации технологии высокого разрешения с цветовой тем- Технология microLED «дополненной реальности» (AR) либо пературой 8000/10500 K для дисплеев на лобовом стекле авто- AUO придерживается курса разра- мобиля, которые позволят водителям Технология изготовления ботки передовых технологий изго- сохранять фокус внимания на дороге AmLED от компании AUO товления дисплеев. В прежние годы при получении информации (напри- AUO инвестировала в технологию мер, навигационной) с экрана; доктору Технология AmLED обеспечивает реа- micro LED и в 2021 успешно запуска- не нужно будет отвлекаться от процес- листичное отображение информации ет промышленную серию. Применяя са операции для считывания жизнен- для профессионалов и энтузиастов-гей- техпроцесс массового переноса и тех- ных показателей пациента с экрана. меров, благодаря усовершенствованной нологию активной матрицы из LTPS Первыми в отрасли AUO изготовила конструкции подсветки mini LED достиг- (низкотемпературный поликристалли- нуты революционные характеристики СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 17

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 12. Многофункциональная панель управления на консоли Рис. 13. Гибкие дисплеи от компании BOE автомобиля с выпуклой и вогнутой поверхностями на основе micro LED дисплей разрешением 4К с частотой ся в рулон, электронные доски для пре- в ноутбуках и планшетах компания обновления 144 Гц и соответствием зентаций и обучения, дисплеи с цвето- BOE разработала и изготавливает дис- VESA Display HDR 1400. вым охватом до 110% Adobe. плеи с передовыми характеристика- ми. Локальное диммирование из 10 Производитель BOE BOE является разработчиком техно- 000 элементов и частота обновления логии AMQLED. Дисплеи, изготовлен- экрана 240 Гц – это уже реальность Основанная в апреле 1993 года компа- ные по этой технологии, лишены дегра- для ноутбуков с матрицами BOE. Широ- ния BOE Technology Group Co., Ltd явля- дации – недостатка AMQLED, присущего кая цветовая гамма, точно отображае- ется одним из лидеров в производстве ему из-за органической природы актив- мые оттенки, несомненно, будут оце- полупроводниковых дисплеев в мире. ного светоизлучающего вещества. нены компьютерными художниками, Кроме того, BOE – поставщик интел- Active Matrix Quantum-dot Light Emitting а мгновенная реакция экрана – гейме- лектуальных интерфейсных продук- Diode (AMQLED) – инновационное при- рами. Дисплеи для точной цветопере- тов и профессиональных сервисов для менение технологии квантовых точек в дачи серии iGallery с разрешением UHD информационного взаимодействия в индустрии средств отображения взамен 4К и 8К c гаммой 100% Adobe. Благода- среде Интернета вещей, в том числе в органического люминофора. ря специальной конструкции модуля области здравоохранения. Деятельность подсветки и особой обработке поверх- компании ориентирована на несколько Квантовые точки, говоря простым ности экрана цвета получаются очень ключевых направлений – интерфейс- языком, – это крошечные полупрово- точными, а подсветка равномерной и ные устройства, смарт-системы в обла- дниковые кристаллы, состоящие из сбалансированной, отображение поло- сти Интернета вещей, смарт-медицину нескольких атомов. Квантовые точки тен великих художников на экранах с и инженерно-техническую интеграцию. излучают свет при поглощении энер- матрицами BOE погрузит наблюдателя Компания BOE располагает междуна- гии. Изменяя размеры точек, можно в атмосферу крупнейших музеев мира. родной маркетинговой сетью и цен- получить свет разных длин волн. трами НИОКР в 19 странах мира, а сеть Hi-End дисплеи размером 98″ и 110″ сервисов клиентского обслуживания Технология квантовых точек, при- имеют разрешение UHD 4K/8K, яркость охватывает ключевые регионы Европы, меняемая в устройствах отображения, 500 нит, контраст до 1500:1, динами- Америки, Азии и Африки. BOE владеет 14 подразделяется на две основные кате- ческий контраст до 50 000:1, точную линиями производства матриц, четырь- гории: «активная матрица на кванто- цветопередачу и высококачествен- мя сборочными предприятиями, явля- вых точках» (AMQLED) и подсветка с ный звук. Минималистичный дизайн ется держателем более 40 000 патентов. квантовыми точками для традицион- акцентирует все преимущества, оста- ной ЖК-матрицы. По сравнению со вто- ваясь на втором плане. Среди продуктов компании BOE есть рой AMQLED-дисплеи тоньше и легче, а крупногабаритные дисплеи (например, цветовая гамма улучшена более чем на Можно привести множество приме- панель разрешением 8К с диагональю 30%. Впечатляющее с технической точ- ров инновационных разработок ком- 110″), дисплеи для построения много- ки зрения достижение – гибкие дисплеи пании. метровой видеостены, размеры кото- (см. рис. 13). Компания BOE произво- рой определяются только количеством дит гибкие OLED-дисплеи для исполь- Очки дополненной реальности с соединённых модулей, вытянутые дис- зования в смартфонах, трансформируе- разрешением матриц micro-OLED плеи – для применения в транспорте, мых в планшеты. Экран без рамок – ещё 1920×1080 имеющие самый высо- в торговле, в качестве вывесок, умных недавно это казалось невозможным, кий показатель плотности пикселей полок, прозрачные дисплеи (с изменя- вероятно, в недалёком будущем смарт- 5644 ppi, частоту обновления 90 Гц, емой прозрачностью), которые можно фоны будут выглядеть примерно так. яркость 500 нит; этот гаджет эквива- применить, например, в дверце холо- лентен экрану размером 86″ на рас- дильника, интеллектуальные киоски, Сенсор экрана смартфона или план- стоянии 3 м. дисплеи для шлемов виртуальной реаль- шета может воспринимать много точек ности, включая micro-OLED с высокой касания – это не новость. Способность Дисплей, выполненный по техноло- плотностью пикселей для умных очков, считывать усилие и вектор нажатия в гии BD Cell, за каждым пикселем имеет гибкие экраны, которые сворачивают- каждой точке касания – это новая тех- источник света, что позволяет повысить нология, разработанная и внедрён- уровень контраста и управлять яркостью ная компанией BOE. Для применения элементов изображения максимально 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ гибко, достигая в результате потрясающе- теля и развлекательный контент для ляются квадратные панели размером го эффекта живости и глубины картинки. пассажира. 22″ или 33″ с разрешением 1920×1920 пикселей. Расстояние между рамками Автомобильный дисплей, занима- Компания BOE производит также инте- соседних панелей составляет 3,5 мм. ющий всю ширину инструменталь- рактивные доски и видеостены. Инте- ной панели транспортного средства, рактивная доска от компании BOE – Заключение позволяет отображать развлекатель- прекрасный инструмент для проведения ную, навигационную, служебную небольших презентаций, занятий, сове- Очевидно, что китайские производи- информацию, а также состояние кли- щаний. Модельный ряд досок включает тели дисплеев добились потрясающих матической, диагностической систем изделия от 55″ до 86″ с разрешением UHD, технологических успехов. Их продук- в разных частях экрана одновременно. яркостью 330–350 нит, цветовой разряд- цией пользуется буквально весь мир. ностью 10 бит, уровнем контраста 1200:1 Есть такая возможность и у россий- Автомобильный дисплей, встраивае- и временем отклика 8 мс. Доска оснащена ских разработчиков и интеграторов. мый в стойку кузова , позволяет сократить 10-точечным сенсорным экраном и зака- Ознакомиться с образцами продукции, слепые зоны, повышая тем самым безо- лённым стеклом повышенной твёрдости. получить техническую консультацию пасность дорожного движения. Дисплей и приобрести дисплеи можно в компа- работает в паре с камерой, отслеживаю- Видеостена – технология, позволяю- нии «Симметрон» (www.symmetron.ru), щей направление взгляда, выводя изо- щая собирать экраны многометровой являющейся авторизованным дистри- бражение, бесшовно дополняющее вид длины и ширины. Панели, предлага- бьютором продукции AUO, официаль- за границами лобового стекла. емые компанией BOE, имеют разме- ным дистрибьютором Tianma, автори- ры 46, 49, 55 дюймов при разрешении зованным бизнес-партнёром BOE на Дисплей, отображающий два различ- FHD или 65, 75 дюймов при разреше- российском рынке. ных видеопотока при взгляде с разных нии UHD. При необходимости постав- сторон, например, навигация для води- НОВОСТИ МИРА РОССИЯ СОЗДАСТ процессоров «Эльбрус») против «милитарист- обоснованных случаях допускается примене- МИКРОПРОЦЕССОР «ЭЛЬБРУС» ской» ориентированности проекта возражают. ние комплектующих изделий и конструкци- ДЛЯ СУПЕРЭВМ И МИНОБОРОНЫ «Деньги выделяет Минпромторг и ведомство онных материалов иностранного производ- ориентировано на гражданскую продукцию, от- ства в разрабатываемых микросхемах, что Многомиллиардный тендер на разработку ми- мечают представители МЦСТ. – Данный про- должно быть обосновано на этапе разработ- кропроцессора «Эльбрус-32С» для высокопро- цессор разрабатывается для широкого круга ки технического проекта, говорится там же. изводительных серверов и суперЭВМ. В ноя- задач: сервера обработки данных, баз данных, бре 2020 г. ведомство уже размещало данный систем хранения данных в коммерческих ком- Минпромторг уже объявлял тендер на соз- тендер, однако через месяц он был отменён. паниях и компаниях с госучастием». дание «Эльбрус-32С» в ноябре 2020 г. Тогда Это было связано с необходимостью привлечь на эти цели министерство выделило на 347 конечных рыночных заказчиков к разработке Микропроцессор «Эльбрус-32С» предназна- млн руб. больше (7,5 млрд руб.), чем сейчас. российской электроники напрямую. Новый тен- чен для универсальной и специализированной Год назад победителем конкурса законо- дер заточен под цели оборонно-промышленного обработки информации в составе средств вы- мерно стал единственный участник – МЦСТ. комплекса, главным заказчиком в котором вы- числительной техники с производительностью ступает Миобороны, уточнили в Минпромторге. терафлопового и петафлопового диапазонов, В декабре 2020 г. тендер был отменён. Как говорится в документах. Чип в составе высоко- пояснил ранее представитель аппарата Дми- Как выяснил CNews, Минпромторг готов производительных серверов, СХД и суперЭВМ трия Чернышенко, отмена была связана с не- потратить 7,1 млрд руб. на разработку ми- предназначен для оснащения промышленных обходимостью привлечь конечных рыночных кропроцессора «Эльбрус-32С» под зада- и специальных систем с повышенными эксплу- заказчиков к разработке российской элек- чи Минобороны. Тематический тендер под атационными требованиями, учреждений РАН, троники напрямую, что позволит создавать шифром «Процессор-32» был опубликован аэрокосмической отрасли и атомной энерге- более востребованные рынком продукты. на сайте госзакупок 8 ноября 2021 г. Заяв- тики, ТЭК, искусственного интеллекта и пр. ки на открытый конкурс принимают до 30 Еще одной причиной отмены, о которой ноября. Итоги будут подведены 3 декабря. В состав микропроцессора войдёт не ме- CNews рассказали представители Мин- нее 32 процессорных ядер с архитектурой промторга после перезапуска тендера, ста- Целью работ станет создание универсально- «Эльбрус». Их пиковая производительность ла переупаковка подходов в так называ- го 32-ядерного микропроцессора для построе- составит не менее 6 Тфлопс, суммарный емые «сквозные проекты», где как раз и ния вычислительных систем в классе высоко- объём кэш-памяти – не менее 64 Мбайт. определяются якорные заказчики, форми- производительных серверов и СХД высшего Суммарная пиковая пропускная способность рующие спрос на электронику. «Проблема уровня производительности и суперЭВМ, гово- всех каналов памяти составит как минимум спроса на процессоры “Эльбрус” на сегод- рится в техническом задании. Работы должны 170 Гбайт/с, объём оперативной памяти – няшний день отчасти решена – на помощь быть завершены 30 ноября 2026 г. По итогам 2 Тбайта на микропроцессор. пришел оборонно-промышленный комплекс проекта будет создана одна партия опытных и крупнейший его заказчик – Минобороны, образцов «Эльбрус-32С», а также ПО под- Разработка чипа будет вестись с использо- где облик и требования к техническим ха- держки архитектуры этого микропроцессора. ванием современных САПР и по технологии 6 рактеристикам большей части перспектив- нм и ниже. При разработке микросхем долж- ных образцов, а также круг решаемых за- Как рассказали CNews представители Мин- ны применяться комплектующие и материа- дач известен заранее», – пояснили в Мин- промторга, техническое задание данного тенде- лы отечественного производства, подчёрки- промторге. ра было «точечно» проработано под Миноборо- вается в техзадании. Впрочем, в технически ны. При этом в компании МЦСТ (разработчик russianelectronics.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 19

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Автоматы управления освещением с ИК-датчиком, работающим на отражение Александр Одинец (г. Минск, Беларусь) водства НПО «Интеграл» (г. Минск). Её структурная схема показана на рис. 1. В статье рассматриваются два автомата, включающие лампу В качестве приёмника оптического накаливания на время от 15 секунд до 1 минуты при пересечении излучения в микросхеме использо- объектом инфракрасного луча. Время выдержки продлевается при ван встроенный высокочувствительный нахождении объекта в поле видимости фотодатчика. Во втором варианте PIN-фотодиод, сигнал с которого посту- устройства удалось повысить дальность работы на отражение в два раза пает на входной усилитель, преобразую- за счёт цифровой обработки сигнала. щий выходной ток фотодиода в напряже- ние. Преобразованный сигнал поступает Общие сведения При своей относительной простоте на усилитель с АРУ и далее на полосовой приборам, построенным на базе лам- фильтр, который выделяет сигналы с рабо- Среди фотоэлектрических приборов, почки накаливания и фотоприём- чей частотой 36 кГц из шумов и помех. срабатывающих при пересечении непро- ника с усилителем, свойственен ряд Выделенный сигнал поступает на демо- зрачным предметом светового луча, по недостатков — они отличаются низкой дулятор, который состоит из детекто- типу используемого фотодатчика можно экономичностью, имеют значитель- ра и интегратора. Дело в том, что данная выделить три класса. Первый класс при- ные габариты, требуют дополнительной микросхема оптимизирована для при- боров использует фотодатчик, работаю- оптической системы, плохо работают ёма сложного сигнала, представляюще- щий в видимой части спектра излучения при наличии внешней засветки, имеют го собой короткие пакеты импульсов с и состоит из источника света (например, невысокую надёжность и высокую веро- рабочей частотой 36 кГц. В паузах меж- простой лампочки) и фотоприёмника с ятность ложных срабатываний. Кроме ду импульсами производится калибров- усилителем, нагруженным на исполни- того, из-за использования диапазона ка системы АРУ. Управляет этим схема тельное устройство. Второй класс при- видимого света такие устройства дема- управления. Вследствие такого построе- боров использует пироэлектрические скируют себя, что затрудняет их исполь- ния микросхема не реагирует на непре- датчики, которые реагируют только на зование в системах охраны. рывную помеху даже на рабочей часто- изменение инфракрасного излучения и, те. Активный уровень выходного сигнала таким образом, являются датчиками дви- Для устранения указанных недостатков низкий. Микросхема не требует для своей жущихся объектов. К недостаткам датчи- в качестве источников используют излу- работы никаких внешних установочных ков такого типа можно отнести то, что чатели, работающие в невидимом инфра- элементов. Все её компоненты, включая они хорошо реагируют на перемещение красном диапазоне, которые излучают фотоприёмник, защищены от внешних теплового объекта поперёк, с одной сто- не непрерывный сигнал, а сигнал слож- наводок внутренним электрическим роны фотоприёмника на другую, но если ной формы. В приёмниках используют- экраном и залиты специальной пласт- объект перемещается вдоль площадок ся специальные оптические фильтры, массой. Эта пластмасса является филь- фотоприёмника, то датчики на такое дви- отсекающие мешающий сигнал види- тром, отсекающим оптические помехи жение не реагируют. К третьему классу мого излучения, высокочувствитель- в видимом диапазоне света. Благода- приборов можно отнести фотодатчики, ные PIN-фотоприёмники, усилители с ря всем этим мерам микросхема отли- построенные на основе PIN-фотодиода АРУ и сложными системами фильтрации. чается весьма высокой чувствительно- и работающие с определённой несущей Все эти меры позволяют создавать весь- стью и низкой вероятностью появления частотой. Автоматы управления освеще- ма надёжные и эффективные автоматы ложных сигналов. При этом она имеет нием, построенные на основе такого дат- управления освещением с ИК-датчиками, малые габариты (порядка 5×10×13 мм) чика, можно дополнить таймером, кото- работающими на отражение. и, что весьма важно, низкую стоимость рый обеспечит задержку свечения лампы (порядка $1). накаливания после исчезновения объек- Ключевым элементом фотоприём- та из поля зрения фотодатчика. ника является микросхема интеграль- Схема электрическая ного фотоприёмника TFMS5360 произ- принципиальная Рис. 1. Блок-схема приёмника TFMS5360 Схема электрическая первого вари- анта устройства показана на рис. 2. На схеме можно выделить несколько функциональных блоков: ● стабилизатор напряжения «минус 5 В» — элементы: C1, R1, R2, VD1…VD4, DA1, C2…C5; ● задающий генератор на элементах DD1.1 и DD1.2, стабилизированный кварцевым резонатором ZQ1 на ча- стоту 432 кГц; 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 2. Схема электрическая принципиальная автомата управления освещением. Вариант 1 ● делитель частоты на 12 на счётчиках DD1.4 появляется уровень лог.0, который стором R21. В данном варианте устрой- DD2.1, DD2.2; индицирует включение жёлтого светоди- ства схема сдвига уровня для питания ода HL4. При этом открывается транзи- ИК-светодиодов выполнена на элемен- ● схему сдвига уровня для питания ИК- стор VT3, а вслед за ним и VT4, что при- тах VT3…VT5 и R23…R28. Амплитуда светодиодов на элементах VT1, VT2, водит к появлению тока управляющего излучаемых ИК-импульсов устанавли- R8, R9, R11, R12; электрода симистора VS1 и его открыва- вается подстроечным резистором R27. нию. Лампа накаливания EL1 включает- В отличие от предыдущего варианта ● фотоприёмник DA2 и реле времени на ся. Длительность свечения лампы будет устройства, данный вариант содержит элементах DD1.3, DD1.4, C7, VD7, R10; зависеть от времени нахождения объекта цифровой таймер на элементах DD1.3, в поле видимости фотоприёмника и пара- DD2.1, DD2.2, C8, R15, VD7. Длительность ● схему управления коммутирующим метров цепи C7-R10, точнее, от ёмкости выдержки индицируется линейкой све- симистором VS1 на элементах VT3, конденсатора C7 и введённой части под- тодиодов HL3…HL6. Применение циф- VT4, R16…R21. строечного резистора R10. После удале- рового таймера позволило расширить ния объекта из поля зрения фотоприём- диапазоны выдержки времени и сделать Принцип работы ника конденсатор C7 начинает медленно работу таймера более стабильной. разряжаться, и когда напряжение на вхо- На элементах DD1.1 и DD1.2 выполнен дах логического элемента DD1.4 достиг- Работает дискриминатор длитель- задающий генератор на частоту 432 кГц. нет его порогового значения, на его выхо- ности импульсов следующим образом. Счётчики DD2.1 и DD2.2 делят эту часто- де установится уровень лог.1, и тогда При появлении объекта в поле види- ту на 12 до 36 кГц, которая излучается лампа накаливания EL1 будет выключена. мости фотоприёмника на его выходе ИК-светодиодом HL1 и является несу- (вывод 3) появляются отрицательные щей частотой для фотоприёмника DA2. Схема электрическая импульсы в соответствии с формой оги- Амплитуда излучаемых ИК-импульсов, принципиальная и принцип бающей генератора на элементах DD3.3 а значит, и дальность работы на отраже- работы второго варианта и DD3.4. При этом длительность выход- ние, регулируется подстроечным рези- ных импульсов фотоприёмника зависит стором R11. Когда в поле зрения фото- Достичь большей в два раза дальности от дальности расположения объекта в приёмника DA2 появляется объект, то работы на отражение стало возможным его поле зрения, что индицируется зелё- отражённый от него ИК-сигнал вос- благодаря применению дискриминато- ным светодиодом HL1. Первый же отри- принимается фотоприёмником и при- ра длительности выходных импульсов цательный импульс с выхода фотопри- водит к формированию на его выходе фотоприёмника на элементах DD1.1, ёмника, инвертируясь элементом DD1.1, (вывод 3) отрицательного импульса. DD1.2, C7, VD5, R12 (см. рис. 3). Также через резистор R12 заряжает конденса- Длительность импульса зависит от вре- в данный вариант устройства введён тор С7. При этом длительность импуль- мени нахождения объекта в поле види- формирователь огибающей импульсов са должна быть достаточно большой, мости фотоприёмника. Данный вариант несущей с частотой 36 кГц на элементах чтобы конденсатор С7 успел зарядить- устройства позволяет получить макси- DD3.3, DD3.4, C10, VD8, VD9, R21. Фор- ся до порогового напряжения элемента мальную дальность работы на отраже- мирователь огибающей представляет DD1.2. После завершения отрицательно- ние до 1 метра. Появление выходных собой генератор импульсов с частотой го импульса на выходе фотоприёмника импульсов фотоприёмника индициру- в несколько герц (5...10 Гц) с перестра- устанавливается уровень лог.1, который, ет зажигание зелёного светодиода HL1. иваемой скважностью, которая задаёт- инвертируясь элементом DD1.1, приво- ся по максимальной чувствительности дит к быстрой разрядке конденсатора C7 Первый же отрицательный импульс фотоприёмника подстроечным рези- через диод VD5. При этом объект дол- фотоприёмника, инвертируясь логиче- ским элементом DD1.3, через диод VD7 приводит к быстрой зарядке конденсато- ра C7. Таким образом, на выходе элемента СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 21

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ жен располагаться достаточно далеко от Рис. 3. Схема электрическая принципиальная автомата управления освещением. Вариант 1 фотоприёмника и не ближе двух метров от него! Таким образом, длительность импульсов, на которые срабатывает дис- криминатор, а значит, и расстояние до объекта, задаётся подстроечным рези- стором R12. При появлении на входах логическо- го элемента DD1.2 двух уровней лог.1 на его выходе появляется уровень лог. 0, что индицирует красный светодиод HL2. Этот уровень лог.0, инвертируясь элементом DD1.4, обнуляет счётчики DD2.1 и DD2.2 и тем самым иниции- рует новый интервал отсчёта тайме- ра. На выходе счётчика DD2.2 уста- навливается уровень лог. 0. Лампа EL1 включается на время, задаваемое под- строечным резистором R15. Цепочка элементов С9-R14 предназначена для первоначального запуска таймера при первой подаче питающего напряжения. Конструкция и компоненты Устройства собраны на печатных платах из двустороннего фольгиро- ванного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, первый вариант — на плате раз- мерами 78×78 мм (см. рис. 4), а второй вариант — 100×75 мм (см. рис. 5). Авто- маты размещаются в пластмассовых разветвительных коробках подходя- щих размеров. Все микросхемы серии КР1564 (74HCxx) заменимы их анало- гами серии КР1554 (74ACxx). Симисто- ры могут быть из серий BT137, BT138, Рис. 4. Печатная плата автомата управления освещением. Вариант 1 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 22 WWW.SOEL.RU

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 5. Печатная плата автомата управления освещением. Вариант 2 BT139 с рабочим напряжением не менее 400 В. Стабилитроны в первом варианте устройства использованы из серии BZX55, а во втором варианте — из серии BZX85 с рабочим напряже- нием 10 В. В устройстве использова- ны постоянные резисторы типа МЛТ- 0,125, МЛТ-2 (R1 на рис. 2, 3), МЛТ-0,5 (R2 на рис. 2 и 3) или аналогичные соот- ветствующей мощности; подстроечные резисторы — типа СП3-38б в горизон- тальном исполнении; постоянные кон- денсаторы – типа К10-17, К73-17 (C1) и оксидные типа К50-35 или импорт- ные. Светодиоды сверхъяркие: красно- го, жёлтого, зелёного и синего цветов соответственно. Кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 432 КГц от пульта дис- танционного управления телеприём- ника. Фотоприёмник типа TFMS5360 с несущей частотой 36 КГц заменим на соответствующие аналоги с такой же несущей частотой. Настройка устройств Настройка первого варианта устрой- ства (см. рис. 2) заключается в уста- новке необходимой чувствительно- сти подстроечным резистором R11 и времени выдержки резистором R10. Во втором варианте (см. рис. 3) кро- ме чувствительности (R27) и време- ни выдержки (R15) устанавливается скважность генератора огибающей резистором R21, а также длительность импульсов дискриминатора резисто- ром R12. Следует также помнить, что для нормальной работы устройств в поле видимости фотодатчиков не должно быть никаких посторонних предметов, так как они могут срабаты- вать на сигнал, отражённый от стен и потолка. НОВОСТИ МИРА IBM ПРЕДСТАВИЛА значение либо «1», либо «0». Кубиты могут ской системы в IBM Cloud для избранных КВАНТОВЫЙ ПРОЦЕССОР EAGLE являться одновременно как единицей, так и членов IBM Quantum Network», – отметил СО 127 КУБИТАМИ нулём. IBM утверждает, что это первый про- директор отдела разработки квантовых ап- цессор, который не может быть смоделиро- паратных систем IBM Джерри Чоу. Компания IBM заявила, что разработала ван классическими суперкомпьютерами. Так- новый чип Eagle для квантовых вычисле- же заявлено, что для моделирования Eagle по- Сама IBM пока раскрыла мало подробно- ний, который, по мнению руководства ком- надобится больше классических битов, чем стей о новинке и не сравнивала её с други- пании, позволит квантовым системам пре- атомов у каждого человека на планете. ми системами. IBM заявила, что новые ме- взойти классические компьютеры в некото- тоды, которым она научилась в ходе соз- рых задачах в течение следующих двух лет. Стоит отметить, что кубиты достаточно дания Eagle, в конечном итоге позволят сложны в производстве, а для их правиль- создавать гораздо более производитель- IBM заявила, что её вычислительный про- ной работы требуются мощные криогенные ные чипы. Компания намерена выпустить цессор Eagle имеет 127 кубитов, которые мо- системы охлаждения. в 2022 году квантовые чипы Osprey с 433 гут представлять информацию в квантовой кубитами и Condor с 1121 кубитом. форме. Классические компьютеры работают «Наш первый 127-кубитный процессор с использованием битов, которые могут иметь Eagle доступен в качестве исследователь- kod.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 23

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Новое поколение DSP-тюнеров с механической настройкой Владимир Бартенев ([email protected]) Первый однокристальный SDR-радиоприёмник фирмы Нетрудно заметить, что ряд фирм, производящих радиовещательные SiLabs (США) приёмники, стали применять необычные DSP-тюнеры, которые используют механическую настройку на принимаемые станции. Для того чтобы понять, в чём осо- Такое «новшество», с одной стороны, продиктовано стремлением бенность применения DSP-тюнера в производителей применять уже испытанные в прошлом механические рассматриваемых радиоприёмных приёмы управления настройкой, а с другой – сопряжено с упрощением устройствах, постараемся восстановить и снижением стоимости изготовления радиоприёмников. Однако историю развития радиоприёмных такой даунгрейд DSP-тюнеров нового поколения, навязанный их устройств за последние 30 лет. Хочу изготовителями, заставляет производителей радиоприёмников напомнить, что появление так назы- удариться в ретро-стиль их внешнего вида, что не всегда оправдано. ваемого программно-определяемого радио (SDR – Software Defined Radio) Введение оприёмников разных китайских фирм как нового понятия и направления в с механическими настройками. Тем не радиотехнике возникло в конце про- В последнее время моя коллекция менее, независимо от формы круглой шлого века, когда на смену цифровой радиоприёмников пополнилась целым или квадратной шкалы с нанесёнными реализации радиоприёмных устройств рядом интересных экземпляров, кото- на них диапазонами и частотами при- на жёсткой логике (Hardware) пришла рые можно объединить по их внешне- нимаемых станций и, конечно же, со технология программируемой обработ- му виду. Они все выполнены в стиле стрелками, которые связаны с помо- ки сигналов (Software) на сигнальных ретро. Например, на рис. 1 представ- щью механической передачи с ручкой процессорах (DSP) и ПЛИС (FPGA) [1]. лены три разновидности таких ради- настройки, все эти приёмники вызы- Ещё до этого первые попытки реали- вают у нас ностальгию по старинным зовать программируемую обработку а приёмникам из далёкого прошлого. делались при использовании возмож- Для того чтобы хоть как-то осовреме- ностей компьютера. После преобра- б нить ретро-приёмники, в них добавля- зования принимаемого из антенны ют MP3-плеер. или с выхода усилителя промежуточ- в ной частоты традиционного суперге- Рис. 1. Радиоприёмники из Китая разных фирм Если же заглянуть внутрь этих при- теродина сигнала в синусную и коси- на DSP-тюнерах с механической настройкой ёмников, то мы не увидим конденсато- нусную квадратурные составляющие ра переменной ёмкости, приводимого их подавали на два АЦП звуковой кар- в движение ручкой настройки, вместо ты, и далее с помощью специального него ручка настройки, механически программного обеспечения (например, связанная с переменным резистором, популярной тогда программы Winrad) напряжение на среднем выводе кото- получали на выходе звуковой карты рого и определяет частоту настройки. компьютера полезный сигнал. Необычно осуществляется и переклю- чение диапазонов. Для этого имеет- Вот как выглядела схема простей- ся набор резисторов, определяющих шей SDR-приставки, предложенная величину фиксированного напряже- радиолюбителем с позывным «UA3ELR» ния для каждого из диапазонов при- (рис. 2). Схема чрезвычайно проста. ёмника при их переключении. В при- В ней формируются квадратурные сиг- ёмнике отсутствуют настраиваемые и налы на низкой промежуточной часто- переключаемые колебательные кон- те I и Q, что позволяет осуществить SDR- туры, а эти напряжения с переменно- приём с помощью компьютера в любом го резистора для плавной настройки и желаемом диапазоне, переключая квар- фиксированные с резистивного дели- цевый резонатор. Схема включает два теля для каждого диапазона подаются смесителя на встречно-параллельных на соответствующие входы однокри- диодах, кварцевый гетеродин и двухка- стального тюнера, который фактиче- нальный УНЧ на отечественной микро- ски и выполняет функции радиопри- схеме К157УЛ1А. Подстроечным рези- ёмника. И хотя маркетологи известных стором регулируется баланс каналов по торговых фирм, рекламируя эти при- амплитуде, а подстроечным конденса- ёмники, называют их аналоговыми, на тором по фазе эти элементы и рези- самом деле в приёмниках применены стор 1k входят в ВЧ-фазовращатель DSP-тюнеры нового поколения. на 90 градусов. Кварц должен быть на частоту в два раза ниже принимаемой. 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Последующее совершенствование Рис. 2. Схема простейшей SDR-приставки SDR-приёма шло в направлении отка- Рис. 3. Функциональная схема DSP-тюнера Si470X за от использования преобразования принимаемых сигналов в квадратур- Рис. 4. Рисунок из американского патента DSP-тюнера фирмы SiLabs ные составляющие на низкой часто- те к использованию многоразрядного патент называется «Integrated Low-if Приведу один из рисунков этого патен- быстродействующего АЦП на вхо- Terrestrial Audio Broadcast Receiver and та, который полностью совпадает с де приёмника с последующей деци- Associated Method» [4]. Как мы видим, функциональной схемой DSP-тюнера. мацией цифрового потока данных, уже в названии подчёркивается исполь- подаваемых на компьютер по USB- зование низкой промежуточной часто- Как нетрудно заметить на рис. 4, или LAN-интерфейсу [2]. Однако, когда ты в приёмнике. Изобретателями это- просматривается сходство принципов в 2005 году фирма Silicon Labs [3] запу- го патента являются Tuttle Tyson G., работы простейшей SDR-приставки стила линейку первых однокристаль- Kasha Dan B. Дата приоритета: 2004-06- (рис. 2) с блоками 104, 090, 182 и ных FM-тюнеров, для их встраивания с 29. Срок действия патента до 2025 года. 184 DSP-тюнера. Вместо звуковой функцией FM-радио в мобильные теле- карты компьютера в DSP-тюнере два фоны применить такой усовершен- ствованный вариант реализации SDR- приёмника у фирмы не было никакой возможности. Ставка была сделана на использование низкой промежуточной частоты и обработку квадратурных сиг- налов с помощью сигнального процес- сора (DSP). Это однокристальное реше- ние стало пользоваться таким успехом, что стало самым быстрорастущим про- дуктом в истории SiLabs. В 2011 году фирмой Silicon Labs был выпущен пресс-релиз с таким заго- ловком, который не требует перево- да: «Silicon Labs ships one billionth DSP radio chip», и далее Silicon Labs пред- ставила первый в мире однокристаль- ный FM-приемник в 2005 году. Как самая маленькая, высокопроизводи- тельная и наиболее интегрированная ИС для FM-радиостанций, микросхе- ма Si4700 изменила подход к разработ- ке FM-тюнеров в бытовой электрони- ке. В то время традиционные решения для радиовещания основывались на сложных и дорогостоящих аналого- вых архитектурах, для которых тре- бовалось большое число дискретных компонентов. Высокоинтегрирован- ный Si4700 произвел революцию в кон- струкции радиоприемников, предлагая исключительно высокую чувствитель- ность, одновременно уменьшая коли- чество дополнительных компонентов более чем на 90% и занимая площадь на плате меньшую более чем на 60% [3]. На рис. 3 представлена функциональ- ная схема первого семейства однокри- стальных DSP-тюнеров фирмы SiLabs (Si470X). Данный DSP-тюнер защищён следующими патентами США: 7272375; 7127217; 7272373; 7272374; 7321324; 7339503; 7339504; 7355476; 7426376; 7436252; 7471940. Стоит рассмотреть, например, пер- вый из патентов, указанных в этом длинном списке (US-7272375). Этот СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 25

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 5. Функциональная схема DSP-тюнера Si4825 с механической настройкой компонентов и проверенной эффек- тивной работе микросхемы. Схема Рис. 6. Принципиальная схема радиоприёмника с DSP-тюнером Si4825 применения Si4825 предельно проста и не требует ручной настройки во вре- АЦП (блоки 156 и 158), а сам компью- Появление этого DSP-тюнера обо- мя производственного процесса. Si4825 тер заменён сигнальным процессо- сновывается фирмой Silicon Labs сле- имеет высокую чувствительность и ром (блок 108). Звуковая карта в DSP- дующим образом. Si4825 – всеволно- очень низкое энергопотребление. тюнере – это два ЦАП (блоки 170 и вой (AM/FM/SW) радиоприёмник SDR 172). Важно подчеркнуть, что управ- начального уровня с низкой проме- Простота применения Si4825 объ- ление DSP-тюнером осуществляется жуточной частотой и механической ясняется тем, что она имеет встроен- внешним контроллером (блок 192), настройкой. Приёмник на одном кри- ный управляющий микроконтроллер. и тюнер может работать в стерео- сталле реализует полную функцию В этом принципиальное отличие ново- режиме. радиоприёмного устройства от входа го поколения DSP-тюнеров Si4825 от антенны до аудиовыхода. Si4825 рас- своих предшественников. Однако нас интересует новое поколе- ширяет семейство многодиапазон- ние DSP-тюнеров, появившихся через ных тюнеров Silicon Labs и ещё больше Технические характеристики Si4825: 10 лет после первого семейства Si470X. увеличивает простоту и привлекатель- ● поддержка FM-диапазона, в том Представителем этого нового поколе- ность дизайна радиоприёмника благо- ния DSP-тюнеров является микросхе- даря небольшому размеру, минималь- числе и УКВ-диапазона России ма Si4825 [4]. Вот её функциональная ному количеству дополнительных (64…109 МГц); схема (см. рис. 5). ● поддержка диапазона средних волн АМ (504…1750 кГц); ● поддержка диапазона коротких волн SW (2,3…28,5 МГц); ● моноаудиовыход; ● автоматическая настройка частоты (AFC); ● напряжение питания от 2,0 до 3,6 В; ● 16-контактный корпус SOIC. Принципиальная схема включе- ния микросхемы Si4825 приведена на рис. 6. Переключатель диапазонов – S1, а переменный резистор VR1 – настрой- ка частоты. Список патентов, которыми защи- щён тюнер Si4825: 7127217; 7272373; 7272375; 7321324; 7355476; 7426376; 7471940;7339503; 7339504. Анализ функциональной схемы, как и уменьшенного числа патентов, зало- женных в DSP-тюнер Si4825, говорит не об усовершенствовании, а скорее о сни- жении эксплуатационных характери- стик этой микросхемы. Подтверждает это и отказ в FM-диапазоне от стерео- режима в Si4825 и невозможность извлечь из DSP-тюнера информацию о принимаемой частоте. И наконец, полное отсутствие в настоящее время на сайте Silicon Labs какой-либо инфор- мации об этом направлении деятель- ности [3] позволяет сделать вывод об утрате интереса руководства фирмы к DSP-тюнерам. Одной из главных при- чин этого может быть освоение и мас- совое производство аналогичных DSP- тюнеров китайскими фирмами. Лидер производства DSP-тюнеров – фирма KTMicro (Китай) Рассмотрим, например, DSP-тюнеры такой китайской фирмы, как KTMicro [7]. Интересна история её создания в 2006 году в Пекине. KTMicro – высоко- 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 7. Функциональная схема DSP-тюнера KT0936M AM-диапазонах (ДВ, СВ, КВ). Настройка и переключение диапазонов осущест- технологичное предприятие по разра- выпустила микросхему KTO936M, кото- вляется механическим способом, соот- ботке интегральных схем (ИС) – было рая также является однокристальным ветственно переменным резистором на создано вернувшимися из США учёны- программируемым DSP-тюнером со одном входе АЦП и переключением ми. В настоящее время её зарегистри- встроенным управляющим контрол- делителей напряжения на другом вхо- рованный капитал составляет более лером. Я не случайно добавил как осо- де АЦП тюнера. Так выглядит функцио- 13 млн долл. США, её штаб-квартира бенность этого DSP-тюнера его про- нальная схема тюнера (см. рис. 7). находится в Пекине, а филиалы рас- граммируемость. Этим важным его положены в Сиане, Шэньчжэне и Гон- свойством мы далее воспользуем- Нетрудно увидеть, что это всё тот же конге. Компания специализирует- ся. По моему запросу фирма KTMicro SDR-радиоприёмник с низкой проме- ся на исследованиях и разработках, в прислала описание этой микросхе- жуточной частотой, мало чем отличаю- том числе и DSP-тюнеров. В частности, мы, выдержки из которого я приведу. щийся от DSP-тюнера фирмы Silicon Labs сравнительно недавно фирма KTMicro Тюнер может работать как в FM-, так и в Si4825. Однако есть одна особенность микросхемы KTMicro, которая дела- ет её особенно привлекательной. Речь идёт о возможности задавать различные режимы и параметры работы тюнера с помощью внешнего ПЗУ, подключаемо- го к KT0936M посредством интерфейса I2C. Рассмотрим этот вопрос подробнее. DSP-тюнер после изготовления может работать в FM-диапазоне на частотах 87…108 МГц. Если же мы хотим расши- рить диапазон принимаемых частот, включая и советский УКВ-диапазон, начиная с 62 МГц, то потребуется изме- нить режим работы тюнера с помощью микросхемы ПЗУ. Схема подключения этой вспомогательной управляющей микросхемы AT24C02 показана на рис. 8. Рис. 8. Электрическая схема радиоприёмника на DSP-тюнере KT0936 (U1) c управляющей микросхемой ПЗУ AT24C02 (U2) СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 27

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 9. Содержимое управляющего ПЗУ AT24C02 для добавления работы DSP-тюнера в УКВ- индикации и синтезатор речи, причём диапазоне блок сопряжения подключён непосред- ственно к трём выводам переменного Поскольку микросхема ПЗУ AT24C02 другие, предельно упростили разра- резистора настройки, а входы модуля относится к типу EEPROM, нам потребу- ботку радиоприёмников за счёт встра- индикации и управляющий вход син- ется программатор, например, CH341A ивания управляющего микроконтрол- тезатора речи подключёны непосред- с программой и драйвером. Загру- лера на кристалл DSP-тюнера. В этом ственно к выходам блока сопряжения, женная программа в программатор в случае управление настройкой при- при этом выход звукового сигнала син- нашем случае выглядит так (см. рис. 9). ёмника осуществляется переменным тезатора речи подключен к динамику. Хотелось бы сказать и ещё об одной резистором изменением напряжения Такое устройство позволяет полно- особенности микросхем KT0936M. на входе АЦП DSP-тюнера, что лиша- стью реализовать предложенный спо- В Китае выпускаются две разновид- ет возможности идентифицировать соб измерения и индикации принима- ности микросхем KT0936M, отличаю- частоту принимаемых станций. Это емой DSP-тюнером частоты. щиеся тем, что для включения FM- или явилось одной из причин того, что FM+УКВ- диапазона делитель напря- внешний вид современных приёмни- Эксплуатация опытного образца жения, подключаемый к выводу SPAM ков с такими DSP-тюнерами стилизован устройства с использованием серий- (11 ножка), может состоять из двух под старину введением шкал со стрел- ного приёмника RITMIX RPR-202, в резисторов 10 кОм и 33 Ома или 10 кОм ками, движение которых производится котором используется DSP-тюнер и 33 кОма, что можно определить толь- механическим приводом от перемен- KTO936M, подтвердила преимущества ко экспериментально. ного резистора настройки. этой эффективной технологии измере- ния и индикации принимаемой часто- Усовершенствование DSP- Чтобы повысить функциональные ты радиоприёмником с механической тюнера с механической возможности современных радиопри- шкалой. настройкой ёмников, использующих DSP-тюнеры, в которых применяется механическая Об использовании DSP-тюнеров Как некоторый итог к сказанному, настройка, предлагается использовать для модернизации старинных можно утверждать, что в последнее вре- способ измерения и индикации часто- приёмников мя многие фирмы-разработчики одно- ты, повышающий точность настройки кристальных DSP-тюнеров, такие как и её цифровую и речевую визуализа- Не могу не отметить ещё одно направ- Silicon Labs (микросхема Si4825) [4], ции [8]. Сущность предлагаемого спо- ление, в котором широко могут исполь- KTMicro (микросхема KTO936M) [8] и соба заключается в том, что измерение зоваться DSP-тюнеры с механической и индикация частоты принимаемо- настройкой. Это модернизация старин- Рис. 10. Модернизированный радиоприёмник го сигнала DSP-тюнером осуществля- ных радиоприёмников. В частности, «Комсомолец» на DSP-тюнере KT0922 в FM- ют измерением напряжения на пере- мною при использовании микросхе- диапазоне принимает станции в стерео-режиме менном резисторе настройки, которое мы фирмы KTMicro KT0922 был при- после АЦП и функционального преоб- ведён в рабочее состояние старинный разования зависимости частоты от кода приёмник «Комсомолец» (см. рис. 10). напряжения передают на дисплей для индикации принимаемой частоты и Прежде всего хочу ответить на глав- озвучивания её в синтезаторе речи. ный вопрос. Почему мною был выбран Такая поставленная цель для реализа- для модернизации именно старинный ции предлагаемого усовершенствова- приемник «Комсомолец»? Отвечаю. ния достигается тем, что устройство Этот приёмник был выбран потому, содержит блок сопряжения, модуль что он был разработан после Вели- кой Отечественной войны сотрудни- ком п/я 241 (ныне МНИИРС) Мура- дом Рашидовичем Каплановым [9]. В 1947 году Капланов М.Р. побеждает в конкурсе на лучший массовый детек- торный приёмник, который он назвал «Комсомолец» и который выпускал- ся в большом количестве на многих радиозаводах и радиоартелях СССР до середины 50-х годов. Конец 40-х годов связан у Капланова не только с разработкой детекторного приёмника «Комсомолец». В первую очередь, если судить по его научным отчётам, это раз- работка нескольких радиостанций раз- личного назначения: «Клён», «Тополь», «Кипарис», «Акация», «Дуб», «Сирень» и «Пальма». По результатам этих работ М.Р. Капланов в 1949 г. награждён нагрудным знаком «Почётный радист СССР». С 1958 г. он начинает по совме- 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ стительству преподавать на кафедре ция на двух лампах, устанавливаемых трическим наушникам в моей коллек- конструирования и производства ради- в панельки непосредственно на кор- ции, я отношусь предельно бережно и оаппаратуры во Всесоюзном заочном пус приёмника. Более серьезная модер- обхожусь без модернизаций. энергетическом институте подготов- низация описана в 1955 году в книге ки и усовершенствования инженеров В.В. Ефимова, когда в корпус приём- Заключение (ВЗЭИ), г. Москва (ныне МТУ МИРЭА). ника «Комсомолец» был вмонтирован трёхламповый приёмник на сверхми- Несомненно, создание фирмой С запуском первого в мире искус- ниатюрных лампах. При этом первая Silicon Labs в 2005 году первого одно- ственного спутника Земли в СССР в лампа работала в режиме регенератив- кристального SDR-радиоприёмника 1957 году встал вопрос об использова- ного детектора. (Radio-on-a-Chip) произвело рево- нии спутников в качестве ретрансля- люцию в радиоприёмной техни- торов для передачи информации на Но вот после создания первого в мире ке. Последующее освоение и массо- большие расстояния. Под руководством микропроцессора в 1971 году насту- вое производство однокристальных главного конструктора М.Р. Каплано- пила эра программируемой радио- тюнеров в Поднебесной сделало эти ва разрабатываются следующие про- электроники. Появились микрокон- микросхемы общедоступными и низ- екты космических систем связи как троллеры, сигнальные процессоры кобюджетными. Появление в насто- гражданского, так и военного приме- и ПЛИС. Совершенствовались инте- ящее время простых DSP-тюнеров с нения: «Молния-1» 1962 г., «Молния-2» гральные микросхемы и для радио- механической настройкой ещё более 1965 г., «Корунд» 1969 г., «Кулон» 1973 г. приёмных устройств, в том числе для оживило производство радиоприём- В 1963 г. Капланов – доктор техниче- программируемых SDR-приёмников. ников. Неслучайно в настоящее время ских наук. В 1964 г. – профессор кафе- Наступил черёд модернизировать и десятки китайских фирм заполонили дры конструирования и производства приёмник «Комсомолец», используя рынок своими изделиями с использо- радиоаппаратуры МИРЭА. Он дваж- современную элементную базу, в част- ванием DSP-тюнеров с механической ды лауреат государственной премии ности, DSP-тюнеры. Моя первая модер- настройкой. Оживилось и радиолю- (1968, 1975 гг.) и дважды награждён низация приёмника «Комсомолец» на бительское движение в разработке и орденом Трудового Красного Знамени DSP-тюнере c внешним микрокон- создании всеволновых приёмников (1963, 1973 гг.). В 1973 г. М. Р. Капланов троллером описана в книге [10]. Одно на DSP-тюнерах. Важно подчеркнуть, покидает МНИИРС и до своей смерти лишь замечание при этом следует сде- что предельная простота конструкции в 65 лет возглавляет кафедру констру- лать. При модернизации нужно при- приёмника на DSP-тюнере с механи- ирования и производства радиоаппа- держиваться разумного компромисса ческой настройкой даёт возможность ратуры МИРЭА. Я, как преподаватель в соотношении сохранённого исход- его создания даже начинающим ради- МИРЭА, для сохранения исторической ного состояния и вносимых изменений олюбителям. памяти об известном учёном Мураде в модернизируемый радиоприёмник. Рашидовиче Капланове открыл о нём Приведу пример из своего опыта. Моя Литература страничку в Википедии и предпринял первоначальная модернизация при- попытку оживить созданный им ради- ёмника «Комсомолец» с DSP-тюнером 1. Бартенев В.Г. 100 лет супергетеродин- оприёмник. состояла в попытке сохранить или вос- ному радиоприёмнику // Современная произвести все внутренние атрибуты электроника. 2018. № 9. Теперь отвечу задаваемый мне часто приёмника, за исключением оси руч- вопрос: имеет ли право коллекционер ки настройки, которая была замене- 2. Тумачек А., Кругликов Д. Программно- вносить какие-либо изменения в ста- на двойным переменным резистором конфигурируемое радио набирает обо- ринный приёмник? Отвечать на этот с раздельным управлением. При этом роты // Современная электроника. 2016. вопрос имеет смысл, дав определение, нижний резистор использовался для № 8. что такое реставрация и модерниза- настройки DSP-тюнера, а к верхнему ция. Итак, при реставрации коллекци- прикреплялся поводок, изменяющий 3. URL: https://www.silabs.com/. онер или реставратор стремится пол- настройку детекторного приёмника, 4. URL: https: //www.silabs.com/documents/ ностью достичь исходного состояния перемещая карбонильный сердечник приёмника, тем самым обеспечив его внутри катушки. Но при этом изме- public/data-sheets/Si4825-A10.pdfT/. первозданную идентичность. И хотя нялся внешний вид приёмника за счёт 5. URL: https://www.radioworld.com/news- восстановить работоспособность отре- двойной ручки управления настройкой. ставрированного приёмника не всег- Мне показалось, что важнее сохранить and-business/silicon-labs-passes-1-billion- да удается, тем не менее такой приём- исторический внешний вид приёмни- radio-chip-mark/. ник может достойно занять своё место ка. Пришлось пожертвовать катушкой 6. URL: https://patents.google.com/patent/ в музее или в коллекции. Такой подход индуктивности с карбонильным сер- US7272375/. широко практикуется при восстанов- дечником, изъяв её вместе с её настрой- 7. URL: http://www.ktmicro.com/. лении приёмников как исторических кой, и заменить её современной ферри- 8. URL: http://www.ktmicro.com/en/list-57.html/. памятников культуры и науки. Дру- товой антенной для работы в режиме 9. Бартенев В.Г. Способ измерения и инди- гое дело – модернизация старинно- АМ, оставив только один потенцио- кации частоты DSP-тюнера и устройство го приёмника. Уже практически сразу метр с одной ручкой для настройки для его реализации / Патент № 2736515 после серийного освоения в производ- DSP-тюнера. Коллекционный экзем- по заявке № 2020106822. Опубликован: стве приёмника «Комсомолец» стали пляр приёмника «Комсомолец» у меня 17.11.2020. Бюл. № 32. появляться публикации по его модер- только один, и к нему, как и к старин- 10. Бартенев В.Г., Абакумова А.Ю. Первые кос- низации. Так, в 1949 году в журнале ным электромагнитным и пьезоэлек- мические системы связи (к 100-летию со «Радио» была предложена модерниза- дня рождения М.Р. Капланова) // Электро- связь: история и современность. 2015. № 12. 11. Бартенев В.Г. Детекторные приёмники – вчера, сегодня и завтра. М.: Горячая линия – Телеком, 2016. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 29

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Перспективы развития высокоскоростных соединений между датчиками и бортовыми дисплеями автомобиля Кэрри Брауэн, Кевин Кершнер (Keysight Technologies) Скорость передачи данных равна 49 766 400 × 30 = 1493 Мбит/с. Ни для кого не секрет, что темпы инноваций в автомобильной промышленности растут стремительно. Если предыдущие двадцать лет В табл. 1 приведены типичные объёмы развитие автомобильной электроники было линейным, то за последние данных от различных датчиков, задей- два-три года оно стало экспоненциальным. Автомобили становятся ствованных в беспилотном вождении. всё более технически сложными устройствами, интегрирующими в себе разнообразную электронику, и вопрос организации скоростных Отраслевые требования коммуникаций между устройствами становится всё актуальнее. Автомобильный рынок развивает- Раньше автомобиль был просто пропускной способности сетей, ком- ся под влиянием множества факто- средством передвижения из пункта А мутаторов и интерфейсов, по кото- ров, среди которых наиболее важны- в пункт Б. Сейчас мы можем с уверен- рым передаются данные. Инновации ми являются следующие: ностью сказать, что это не относится к в автомобильной электронике стре- ● увеличение потребности в более ши- современным машинам и уж точно – мительно ускоряются. Они, в частно- к автомобилям завтрашнего дня. Прак- сти, нацелены на то, чтобы обеспечить роких полосах пропускания и приме- тически каждый новый автомобиль передачу данных для этих продви- нении более лёгких материалов для на рынке оснащён камерой заднего нутых функций со скоростью более реализации соединений; вида, системой помощи при парковке 1 Гбит/с по существующим кабельным ● увеличение потребности в системах и системой мониторинга слепых зон. соединениям. Сети с более высокой помощи водителю; Некоторые предлагают обзор на 360°. пропускной способностью и мень- ● рост спроса на элитные автомобили; Другие функции обеспечивают обнов- шей задержкой будут играть решаю- ● перспективные технологии; ления данных о дорожной обстановке щую роль в решении проблем, связан- ● повышение безопасности данных. в режиме реального времени, сотовую ных с реализацией будущих сложных, Авторами установлена необходи- связь с потенциальными источника- чувствительных ко времени автомо- мость применения технологий, обе- ми опасности, другими участниками бильных технологий. спечивающих повышение пропускной дорожного движения, транспортны- способности и снижение веса прово- ми средствами или пешеходами. Есть Многие из этих требований могут дных соединений для достижения мак- функции, которые могут определить, быть удовлетворены автомобильным симальной эффективности использова- что водитель отвлекается или устал. Ethernet со скоростью передачи до ния топлива (или батарей). Рост спроса А между тем люди в машине часто не 10 Гбит/с. Если учесть, что некоторые на камеры заднего вида, датчики парк- задумываются о том, насколько слож- камеры требуют до 3500 Мбит/с, мы троников и систем помощи при сме- ное оборудование помогает им в вожде- должны рассмотреть и другую техно- не полосы движения, не говоря уже об нии, и оценивают по достоинству лишь логию для передачи этих данных. отображении приборной панели на возможности информационно-развле- ветровом стекле и навигаторах, а так- кательных систем. Эти функции реали- Требования к пропускной же любых дополнительных информа- зуются с помощью различных датчи- способности ционно-развлекательных системах, ков, камер и сетей. вызван развитием систем помощи Чтобы лучше понять требования к водителю и технологий беспилотно- По мере роста требований пере- пропускной способности, запомните, го вождения. довые системы помощи водите- что приблизительную скорость переда- Кроме того, разработчикам сетей лю (ADAS) нового поколения требу- чи видеопотока можно рассчитать по нужно понимать, каким образом будут ют применения камер и радаров всё следующим формулам: масштабироваться системы автомо- более высокого разрешения. Это озна- ● Размер кадра = Разрешение × Глуби- биля по мере развития технологий. чает увеличение скорости передачи и Сегодня ожидается, что срок владения на цвета; машиной составит 10–15 лет. В целях Таблица 1. Объёмы данных от датчиков, ● Скорость передачи данных = Размер повышения экономической эффек- задействованных в беспилотном вождении тивности уже сегодня следует рассмо- кадра × Частота кадров; треть возможность проектирования Датчик Скорость передачи Таким образом, для камеры передо- сетевых решений, позволяющих уве- данных, Мбит/с вой системы помощи водителю (ADAS), личить пропускную способность для Камера 500...3500 снимающей изображение 1080p с глу- поддержки дополнительных ресурсо- Лидар 20...100 биной цвета 24 бита и частотой кадров ёмких функций помощи водителю и Радар 0,1...5 30 кадров в секунду, поддерживаемая беспилотного вождения, которые кли- Ультразвуковой датчик 0,01 скорость передачи данных равна: енты захотят получить в течение сро- Размер кадра = 1920 × 1080 × 24 = ка службы автомобиля. И конечно, обе- = 49 766 400 бит. 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ спечение безопасности – это ещё одна важнейшая задача при проектирова- нии автомобиля. Поскольку всё боль- ше функций помощи водителю и бес- пилотного вождения автоматизируется, очень большое внимание уделяется без- опасности пассажиров. Зональная архитектура Рис. 1. Концептуальная схема зональной архитектуры бортовой сети Инженеры всегда пытаются умень- шить сложность конструкции, и это также относится к бортовым сетям. На рис. 1 схематически показан авто- мобиль, в котором через объединитель- ную плату передаются потоки данных с разными скоростями. Это грубое упро- щение, но в рамках данного обсужде- ния оно помогает нам представить, как некоторые из этих технологий и стан- дартов работают вместе. Зональная архитектура объединяет множество входов и, в конечном счёте, уменьшает сложность системы, стои- мость и вес проводов, переходя от архи- тектуры «звезда» к архитектуре «шлейф» или «точка-точка». Это пример архитек- туры на основе зон. Также существует архитектура на основе доменов. Обе архитектуры будут агрегировать дан- ные с камер и датчиков, а Ethernet будет служить связующим звеном между каж- дой зоной или доменом. Поскольку цен- тральный вычислительный комплекс связан с датчиками и устройствами через зональные сетевые шлюзы, зональ- ный подход может обеспечить лучшую масштабируемость, а также повышен- ную надёжность и функциональность. Введение SerDes Рис. 2. Пример применения автомобильных дисплеев В современных информационно-раз- Многие производители микросхем поставщикам контрольно-измеритель- влекательных системах автомобильные реализуют новые стандарты интерфей- ных приборов это позволит унифици- камеры и дисплеи обычно подключа- са SerDes, такие как MIPI A-PHY (спец- ровать требования к производителям ются к электронному блоку управления ификация физического уровня про- микросхем, комплектного оборудова- (ЭБУ), обрабатывающему изображе- цессорного интерфейса переносных ния и их поставщикам первого уров- ние, через соединение SerDes (после- устройств, предназначенная для дат- ня. Единые требования к испытаниям довательно-параллельный интерфейс). чиков контроля окружающей обста- позволяют производителям микро- Сегодня они поставляются разными новки систем помощи водителю и бес- схем, комплектного оборудования и производителями, использующими пилотного вождения, а также дисплеев их поставщикам первого уровня уско- закрытые проприетарные стандарты. бортовых информационно-развлека- рить цикл разработки, снизить затраты тельных систем) и Automotive SerDes и улучшить совместимость с другими Для расширения зоны действия мно- Alliance (ASA). Это создаёт конкурент- серийно выпускаемыми устройствами. гофункциональных каналов интерфейс ный рынок, который будет стремить- SerDes может потребовать перехода ся к снижению стоимости при обеспе- На рис. 2 показан пример примене- на более низкие скорости передачи и чении необходимых функций. Также ния автомобильных дисплеев. Иллю- использования модуляции более высо- существует желание иметь стандар- страция взята из документации MIPI кого порядка (например, PAM-4). Кро- тизированные методы тестирования Alliance и сопровождается ссылкой на ме того, в качестве первичных соедине- во всей экосистеме, которые устанав- вновь выпущенный стандарт A-PHY [1]. ний между зонами потребуются каналы ливают требования к функциональ- Ethernet с более высокой пропускной ной совместимости. Испытателям и Некоторые функции SerDes сле- способностью, возможно, с использо- дующего поколения поддержива- ванием 802.3ch со скоростью переда- ют будущую сервис-ориентирован- чи до 10 Гбит/с. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 31

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 3. Изображение с камеры заднего вида ства, которые должны работать в тать вместе, что подчёркивает важность с разрывами передачи чрезвычайно жёстких условиях на бор- совместимости различных компонен- ту автомобиля, включающих в себя теп- тов между собой. ную архитектуру с туннелированием ло, вибрации, электростатические раз- и адаптацией протоколов, что позво- ряды и электромагнитные помехи. Кроме того, требуемая скорость пере- лит новым стандартам SerDes пере- дачи данных возрастает в 100…1000 сылать данные устаревших автомо- Keysight разделяет три области раз по сравнению с пропускной спо- бильных протоколов по шлейфовым тестирования. Первая – это передача. собностью шины CAN, а для обработ- соединениям к соответствующему ЭБУ Вы должны быть уверены в том, что ки высокоскоростных сигналов требу- или межсетевому мосту. Дублирование отправили то, что нужно было отпра- ются более сложные решения. Схемы потоков обеспечивает критически важ- вить. Вторая – это возможность приё- модуляции становятся всё более слож- ным для безопасности системам воз- ма, то есть то, насколько надёжно ваше ными. Прежние стандарты, такие как можность резервирования на случай устройство (шлюз, модуль, коммутатор CAN, использовали NRZ или PAM-2, в то отказа основного канала связи. Соеди- или другой компонент физического время как для автомобильных интер- нение шлейфом позволит подключить уровня) принимает полезные сигна- фейсов Ethernet и SerDes используются несколько портов SerDes друг к другу, лы. И наконец, это характеристики пас- уже PAM-3 и PAM-4. Таким образом, при агрегируя данные на линии связи, пре- сивного соединения между приёмопе- тестировании передачи данных необ- жде чем они поступят в ЭБУ. И наконец, редатчиками, известного как сегмент ходимо проверять их целостность, что функциональная безопасность достига- линии связи. Проверка на физическом требует: ется путем обеспечения сквозных меха- уровне охватывает все три эти области. ● измерения джиттера передатчика, ко- низмов защиты, соответствующих стан- дарту ISO 26262. Конечная цель этого тестирования – торый может быть вызван ошибками обеспечение совместимости устройств синхронизации; Эти функции востребованы в следую- разных производителей. В одном авто- ● тестирования спектральной плотно- щем поколении автомобилей, разрабо- мобиле может использоваться продук- сти мощности, которая измеряется танных с системами помощи водителю ция более 100 поставщиков, для кото- как шум в диапазоне частот (с помо- и беспилотного вождения. Но существу- рых организации по сертификации щью быстрого преобразования Фу- ет ряд проблем, которые следует пре- создают соответствующие специфика- рье (БПФ) или анализатора спектра), одолеть, включая наличие различных ции. Проверка оборудования по извест- поскольку дорожки печатной платы кабелей и разъёмов MDI (интерфейс, ным мировым стандартам позволяет при высоких скоростях передачи мо- зависящий от передающей среды), обе- оценить его способность обеспечить гут вести себя как антенны; спечение безопасности сети и совме- целостность данных и надёжность его ● измерения линейности для выявле- стимость с продукцией других про- функционирования. ния любых искажений, вызванных изводителей, технические проблемы отражениями, которые, в свою оче- тестирования передатчиков с целью Тестирование передачи редь, могут вызвать ошибки передат- обеспечения линейности и измере- В случае с передатчиком мы стре- чика и битовые ошибки. ния спектральной плотности мощно- В итоге нам нужно убедиться, что сти (PSD) в сетях PAM-N. Также важно мимся удостовериться в хороших передача данных не вызывает паразит- проверить устойчивость приёмников характеристиках передаваемого сиг- ных излучений, отражений или затуха- к электромагнитным помехам для обе- нала. Поэтому мы используем прибор, ний, а также не создаёт помех для дру- спечения работы в жёстких условиях на действующий как приёмник – в дан- гих схем. Если устройство не пройдёт борту автомобиля. Это сложное изме- ном случае осциллограф. Тестируе- хотя бы один из этих тестов, то это рение, которое включает в себя подачу мое устройство (ТУ) переключается в приведет к символьным или пакетным заранее определённых, калиброванных ряд известных состояний, а приёмник ошибкам, потерянным кадрам в при- уровней шума на вывод RX устройства проверяет, остаётся ли сигнал в преде- ёмнике, то есть полосам на экране, как SerDes и контроль его способности син- лах допустимых значений. проиллюстрировано выше. хронизировать символы в пределах допустимой погрешности. На рис. 3 показано изображение с Тестирование канала камеры заднего вида с горизонталь- Тестирование на физическом ными полосами. Полосы соответству- Кабель, разъём, оснастка и жгут, сое- уровне ют разрывам передачи, т.е. потерян- диняющий эти устройства, представ- ным пакетам. Одна или две полосы ляют собой канал или сегмент линии Функциональная совместимость – ещё позволяют видеть изображение, связи. это реальная проблема. Приёмопере- но вам определённо не захочется, что- датчики – это чувствительные устрой- бы оно превратилось в сплошные чёр- Для оценки влияния канала на сиг- ные полосы, когда в слепой зоне нахо- нал и проверки целостности сигнала 32 дится ребёнок. между передатчиком и приёмником можно воспользоваться векторным Камера изготовлена одним произво- анализатором цепей. Учитывая длину дителем, кабель – другим. То же самое кабеля, используемого в жёстких усло- можно сказать о коммутаторе, переда- виях автомобиля, очень важно рассмо- ющем сигнал, центральном процессоре треть зависимость импеданса от часто- или ЭБУ, обрабатывающим данные, и ты, чтобы предсказать, как канал будет затем о тормозах, которые в конечном работать в автомобиле. Сегмент линии итоге должны остановить автомобиль. связи состоит из кабеля со штатными Все они выпускаются разными произ- разъёмами и ответными разъёмами водителями, но должны исправно рабо- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ устройств на обоих концах. Различные ошибки в приёмнике приводят к поте- Рис. 4. Пример соединителя MDI с H-MTD и кабели, отвечающие за передачу дан- ре или повреждению данных, поступа- SMA ных управления и полезной нагрузки, ющих от критически важных датчиков, а также подачу питания постоянного таких как камеры, радары и лидары. Прогноз на будущее тока на удалённые датчики, объединя- ются в жгут. Измерение характеристик Обеспечение правильного функци- Будет больше камер, больше соеди- для канала SerDes включает в себя ана- онирования приёмника становится нений и больше датчиков при лучшей лиз во временно′ й и частотной обла- всё более трудным для сложных типов точности, меньшем весе и повышенной стях. Для этого необходимо изучить модуляции, таких как PAM-4, особен- надёжности. Несомненно, при этом воз- кабельную систему, MDI, а также тре- но при передаче по длинным линиям, никнет потребность в бортовой авто- бования к оснастке и схеме измерений. подверженным одновременному воз- мобильной сети, которая способна бес- действию многих источников шума. препятственно решать задачи быстрой Сам разъём MDI не является стан- Чтобы охарактеризовать возможно- передачи данных. Такие автомобиль- дартизированным, но существуют сти приёмника, необходимо измерить ные сети должны тщательно тестиро- некоторые жёсткие спецификации, уровни ошибок в присутствии много- ваться, поскольку они должны быть позволяющие свести к минимуму вза- численных источников шума, включая: совместимыми и безопасными. имодействие между MDI и кабелем. ● узкополосные помехи; На рис. 4 показан пример соедини- ● подачу большого тока; Литература теля H-MTD, который используется в ● переходные процессы в линии; многогигабитных сетях автомобиль- ● перекрёстные помехи внутри жгута 1. URL: https://standards.ieee.org/content/ ного Ethernet, а также в линиях новых dam/ieee-standards/standards/ стандартов SerDes. и между жгутами. web/documents/other/eipatd- Схема измерений может включать presentations/2019/D1-04_KLAUS-Zonal_ Тестирование канала нацелено на источники шума, усилители и схе- EE_Architecture.pdf. обнаружение таких ошибок, как: мы связи, которые позволяют пода- ● рассогласование импеданса; вать точные уровни шума в активный 2. URL: https://semiengineering.com/shedding- ● искажения или дефекты сигнала; канал интерфейса SerDes. Затем опра- pounds-in-automotive-electronics/. ● перекрёстные помехи между кабе- шиваются регистры качества сигнала ТУ, чтобы проверить, может ли приём- 3. URL: https://groups.vesa.org/wg/AES/ лями. ник правильно интерпретировать сим- document/16623. волы в присутствии шума. При тести- Тестирование приемника ровании приёмника особое внимание уделяется предельным показателям, Приёмники выполняют первич- чтобы убедиться, что он всё ещё может ную обработку данных, переданных поддерживать приемлемый коэффици- по каналу связи, а затем пересылают ент битовых ошибок (BER). их для дальнейшей обработки в ЭБУ или устройство отображения. Битовые НОВОСТИ МИРА KEBOTIX УТВЕРЖДАЕТ, нение в секторе здравоохранения в ви- сколько новых классов молекул-канди- де носимых смарт-патчей со встроенны- датов, которые были проверены в про- ЧТО НАХОДИТСЯ НА ПОРОГЕ ми датчиками. тотипах. «МНОГООБЕЩАЮЩЕГО» Технология OLED была изобрете- В Kebotix рассчитывают, что уже в пер- ПРОРЫВА В ОБЛАСТИ OLED на в 1987 году специалистами компании вом полугодии 2022 года всё будет готово Eastman Kodak и коммерциализирована к испытаниям новых материалов с партнё- Компания Kebotix, занимающаяся разра- в дисплее для автомобильных стереоси- рами-производителями, заинтересованны- боткой реактивов и материалов с использо- стем Pioneer в 1997 году. Она не лишена ми в том, чтобы первыми внедрить коммер- ванием технологий искусственного интел- недостатков. В частности, это низкий про- чески жизнеспособную технологию следу- лекта и машинного обучения, утверждает, цент выхода годной продукции, высокая ющего поколения. что находится на пороге «многообещающе- стоимость, проблемы с синим эмиттером го» прорыва в области органических свето- и меньший срок службы органических ма- Новые материалы-эмиттеры, найденные диодов (OLED). териалов. Kebotix, лучше современных, наносимых в производстве дисплеев с помощью тех- Технология OLED уже достаточно ши- Используя свою запатентованную ин- нологии молекулярного осаждения из па- роко используется в электронных устрой- новационную платформу с обратной свя- ровой фазы. Они могут быть депонирова- ствах, включая смартфоны, компьютеры, зью, которая ускоряет открытия, ком- ны в стек из раствора, например, методом телевизоры, портативные игровые кон- пания Kebotix создала «конвейер» для печати. Это открывает путь к более широ- соли и другие устройствах с плоскими интеллектуального проектирования мо- кой коммерциализации технологии OLED экранами, которые требуют высокого ка- лекул эмиттера OLED. Он использует в умных упаковках, носимых датчиках и чества изображения и низкого энергопо- способность искусственного интеллек- других областях применения, где произ- требления. По словам Kebotix, светодио- та анализировать огромные объёмы дан- водственные затраты относятся к реша- ды OLED также набирают популярность ных с участием экспертов. Менее чем ющим факторам. в освещении, поскольку они обеспечива- за шесть месяцев было обнаружено не- ют рассеянный свет, менее вредный для ixbt.com человеческих глаз, и могут найти приме- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 33

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Схемотехническое моделирование в Delta Design SimOne Андрей Смирнов, Алексей Гимеин (компания ЭРЕМЕКС) ние передаточных функций по посто- янному току. В статье рассмотрены возможности схемотехнического моделирования в среде САПР Delta Design, а также практический пример моделирования Частотный анализ. Включает в аналоговой электрической схемы средствами Delta Design SimOne. себя расчёт и построение частотных характеристик схемы, в том числе Введение РЭА, включена в Единый реестр рос- амплитудно-фазовой характеристики. сийских программ для электронных При проектировании электриче- вычислительных машин и баз данных. Анализ переходных процессов. ских схем необходимо обеспечить С момента выпуска системы схемо- Используется оригинальный метод инте- соответствие выходных характери- технического моделирования раз- грирования дифференциально-алге- стик устройства желаемым целевым работчики ЭРЕМЕКС вели работу по браических уравнений. Метод имеет значениям. На этапе проектирования интеграции SimOne в единую сре- повышенную точность и устойчивость инженер-схемотехник создаёт элек- ду проектирования. Полная интегра- в сравнении с методами, применяемы- трическую схему и подбирает значе- ция была реализована в версии Delta ми в обычном SPICE-моделировании. ния компонентов схемы на основа- Design 3.0. Были перенесены методы Вычисления в традиционных для SPICE- нии своего опыта и уже имеющихся моделирования, библиотеки, появился моделирования методах – методе Гира, решений. Наличие в инструментарии ряд новых инструментов. Теперь весь трапеций и Эйлера производятся с помо- проектирования средств моделирова- процесс проектирования осуществля- щью кодового матричного процессора, ния позволяет оптимизировать про- ется в единой среде, нет необходимо- что позволяет значительно сократить цесс подбора значений компонентов сти проводить схемотехническое моде- время расчёта. и сократить трудозатраты на достиже- лирование в отдельном приложении, а ние требуемых параметров электриче- затем заново создавать электрическую Анализ установившихся периоди- ской схемы. схему в САПР, чтобы затем проектиро- ческих режимов. Расчёт периодиче- вать печатную плату. ских режимов ведётся с помощью при- Пакет схемотехнического моде- стрелочного метода Ньютона (Shooting лирования SimOne разработки ком- Возможности SimOne Newton), при этом используется высо- пании ЭРЕМЕКС был представлен коэффективный подход – без явного на рынке в 2012 году и зарекомен- Delta Design SimOne обладает широ- формирования матрицы чувствитель- довал себя как высокоэффективный ким набором методов схемотехниче- ности. инструмент моделирования, многие ского моделирования и инструментов, возможности SimOne (анализ устой- облегчающих анализ электрических Температурный анализ. Аналого- чивости схемы, оригинальные тех- схем. К таким инструментам можно вое моделирование поведения схемы нологии параллельных вычисле- отнести следующие. при изменении рабочей температуры. ний) до сих пор не имеют аналогов. До 2020 года система SimOne постав- Расчёт статического режима схем Параметрический анализ схемы. лялась в виде отдельного приложе- по постоянному току. Включает в себя Моделирование поведения схемы при ния, которое можно было приобре- расчёт рабочей точки схемы, определе- изменении параметров сигналов, моде- сти как отдельный пакет или в составе лей схемных компонентов. САПР Delta Design, также разрабаты- ваемой компанией ЭРЕМЕКС. Delta Анализ устойчивости схемы. Design – первая отечественная САПР Для анализа устойчивости схемы в электроники, реализующая сквоз- ной цикл проектирования изделий Рис. 1. Кривая RIAA (источник – Википедия) Рис. 2. Электрическая схема усилителя в среде Delta Design 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ окрестности рабочей точки пользова- телю предлагаются два независимых способа. Первый – на основе расчё- та собственных частот схемы, вто- рой – на основе критерия Михайлова. Результат анализа – вывод об устой- чивости схемы, построение годографа Михайлова, вывод таблицы собствен- ных частот схемы. Пользователь также имеет возможность построить график годографа Михайлова в заданном про- извольном диапазоне и принять реше- ние об устойчивости схемы самосто- ятельно. В дополнение к этому система SimOne обладает инструментами, упрощающими моделирование и ана- лиз схемы – «щуп», «метка измерения», «тюнер». Обеспечена возможность создания фильтров, реализовано зада- ние сигналов через графическую обо- лочку. Есть возможность выгрузки гра- фиков в формат Excel, Matlab, Maple, Текстовый, WAV, PWL, Touchstone, Freq. Библиотека SimOne содержит свыше 30 тысяч моделей электрон- ных компонентов, включая около 500 моделей отечественных произ- водителей. Практический пример Рис. 3. Результаты анализа «Расчёт рабочей точки» схемотехнического моделирования в SimOne зуем распространённую схему на двух Расчёт статического режима операционных усилителях с необходи- Проверим схему на работоспособ- Процесс схемотехнического моде- мой «обвязкой» (рис. 2). Создадим схему лирования рассмотрим на примере средствами схемотехнического редак- ность. Используем режим SimOne «Рас- усилителя с частотной коррекцией, тора Delta Design. чет рабочей точки». В меню SimOne используемого при воспроизведе- выберем «Новое моделирование» -> нии аудиозаписей. По результатам Проектируемый усилитель предна- «Рабочая точка». Результат модели- моделирования и внесения изме- значен для усиления и коррекции сиг- рования представлен на рис. 3. Расчёт нений в параметры электрической нала с магнитных головок, у которых рабочей точки ошибок не выявил, сле- схемы получим требуемые частот- выходное напряжение соответствует довательно, схема работоспособна. ные характеристики и коэффици- 5 мВ, коэффициент усиления на часто- ент усиления. те 1 кГц должен быть около 200. Чтобы Анализ переходных процессов обеспечить линейную характеристи- Далее проверим сигнал на выходе – В рамках примера средствами Delta ку на выходе, АЧХ усилителя должна Design SimOne решим следующие зада- компенсировать частотную характе- цепь OUT, резистор R8. Используем ана- чи схемотехнического моделирования – ристику звукозаписи (красная кривая лиз переходных процессов. Выбираем в расчёт статического режима, расчёт на рис. 1). меню SimOne – «Новое моделирование» переходных процессов и построение -> «Анализ переходных процессов». Время частотных характеристик. Также про- Выставим параметры источников анализа установим с 0 с до 0,02 с. Резуль- ведем анализ устойчивости проектиру- питания GB1 и GB2, на вход усилите- таты анализа представлены на рис. 4. В емой схемы. ля подадим синусоидальный сигнал с начале графика мы видим стабилизацию амплитудой 5 мВ и частотой 1000 Гц. работы схемы, далее – ровная синусоида. В проектируемом усилителе будем использовать частотную коррекцию RIAA (рис. 1), как общепринятый стан- дарт. Таким образом, АЧХ проектируе- мого усилителя должна соответство- вать кривой RIAA (синяя кривая на рис. 1). В данной статье не будем рассма- тривать подробно разработку схемы электрической. Вместо этого исполь- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 35

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 4. Анализ переходных процессов на цепи OUT Рис. 5. Сравнение входного и выходного сигналов усилителя Рис. 6. Частотный анализ схемы Рис. 7. Настройка параметрического частотного анализа Рис. 8. Результаты параметрического частотного анализа Рис. 9. Частотный анализ схемы после корректировки номиналов Рассмотрим, как меняется выход- SimOne выберем «Новое моделирова- пазоне от 47 кОм до 120 кОм с шагом ной сигнал относительно входного, ние» → «Частотный анализ». 20 кОм (рис. 7). используем также анализ переход- ных процессов. При подаче сигна- Видим, что кривая на графике В результате получим кривые, пред- ла частотой 1 кГц и амплитудой 5 (рис. 6) не соответствует целевой кри- ставленные на рис. 8. Видим, что бли- мВ (рис. 5, нижний график) на вход вой RIAA, представленной на рис. 1. На жайшим к целевой кривой является гра- усилителя получим на выходе 1 кГц частоте 1 кГц значение отличается от фик зелёного цвета (R3 = 107 кОм). и амплитуду 1 В (рис. 5, верхний требуемого на 7,5 дБ. На схеме электри- график). ческой необходимо изменить номина- Скорректируем номинал R3, уста- лы для приведения ЧХ к стандарту. Для новив его значение в 110 кОм, и зано- Частотный анализ определения номинала резистора R3 во проведём частотный анализ схемы Проведём частотный анализ схемы выполним параметрический частот- (рис. 9). Видим, что частотная харак- ный анализ. Будем менять значение теристика скорректировалась и теперь в диапазоне от 20 Гц до 22 кГц. В меню сопротивления резистора R3 в диа- соответствует целевым значениям кри- вой RIAA. 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ бы, следовательно, схема устойчива. Таким образом, мы получили рабо- тоспособную схему, параметры кото- рой и частотная характеристика соот- ветствуют целевым значениям. Теперь инженер может переходить к проек- тированию печатной платы в среде Delta Design. Рис. 10. Проверка устойчивости схемы годографом Михайлова Заключение Анализ устойчивости «Анализ устойчивости», в окне пара- На практическом примере схемы На финальном шаге проведём ана- метров отметим «Проверить годогра- усилителя показано, как средства- фом Михайлова». Результаты анализа ми Delta Design SimOne провести лиз устойчивости электрической отображены на рис. 10. Видим, что на моделирование и анализ электри- схемы усилителя. В меню SimOne графике отсутствуют обратные заги- ческой схемы, скорректировать выберем «Новое моделирование» → номиналы компонентов схемы и привести частотную характери- стику схемы к заданным целевым значениям. Возможность моделирования и ана- лиза электрической схемы в сквоз- ном цикле проектирования в среде САПР Delta Design обеспечивает сни- жение общих затрат на проектиро- вание изделия, как трудозатрат, так и затрат на создание прототипов, и, в целом, повышает качество разра- ботки РЭА. ĽĹĻŁĿijĿļľĿijıŐ ŎļĶĻŃŁĿľĹĻı +7 (495) 137-5335 | INWAVE.RU łŕŖŜőŞşœŁşŢŢřř ňőŢţşţő ŁőŘšŰ઺Ţţŭ ŕřŢśšŖţřŘőŧřř Œřţ ĴĴŧ ŀşŜşŢőŖŕřŞřŨŞşŔş ĽőśŢřŝőŜŭŞőŰ őŞőŜřŘőœšŖŗřŝŖ ŔŜŤŒřŞőŘőŠřŢř őŞőŜřŘőţşšőŢŠŖśţšő ŝŜšŕşţŢŨ šŖőŜŭŞşŔşœšŖŝŖŞř ŠşŒřţĴIJ ĽĴŧ łśşšşŢţŭŘőŦœőţő łŖŞŢşšŞŬŚ şŢŧřŜŜşŔšőŝŝ ŝŤŜŭţřţőŨŕřŢŠŜŖŚ 15ŝŜŞşŢŧŢ Ɨ ĿŢŧřŜŜşŔšőťŧřťšşœşŚ Реклама MWO-4000ŢťŤŞśŧřŖŚőŞőŜřŘőţşšőŢŠŖśţšőšŖőŜŭŞşŔşœšŖŝŖŞř СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 37

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Работа с последовательным интерфейсом SPI в программной среде Proteus 8.11 Часть 1 Татьяна Колесникова ([email protected]) Рассмотрим работу с SPI на примере микроконтроллеров AVR (микросхе- В статье рассматривается проектирование схем микроэлектронных ма ATmega16) и STM32 (микросхема устройств с использованием интерфейса SPI в Proteus на примере его STM32F103C4 [1]), для чего воспользуем- реализации в микроконтроллерах AVR (семейства Mega) и STM32 (семейства ся программой компьютерного модели- Cortex-M3). Описаны особенности написания программного кода для рования электронных схем Proteus [2]. инициализации интерфейса и работы с ним, а также моделирования схем, в которых проводится передача данных через SPI между двумя и тремя Передача данных через устройствами, сконфигурированными как master и slave. Выполнено последовательный интерфейс отображение принятых ведомым устройством данных на экране SPI в микроконтроллерах виртуального терминала. С помощью осциллографа проведён контроль Cortex-M3 в Proteus входных/выходных сигналов, присутствующих на выводах устройств схемы. Для организации быстродействую- Введение контроллер можно связать с одним или щей связи с интегральными схемами несколькими ведомыми устройствами. у микроконтроллеров STM32 Cortex-M3 Интерфейс SPI (Serial Peripheral Схема подключения устройств по интер- имеется до трёх модулей SPI [3], предна- Interface – последовательный перифе- фейсу SPI показана на рис. 1. Связь меж- значенных для полнодуплексной пере- рийный интерфейс) является высоко- ду устройствами осуществляется с помо- дачи данных на частоте до 18 МГц. Важ- скоростным синхронным последователь- щью следующих цифровых сигналов: но обратить внимание, что один модуль ным интерфейсом и реализован во всех ● MOSI – выход данных для ведуще- SPI подключён к высокоскоростной микроконтроллерах STM32 Cortex-M3 и шине APB2, два других модуля связаны AVR семейства Mega. Он обеспечивает го или вход данных для ведомого с более низкоскоростной шиной APB1. обмен данными между микроконтрол- устройства; лером и различными периферийными ● MISO – вход данных для ведущего или Выводы микроконтроллера, использу- устройствами, такими как АЦП, ЦАП, выход данных для ведомого устрой- емые модулями SPI, являются линиями цифровые потенциометры, FLASH-ПЗУ, ства; ввода/вывода общего назначения. Назна- другие микросхемы и микроконтрол- ● SCK – сигнал общей синхронизации чение выводам функции SPI осущест- леры. Каждый модуль SPI может рабо- интерфейса; вляется в регистрах настройки GPIO. тать в ведущем или подчинённом режи- ● S–S – выбор ведомого устройства. В микроконтроллере STM32F103C4 моду- ме, что позволяет ему связаться с любой Ведущее устройство формирует один лем SPI1 используются линии PА4 – NSS, другой интегральной схемой, оснащён- или несколько сигналов SS (Slave Select) PА5 – SCK, PА6 – MISO, PA7 – MOSI. Одна- ной интерфейсом SPI. Ведущий микро- для выбора ведомых устройств. При ко, используя регистры AFIO, линии SPI1 этом количество формируемых сигна- можно перенести на выводы PA15, PB3, Master … Slave 1 лов соответствует количеству ведомых РВ4 и РВ5 соответственно. устройств. Ведомое устройство получит SS1 …SS данные только в том случае, если оно В модуле SPI имеются следующие SS2 MOSI было выбрано ведущим. регистры ввода/вывода, необходимые SSn MISO Передача данных осуществляется для работы интерфейса: MOSI SCK посредством линий MOSI и MISO. Про- ● SPI_DR – регистр данных, содержит MISO цессом передачи данных управляет SCK Slave 2 ведущее устройство (Master), формируя посылаемые или принятые 8 или тактовые импульсы через линию SCK. 16 бит данных; SS Вывод SCK ведущего микроконтроллера ● SPI_CR1, SPI_CR2 – регистры управ- MOSI является выходом тактового сигнала, а ления, определяют функционирова- MISO ведомого микроконтроллера – входом. ние модуля SPI; SCK Одновременно с передачей данных от ● SPI_SR – регистр состояния, отобра- ведущего к ведомому устройству проис- жает состояние модуля SPI. Slave n ходит приём данных ведущим устрой- Для обнаружения ошибок, возник- ством от ведомого по кольцу. Таким ших при приёме и передаче данных, SS образом, за один полный цикл сдви- используются регистры SPI_CRCPR, MOSI га всех разрядов регистра происходит SPI_RXCRCR и SPI_TXCRCR. MISO обмен данными между двумя устрой- Включение/выключение SPI выпол- SCK ствами. Ведомые устройства не могут няется установкой шестого бита обмениваться данными друг с другом. (SPE) регистра SPI_CR1, седьмой бит Рис. 1. Схема подключения устройств по (LSBFIRST) задаёт порядок передачи интерфейсу SPI данных, а второй бит (MSTR) этого регистра задаёт выбор режима рабо- 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 2. Демонстрационная схема с использованием двух Рис. 3. Настройка частоты работы микроконтроллера DD1 микроконтроллеров STM32F103C4 и светодиодов ты интерфейса. При чтении регистра регистр данные записываются для пере- устройства – принять его и последо- SPI_DR выполняется обращение к дачи и читаются из него при приёме. вательно включить и выключить оба буферному регистру приёмника, при В одноранговой шине SPI (где имеет- светодиода. записи – к буферному регистру пере- ся только одно ведущее и одно ведомое датчика. Для передачи данных их необ- устройство) сигнал SS может быть опу- Перед передачей и приёмом дан- ходимо записать в регистр передат- щен, а соответствующий вывод ведомо- ных необходимо сформировать сиг- чика. Принятые данные читаются из го устройства подключён к земле. налы выбора для того устройства, с регистра приёмника. Для программы которым будет производиться обмен. существует один регистр с именем SPI_ Передача данных через Если ведомое устройство одно, то мож- DR. Скорость обмена по SPI определя- интерфейс SPI между двумя но использовать сигнал выбора NSS. ет блок генератора скорости, который микроконтроллерами Cortex-M3 Если же ведомых устройств несколько, задаёт частоту следования тактовых то придётся для каждого из них форми- импульсов. Для этого предназначены Рассмотрим процесс передачи дан- ровать индивидуальный сигнал выбо- разряды BR0, BR1 и BR2 регистра SPI_ ных между двумя микроконтроллера- ра. В качестве источников таких сигна- CR1. Три разряда предполагают нали- ми Cortex-M3 на примере микросхе- лов могут выступать свободные выводы чие восьми значений скорости. мы STM32F103C4, для чего создадим портов GPIO. в Proteus новый схемный проект и При написании программы инициа- добавим в рабочее поле на вкладке Для удобства соединения можно лизации микроконтроллера для пере- Schematic Capture две микросхемы отразить в рабочей области микро- дачи данных через интерфейс SPI их STM32F103C4, два светодиода, два схему DD1, для чего выделим её левой записывают в регистр SPI_DR с помо- резистора (100 Ом), символ земли. кнопкой мыши, правой кнопкой мыши щью команды SPIy->DR = data_tx, где Соединим компоненты так, как пока- вызовем контекстное меню и выберем в y – это номер интерфейса SPI. Окон- зано на рис. 2, и напишем на языке нём пункт X-Mirror. В результате микро- чание передачи контролируется про- программирования С программный схема будет отражена по горизонтали веркой флага TXE регистра SPI_SR, код управления передачей данных. в рабочем поле проекта. В таком поло- для чего можно использовать коман- В микроконтроллере STM32F103C4 жении выводы PA4 (NSS), PA5 (SCK), PA6 ду while (!(SPIy->SR & SPI_SR_TXE)) { }. имеется только один модуль SPI, к реги- (MISO), PA7 (MOSI) обеих микросхем Одновременно с передачей происходит страм которого в Proteus в программе соединить намного проще, при этом приём данных в регистр SPI_DR. При- инициализации обращаются с указа- соединительные линии на схеме будут нятые данные считываются из регистра нием номера интерфейса (например, короче. Для каждого микроконтроллера данных с помощью команды data_rx = по имени SPI1_SR, SPI1_DR). Обраще- двойным щелчком левой кнопки мыши SPIy->DR. Для проверки работоспособ- ние без указания номера интерфейса откроем окно настроек Edit Component ности интерфейса SPI в режиме масте- (по имени SPI_SR, SPI_DR) при ком- и в поле Crystal Frequency установим ра достаточно соединить выводы MISO пиляции кода программы вызывает частоту работы 2 МГц (см. рис. 3). Кноп- и MOSI между собой и сравнить пере- ошибку. Необходимо отметить, что кой Hidden Pins для каждого микрокон- данные данные с полученными. Если программа инициализации пишет- троллера откроем окно Edit Hidden они совпадают, это значит, что интер- ся как для ведущего, так и для ведо- Power Pins, где выполним согласова- фейс работает правильно. мого микроконтроллера. Определим ние скрытых выводов питания и цепей микроконтроллер DD1 как ведущий, питания (см. рис. 4). В нашем приме- Управляя значениями битов реги- а микроконтроллер DD2 как ведо- ре в полях Pin VDD и Pin VDDA введём стров модуля SPI микроконтроллеров мый. При этом задачей мастера будет значение VDD, а в полях Pin VSS и Pin Cortex-M3, реализуют процесс обме- послать управляющий сигнал (кодо- VSSA – значение VSS. Нажмём кнопку на данными. Регистр данных SPI_DR вую комбинацию), задачей ведомого ОК для вступления в силу внесённых состоит из 16 разрядов данных. В этот изменений. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 39

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 4. Подключение цепей питания к скрытым Рис. 5. Окно New Firmware Project выводам микроконтроллера в окне Edit Hidden Power Pins Таблица 1. Задание частоты тактового сигнала передачи данных по интерфейсу | (1<<6); // включаем SPI SCK определяются состоянием пятого, // после установки в 1 флага TXE четвёртого и третьего битов реги- регистра SPI1_SR BR5 BR4 BR3 Частота сигнала SCK стра ВR ведущего микроконтролле- while(!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE)) ра (см. табл. 1), так как именно он {} 000 fPCLK/2 является источником тактового сиг- // заполняем буфер передатчика нала. Для ведомого микроконтрол- SPI1->DR = 0b11111110; } 001 fPCLK/4 лера состояние этих битов не име- ет значения. Для ведомого микроконтроллера был 010 fPCLK/8 написан следующий код программы Напишем на языке программирова- инициализации: 011 fPCLK/16 ния С следующий код программы ини- циализации для ведущего микрокон- #include <stm32f1xx.h> // подклю- 100 fPCLK/32 троллера: чение заголовочного файла 101 fPCLK/64 #include <stm32f1xx.h> // подклю- void delay (int dly) // подпро- чение заголовочного файла грамма формирования задержки 110 fPCLK/128 int main() { // начало программы { int i; 111 fPCLK/256 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ for(; dly>0; dly--) SPI1EN; // включаем тактирование for ( i=0; i<10000; i++); } Примечание: fPCLK – это тактовая частота микро- SPI1 контроллера. // подсоединение линий порта РА int main() { // начало программы к шине APB2 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ Перед выполнением передачи дан- RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ SPI1EN; // включаем тактирование ных необходимо, прежде всего, раз- IOPAEN; SPI1 решить работу модуля SPI. Для этого // подсоединение линий порта РА следует установить в единицу шестой // настройка линий РА5 (SCK), PA6 к шине APB2 бит регистра SPI_CR1. Режим работы (MISO), PA7 (MOSI) порта РА RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ определяется состоянием второго IOPAEN; бита этого регистра: если бит уста- // биты CNF5, CNF7 = 10, биты // подсоединение линий порта РB новлен в 1, микроконтроллер рабо- MODE5, MODE7 = 11 к шине APB2 тает в режиме Master, если сброшен RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ в 0 – в режиме Slave. Программно (на // биты CNF6 = 10, биты MODE6 = 00 IOPBEN; языке программирования С) эти дей- GPIOA->CRL = 0xb8b33333; ствия можно реализовать следующим // настройка линий РА5 (SCK), PA6 образом: // конфигурация SPI1 (MISO), PA7 (MOSI) порта РА SPI1->CR1 = (0<<11) // формат SPI1->CR1 = (1<<6) | (1<<2) ; // включе- кадра данных 8 бит // биты CNF5, CNF7 = 10, биты ние SPI1 в ведущем микроконтроллере | (0<<7) // направление передачи MODE5, MODE7 = 00 младшим разрядом вперед SPI1->CR1 = (1<<6) | (0<<2) ; // включе- | (1<<9) // включаем программное // биты CNF6 = 10, биты MODE6 = 11 ние SPI1 в ведомом микроконтроллере. управление сигналом NSS GPIOA->CRL = 0x8b833333; | (1<<8) // NSS в высоком состо- // настройка линий порта РВ Передача данных осуществляется янии // биты CNF = 10, биты MODE = 00 следующим образом. При записи в | (1<<5)|(0<<4)|(0<<3) // ско- GPIOB->CRL =0x88888888; регистр данных SPI ведущего микро- рость передачи данных: F_PCLK/32 контроллера запускается генератор | (1<<2) // режим работы Master // конфигурация SPI1 тактового сигнала модуля SPI. Дан- (ведущий) SPI1->CR1 = (1<<6) | (0<<2); // ные начинают побитно выдаваться | (0<<1)|(0<<0) // полярность (0) включаем SPI, режим работы Slave на вывод MOSI устройства Master и и фаза тактового сигнала (0) (ведомый) соответственно поступать на вывод MOSI устройства Slave. Порядок передачи битов данных определяет- ся состоянием седьмого бита реги- стра LSBFIRST. Если бит сброшен в 0, первым передаётся младший бит данных, если же установлен в 1 – старший бит. Частота тактового сиг- нала SCK и соответственно скорость 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ аб Рис. 6. Вкладка Source Code, код программы инициализации: ведущего микроконтроллера (а) и ведомого микроконтроллера (б) // после установки в 1 флага RXNE регистра SPI1_SR while(!(SPI1->SR & SPI_SR_RXNE)) {} // читаем данные из регистра SPI1_ DR if (SPI1->DR !=0b11111110) // если кодовая комбинация не получена GPIOB->ODR= (0<<0)|(0<<1); // посылаем лог. 0 на линии PB0 и PB1 порта PB else if (SPI1->DR==0b11111110) // если кодовая комбинация получена {while (1) // бесконечный цикл {GPIOB->ODR=(1<<0)|(0<<1); // включить светодиод D1 delay(10); // задержка GPIOB->ODR=(0<<0)|(1<<1); // погасить светодиод D1 и включить светодиод D2 delay(10); } } } // задержка В Proteus программа инициализации Рис. 7. Моделирование передачи данных между двумя микроконтроллерами STM32F103C4 через микроконтроллера вводится на вклад- интерфейс SPI в программной среде Proteus ке Source Code. Для её открытия выделя- ют левой кнопкой мыши символ веду- Когда все значения установлены, рование (см. рис. 7). Для компиляции щего микроконтроллера в рабочем нажмём на кнопку ОК, в результате в кода программы, написанного на язы- поле схемного проекта, правой кноп- проект будет добавлена вкладка Source ке программирования С, для микрокон- кой мыши вызывают контекстное меню Code, на которой и необходимо вве- троллеров STM32 Cortex-M3 в Proteus и выбирают в нём пункт Edit Source сти код программы управления веду- применяется компилятор GCC for ARM. Code. В результате откроется окно New щим микроконтроллером (см. рис. 6а). Firmware Project (см. рис. 5), в котором Перейти на вкладку для написания Проанализируем работу демонстра- устанавливают следующие параметры: программы инициализации ведомого ционной схемы, представленной на ● Family – семейство микроконтролле- микроконтроллера (см. рис. 6б) мож- рис. 7. На вкладке Source Code про- но таким же образом, как и для веду- граммным путём были даны указания ра (Cortex-M3); щего, однако в этом случае на вкладку ведущему микроконтроллеру через ● Controller – модель микроконтрол- будет добавлена отдельная закладка. интерфейс SPI1 отправить ведомому После того как в рабочей области микроконтроллеру кодовую комбина- лера (STM32F103C4); проекта собрана схема, а на вклад- цию. Программа ведомого микрокон- ● Compiler – компилятор (GCC for ке Source Code введён код программы троллера находится в ожидании уста- для всех микроконтроллеров проек- новки в 1 флага RXNE регистра SPI1_SR. ARM); та, кнопкой Run the simulation (кноп- Как только по интерфейсу SPI1 полу- ● Create Quick Start Files – автоматиче- ка находится в левом нижнем углу окна чена кодовая комбинация от ведущего программы) можно запустить модели- микроконтроллера, запускается под- ское создание заготовки программ- программа, которая даёт указания ного кода для микроконтроллера (установим флажок в поле). СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 41

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 8. Демонстрационная схема с использованием двух микроконтроллеров STM32F103C4, виртуального терминала и осциллографа ведомому микроконтроллеру вывести Процессом передачи данных управля- Рис. 9. Открытие панели INSTRUMENTS с на линии PВ0 и PВ1 порта РВ значе- ет ведущее устройство, формируя так- помощью пиктограммы Virtual Instruments ния логической 1 и 0 соответственно, товые импульсы через линию SCK. Mode которые удерживаются на этих линиях Одновременно с передачей данных от при помощи команды задержки. Затем ведущего к ведомому устройству проис- ты SPI. Подсоединим вывод РА9 (TXD) на линии PВ0 и PВ1 выводятся значе- ходит приём данных ведущим устрой- микроконтроллера DD2 к выводу RXD ния логического 0 и 1 соответствен- ством от ведомого по кольцу. Таким виртуального терминала, а выводы РА5 но, после чего по истечении времени образом, за один полный цикл сдви- (SCK) и РА7 (MOSI) – к каналам А и В задержки выполнение этого фрагмен- га всех разрядов регистра происходит осциллографа. та программы повторяется. После запу- обмен данными между двумя устрой- ска моделирования при помощи двух ствами. При написании программно- В окне настроек Edit Component в светодиодов, подключённых к лини- го кода необходимо указывать номер поле Crystal Frequency для каждого ям PВ0 и PВ1, мы можем проверить модуля, к которому мы обращаемся. микроконтроллера установим часто- правильность работы программы – В нашем примере это SPI1. ту его работы 2 МГц. Кнопкой Hidden светодиоды подсвечиваются и гаснут Pins откроем окно Edit Hidden Power поочередно. Рассмотрим ещё один пример, где Pins, где выполним согласование скры- ведущий микроконтроллер пересы- тых выводов питания и цепей питания. Передача инициируется записью лает через интерфейс SPI1 комбина- В окне настроек терминала (см. рис. 10) передаваемых данных (в 8- или 16-бит- цию символов английского алфавита определим значения следующих пара- ном формате) в буферный регистр ведомому микроконтроллеру, который метров: передатчика, т.е. в регистр данных SPI_ выводит принятые данные через интер- ● Baud Rate – скорость обмена данны- DR. После чего автоматически сбра- фейс USART [4] на экран виртуального сывается первый бит регистра SPI_ терминала. Для чего создадим в Proteus ми (9600 бод); SR (TXE = 0), что говорит о том, что новый схемный проект, добавим в ● Data Bits – формат пакета данных буфер передатчика уже не пуст. При рабочее поле на вкладке Schematic этом устанавливается в 1 и седьмой Capture две микросхемы STM32F103C4 (8 бит); бит регистра SPI_SR (BSY = 1), что озна- и соединим их так, как показано на ● Parity – контроль чётности (отсут- чает, что интерфейс занят. После это- рис. 8. Щёлкнув левой кнопкой мыши го данные пересылаются из регистра на панели INSTRUMENTS (см. рис. 9) ствует – NONE); SPI_DR в сдвиговый регистр передат- строку с названием VIRTUAL TERMINAL, ● Stop Bits – количество стоповых би- чика. Передача данных осуществляет- а затем строку OSCILLOSCOPE, разме- ся посредством линий MOSI и MISO. стим мышью в рабочем поле проекта тов (1). виртуальный терминал и виртуальный Окна настроек открывают двойным Сдвиговые регистры ведущего и ведо- осциллограф, которым воспользуемся щелчком левой кнопки мыши по разме- мого устройства объединяются линия- для просмотра осциллограммы рабо- щённому на схеме компоненту. ми связи в единый сдвиговый регистр. Напишем на языке программирова- ния С для ведущего (DD1) и для ведо- 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 10. Окно настроек виртуального терминала Рис. 11. Приём ведомым микроконтроллером через интерфейс SPI данных и их вывод на экран виртуального терминала через интерфейс USART аб Рис. 12. Передача данных между двумя устройствами через интерфейс SPI. Вкладка Source Code, код программы инициализации: ведущего (а) и ведомого (б) микроконтроллера мого (DD2) микроконтроллеров про- RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ | (1<<9) // включаем программное граммный код управления передачей SPI1EN; // включаем тактирование управление сигналом NSS данных. Для получения осциллограм- SPI1 мы работы интерфейса SPI настроим | (1<<8) // NSS в высоком состо- параметры осциллографа так, как пока- // подсоединение линий порта РА янии зано на рис. 11. к шине APB2 | (1<<5)|(0<<4)|(0<<3) // ско- Код программы инициализации RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ рость передачи данных: F_PCLK/32 для ведущего микроконтроллера IOPAEN; (см. рис. 12а): | (1<<2) // режим работы Master // настройка линий РА5 (SCK), PA6 (ведущий) #include <stm32f1xx.h> // подклю- (MISO), PA7 (MOSI) порта РА чение заголовочного файла | (0<<1)|(0<<0) // полярность (0) // биты CNF5, CNF7 = 10, биты и фаза тактового сигнала (0) void delay (int dly) // подпро- MODE5, MODE7 = 11 грамма формирования задержки | (1<<6); // включаем SPI // биты CNF6 = 10, биты MODE6 = 00 { int i; GPIOA->CRL = 0xb8b33333; // после установки в 1 флага TXE for(; dly>0; dly--) регистра SPI1_SR for ( i=0; i<10000; i++); } // конфигурация SPI1 SPI1->CR1 = (0<<11) // формат while(!(SPI1->SR & SPI_SR_TXE)) int main() { // начало программы кадра данных 8 бит {} | (0<<7) // направление передачи младшим разрядом вперед //заполняем буфер передатчика SPI1->DR = ‘s’; delay(10); SPI1->DR = ‘l’; delay(10); SPI1->DR = ‘o’; delay(10); СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 43

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ аб вг Рис. 13. Осциллограммы передачи данных через интерфейс SPI. Передача символов: «s» (а), «l» (б), «o» (в) и «v» (г), двоичные коды которых (01110011, 01101100, 01101111 и 01110110 соответственно) на осциллограмме отображены голубым цветом SPI1->DR = ‘v’; delay(10); // настройка линий РА5 (SCK), PA6 // после установки в 1 флага RXNE SPI1->DR = ‘o’; delay(10); } (MISO), PA7 (MOSI) порта РА регистра SPI1_SR Код программы инициализации для // биты CNF5, CNF7 = 10, биты { while(!(SPI1->SR & SPI_SR_ ведомого микроконтроллера (см. рис. MODE5, MODE7 = 00 RXNE)) { } 12б): // биты CNF6 = 10, биты MODE6 = 11 char d = SPI1->DR; // начинаем #include <stm32f1xx.h> // подклю- GPIOA->CRL = 0x8b833333; приём данных по SPI чение заголовочного файла // настройка линии РА9 (TXD) порта РА на вывод данных по USART // ожидаем когда очистится буфер #define F_CPU 2000000 // рабочая // биты CNF1 = 10, биты MODE1 = 01 передачи USART частота контроллера GPIOA->CRH = 0x33333393; while ( USART1->SR == #define baudrate 9600L // cкорость // конфигурация SPI1 ((0<<6)|(0<<7)) ) { } обмена данными SPI1->CR1 = (1<<6) | (0<<2); // включаем SPI, режим работы Slave // помещаем данные в буфер USART, void delay (int dly) // подпро- (ведомый) начинаем передачу на экран терми- грамма формирования задержки нала // конфигурация USART1 { int i; USART1->CR1 = (1<<13); // раз- USART1->DR = d; for(; dly>0; dly--) решаем USART1, сбрасываем осталь- delay(10); } } for ( i=0; i<10000; i++); } ные биты USART1->BRR = (F_CPU/ (16 * После того как в рабочей области про- int main() { // начало программы baudrate))*16; // рассчитываем зна- екта собрана схема, а на вкладке Source RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ чение для регистра BRR Code введён код программы, можно SPI1EN; // включаем тактирование SPI1 USART1->CR1 |= (1<<3); // вклю- запускать моделирование, для чего пред- // подсоединение линий порта РА чаем передатчик усмотрена кнопка Run the simulation в к шине APB2 USART1->CR2 = 0; // сбрасываем все левом нижнем углу окна программы. Как RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN; флаги регистров CR2 и CR3 видно на рис. 12, компиляция законче- RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ USART1->CR3 = 0; на успешно – в коде программы отсут- USART1EN; // включаем тактирова- while (1) // бесконечный цикл ствуют ошибки. Разработанный проект ние USART1 (см. рис. 11) функционирует верно – на экран виртуального терминала была выведена указанная в коде программы комбинация символов. Осциллограм- 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ мы передачи данных через интерфейс ● после установки в 1 флага TXE реги- периферийным устройством необходи- SPI между микроконтроллерами DD1 и стра SPIх_SR записать данные в ре- мо разрешить подачу на него тактового DD2 показаны на рис. 13. гистр SPIx_DR. сигнала, что выполняется разработчиком Для настройки интерфейса SPI в программно в регистрах RCC_APB2ENR, Таким образом, чтобы передать дан- RCC_APB1ENR. Шина APB2 обслуживает ные через SPI между двумя микрокон- режим ведомого устройства выполня- контроллеры последовательных интер- троллерами STM32F103C4 в ведущем ют следующие действия: фейсов USART1, SPI1 и порты ввода/выво- микроконтроллере, необходимо: ● включают тактирование выбранно- да общего назначения (GPIO), шина APB1 ● включить тактирование выбранного обслуживает контроллеры интерфейсов го модуля SPIх (где х – номер моду- USART2, USART3, SPI2, SPI3. модуля SPIх (где х – номер модуля) и ля) и порта ввода/вывода, через ко- порта ввода/вывода, через который торый будет вестись приём данных; Литература будет вестись передача данных; ● настраивают режим работы линий ● настроить режим работы линий син- синхронизации и приёма данных на 1. STM32F103х4, STM32F103х6 MCU хронизации и передачи данных на ввод данных, записав в соответству- Datasheet. STMicroelectronics. 2009. вывод данных с альтернативной ющие разряды регистров конфигу- функцией, записав в соответствую- рации линий GPIO нужную комби- 2. Proteus VSM Help. Labcenter Electronics. щие разряды регистров конфигура- нацию бит; 2020. ции линий GPIO нужную комбина- ● разрешают работу с выбранным мо- цию бит; дулем SPIх; 3. STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx, ● разрешить работу с выбранным мо- ● переводят интерфейс SPIх в режим STM32F105xx and STM32F107xx advanced дулем SPIх; Slave; ARM-based 32-bit MCUs. Reference manual. ● управляя значениями битов регистра ● после установки в 1 флага RXNE ре- STMicroelectronics. 2010. SPIх_CR1, перевести интерфейс SPIх гистра SPIх_SR читают данные из ре- в режим Master (флаг MSTR) и задать гистра SPIx_DR. 4. Колесникова Т. Работа с универсальным скорость передачи (флаг BR [2:0]), Важно обратить внимание, что шина синхронно/асинхронным приёмо-пере- размер кадра данных (флаг DFF), на- APB2 может работать с максимальным датчиком USART в программной среде правление передачи (флаг LSBFIRST), быстродействием 72 МГц, а быстродей- Proteus 8.11 // Современная электрони- источник сигнала NSS (флаг SSM), по- ствие шины APB1 ограничено частотой 36 ка. 2021. № 8. лярность (флаг CPOL) и фазу (флаг МГц. По умолчанию тактирование отклю- CPHA) тактового сигнала; чено, и перед началом работы с любым 5. 8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flash. ATmega16, ATmega16L. Atmel Corpo- ration. 2010. Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 45

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Монтаж компонентов и связанные с ним технологии. Подсистема ГРИФ-4 – Монтаж. Часть 1 Юрий Ёлшин ([email protected]) ный уровень проектировщика. Именно поэтому электронные САПР относятся В статье приводится описание подсистемы формирования исходной к эвристическим системам. информации для реализации этапа подготовки данных для монтажа компонентов на печатной плате и собственно этапа монтажа Согласно ГОСТ 23501.0-89 подсисте- компонентов на основе этих данных. Программное обеспечение этих мы, т.е. составные структурные части этапов реализовано в рамках ГРИФ-4 – «Информационно-программного САПР, которые представляют элементы комплекса расширения функционала САПР P-CAD 200X». всех «обеспечений» автоматизирован- ного проектирования, необходимые Под термином «монтаж» понимается Автоматизация проектирования – для выполнения системой её функ- этап выполнения проекта электронно- одно из главных направлений науч- ций, по своим свойствам и функци- го модуля в виде печатной платы, кото- но-технического процесса. Как спра- ям могут рассматриваться как отдель- рый следует после выполнения эта- ведливо отмечено в [2], промышленный ные подсистемы. В рамках подсистемы пов размещения компонентов и этапа потенциал страны определяется не ГРИФ-4 первый этап выполнения про- трассировки. На этом этапе выполня- только возможностями массового про- екта рассматривается как схемотехни- ется формирование проектной доку- изводства новейших изделий техни- ческий этап. На этом этапе выполняют- ментации, которая должна позволить ки, но и возможностями их быстрого ся перечисленные ниже задачи: изготовителю осуществить подготовку проектирования. И если конвейеры для ● формирование новых условных гра- компонентов к размещению на изго- массового производства изделий уже товленную печатную плату (нередко имеются почти во всех отраслях про- фических отображений (УГО) для здесь производится и формовка выво- мышленности, то время создания кон- компонентов схемы в формате SCH дов компонентов по изготовленным вейеров для массового проектирования и поиск технических условий (ТУ) чертежам или по габаритным черте- новых изделий только наступает. При (или других достоверных источни- жам в ТУ на компонент), их размеще- этом полная автоматизация трудоём- ков исходных данных) на эти ком- ние, распайка и контроль исполнения. ких процессов, встречающихся при поненты; проектировании конструкций, явля- ● ведение базы данных УГО: пополне- В настоящее время этот этап выпол- ется актуальной задачей. ние библиотечных файлов новыми няется в соответствии с ЕСКД, а именно, компонентами в формате SCH; по ГОСТ 2.123-93-1 «Единая система кон- Проектирование печатных плат с ● подготовка схемы принципиальной структорской документации. Комплект- помощью САПР (CAD) представляет электрической в формате SCH; ность конструкторских документов на собой систему проектирования, спо- ● контроль исполнения схемы в соот- печатные платы при автоматизирован- собную осуществлять процесс проек- ветствии с государственными и/или ном проектировании» (с датой акту- тирования при решении задач, не под- внутренними стандартами предпри- ализации 10.06.2020). При этом доку- дающихся полной автоматизации. При ятия; ментация ориентирована в основном этом структура проектной, технологи- ● формирование файла электрических на бумажный состав КД, что в целом ческой и эксплуатационной докумен- связей в простом текстовом формате, является архаичным, т.е. не учитывает таций, понятийный аппарат и языки например, в формате TANGO в САПР современную тенденцию максимально- представления данных такой САПР P-CAD 2006; го использования безбумажного соста- должны быть стандартизованы. Что- ● поиск информационного источника ва КД. Тем не менее при использовании бы достичь должного уровня взаимо- функционального и конструктивного программного комплекса ГРИФ-4 [1] действия промышленных автоматизи- описания нового компонента. Этим практически все документы выполняют- рованных информационных систем, могут быть технические условия (ТУ) ся в цифровом электронном формате, требуется создание единого инфор- или фирменный буклет; в частности, предусмотрена определён- мационного пространства. Такое про- ● формирование служебной записки о ная формализация процесса разработки странство обеспечивается благодаря вводе в конструкторскую базу данных комплекта КД. Это требует обязательно- унификации как формы, так и содержа- (БД) информации с характеристика- го выполнения формальных требова- ния информации о конкретных изде- ми нового компонента. В их состав ний при сдаче проекта печатной платы лиях на различных этапах их жизнен- входят необходимые данные о ком- в хранилище, что позволяет выстроить ного цикла. Человек сам принимает поненте, предусмотренные в шабло- строгий типовой процесс проектирова- решение там, где процесс проектиро- не служебной записки, например, в ния в рамках предприятия. Изменение вания не поддаётся формализации, т.е. формате .docx в подсистеме ГРИФ-4. маршрута проектирования, уровней оценка проектных решений не имеет Эти этапы выполняются библиотека- проверки шаблонов проекта доступно количественного выражения. Таким рем УГО и заказчиком проекта печатной только администратору. образом, здесь важен профессиональ- платы (инженером-схемотехником) с помощью САПР P-CAD 2006 и подси- 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ стемы ГРИФ-4. Следующий этап явля- Рис. 1. «Куча» компонентов и конструкция печатной платы для размещения компонентов. Линии ется этапом формирования конструк- коричневого цвета – линии электрических связей компонентов торской БД описаний компонентов. Он состоит в решении следующих задач: ющего формата. Размещение готовых жа для каждого внешнего слоя платы. ● приём исходных данных от инжене- чертежей установки компонентов на При этом такие указатели применяют- заготовке чертежа заготовки СБ (обыч- ся к одному из группы компонентов еди- ра-схемотехника на ввод нового ком- но это лист с чертежом стандартного ного конструктивного типа и в любом из понента в централизованное хране- типоразмера печатной платы) произ- возможных ориентаций компонентов ние в базе данных – каталог файлов водится по аналогии с размещением на поле платы, в то время как на вынос- CompBox; компонентов на плате в виде «кучи», ной чертеж формовки и установки ком- ● формирование файлов библиотек которое формируется специальным понент представляется в нулевой ориен- различных графических и тексто- модулем. Этот модуль размещает черте- тации в соответствии с рекомендациями вых видов (свойств) компонентов; жи установки (монтажа) компонентов ГОСТ Р МЭК 61188-7-2017 «Печатные ● формирование файлов описаний ти- платы (Mounting) на свободном месте платы и печатные узлы. Проектирова- поразмеров печатных плат; файла сборочного чертежа платы, но в ние и применение. Часть 7. Нулевая ори- ● контроль корректности содержимо- пределах контура границы платы. ентация электронных компонентов для го БД компонентов; создания библиотек САПР». ● пополнение БД топологически иден- В настоящее время сборочные черте- тичными вариантами компонентов жи выполняются исходя из необходи- На чертежах установки компонентов с помощью методики Torrent, входя- мости расположения на листе большого можно обнаружить компоненты, кото- щей в состав ГРИФ-4; формата (обычно А1) контура печатной рые нуждаются в специальных опера- ● пополнение БД типовыми вариан- платы (без индикации запретных зон циях формовки выводов или выполне- тами исполнения конструкции ком- для трассировки и размещения, печат- нии чего-либо подобного. В таком случае понентов с помощью специальных ных проводников, переходных отвер- необходимо передать эти чертежи на уча- калькуляторов; стий и т.п.) с целью удобства размеще- сток формовки (или доработки) ком- ● пополнение главного реестра ком- ния текстов позиционных обозначений понента. Сделать это совсем не просто. понентов. компонентов и удобства их считывания Как отмечено выше, для удобства рабо- Следующий этап является этапом монтажником при своей работе. ты с чертежами в масштабе 1:1 на листе подготовки и формирования «кучи» формата А1 их необходимо вывести на файлов компонентов с одновремен- На свободном месте сборочного чер- бумагу, а для этого необходим достаточ- ным выводом на монитор изображе- тежа (обычно в масштабе 1:1) разме- но дорогой плоттер. Сделать копию тако- ний посадочных мест компонентов щается вспомогательная информация, го чертежа практически невозможно, что и файлов типоразмера печатной пла- например, таблица отверстий, но самое приводит к необходимости передавать ты в качестве исходных данных для главное, размещаются чертежи формов- подлинники полных сборочных черте- выполнения этапа расстановки (разме- ки выводов, элементов крепления (хому- жей на участок формовки, что, по суще- щения) компонентов на слоях платы. ты, радиаторы и т.п.), использованных ству, приводит к простою в работе мон- На рис. 1 показан файл «кучи» и типо- в проекте компонентов монтажа. Отме- тажника. Более того, выбор однотипных размера печатной платы, подготовлен- тим особенность такого представления компонентов для их размещения возмо- ный на этом этапе. данных, состоящую в том, что конструк- жен только при использовании специ- После размещения компонентов на тор должен ввести на чертёж платы ука- фикации на ячейку, формат и размер внешних слоях платы может выпол- затели с меткой соответствующего чер- которой не очень удобен для извлече- няться этап трассировки. Оба этих тежа установки компонента и ввести эти ния необходимых данных, с одной сторо- этапа требуют тщательного выполне- чертежи дополнительно к виду черте- ния технологического контроля полу- ченных результатов. Затем наступает этап подготовки проектных данных для монтажа компонентов. Стандартный и общепринятый на сегодняшний день способ реализации этого этапа состоит в следующих шагах. При полном совпадении количествен- ных и других данных после выполне- ния предыдущих этапов (наименований типов, децимальных номеров и коли- честв, отсутствия ошибок в базах данных и реализации задач размещения и трас- сировки) специальный программный модуль выполняет формирование фай- лов сборочных чертежей ячейки (СБ). При большом количестве чертежей установок компонентов на первом листе СБ модуль автоматически откры- вает файл второго листа СБ соответству- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021 WWW.SOEL.RU 47

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ а Именно поэтому был инициатив- но разработан программный комплекс б «ГРИФ-4-Монтаж». Данный комплекс содер- жит 3 программных модуля: FSBMount.exe, Рис. 2. Размещение чертежей установки компонентов: а) на листе 1 сборочного чертежа печатной FormPage00.exe, FormHeap01. Рассмотрим платы (слои TOP Silk – белый цвет и TOP Assy – зелёный цвет); б) на листе 2 сборочного чертежа их функции и свойства. печатной платы (слой TOP Assy – зелёный цвет) Модуль FSBMount.exe выполняет ны, а сам формат данных о компонентах Таким образом, рассмотренная выше формирование файлов листов рас- недостаточно удобен для использования. практика выполнения этапа монтаж- положения для слоёв TOP и Bottom ных работ не является оптимальной как одновременно при одном запуске Пример выполнения первого листа с точки зрения инженера-проектиров- программы. В системе ГРИФ-4 для сборки ячейки (слой TOP), которое щика этого этапа, так и с точки зрения этого после запуска модуля необхо- получено после работы специального монтажника ячейки. Однако формально димо указать имя файла печатной модуля и после интерактивного раз- такое исполнение монтажа соответству- платы в формате PCAD-2006 и фай- мещения компонентов на листах СБ, ет ГОСТам, разработанным фактически в ла паспорта платы в формате ТХТ. показан на рис. 2а и 2б. Отметим, что прошлом веке. На крупных предприятиях В качестве имён исходных файлов обычно для полной информации о соответствующего профиля отступления используются их наименования или вариантах установки компонентов, как от этих ГОСТов просто не допускаются. децимальные номера. Модуль также правило, требуется формирование и частично использует файл Главного второго листа (слой BOTTOM) для ком- Однако, как справедливо отмечено в реестра компонентов S-P.txt, структу- понентов, не уместившихся на первом. ГОСТ Р МЭК 61191-1-2017 «Печатные ра и содержание которого приведены Оба листа зачастую выполняются ещё узлы. Часть 1. Поверхностный монтаж в монографии [1]. Примеры выполне- и в формате А1. Но конструктору также и связанные с ним технологии. Общие ния чертежей расположения компо- предстоит выполнить подобные черте- технические требования», основные нентов на внешних слоях платы при- жи для слоя BOTTOM. Важно отметить, принципы, алгоритмы выполнения, ведены на рис. 3а и 3б. что и монтажнику приходится работать инструментальные средства и техноло- с этими широкоформатными чертежа- гические операции допускается приме- Следует сразу отметить, что фор- ми чаще всего при недостатках места нять в различной последовательности мат этих чертежей А3 и их распечатка на его рабочем столе. Разумеется, в кон- в зависимости от специфики производ- выполняется на сравнительно недоро- кретной ситуации проблемы монтаж- ства и технологических процессов или гом принтере. При этом тексты пози- но-сборочного участка не выглядят готовности к пересмотру технологий ционных обозначений имеют высоту так пессимистично, но вышесказан- для приведения их в соответствие с тре- 1,7 мм и легко читаются при разме- ное актуально в большинстве случаев. бованиями к конечному изделию. щении такого чертежа на столе мон- тажника. В этом смысле никаких дополнительных данных для работы монтажника не требуется. Результат работы модуля позволяет его эффективно использовать в режи- ме работы PCB Design Manager систе- мы P-CAD-2006 для выбора требуемых к установке компонентов при наличии его на рабочем месте монтажника. При отсутствии компьютера есть возмож- ность произвести распечатку этих фай- лов PCB в формате А3 на любом прин- тере с установленной САПР P-CAD. При работе с компьютером (или при рас- печатке при отсутствии компьютера) есть возможность произвести цвето- вую индикацию компонентов, указав их позиционные обозначения. На рис. 4 показано выделение груп- пы конденсаторов одного типа на слое TOP, а на рис. 5 выделены компонен- ты различного конструктивного типа. Модуль FormPage00.exe формиру- ет таблицу компонентов в проекте в качестве специальной информации для работника монтажно-сборочного цеха, пример содержания такого спи- ска приведён ниже. Начальный диалог модуля показан на рис. 6. 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2021