Современная электроника №2 (2021)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ сигнал встроенной в ПЛИС системы Таблица 7. Группа параметров упорядочения преобразований IP-ядра Modular ADC Core PLL (ФАПЧ). В зависимости от модели, ПЛИС семейства MAX10 содержат одну Название параметра Варианты задания Описание или две системы PLL: или только PLL1, Number of slot used в редакторе или PLL1 и PLL3. В последнем случае для Указывает количество используемых слотов при упорядочении синхронизации АЦП можно использо- От 1 до 64 преобразований. В разделе Conversion Sequence Channel вать любую из имеющихся PLL. В случае использования ПЛИС с двумя аппарат- Slot N Номер включённого канала отображаются слоты, доступные в соответствии с количеством ными модулями АЦП и двумя PLL воз- (CH N) выбранных здесь слотов можны следующие схемы синхрони- зации АЦП: Указывает, какой по номеру разрешённый канал АЦП должен ● оба модуля АЦП используют для син- использоваться для упорядочения преобразований. Выбранная хронизации одну и ту же PLL; опция содержит список включённых каналов АЦП из группы ● каждый модуль АЦП использует для параметров Channel синхронизации отдельную PLL. 50 квыб/с. При переключении на дру- Рис. 2. Схема встроенного предделителя В случае если каждый модуль исполь- гой вход частота преобразования АЦП на аналоговом входе АЦП ПЛИС зует свою PLL, программный инстру- автоматически возвращается к значе- мент монтажа проекта ПЛИС Intel нию 1 Мвыб/с или менее, если задано. модулем АЦП всего доступно до 17 ана- Quartus Prime Fitter в ходе синтеза про- логовых входов: до 16 универсальных и екта ПЛИС автоматически выбирает При оцифровке сигнала с датчика один выделенный. В ПЛИС с двумя моду- один из двух вариантов. Если заданные температуры аппаратный модуль АЦП лями АЦП в совокупности доступно до разработчиком частоты выходных син- автоматически производит усреднение 18 аналоговых входов: по восемь уни- хросигналов используемых PLL различ- напряжения с датчика по 64 выборкам. версальных и по одному выделенному ны, Intel Quartus Prime Fitter оставляет При этом используется метод бегуще- в каждом аппаратном модуле АЦП. выбранную разработчиком конфигу- го среднего. Это означает, что первый рацию синхронизации АЦП неизмен- результат усреднения вычисляется по Режим измерения температуры. ной (две PLL). Если же частоты выход- истечении 64 выборок и усредняют- Модуль АЦП осуществляет преобразова- ных синхросигналов используемых ся выборки с 1-й по 64-ю, второй – по ние аналогового сигнала от внутренне- PLL заданы одинаковыми, Intel Quartus усреднению выборок со 2-й по 65-ю, го датчика температуры с частотой пре- Prime Fitter оставляет в качестве источ- третий – по усреднению выборок с 3-й образования 50 квыб/с. В ПЛИС с двумя ника синхронизации обоих модулей по 66-ю и т.д. Таким образом, любой модулями АЦП данный режим поддер- АЦП одну PLL, а вторую высвобождает. результат усреднения, кроме перво- живается только первым модулем. го, выдаётся с выхода АЦП при каждой Опорное напряжение АЦП выборке. АЦП в ПЛИС типа Single Supply может в ПЛИС оцифровывать входное напряжение Для вычисления текущей темпера- в диапазоне от 0 до 3,0 В или до 3,3 В в В качестве опорного напряжения туры кристалла ПЛИС, в которой уста- зависимости от значения напряжения каждый аппаратный модуль АЦП в новлен температурный датчик TSD, питания ПЛИС. АЦП в ПЛИС типа Dual ПЛИС может независимо использовать используется таблица соответствия Supply может оцифровывать входное как внутренний, так и внешний источ- температуры выходному коду АЦП при напряжение в диапазоне от 0 до 2,5 В. ники опорного напряжения. В моделях оцифровке напряжения с датчика, при- В случае использования функции пред- ПЛИС с двумя модулями АЦП один из ведённая в [1]. Согласно этой таблице, делителя на аналоговом входе АЦП в этих модулей может использовать вну- диапазон измеряемых температур дат- ПЛИС типа Single Supply может оциф- тренний источник опорного напряже- чика составляет от –40 до +125°C вклю- ровывать входное напряжение до 3,6 В, ния, а другой – внешний. чительно. При этом температуре –40°C а АЦП в ПЛИС типа Dual supply – до 3,0 В. соответствует выходной код АЦП, рав- Предделитель физически представляет Однако в каждой ПЛИС имеется ный 3798, температуре +125°C – выход- собой резистивный делитель напряже- только один вход для подачи внешне- ной код, равный 3431. Таким образом, ния на входе аналогового мультиплексо- го опорного напряжения VREF, поэтому области выходного кода размером ра АЦП, принципиальная схема которо- при выборе в качестве опорных напря- (3798 – 3431) = 367 младших значащих го показа на рисунке 2. Включение или жений внешних источников для обоих разрядов (МЗР) соответствует интервал отключение встроенного предделителя модулей АЦП в ПЛИС на них поступит температур 165°C, то есть средняя чув- на аналоговом входе АЦП может быть одно и то же напряжение с вывода VREF. ствительность датчика с учётом оциф- осуществлено при задании конфигу- ровки его выходного сигнала составляет рации модуля АЦП в инструменталь- Встроенный температурный 2,22 МЗР/°C. Заметим, что чувствитель- ной среде разработки проекта ПЛИС датчик в ПЛИС ность датчика во всем диапазоне изме- Quartus II, о чём будет подробнее рас- ряемых температур неравномерная и на сказано ниже. В составе всех аппаратных модулей отдельных участках может ухудшаться АЦП имеется внутренний диодный дат- вплоть до 1 МЗР/°C. Предделителем снабжены не все ана- чик температуры (TSD), сигнал с кото- логовые входы АЦП, а только один или рого поступает внутри АЦП на вход Режимы АЦП в ПЛИС отдельного канала. При выборе в каче- стве активного входа канала с датчиком Аппаратный модуль АЦП в ПЛИС температуры частота преобразования может функционировать в двух режимах. АЦП автоматически становится равной Нормальный режим. Модуль АЦП осу- ществляет преобразование аналогового сигнала от одного выбранного аналого- вого входа с частотой преобразования до 1 Мвыб/с. В ПЛИС с одним аппаратным СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 49

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ где VIN – входное аналоговое напряже- ние, VREF – опорное напряжение АЦП. Соответствие значений выходно- го кода АЦП и входного аналогового напряжения показано на рисунке 3. Как можно видеть из рисунка, макси- мальное разрешение (610,35 мкВ) АЦП обеспечивает при минимально возмож- ном напряжении полной шкалы 2,5 В. Значение входного напряжения может быть вычислено из выходного цифрового кода АЦП по формуле: Входное напряжение = (2) = цифровой код × (VREF / 212) Рис. 3. Соответствие значений выходного кода АЦП и входного аналогового напряжения в ПЛИС Временные диаграммы работы семейства MAX10 АЦП Рис. 4. Временные диаграммы работы модуля АЦП в ПЛИС На рисунке 4 показаны времен- ные диаграммы работы модуля АЦП Таблица 8. Интерфейсные сигналы глобальной синхронизации и сброса IP-ядер Modular ADC Core в ПЛИС. Названия сигналов, отобра- и Modular Dual ADC Core жаемых на диаграммах, соответству- ют их наименованиям, используемым Интерфейсный Разрядность Описание производителем в IP-ядре Modular ADC сигнал Core IP core. Диаграммы иллюстри- руют соответствия между сигналами Единственный источник синхросигнала для IP-ядер Modular ADC Core и Modular глобальной синхронизации и сброса модуля АЦП (clock, reset_n), управля- clock 1 Dual ADC. Минимально допустимая частота этого синхросигнала должна быть не ющими интерфейсными сигналами менее 25 МГц. При применении в качестве источника синхросигнала систем PLL модуля АЦП (command_valid, command_ startofpacket, command_endofpacket, ПЛИС необходимо использовать выход C0 PLL1 или выход C0 PLL3 command_channel[4:0]) и ответными интерфейсными сигналами модуля АЦП reset_n Единственный источник сброса IP-ядер Modular ADC Core и Modular Dual ADC. (response_valid, response_data[11:0]). 1 Необходимо устанавливать этот сигнал в активный уровень асинхронно, а снимать Для случая, показанного на рисунке, осу- ществляется преобразование сначала в активный уровень синхронно канале 16 (0x10), затем в канале 1, затем в канале 2. Номер канала для преобразо- два в зависимости от модели ПЛИС. щаются вход канала 8 первого модуля вания задаётся управляющим сигналом В ПЛИС с одним аппаратным модулем АЦП и вход канала 17 второго модуля command_channel[4:0], запуск преобра- АЦП это вход канала 8 или вход канала АЦП. зования задаётся сигналом command_ 16 (при наличии последнего). В ПЛИС valid (активный уровень высокий). с двумя аппаратными модулями АЦП Выходной код АЦП во всех ПЛИС Готовность результата преобразова- это вход канала 8 первого или второ- может принимать значения в диапа- ния индицируется сигналом command_ го модуля АЦП, если для применения зоне от 000h до FFFh. При формиро- ready (активный перепад положитель- АЦП используется IP-ядро Modular ADC вании выходного кода в АЦП исполь- ный), однако действительные данные Core IP core. Если для применения АЦП зуется униполярное прямое двоичное в результате преобразования (выход- используется IP-ядро Modular Dual ADC кодирование согласно формуле: ном коде АЦП) имеют место только при Core IP core, то предделителями осна- наличии сигнала response_valid (актив- Цифровой код = (VIN / VREF) × 212 (1) ный уровень высокий). Как можно видеть из диаграмм, для канала 16 результат преобразова- ния равен 8, а для канала 1 он равен 1. Интервал преобразования t (величи- на, обратная частоте преобразова- ния) равен периоду между передними фронтами импульсов сигнала готовно- сти результата command_ready. Описание сигналов глобальной син- хронизации и сброса IP-ядер Modular ADC Core и Modular Dual ADC Core при- ведено в таблице 8. 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Описание интерфейсных управляю- Таблица 9. Интерфейсные сигналы управления IP-ядер Modular ADC Core и Modular Dual ADC Core щих сигналов IP-ядер Modular ADC Core и Modular Dual ADC Core приведено в Интерфейсный Разрядность Описание таблице 9. Управляющие сигналы име- сигнал ют префикс command. 1 Сигнал от источника, индицирующий, что его текущая передача является command_valid валидной, то есть передаваемые им данные действительны Описание интерфейсных сигна- command_ready лов ответа IP-ядер Modular ADC Core 1 Сигнал от приёмника, индицирующий, что он готов к приёму и Modular Dual ADC Core приведено в command_channel таблице 10. Сигналы ответа имеют пре- Сигнал задания номера аналогового канала, с входа которого модуль АЦП фикс response. должен брать входной аналоговый сигнал для преобразования в ходе Построение внешних цепей АЦП в ПЛИС выполнения текущей команды: В документе [3] производитель даёт 5 31 – запрос перекалибровки; ряд рекомендаций по практическо- 30:18 – не используются; му проектированию внешних анало- говых цепей ПЛИС с модулем АЦП. 17 – встроенный температурный датчик; В качестве общего провода при пода- че на входы АЦП в ПЛИС опорного 16:0 – каналы аналоговых входов от 16 до 0, где канал 0 – выделенный напряжения необходимо использо- вать вывод ПЛИС аналогового обще- аналоговый вход, каналы от 1 до 16 – универсальные аналоговые входы. го провода REFGND. Цепь REFGND в целевом устройстве должна быть Сигнал от источника, индицирующий, что текущая передача выполнена проводником максималь- но возможной ширины и иметь сопро- является началом пакета. Этот сигнал является значимым только тивление, не превышающее 1,0 Ом. Соединение цепи аналогового общего command_startofpacket 1 в IP-ядрах, использующих программу упорядочения (sequencer). провода REFGND с цепью цифрового command_endofpacket IP-ядро устанавливает этот сигнал во время выдачи первого слота общего провода GND рекомендуется делать только в одной точке схемы и последовательности данных в массиве. В IP-ядрах без упорядочения этот через ферритовую бусину. сигнал можно игнорировать Рекомендуется в целевом устройстве прокладывать проводники, подводя- Сигнал от источника, индицирующий, что текущая передача является щие к входам АЦП ПЛИС внешние ана- логовые сигналы, таким образом, чтобы концом пакета. Этот сигнал является значимым только в IP-ядрах, минимизировать их совместный парал- лельный пробег с цифровыми линиями 1 использующих программу упорядочения (sequencer). GPIO, линиями питания и общего про- IP-ядро устанавливает этот сигнал во время выдачи последнего слота вода ПЛИС. Если последнее невозмож- но, то проводники питания и общего последовательности данных в массиве. В IP-ядрах без упорядочения провода рекомендуется делать макси- мально широкими и с сопротивлени- этот сигнал можно игнорировать ем, не превышающим 1,5 Ом. Таблица 10. Интерфейсные сигналы ответа IP-ядер Modular ADC Core и Modular Dual ADC Core Цепи питания ПЛИС, используемые для модуля АЦП, рекомендуется выпол- Интерфейсный Разрядность Описание нять по схеме, показанной на рисунке 5. сигнал При этом фильтрующие конденсаторы response_valid 1 Сигнал от источника, индицирующий, что его текущая передача является ёмкостью 0,1 мкФ должны располагать- валидной, то есть передаваемые им данные действительны ся как можно ближе к корпусу ПЛИС. response_channel Сигнал номера аналогового канала, с входа которого модуль АЦП брал В качестве общего провода при входной аналоговый сигнал для преобразования в ходе текущего ответа: подаче на входы АЦП в ПЛИС анало- 31 – запрос перекалибровки; говых сигналов также необходимо 5 30:18 – не используются; использовать вывод ПЛИС аналого- 17 – встроенный температурный датчик; вого общего провода REFGND. При 16:0 – каналы аналоговых входов от 16 до 0, где канал 0 – выделенный подаче на входы АЦП в ПЛИС внеш- аналоговый вход, каналы от 1 до 16 – универсальные аналоговые входы них аналоговых сигналов необходимо учитывать электрические характери- response_data 12 или 24 Слово выходных данных результата преобразования АЦП: стики этих входов, прежде всего – их response_startofpacket 1 • размерность 12 разрядов для ПЛИС с одни модулем АЦП; входной импеданс. Сумма паразит- response_endofpacket 1 • размерность 24 разряда для ПЛИС с двумя модулями АЦП ных ёмкостей корпуса ПЛИС, вывода ПЛИС, печатной платы, трассы анало- Сигнал от источника, индицирующий, что текущая передача является гового сигнала внутри ПЛИС (ана- началом пакета. В IP-ядрах без упорядочения этот сигнал является копией сигнала command_startofpacket Сигнал от источника, индицирующий, что текущая передача является концом пакета. В IP-ядрах без упорядочения этот сигнал является копией сигнала command_endofpacket Рис. 5. Рекомендуемое исполнение цепей питания модуля АЦП в ПЛИС логового мультиплексора) и вход- сигнал АЦП полностью установит- ное сопротивление АЦП образуют ся на входе преобразователя за вре- RC-цепочку фильтра низких частот мя одной выборки, которое для мак- (ФНЧ) с постоянной времени, рав- симальной частоты преобразования ной 42,4 нс. С учётом этого значения составляет 1 мкс. Чтобы избежать очевидно, что входной аналоговый ошибок преобразования, связанных СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 51

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 6. Рекомендуемая схема включения внешнего пассивного ФНЧ на аналоговых входах АЦП в ПЛИС сторы, не следует. Роль буферного эле- Рис. 7. Рекомендуемая схема включения внешнего активного ФНЧ на аналоговых входах АЦП в ПЛИС мента здесь могут выполнять внешние операционные усилители (ОУ). Производитель рекомендует уста- навливать на аналоговых входах АЦП в ПЛИС внешние пассивные и актив- ные (на базе ОУ) ФНЧ для подавления высокочастотных шумов во входных сигналах. При этом частоту среза ФНЧ рекомендуется выбирать не менее чем в 2 раза больше максимальной частоты входного сигнала. На рисунке 6 пока- зана рекомендуемая схема внешнего пассивного ФНЧ на аналоговых входах АЦП в ПЛИС, а на рисунке 7 – активного ФНЧ на основе ОУ. Рекомендуемые зна- чения сопротивления RFILTER и ёмкости CFILTER пассивного ФНЧ с учётом наличия всех перечисленных выше паразитных сопротивлений и ёмкостей для источ- ника аналогового сигнала с выходным сопротивлением 5 Ом составляют соот- ветственно 60 Ом и 550 пФ, а для источ- ника сигнала с выходным сопротивле- нием 10 Ом составляют соответственно 50 Ом и 580 пФ. При этом конденса- тор CFILTER рекомендуется размещать как можно ближе к выводу аналогово- го входа ПЛИС. Цепь подачи внешнего опорного напряжения АЦП ПЛИС рекоменду- ется выполнять по схеме, показанной на рисунке 8. В цепи подачи внешне- го опорного напряжения АЦП ПЛИС должно быть два фильтрующих конден- сатора: полярный ёмкостью 10 мкФ, и неполярный (керамический) ёмкостью 1 мкФ. При этом неполярный филь- трующий конденсатор должен распо- лагаться как можно ближе к корпусу ПЛИС. Во второй части статьи будет рас- смотрена работа с отладочной платой Altera MAX 10 FPGA в инструменталь- ной среде Quartus II. Рис. 8. Рекомендуемое исполнение цепи подачи внешнего опорного напряжения АЦП в ПЛИС Литература с рассогласованием сопротивлений лителя – не более 11 Ом. Несоблюде- 1. Intel® MAX® 10 Analog to Digital Converter источника аналогового сигнала и ние указанных рекомендаций может User Guide. Updated for Intel® Quartus® входа АЦП, производитель реко- привести к ухудшению таких параме- Prime Design Suite: 19.1/ UG-M10ADC | мендует минимизировать выходное тров АЦП, как THD, SINAD, DNL, INL 2020.03.17. https://www.intel.com/content/ сопротивление источника аналого- (см. табл. 2, 3). Из сказанного следует, dam/www/programmable/us/en/pdfs/ вого сигнала, которое без использо- что напрямую подавать на аналоговые literature/hb/max-10/ug_m10_adc.pdf. вания функции предделителя АЦП входы ПЛИС сигналы от источников должно составлять не более 1 кОм, а с высоким выходным сопротивлени- 2. Intel® MAX® 10 FPGA Device Datasheet. с использованием функции предде- ем, например фотодиоды, фоторези- M10-DATASHEET | 2018.06.29. https:// ru.mouser.com/datasheet/2/612/m10_ datasheet-1115242.pdf. 3. Intel® MAX® 10 FPGA Device Overview. M10- OVERVIEW | 2017.12.15. https://www.intel. com/content/dam/www/programmable/ us/en/pdfs/literature/hb/max-10/m10_ overview.pdf. 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021



ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Обратный ток в синхронных выпрямителях Виктор Жданкин (г. Москва) Для обеспечения приемлемых энергетических характеристик рированных для синхронного выпрям- в современных модулях питания с низкими выходными напряжениями ления. и большими токами нагрузки применяется синхронное выпрямление. Замена диода Шоттки на MOSFET повышает эффективность, так как Существует много способов управления прямое падение напряжения на MOSFET более низкое благодаря его затворами MOSFET в синхронных выпря- меньшему сопротивлению в открытом состоянии (и, следовательно, мителях. Одним из широко распростра- ниже потери) по сравнению с диодом. Работа двух MOSFET в данной нённых методов является применение ком- схеме должна быть синхронизирована таким образом, чтобы они плементарных импульсов для управления открывались и закрывались попеременно. Разработчики должны знать выпрямительным транзистором (VTвыпр) о некоторых проблемах, возникающих при проектировании синхронных и синхронным транзистором (VTсинхр) выпрямителей. Об одной из этих проблем – токе через внутренний с задержкой между импульсами для пре- диод MOSFET во время необходимых задержек на переключение дотвращения одновременной проводи- транзистора – рассказано в данной статье, которая является авторским мости верхнего и нижнего транзисторов. переводом работы [1]. На рис. 2a и 2б показаны распределения временных интервалов напряжения управ- Синхронное выпрямление приме- хода или при низкой нагрузке. Обрат- ления затвором в неизолированном пони- няется в DC/DC-преобразователях с ный ток кроме снижения эффективно- жающем преобразователе, оптимизиро- низкими выходными напряжения- сти при низкой нагрузке может быть ванные для обеспечения эффективности ми и большими токами для достиже- причиной повреждения источника предотвращением пересекающейся про- ния высокого КПД и повышения удель- питания. Следовательно, чтобы пре- водимости транзисторов. ной мощности. Когда для выпрямления дотвратить серьёзный отказ при при- диод заменяется полевым транзисто- менении синхронного выпрямления, Обратный ток в синхронных выпря- ром MOSFET, необходимо помнить об явление обратного тока должно быть мителях может возникать в различ- одном важном различии между диодом контролируемым. Это справедливо для ных ситуациях. Например, он может и MOSFET: диод является однонаправ- неизолированных понижающих пре- возникнуть во время выключения ленным устройством, тогда как MOSFET образователей, а также для изолиро- источника питания в режиме холосто- представляет собой двунаправленное ванных DC/DC-преобразователей в тех го хода или неполной нагрузки, при устройство. Диод проводит ток в одном случаях, когда синхронное выпрям- включении предварительного сме- направлении, от анода к катоду, тогда ление используется на вторичной щения, отключения источника пита- как MOSFET допускает двунаправлен- стороне преобразователя. На рис. 1 ния во время срабатывания защиты от ный ток от стока к истоку и от истока показаны упрощённые схемы изо- перенапряжения (OVP) или перегруз- к стоку. Так или иначе, неважно каким лированного и неизолированного ки по току (OCP), или во время дина- образом работает преобразователь, DC/DC-преобразователей, сконфигу- мического изменения нагрузки от пол- диод блокирует обратный ток, тогда ной до холостого хода или близкой к как MOSFET этого не делает. Vвх холостому ходу и во время резкого снятия нагрузки. Проблема обратно- Синхронное выпрямление может го тока объясняется различием харак- воздействовать на постоянный ток в выходном дросселе, и ток становится Vвых отрицательным в режиме холостого Lвых Трансфор- VTсинхр Cвых матор Первичная Вторичная обмотка обмотка VTвыпр Vвх. VTвыпр Vвых Lвых VTсинхр Cвых VTперв Рис. 1. а. Неизолированный понижающий Рис. 1б. Изолированный DC/DC-преобразователь, сконфигурированный для синхронного DC/DC-преобразователь, сконфигурированный выпрямления. для синхронного выпрямления Примечание: показанные диоды являются встроенными (интегральными) в структуру транзистора 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ теристик диодов и MOSFET. В любом Передний фронт, VTвыпр Задний фронт, VTвыпр случае при использовании преобра- зователя с синхронным выпрямле- аб нием обратный ток должен тщатель- но контролироваться, иначе обратный Рис. 2. Сигналы управления затворами для верхнего MOSFET (VTвыпр) (форма сигнала на канале ток может быть причиной аварийно- Ch1) (а) и нижнего MOSFET (VTсинхр) (форма сигнала на канале Ch2) (б) в неизолированном го включения/выключения и может понижающем преобразователе, представленном на рис. 1а повредить MOSFET. Ch1 Для предотвращения перенапря- Ch2 жения и отказа из-за обратного тока, ШИМ-контроллеры, используемые в Ch3 синхронном выпрямлении, должны Ch4 иметь управляемые функции запуска и выключения для нормального состоя- аб ния, а также для условия предваритель- ного смещения. Рис. 3. Формы сигналов в нормальном режиме работы неизолированного понижающего преобразователя на холостом ходу показаны на осциллограмме (a) и фрагмент осциллограммы в На рисунках 3…5 показаны различ- увеличенном временном масштабе (б) ные временные диаграммы для неи- Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В. золированного понижающего син- Представлены следующие формы сигналов: напряжение затвора верхнего MOSFET (Ch1), напряжения хронного DC/DC-преобразователя, затвора нижнего MOSFET (Ch2), фазное напряжение (Ch3), и ток дросселя (2A/деление) (Ch4) работающего в режиме холостого хода. На рис. 3 представлены времен- Ch3 ные диаграммы при нормальной рабо- Ch1 те, тогда как формы сигналов на рис. 4 сняты во время включения преобра- Ch2 зователя, и сигналы, представленные Ch2 на рис. 5, сняты во время выключения Ch3 преобразователя. Эти формы сигна- Ch4 Ch4 лов получены для понижающего пре- образователя, работающего на частоте Рис. 4. Формы сигналов неизолированного Рис. 5. Формы сигналов неизолированного 500 кГц при входном напряжении 12 В понижающего преобразователя при включении понижающего преобразователя при и выходном напряжении 1,1 В. Преоб- в режиме холостого хода выключении в режиме холостого хода разователь создан на основе микросхе- Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В мы контроллера для схемы синхронно- Представлены следующие формы сигналов: Представлены формы сигналов: напряжение го выпрямления IR3710 (International напряжение на затворе верхнего транзистора затвора верхнего транзистора MOSFET (Ch1), Rectifier в 2015 году была приобрете- MOSFET (Ch1), напряжение на затворе нижнего напряжение затвора нижнего MOSFET (Ch2), на компанией Infineon). Компания MOSFET (Ch2), выходное напряжение Vвых. выходное напряжение Vвых. (Ch3) и ток дросселя Infineon предлагает линейку контрол- (Ch3) и ток дросселя (2A/деление) (Ch4) (2A/деление) (Ch4) леров, ориентированных на управ- ление транзисторами на вторичной ванном преобразователе это создаёт на MOSFET первичной цепи, в итоге стороне полумостовых резонансных перенапряжение на MOSFET, так как приведя к его отказу. и прямо-, и обратноходовых преобра- этот ток не может найти прямой путь зователей, работающих в различных для протекания. Результатом является Во время включения, если синхрон- режимах тока дросселя выходного более высокое воздействие напряже- ный MOSFET VTсинхр открыт, какое-то каскада. Более подробно контролле- ния на устройства. Этот обратный ток предварительное напряжение смеще- ры для схем синхронного выпрямле- в итоге заряжает выходную ёмкость ния присутствующее на выходе, будет ния представлены в работе [2]. На рис. 6 MOSFET и таким образом может быть разряжаться через него. Это вызывает представлены временные диаграммы отражён в первичную цепь и может увеличение обратного тока в выходном выключения для изолированного пони- вызвать дополнительное напряжение дросселе и может быть причиной паде- жающего преобразователя. ния выходного напряжения. На рис. 3 отрицательный ток дрос- селя протекает в условиях холосто- го хода и неполной нагрузки. Во вре- мя выключения в условиях холостого хода или при близких к холостому ходу нагрузках, когда ток дросселя отрицательный, а оба MOSFET выклю- чены, этот отрицательный ток может найти путь только через интегриро- ванный в MOSFET-структуру транзи- стора VTвыпр диод на вход источника постоянного напряжения. В изолиро- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 55

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Ch3 Ch1 Ch2 Ch2 Ch3 Ch1 Ch4 аб Рис. 7. Формы сигналов включения Рис. 6. Формы сигналов изолированного понижающего преобразователя при выключении (a) предварительного смещения для и с расширенным визуальным отображением (б) неизолированного понижающего Показаны следующие формы сигналов: выходное напряжение Vвых (Ch1), напряжение на стоке преобразователя. Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В транзистора VTсинхр (Ch2) и напряжение на стоке MOSFET VTвыпр (Ch3) Приведены формы сигналов для напряжения на затворе верхнего MOSFET (Ch1), напряжение Ch3 на затворе нижнего MOSFET (Ch2), выходное напряжение Vвых (Ch3) и ток дросселя (2 A/ Ch1 деление) (Ch4) Ch2 Ch4 Ch3 Ch1 Ch2 Ch4 аб Рис. 8. Формы сигналов включения предварительного смещения для неизолированного Рис. 9. Быстрое изменение 100% нагрузки понижающего преобразователя с проблемой (а) и то же в увеличенном масштабе (б) в неизолированном DC/DC-преобразователе Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В. Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В. Формы сигналов приведены для напряжения на затворе верхнего MOSFET (Ch1), напряжения на затворе Представлены формы сигналов для напряжения нижнего MOSET (Ch2), выходного напряжения Vвых (Ch3) и тока дросселя (2A/деление) (Ch4) на затворе верхнего MOSFET (Ch1), напряжения на затворе нижнего MOSFET (Ch2), выходного На рис. 7 показано включение пред- ное напряжение достигнет приблизи- напряжения Vвых (Ch3) и тока дросселя варительного смещения без какой-либо тельно 60…70% своего конечного значе- (5A/деление) (Ch4) проблемы. На рис. 8 показано нараста- ния. Недостатком является то, что пока ние обратного тока и падение выход- синхронный MOSFET не включён, его импульсом небольшой длительности и ного напряжения, когда не обеспече- внутренний диод проводит ток, и это постепенно увеличивает длительность но фиксирование предварительного может привести к значительным поте- импульса с шагом 25, 50, 75 и 100% до напряжения смещения. Нижний тран- рям. Затем синхронный MOSFET дебло- тех пор, пока он не достигнет устано- зистор MOSFET остаётся во включён- кируется, и он может начать переклю- вившегося значения. Это будет гаран- ном состоянии в течение определённо- чение. При условии холостого хода тировать, что обратный ток в выходном го времени, ток дросселя увеличивается и при нагрузках, близких к холосто- дросселе не увеличится. и становится отрицательным. Большой му ходу, до тех пор пока синхронный обратный ток с выхода служит причи- MOSFET не включится, микросхема Измерение тока дросселя и выклю- ной падения выходного напряжения, ШИМ-контроллера IR3710 будет рабо- чение синхронного MOSFET в момент что недопустимо. тать в режиме пропуска импульсов. пересечения током нуля является другим методом осуществления кон- Для предотвращения этой ситуации В некоторых структурах схем с пред- тролируемого включения. Другой (для того чтобы достигнуть включения варительным смещением обеспечи- способ – отслеживать длительность с предварительным смещением) син- вается мягкий запуск при управле- импульса VTвыпр и затем включать хронный MOSFET должен быть удер- нии затвором синхронного MOSFET, MOSFET VTсинхр только когда длитель- жан в выключенном состоянии во для того чтобы время включения син- ность импульса VTвыпр достигнет неко- время включения устройства. Суще- хронного MOSFET увеличивалось торой заранее определённой длитель- ствуют различные методы для успешно- постепенно. Микросхема запускается ности. Это может также предотвратить го включения с предварительным сме- в асинхронном режиме и удерживает работу синхронного MOSFET с повы- щением в синхронных выпрямителях. синхронный MOSFET в выключенном шенной нагрузкой во время включения. Может быть использован компаратор состоянии до тех пор, пока не будет для удержания синхронного MOSFET сформирован первый импульс для Должно быть уделено внимание обе- в выключенном состоянии во время затвора верхнего MOSFET. Синхрон- спечению такого режима, при котором включения до момента, пока выход- ный MOSFET всегда начинает работать с выходное напряжение повышается рав- номерно и не создаёт никаких выбросов на выходе, когда открывается транзистор 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ VTсинхр. Равномерный запуск обеспечи- Во время выключения синхронный синхронными схемами для организации вает безопасное начало работы в пред- MOSFET должен быть выключен первым синхронного выпрямителя на вторичной варительно смещённом выходе, тогда в синхронизации с сигналом на затворе стороне преобразователей. Помимо это- как обычные понижающие регуляторы выпрямительного MOSFET. В таком слу- го, компания Infineon предлагает доступ- без этого состояния могут разряжать чае выпрямительный транзистор MOSFET ный на сайте компании инструмент [2], выходной конденсатор, создавая паде- выключится через несколько циклов пере- позволяющий быстро и точно рассчи- ние напряжения на выходе, что может ключения, для того чтобы ток дросселя мог тать элементы схемы. Применение кон- повредить чувствительную нагрузку. вернуться к положительному значению, до троллеров и оптимизированных силовых того как выпрямительный MOSFET окон- транзисторов позволяет повысить КПД На рис. 9 показаны формы сигналов чательно выключится. Этот способ сло- конечного устройства, а также избежать для неизолированного понижающего жен. Более простым решением является многих проблем при создании синхрон- преобразователя, где нагрузка полно- измерение тока дросселя и выключение ных выпрямителей: изменения напряже- стью снимается от 100% до состояния синхронного MOSFET в моменты равен- ния (Cdv/dt), которое является причиной холостого хода. В результате ток дрос- ства тока дросселя нулю, что не позволя- нежелательного включения синхронно- селя может измениться до очень боль- ет ему изменить направление. го транзистора [3], добиться уменьшения шого отрицательного значения. обратного тока через внутренний диод Заключение MOSFET-структуры, исключив тем самым В неизолированном понижающем пре- потерю мощности при смене направле- образователе это состояние является допу- Синхронные выпрямители широко рас- ния потока энергии. стимым, поскольку обратный ток может пространены в настоящее время благода- направиться обратно на вход источника ря существенному уменьшению сопро- Литература постоянного напряжения через внутрен- тивления сток-исток MOSFET и времени ний диод верхнего MOSFET. Но в изоли- их переключения. Ведущие производи- 1. Kariyadan Suresh. Reverse-Current Phe- рованных DC/DC-преобразователях это тели полупроводниковых компонентов nomenon in Synchronous Rectifiers. Inter- является проблемой. Если синхронный предлагают транзисторы MOSFET с малым national Rectifier. 2009. MOSFET закрывается, когда протекающий сопротивлением открытого канала, обрат- через него ток является отрицательным, ным диодом с улучшенными характери- 2. Соломатин М. Применение компонен- из-за прерывания обратного тока может стиками, уменьшенным зарядом затво- тов International Rectifier для синхрон- возникнуть сильное напряжение. Этой ра, что делает возможным оптимальный ного выпрямления. Электронные компо- проблемы можно избежать, если син- выбор транзисторов для применения в ненты. 2010. № 6. хронный MOSFET выключить, когда ток качестве синхронного и выпрямитель- дросселя будет положительным, или ког- ного. Для упрощения разработки схем 3. Жикленков Д.В., Исаков М.С. Наведённое да он достигнет нуля (например, прямо синхронных выпрямителей предлага- Cdv/dt включение полевого транзисто- перед переходом в отрицательное зна- ются семейства управляющих микросхем ра в синхронном понижающем регуля- чение). торе. Практическая силовая электрони- ка. 2005. № 19. НОВОСТИ МИРА LG INNOTEK ПРЕВРАЩАЕТ Поскольку в последнее время услуги карше- дотвращения взлома. Модуль может опреде- ринга и аренды выросли, спрос на модуль циф- лять местонахождение смартфона в пять раз СМАРТФОН В КЛЮЧ ОТ МАШИНЫ рового автомобильного ключа растёт с каждым точнее, чем существующие ключевые модули. Компания LG Innotek разработала модуль годом. Но существующие модули цифровых Чем точнее модуль цифрового автомобильного ключей для автомобилей имеют низкую точ- ключа определяет местонахождение смартфо- цифрового автомобильного ключа, который ность определения местоположения и, соот- на, тем более разнообразные и удобные функ- устанавливается в автомобиле и обеспечи- ветственно, – низкую безопасность. В модуле ции могут быть реализованы. Например, мож- вает беспроводную передачу данных между цифрового автомобильного ключа, разработан- но определить местоположение смартфона и автомобилем и смартфоном, позволяя поль- ном LG Innotek, используется сверхширокопо- заранее открыть дверь водительского сиденья зователям открывать или запирать дверь лосная (UWB) технология, которая представля- или автоматически запустить двигатель. Ког- автомобиля или запускать двигатель с помо- ет собой технологию беспроводной связи LAN, да несколько человек используют одну и ту щью смартфона. Водитель может использо- и собственный алгоритм, повышающий точ- же машину, модуль может распознавать кон- вать свой смартфон, чтобы с первого взгляда ность определения местоположения. Кроме то- кретный смартфон и автоматически настраи- контролировать состояние транспортного сред- го, в модуле повышена безопасность за счёт вать сиденье водителя или боковые зеркала ства, включая расстояние пробега, топливную применения запатентованной технологии пре- заднего вида для соответствующего водите- экономичность, давление в шинах и т.д., а так- ля. Когда несколько человек с одним и тем же же управлять транспортным средством. Поль- цифровым автомобильным ключом садятся в зователи могут предоставить цифровой ключ автомобиль, модуль точно обнаруживает чело- другому человеку или разрешить ему только века на сиденье водителя. Цифровой модуль определённые функции, такие как открытие или автомобильного ключа компактный и тонкий, закрытие багажника, с помощью приложения он размером с USB-флешку, при этом содер- для смартфона. Пользователям не нужно носить жит около 60 компонентов, включая ВЧ-тракт с собой физический ключ, что снижает риск его и элементы блока питания. потери. Кроме того, для управления автомоби- лем смартфон должен находиться внутри авто- www.lginnotek.com мобиля, что снижает риск угона автомобиля. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 57

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Ослабление потоков электронов радиационных поясов Земли защитными экранами на основе композита W-Cu А.С. Якушевич, Ю.В. Богатырев, С.С. Грабчиков, корпусированных электронных ком- С.Б. Ластовский, Н.А. Василенков, А.Е. Козюков, Г.А. Протопопов понентов на платы[6]. Экраны локаль- ной радиационной защиты изготавли- Для снижения дозовых нагрузок на электронную компонентную базу вают на основе материалов с большим космических аппаратов от потоков электронов и протонов радиационных атомным номером и высокой плотно- поясов Земли применяются экраны локальной радиационной защиты. стью (вольфрама, тантала, композита Такие экраны изготавливают на основе материалов с большим атомным W-Cu и др.), что позволяет при незна- номером и высокой плотностью (вольфрама, тантала, композита чительных изменениях конструкции W-Cu и др.), а затем интегрируют в металлокерамические корпуса и габаритных размеров существенно электронных компонентов с недостаточным уровнем радиационной повысить защитные функции корпу- стойкости. Методом Монте-Карло рассмотрены способы снижения са интегральных микросхем. уровня поглощённой кристаллами активных элементов дозы с помощью экранов радиационной защиты на основе композита W-Cu в гибридных В блоках радиоэлектронных средств металлических корпусах при воздействии электронов круговой орбиты авиакосмической техники четвёрто- с углом наклонения 30° и высотой 8000 км. го поколения используется бескор- пусной монтаж кристаллов активных Введение заключается в интегрировании защит- элементов на коммутационные пла- ных экранов в металлокерамические ты [7]. Несколько микросборок в виде Экраны локальной радиационной корпуса электронных компонентов с таких плат помещают в металлический защиты (ЭЛРЗ) применяются для сни- недостаточным уровнем радиацион- корпус-экран, герметизируемый либо жения дозовых нагрузок на электрон- ной стойкости [1–6]. Данный метод по торцам, либо по верхней крышке. ную компонентную базу космических достаточно просто реализуется в бло- Связь с другими блоками осуществля- аппаратов (КА) от потоков электронов ках радиоэлектронных средств третье- ется через разъёмы в боковых стенках. и протонов радиационных поясов Зем- го поколения, где используется монтаж Помимо бескорпусных микросборок ли (РПЗ). Суть метода применения ЭЛРЗ в корпус блока могут монтироваться пассивные электронные компонен- аб ты, которые, например, нельзя изгото- вить в плёночном исполнении. Если это каркасные катушки индуктивности, то высота боковых стенок такого корпуса составляет 10 мм и более [7]. Подобного типа гибридные корпуса необходимы для различного рода мощных источни- ков вторичного электропитания, пре- образователей напряжения и др. Цель настоящей работы – показать расчётными методами возможные способы снижения уровня поглощён- ной кристаллами активных элементов дозы с помощью экранов радиацион- ной защиты на основе композита W-Cu в гибридных металлических корпусах радиоэлектронной аппаратуры при воздействии электронов радиацион- ных поясов Земли. вг Методика расчёта Рис. 1. Расположение кристаллов кремния на коммутационной плате (а) и вертикальные сечения корпусов типа I (б), II (в) и III (г) Определение поглощённых доз D проводилось для шести кремниевых 58 WWW.SOEL.RU кристаллов (активных элементов), обозначенных в данной работе как транзисторы VT1–VT6. Кристаллы транзисторов смонтированы по бес- корпусной технологии в централь- ной области (VT5), по краям (VT1, VT3 и VT6) и в углах (VT2 и VT4) ком- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

Реклама

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ работы. Учитывая то, что коммутацион- ная плата в весьма незначительной сте- пени ослабляет поток ионизирующего излучения по сравнению с основани- ем и другими стенками корпуса, она, так же как и пассивные компоненты, исключена из расчётной модели, т. е. кристаллы транзисторов расположе- ны на основаниях корпусов всех трёх типов согласно рисунку 1а. Суммарная поглощённая доза D рас- считывалась по формуле [8]: , (1) Рис. 2. Фотография корпуса и крышки с установленными радиационными экранами где ϕ(E) – дифференциальный спектр электронов; D0(E) – поглощённая доза мутационной платы (см. рис. 1а). Раз- ки и основания, что проще реализо- в зависимости от энергии Е электро- мер каждого кристалла составляет вать технически в процессе изготов- нов; Φ – флюенс электронов. Величи- 0,90×0,90×0,24 мм3. Размер платы и ления серийных гибридных корпусов. на поглощённой дозы от электронно- положение каждого кристалла на ней Основание обоих корпусов с радиаци- го излучения на единичный флюенс указаны на рисунке. Отметим, что тип онными экранами (см. рис. 1в, г) име- активных элементов и размеры их ет толщину 1,2 мм и состоит из слоя в формуле (1) фактически опре- кристаллов выбраны произвольно и композита W-Cu толщиной 0,8 мм деляет уровень поглощённой дозы от для определения значения D не игра- между двумя слоями меди толщиной одного электрона. ют существенной роли. Из расчётной 0,2 мм для улучшения теплоотводя- модели исключены пассивные компо- щих свойств. С помощью программного комплек- ненты (резисторы, конденсаторы, кар- са Geant4 v.10.5 методом Монте-Карло касные катушки индуктивности и т. д.), Плотность композита W-Cu равна [9] для каждого значения энергии Е из способные создать некоторую теневую 16,5 г/см3, а суммарная массовая тол- спектра электронов рассчитывалась защиту активным элементам от иони- щина основания с защитным экраном поглощённая доза D0 в каждом кри- зирующих излучений. Это позволяет и слоями меди – 1,67 г/см2. Верхние сталле кремния для всех типов корпу- рассматривать защитные свойства крышки корпусов, изготовленные сов. Корпуса размещались в изотроп- только стенок корпуса и встроенных из ковара толщиной 0,9 мм, усиле- ном поле электронного излучения с радиационных экранов. ны дополнительным слоем компо- флюенсом Φ = 4,1·106 см–2. При этом зита W-Cu толщиной 0,55 мм до сум- учитывался вклад от вторичных элек- Плата с транзисторами помещена марной массовой толщины, равной тронов и тормозного излучения. Далее в металлический корпус пенально- 1,67 г/см2. Основным отличием между в соответствие с формулой (1) мето- го типа, герметизируемый по верх- корпусами типов II и III является раз- дом численного интегрирования были ней крышке (см. рис. 2). Внутренние личное положение верхнего защитно- получены значения суммарных погло- размеры нижнего и верхнего осно- го слоя W-Cu относительно основания. щённых доз D в кристаллах кремния ваний корпуса соответствуют разме- В первом случае он располагается непо- за 1 сутки. В настоящей работе расчё- рам платы. Исследовались три типа средственно под крышкой корпуса (см. ты проводились для круговой орби- корпусов: без экранов радиационной рис. 1в), а во втором – на высоте 1,2 мм ты с углом наклонения i=30° высотой защиты – тип I (см. рис. 1б), с экрана- от основания корпуса, т. е. приближён H=8000 км. Дифференциальные спек- ми – тип II (см. рис. 1в) и с экранами к активным элементам на расстояние тры электронов ϕ(E) при максимуме и оптимизированной конструкции – ~1 мм (см. рис. 1г). Указанное значе- минимуме солнечной активности (С А) тип III (см. рис. 1г). Внешние размеры ние высоты в данной модели выбра- были получены с помощью програм- всех корпусов практически совпадают но произвольно. Положение экрана мы OMERE 5.3 [10]. и показаны на рисунках 1б–г. Имеет- относительно основания в реальных ся лишь незначительное различие по корпусах может быть другим, так как Результаты и обсуждение высоте: у корпуса типа I она состав- оно будет зависеть от толщины и типа ляет 10,0 мм, а у типов II и III – 9,8 мм. печатной платы, а также размеров эле- Полученные в результате модели- Боковые стенки всех корпусов изготов- ментов навесного монтажа. Положение рования зависимости D0(E) для кри- лены из сплава НК29 (ковара) толщи- экрана будет отличаться, например для сталлов кремниевых транзисторов в ной 1,2 мм. одно- и двухсторонних, а также много- корпусах трёх типов представлены слойных печатных плат. В настоящее на рисунке 3. Для каждого типа корпу- Верхнее и нижнее основания корпуса время существует большое число кон- са показаны семейства из шести зави- типа I также выполнены из ковара, их структивно-технологических разно- симостей, которые на графике наибо- толщина которых показана на рисун- видностей печатных плат, и невозмож- лее заметно различаются для корпуса ке 1б. У корпусов типов II и III усиление но рассмотреть их все в рамках данной типа III. Для корпусов типов I и II кри- защиты проведено только для крыш- вые D0(E) всех шести активных элемен- тов платы лежат достаточно близко. Согласно представленным результа- там можно заключить, что все зависи- 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ лежат ниже таких же зависимостей, рассчитанных для корпуса типа II. Таким образом, можно сделать вывод, что наибольшей эффективностью защиты активных элементов от пото- ков электронов радиационных поясов Земли обладает корпус типа III. Это пол- ностью подтверждается данными по вычислению в соответствии с форму- лой (1) суммарных поглощённых доз D в кристаллах кремниевых транзисто- ров (см. табл. 1). Эффективность радиационной защи- ты электронных компонентов корпуса- ми от воздействия электронов Ke мож- но оценить из отношения Ke = DI/Dsh, (2) где DI – накопленная доза кристалла- ми кремния в корпусе без радиацион- ного экрана (типа I), а Dsh – накоплен- ная доза в корпусе с радиационными экранами. Эффективность экранирова- Рис. 3. Зависимости D0(E) для кристаллов кремниевых транзисторов в корпусах трёх типов при ния корпусом типа II составляет 3,5...3,7 облучении электронами флюенсом Φ=4,1·106 см-2 при минимуме солнечной активности и 3,9...4,1 – при её максимуме. Соот- мости D0(E) имеют одинаковый вид, а Дальнейший рост энергии падающих ветственно, эффективность экрани- именно: с ростом энергии электронов на стенки корпуса первичных элек- значение поглощённой дозы растёт тронов выше «порогового» значения рования корпусом типа III составляет нелинейно. При этом до определён- ведет к увеличению энергии и количе- ной энергии электронов значение ства частиц, достигающих кристаллов 6,8...9,3 при минимуме и 7,6...10,7 – при D0 совсем незначительно. Для корпу- кремния, в результате чего наблюдает- са типа I значение этой «пороговой» ся существенное возрастание значения максимуме СА. энергии составляет порядка 1,2 МэВ, а D0 (см. рис. 3). Зависимости D0(Е) для для типов II и III – 2,0 МэВ. Не вызывает корпусов с дополнительными ради- В заключение следует отметить тот особых сомнений и то, что электроны с ационными экранами (II и III типы) энергией ниже «пороговой» полностью лежат значительно ниже, чем таковые факт, что значения D кристаллов тран- тормозятся стенками корпусов, а нако- для корпуса типа I. Это обусловлено пленная кристаллами доза определяет- большим значением суммарной мас- зисторов в корпусе типа III явно зави- ся исключительно низкоэнергетичным совой толщины (1,67 г/см2) крышек и вторичным излучением, сгенериро- оснований корпусов со слоями компо- сят от их положения на коммутацион- ванным при взаимодействии первич- зита W-Cu. ных электронов с атомами материала ной плате (см. табл. 1). Максимальная стенок. Такой результат согласуется с Опускание слоя композита W-Cu данными экстраполированного пробе- к основанию в конструкции корпу- разница в накопленной дозе активны- га электронов в веществе. Так, у корпу- са типа III приводит к существенно- са типа I крышка из ковара имеет наи- му увеличению массовой толщины ми элементами в корпусе типа III при меньшую по сравнению с остальными вышележащих частей всех боковых стенками массовую толщину, равную стенок. Здесь электронам необходи- минимуме и максимуме солнечной 0,59 г/см2, и ей соответствует длина экс- мо преодолеть не только эти стенки, траполированного пробега электронов но и защитный слой композита, что- активности составляет 25 и 27% соот- с E = 1 МэВ в железе [11]. Боковые стенки бы попасть в кристаллы активных эле- двух других корпусов имеют массовую ментов (см. рис. 1г). Несложно оценить, ветственно. При этом такая же разни- толщину 1,0 г/см2. В то же время дли- что суммарная массовая толщина ука- на экстраполированного пробега элек- занных элементов корпуса возрастает ца для корпусов типов I и II равняется тронов с E = 1,5 МэВ в железе составля- до 2,7...3,5 г/см2. При этом суммарная ет 0,96 г/см2. При этом для электронов массовая толщина остальных элемен- 2...3% и сопоставима со статистиче- с E = 2,0 МэВ длина экстраполирован- тов (крышки, основания и частей боко- ного пробега в железе равна 1,31 г/см2, вых стенок, лежащих ниже слоя ком- ской погрешностью моделирования. а в вольфраме – 1,55 г/см2 [11]. Следова- позита W-Cu) остаётся такой же, как и тельно, электроны с энергией до 2 МэВ у корпуса типа II. Из вышесказанного Столь большое различие в значени- активно поглощаются корпусами II и становится понятно, почему на графи- III типов. ке (см. рис. 3) зависимости D0(Е) кри- ях D для корпуса типа III также выте- сталлов транзисторов в корпусе типа III кает и из расхождениях кривых D0(Е) (см. рис. 3). Если расположить транзи- сторы по мере удалённости от двух бли- жайших боковых стенок (см. рис. 1а): VT2 (1,27 и 1,52 мм), VT4 (1,3 и 2,15 мм), VT1 (1,27 и 4,47 мм), VT6 (1,65 и 5,15 мм), VT3 (2,15 и 4,10 мм), VT5 (3,55 и 5,15 мм), то такой порядок соответствует монотонному уменьшению их значе- ния D (см. табл. 1). Указанная законо- мерность позволяет дать следующее объяснение полученным результатам. Выше уже отмечалось, что у корпусов типов II и III массовая толщина крышки и основания больше толщины боковых стенок. Суммарное количество излуче- ния (первичные и вторичные электро- ны, а также тормозные гамма-кванты), СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 61

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ падающего на кристалл от любой сто- Таблица 1. Суммарные поглощённые дозы в кристаллах кремниевых транзисторов, роны корпуса, определяется телесным расположенных в корпусах всех типов, от электронов круговой орбиты с углом наклонения i = 30° углом, под которым эта сторона видна и высотой H = 8000 км из точки расположения кристалла. Оче- видно, что величина телесного угла уве- Положение на D, рад/сут личивается с уменьшением расстояния плате между кристаллом и боковой стенкой, минимум солнечной активности максимум солнечной активности и значение D должно возрастать, что и наблюдается при расчётах для кор- тип корпуса I тип корпуса II тип корпуса III тип корпуса I тип корпуса II тип корпуса III пуса типа III (см. табл. 1). С помощью геометрических построений несложно VT1 36,01 9,96 4,63 117,13 29,82 13,53 показать, что этот эффект уменьшается с увеличением высоты стенок, что под- VT2 35,62 10,05 5,24 115,74 29,79 15,27 тверждается полученными результата- ми для корпуса типа II. VT3 36,63 9,86 4,32 119,47 29,61 12,36 Для более полного анализа зависи- VT4 35,81 10,03 4,79 116,63 29,93 13,60 мости значения D от положения кри- сталлов активных элементов на плате VT5 36,74 9,87 3,95 119,38 29,37 11,12 необходимо сравнить спектры рассе- янных первичных и сгенерированных VT6 36,18 10,06 4,42 117,86 30,27 12,71 вторичных электронов, а также тор- мозных гамма-квантов всеми стен- поколения при воздействии электро- в электронной промышленности. 2015. ками и защитными экранами корпу- нов круговой орбиты с углом накло- № 4. С. 85–88. са для каждого транзистора. Следует нения i = 30°, высотой H = 8000 км. 4. Spratt J. P. Effectiveness of IС shielded отметить, что одной из возможных Показано, что увеличение массовой packages against space radiation. IEEE Trans. причин зависимости значения D от толщины основания и крышки корпу- Nucl. Sci. 1997. Vol. 44. № 6. URL: https:// положения кристалла на плате в кор- сов экранами до значения 1,67 г/см2 doi.org/10.1109/23.658984. P. 2018–2025. пусе типа III может быть также эффект позволяет снизить дозовую нагрузку 5. Fan W. S. Shielding considerations for теневого экранирования транзисто- в 3,5...3,7 раза при минимуме satellite microelectronics. IEEE Trans. Nucl. рами друг друга. При этом изменение и в 3,9...4,1 раза – при максимуме сол- Sci. 1996. P. 2790–2796. URL: https://doi. размеров корпуса может существен- нечной активности. Оптимизация org/10.1109/23.556868. № 6. Vol. 43. но изменить вид полей ионизирую- защиты путём опускания верхнего 6. Богатырёв Ю. В. и др. Экраны локаль- щих излучений. Все эти особенности слоя композита W-Cu к основанию ной радиационной защиты изделий требуют проведения дополнительных до высоты 1,2 мм уменьшает значе- микроэлектронной техники. Вопро- исследований. ние D в 6,8...9,3 раза при минимуме и сы атомной науки и техники. Физика 7,6...10,7 раза – при максимуме солнеч- радиационного воздействия на ради- Заключение ной активности. оэлектронную аппаратуру. 2014. Вып. 4. С. 53–56. Таким образом, с помощью про- Литература 7. Белоусов Е. Л., Ушкар М. Н. Конструиро- граммного комплекса Geant4 рас- вание блоков бортовой авиационной смотрены способы снижения уров- 1. Ефремов Г. и др. Новые материалы аппаратуры связи. Н. Новгород. НГТУ. ня поглощённой дозы D кристаллами локальной радиационной защиты. Физи- 2005. С. 237. активных элементов с использовани- ка и химия обработки материалов. 2003. 8. Чумаков А. И. Действие космической ем экранов радиационной защиты № 1. С. 34–37. радиации на интегральные схемы. М. на основе композита W-Cu в гибрид- Радио и связь. 2004. С. 320. ных металлических корпусах блоков 2. Заболотный В. Т., Старостин Е. Е., 9. Geant4 Collaboration. URL: http://geant4. радиоэлектронных средств четвёртого Кочетков А. В. Оптимальные составы для web.cern.ch. локальной защиты бортовой электрони- 10. OMERE 5.3. TRAD Tests & Radiations. URL: ки от космической радиации. Физика и https://www.trad.fr/en/space/omere- химия обработки материалов. 2008. № 5. software. С. 15–18. 11. Баранов В. Ф. Дозиметрия электронного излучения. М. Атомиздат. 1974. С. 232. 3. Василенков Н. А. и др. Специализирован- ные радиационно-защитные корпуса для изделий микроэлектроники. Технологии НОВОСТИ МИРА КРОШЕЧНЫЙ ПОЛНОЦВЕТНЫЙ ет плоскую световодную схему (PLC) от NTT Например, в проекционных дисплеях для ЛАЗЕРНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ AR-ОЧКОВ для объединения всех цветов в один оптиче- легковых автомобилей. Полноцветный ла- ский путь. PLC и три лазерных чипа исполь- зерный модуль чрезвычайно лёгок и весит TDK разработала полноцветный лазерный зуются в новой конструкции узла меньше- всего 0,35 г. Три лазерных диода имеют дли- модуль размером 6,7 × 5,5 мм и высотой го размера – всего одной десятой размера ны волны соответственно 636 нм (красный), 2,7 мм и весом всего 0,35 г для AR-очков до- обычного модуля. Чтобы продемонстриро- 520 нм (зелёный) и 455 нм (синий), с выход- полненной реальности. Рынок очков допол- вать работу полноцветного лазерного моду- ной мощностью каждого цвета менее 5 МВт. ненной реальности (AR) с использованием ля его установили в очки RETISSA Display 2, Модуль оснащён фотоприёмником и терми- лазерных диодов, по прогнозам, вырастет которые представляют собой изделие от QD стором для контроля внутренней темпера- почти в 100 раз в течение следующих десяти Laser. В дополнение к AR и VR-очкам мо- туры блока и предотвращения перегрева. лет, и TDK стремится выйти на этот рынок. дуль применим и в других приложениях. Полноцветный лазерный модуль использу- www.tdk.com 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ НОВОСТИ МИРА ТОП-5 МИКРОРОБОТОВ, и идеально подходит для использования в сложное переплетение нескольких матери- водной среде. Аква-робот сантиметрово- алов. Два материала: металл и пластик-по- КОТОРЫЕ ИЗМЕНЯТ БУДУЩЕЕ го размера имитирует поведение морских лимер переплетены как звенья цепи. Роботы РОБОТОТЕХНИКИ обитателей и движется со скоростью один способны доставлять полезные лекарства шаг в секунду. Для движения он не тре- через кровеносные сосуды в человеческом Революция через роботизацию идёт бует сложного оборудования, гидравли- теле. Эти микроботы настолько малы, что полным ходом. В области микроробото- ки или электричества, вместо этого робот могут маневрировать по кровеносным со- техники происходит перекрёстное слия- активируется светом и движется в направ- судам и доставлять лекарства в определён- ние микротехнологий и робототехники. лении внешнего вращающегося магнит- ные точки тела. Уже разрабатываются микроботы, кото- ного поля. Заполненная водой структура рые смогут ходить, летать, плавать, ла- этого бота и встроенный скелет из нике- Робомуха зать, ползать и выполнять различные левых нитей являются ферромагнитными, Исследователи из Вашингтонского уни- задачи, например доставку лекарств в что обеспечивает точное движение и ма- верситета создали этот 7,4-миллиметровый наши тела, выявление и уничтожение нёвренность. микробот с крыльями, который может пере- раковых опухолей. Учёные и инженеры мещаться в воздухе, на земле и на водной придумали микроботы размером менее Робожук поверхности. Этот новый робот был постро- 1 мм. Благодаря последним достижени- Это 88-миллиграммовый автономный пол- ен с использованием меньшего количества ям в области электроники, механики, на- зающий робот размером с насекомое (его компонентов по сравнению с другими раз- нотехнологий и вычислительной техники длина 15 мм), работающий от энергии ката- работанными роботами, размером с насе- сейчас разрабатываются модели, кото- литического сжигания метанола. Исследо- комое. Это помогло упростить процесс изго- рые нельзя будет увидеть невооружён- ватели из Университета Южной Калифор- товления. RoboFly использует два машущих ным глазом. нии снабдили его искусственной мышечной крыла, приводимых в движение пьезоэлек- системой на основе жидкого топлива (ме- трическими приводами Используя хлопаю- Некоторые из разработок становятся танола), которая накапливает примерно в щие крылья, он может двигаться и по зем- невероятно полезными инструментами, 10 раз больше энергии, чем батарея той же ле. Поскольку робот лёгкий, небольшая мо- в то время как другие – лишь творче- массы, позволяющей роботу ползать, караб- дификация позволит ему приземляться на ские идеи для дальнейших инноваций в каться и переносить грузы на спине в те- поверхность воды. После приземления на области микроробототехники. Перед ва- чение двух часов. Жук имеет четыре ноги. воду робот может двигаться, используя тот ми топ-5 невероятно креативных и про- Задние ноги неподвижны, а передние при- же принцип, который задействуется для пе- двинутых микроботов, разработанных в креплены к трансмиссии, соединённой с ли- ремещения по земле. 2020 году. стовой пружиной, деформирующейся при нагреве. Тело робота представляет собой Робот, активируемый лазерным лучом топливный бак, заполненный метанолом, и Исследователи из Корнелла и Пенсиль- конструкция такова, что робот может сто- ванского университета построили робо- ять прямо. Механическая конструкция си- тов, состоящих из простой схемы, сделан- стемы может модулировать поток топлива. ной из кремниевых фотоэлектрических элементов, и четырёх электрохимических приводов, приводящих в движение ноги. Эти микроботы имеют толщину около 5, ширину 40 и длину от 40 до 70 микрон. Управляются они лазерными импульса- ми, подаваемыми на разные фотоэлемен- ты, что позволяет активировать отдель- ные ноги. Акваробот Совсем крошечные роботы Разве эти крошечные роботы не поража- Исследователи Северо-Западного уни- Исследователи из ETH Zurich разработа- ют воображение? Этот список, разумеется, верситета разработали мягкого робота, ли микроботы, печатаемые на 3D-принтере неполон, так как число инноваций огром- который может ходить с человеческой ско- с помощью технологии, которая использует но и могли быть пропущены некоторые из ростью, перемещать груз, преодолевать них. Тем не менее краткий обзор даст вам препятствия. Напоминающий четвероного- довольно хорошее представление об уров- го осьминога, этот микробот функциониру- не и направлениях исследований в области ет внутри заполненного водой резервуара микроробототехники. circuitdigest.com СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 63

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ Трагическая судьба гениального изобретателя Эдвина Армстронга. К 130-летию со дня рождения Владимир Бартенев ([email protected]) Предшествовало этому событию изо- бретение трёхэлектродной лампы Четыре гениальных изобретения Эдвина Армстронга – регенерация, (audion tube) Ли де Форестом, кото- сверхрегенерация, супергетеродинный радиоприём и частотная рый получил патент на это изобрете- модуляция – во многом определили ход развития радиотехнических ние в 1906 году. Де Форест не мог не приёмных устройств, радиовещания и связи. К сожалению, борясь заметить появление патента Армстрон- за авторское право на свои изобретения, Армстронг был вынужден га и, конечно же, сразу вступил в борь- потратить много сил и времени в безуспешных судебных тяжбах. бу за оспаривание приоритета в изо- бретении регенератора, ссылаясь на В конце прошлого года исполнилось и супергетеродинного. Также первым то, что, в соответствии с его лабора- 130 лет со дня рождения гениально- американец предложил использовать торными записями 1912 года, учёный го изобретателя Эдвина Армстрон- частотную модуляцию в радиосвязи и наблюдал генерацию за счёт положи- га (см. рис. 1). Это событие осталось радиовещании. Он покончил жизнь тельной обратной связи в изобретён- незамеченным научно-технической самоубийством 31 января 1954 года, ном им аудионе. общественностью. Во многом причи- выпрыгнув из окна своей квартиры в ной этого стала пандемия, охватив- Нью-Йорке. Причиной самоубийства Какой же из множества своих патен- шая многие страны, в том числе и США. стала тяжёлая депрессия, вызванная тов с трёхэлектродной лампой де Восполнить пробел и рассказать о тра- многолетними тяжбами с крупными Форест противопоставил изобрете- гической судьбе Эдвина Армстронга – американскими компаниями. нию Эдвина Армстронга? Автору ста- главная цель настоящей статьи. тьи удалось найти патент де Фореста Четыре главных изобретения Арм- № 1170881 [2], который вошёл в исто- Краткая биографическая справ- стронга: регенерация, сверхрегенера- рию под названием «Ультра-аудион» ка: Эдвин Говард Армстронг родил- ция, супергетеродинный радиоприём (см. рис. 2). Причём авторов у патен- ся 18 декабря 1890 года в Нью-Йорке. и частотная модуляция. Авторство Арм- та двое – де Форест и Чарльз Логвуд. Выдающийся американский радио- стронга до сих пор вызывает споры, и инженер и изобретатель окончил на то есть причины. Рассмотрим этот Нужно обратить внимание на мало- Колумбийский университет, в кото- вопрос подробнее. Начнём с патента заметный, но важный компонент схе- ром впоследствии занимал долж- на изобретённый Армстронгом реге- мы – дроссель между анодом лампы и ность профессора. Армстронг вошёл неративный радиоприёмник [1]. наушником. Вот что про этот дроссель в историю как изобретатель важней- пишет в описании патента (см. рис. 3) ших типов радиоприёмников: реге- Свою заявку на этот патент Арм- де Форест: «Помещаем дроссельную неративного, сверхрегенеративного стронг подал в 23 года, будучи выпуск- катушку K в цепь соединения пласти- ником Колумбийского университета. ны W с батареей B, между пластиной W Рис. 1. Эдвин Армстронг (1890–1954) Рис. 2. Фрагмент патента на ультра-аудион СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 64

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ Рис. 3. Схема ультра-аудиона из патента Ли де Фореста и батареей B за пределами клеммно- Рис. 4. Схема регенеративного приёмника Армстронга го соединения катушки S с пласти- ной W…» Рис. 5. Эдвин Армстронг на лекции с большой натяжкой, так как вывести рассказывает о своём изобретении её из состояния генерации практиче- На рисунке 4 изображена схема реге- ски невозможно даже при отсутствии нератора Армстронга из его патента релаксации. Подводя итог по модели- индуктивной связи между входным № 1113149 под названием «Беспро- рованию, можно сказать, что схему де контуром и дросселем в аноде лампы. водная приёмная система». Катушка L, Фореста назвать регенератором можно включённая в анодную цепь и индук- Но вернёмся к судебной тяжбе, кото- тивно связанная с катушкой в цепи сет- рая продолжалась 14 лет и обошлась де ки, является источником положитель- Форесту в более чем 1 млн долларов. К ной обратной связи, что приводит к этому времени де Форест уже был вла- повышению чувствительности приём- дельцем 25 фирм. Несколько раз дело ной системы. рассматривал Верховный суд США, и в конечном итоге де Форест побе- Армстронг в отличие от де Фореста дил. Это был один из самых длитель- смог не только обосновать использо- ных патентных судебных процессов в вание положительной обратной свя- истории США. зи в предложенной схеме приёмника, но и раскрыть физический принцип Скандально закончилась и исто- работы предложенного устройства рия изобретения Армстронгом супер- (см. рис. 5). Представляет интерес гетеродина. Как и в случае с реге- сравнение двух схем регенераторов Армстронга и де Фореста. Для этого Рис. 6. Сигнал порядка 500 мкВ на управляющей сетке регенераторов: регенератор Армстронга автором статьи были созданы моде- (слева), регенератор Ли де Фореста (справа) ли ламповых устройств в системе для моделирования схем LTspice [2]. Для корректности сравнения модели были настроены идентично по исполь- зуемым комплектующим, принимае- мой частоте (1410 кГц), параметрам амплитудно-модулированного сигна- ла на входе. Отличие состояло лишь в способах подключения колебательно- го контура: у Армстронга – между сет- кой и «землёй», а у де Фореста – меж- ду сеткой и анодом триода. Результаты моделирования пред- ставлены на рис. 6, 7 и 8. Следует отметить, что сигнал на выходе реге- нератора де Фореста имеет искажён- ную форму, что говорит о частичном самовозбуждении этой схемы. У реге- нератора Армстронга это критическая величина обратной связи (в состо- янии предвозбуждения). Регенера- тор де Фореста находится в режиме СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 65

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ Рис. 7. Сигнал на выходе регенераторов при работе без положительной обратной связи частоты и энергии второго локально- го источника, а также для выделения Рис. 8. Сигнал на выходе регенераторов при введении положительной обратной связи одного сигналов и электрического фильтра, уровня в каждой схеме соединённого на одном конце со схе- мой на промежуточной частоте, а на нератором, эта противоречивая и 1929 года патент с приоритетом от 4 другом – средством детектирования». неоднозначная история свелась к августа 1917 года на супергетеродин- длительным судебным тяжбам. Фран- ный приёмник был выдан французу. Впервые Леви вводит важный тер- цузский инженер Люсьен Леви 4 авгу- Свои права на патент Люсьен Леви в мин «промежуточная частота», кото- ста 1917 подал заявку на изобрете- США продал AT&T за $20 000 (фирма рая ниже, чем принимаемая, но выше, ние супергетеродина во Франции и до настоящего времени является пра- чем слышимая. Ещё термины, введён- получил патент в августе 1919 года вообладателем патента). ные французом: «локальный источ- (№ 493660). Французский учёный ник», чья функция – преобразование 12 августа 1918 года также подал заяв- Автор статьи хотел бы привести из принимаемой частоты в промежу- ку на изобретение супергетеродина и описания патента один из важнейших точную (имеется в виду гетеродин); в США (патент США № 1734038) [3]. отличительных признаков суперге- «фильтр на промежуточную частоту»; Причём Леви это сделал за 6 месяцев теродина, который входит в формулу второй локальный источник, так назы- до Эдвина Армстронга, чья заявка на изобретения Люсьена Леви: «Система, ваемый «телеграфный гетеродин». супергетеродин была подана 8 февра- содержащая избирательные средства О телеграфном гетеродине следует ля 1919 года. Патентному ведомству для приёма требуемой радиочастоты, сказать особо. Гетеродинный при- США пришлось иметь дело с двумя локальный источник высокочастот- ём стал широко применяться очень заявками на изобретение. Посколь- ной энергии, средство для объедине- давно, с переходом на передачу неза- ку патент не может быть выдан дваж- ния принимаемой энергии и энергии тухающих колебаний и их приём ды на одно и то же изобретение, тре- локального источника, получения про- кристаллическими детекторами. В бовалось судебное разбирательство. межуточной частоты ниже принятой, гетеродинном приёмнике на детек- Апелляционный суд округа Колумбия но выше слышимой. Второй локаль- тор подавали два сигнала: принима- (США) признал изобретателем супер- ный источник энергии переменно- емый и гетеродинный, значительно гетеродина Люсьена Леви. 5 ноября го тока и детектор используются для больший по амплитуде. Если часто- объединения энергии промежуточной та гетеродина немного (например, на 1 кГц) отличается от частоты при- ёма, то на выходе детектора появляет- ся напряжение биений с разностной частотой. Телеграфные сигналы в этом случае воспринимаются в телефонах привычными, хорошо различимыми тональными сигналами азбуки Морзе. Так что добавление ещё одного гете- родина для преобразования частоты принимаемого сигнала в промежуточ- ную частоту, на которой происходят основное усиление и фильтрация, пре- вращает гетеродинный приём в супер- гетеродинный. На рисунке 9 автор поместил фото, на котором Льюис Леви выступает в роли изобретателя аудиона (трёх- электродной лампы), рядом сидит Ли де Форест. Два «победителя» судеб- ных тяжб с Армстронгом. Ли де Форест сумел доказать в суде, что он создал регенератор, а Льюис Леви был при- знан по суду изобретателем суперге- теродина. Печально закончилась и история изобретения в 1922 году сверхрегене- ратора. Армстронг продал патентные права на сверхрегенератор компании RCA (Radio corporation of America) и в результате стал её крупнейшим акци- онером. Однако сверхрегенератор так и не оправдал надежд, которые Эдвин Армстронг и американский связист и бизнесмен Давид Сарнов на него возла- 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ Рис. 9. Люсьен Леви и Ли де Форест для ближайших приёмников. Кроме написал автобиографию под одиоз- того, бурное развитие супергетеро- ным названием «Отец радио». В 1980 гали. Причина проста: каждый сверх- динной техники радиоприёма стало году Эдвин Армстронг посмертно был регенеративный приёмник, по сути, превалировать. введён в Национальный зал славы изо- также является генератором помех бретателей США (National Inventors Последней ожесточённой битвой Hall of Fame) [4]. Армстронга стал судебный спор с быв- шим другом Сарновым и RCA, длив- ЛИТЕРАТУРА шийся более 10 лет, за права на изо- бретённый учёным способ частотной 1. Бартенев В. Г. Детекторные приёмники. модуляции. Сил и денег у Армстронга Вчера, сегодня и завтра. Горячая линия. уже почти не оставалось. Изобретатель, Телеком. М. 2016. находясь в тяжёлой депрессии, покон- чил жизнь самоубийством в 1954 году 2. LTspice. Ресурсы (Analog Devices). URL: в возрасте 63 лет. Давид Сарнов (1891– https://www.analog.com/ru/design-center/ 1971), выходец из России, с 1919 года design-tools-and-calculators/ltspice- работал в корпорации по производ- simulator.html. ству радиоэлектронной аппарату- ры RCA, с 1922 года – её вице-прези- 3. Бартенев В. Г. 100 лет супергетеродинно- дент, после 1930 года – президент, в му радиоприёмнику. Современная элек- 1947–1970 годах – председатель сове- троника. 2018. № 9. та директоров. Де Форест за несколько лет до своей смерти в возрасте 87 лет 4. Lessing Lawrence. Man of High Fidelity: Edwin Howard Armstrong. J. B. Lippincott company. Philadelphia and New York. 1956. НОВОСТИ МИРА ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ЛИТОГРАФИЯ пластинами до того, как появится первая ку устройства являются датчиками силы, ДЛЯ 2 НМ-ПРОЦЕССОВ литографическая система high-NA (0,55) от функции могут быть дифференцированы в ASML. Это и есть EXE5000. Высокоточный зависимости от силы, приложенной к дат- imec, KMLabs и Inpria использовали го- лазерный источник KMLabs использовал- чику. Например, жёсткое нажатие кноп- лографическую литографию high-NA EUV ся на рекордно малой длине волны 13,5 нм, ки на лампе может привести к включению для создания линий и пространств с шагом испуская серию аттосекундных (10–18 с) им- света, в то время как более мягкое нажа- 20 нм для 2-нм технологического процесса. пульсов с частотой следования в несколь- тие кнопки может снизить яркость. Другая ко фемтосекунд (10–15 с). возможность – визуальная обратная связь Бельгийская исследовательская лабора- через светодиодный индикатор или ди- тория imec использовала источник с длиной www.imec-int.com сплей. Возможность отклеивания и прикле- волны 13,5 нм для интерференции или голо- ивания в широком диапазоне температур графической литографии на металло-оксид- ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ (от –40 до +85°C) и работы в перчатках от- ном резисте в условиях высокой числовой крывает возможности применения в до- апертуры. Интерференция между двумя оп- ДОБАВЛЯЮТ СЕНСОРНЫЕ машних и промышленных условиях или в тическими источниками может применять- ФУНКЦИИ К ЛЮБОЙ ПОВЕРХНОСТИ общественных местах, а также примене- ся для создания массивов регулярных объ- ния с высокими требованиями к прочно- ектов, таких как линии и пространства, без Тензометрические датчики Dynaforce сти и водонепроницаемости. использования сложных оптических систем от Algra могут быть применены в каче- или фотошаблонов в EUV-литографии. стве сенсорного датчика на металле, сте- Демо-версия Dynaforce и комплект раз- кле или дереве с толщиной листа от 0,3 работчика включает функциональность оп- Эта разработка является шагом вперёд к до 1,2 мм. Компания Algra (Германия) вы- тической, акустической и тактильной об- производству схем по технологии 2 и 1 нм. пустила набор для установки своих тен- ратной связи. После подключения к ПК KMLabs в Боулдере, штат Колорадо, явля- зометрических датчиков, позволяющий клавиши реагируют на прикосновение ется производителем сверхбыстрых лазер- добавить сенсорную клавиатуру на лю- пальца к алюминиевой передней панели ных систем и партнёром инициативы AttoLab бую поверхность. Каждая кнопка на пе- толщиной 1 мм. совместно с imec. KMLabs предоставила ла- чатной плате представляет собой один из зерный источник с зеркалом Ллойда для этих датчиков. Сеть датчиков обнаружи- www.algragroup.ch экспериментов. В этой конфигурации свет, вает мелкие механические деформации и отражённый от зеркала, интерферирует со использует интеллектуальное программ- светом, непосредственно излучаемым ла- ное обеспечение для фильтрации сигна- зерным источником 13,5 нм, создавая тон- лов помех. Тензометрическая технология ко детализированную интерференционную распознает даже самые незначительные картину, подходящую для визуализации ре- деформации в слое материала. Этого до- зистивных изображений. статочно, чтобы зафиксировать нажатие на кнопку.Это стало возможным благода- Следующий шаг – перейти к исследова- ря интеллектуальному программному обе- нию на пластинах диаметром 300 мм. Тех- спечению и сенсорной сети, состоящей нология будет использоваться для обе- из тензометрических датчиков. Посколь- спечения промышленности узорчатыми СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 67

СОБЫТИЯ Итоги «Российской недели высоких технологий-2020» Со 2 по 6 ноября 2020 года в ЦВК «Экс- платформы «Наука-Технологии-Инно- «СВЯЗЬ-2020» поцентр» проходила «Российская неде- вации Экспо» («НТИ-Экспо») подтвер- ля высоких технологий-2020», которая дила статус эффективной площадки Главное событие «Российской неде- объединила ряд значимых отраслевых для взаимодействия участников рын- ли высоких технологий» выставка событий под общей концепцией «Циф- ка, знакомства с достижениями инду- «СВЯЗЬ-2020» представила ключевые ровая трансформация»: стрии связи, инновационными разра- тенденции мирового и отечественно- ● 32-ю международную выставку «Ин- ботками в сфере телекоммуникаций го рынков информационных техноло- и навигационного оборудования. гий в различных областях цифровой формационные и коммуникацион- На одной площадке встретились лиде- экономики. ные технологии» – «СВЯЗЬ-2020»; ры бизнеса, ведущие экспертов, пред- ● 12-ю международную выставку «На- ставители законодательной и испол- Руководитель Федерального агент- вигационные системы, технологии и нительной власти. ства связи Олег Духовницкий: «Явля- услуги» – «НАВИТЕХ-2020»; ясь главным отраслевым событием ● форум «Связь-2020: цифровое буду- В работе РНВТ-2020 приняли уча- в России и Восточной Европе, выстав- щее телеком отрасли»; стие 154 компании из Великобри- ка нацелена на продвижение и разви- ● Форум «Российский софт – эффек- тании, Германии, Казахстана, Китая, тие технологий отечественного произ- тивные решения для цифровой эко- Польши, Республики Беларусь, Рос- водства. «СВЯЗЬ-2020» – это не только номики». сии, США, Финляндии, Швейцарии. витрина передовых достижений, но и Организатором выступил АО «Экспо- С экспозицией ознакомились свыше дискуссионная площадка для обмена центр». При поддержке Министерства 5000 посетителей из 162 городов Рос- мнениями и опытом между предста- цифрового развития, связи и массовых сии, а также из 22 других стран. вителями органов государственной коммуникаций РФ, Министерства про- власти, бизнес-сообществ, произво- мышленности и торговли РФ, Комитета Цифровые сервисы во время пан- дителей и разработчиков телекомму- Государственной Думы ФС РФ по обра- демии позволили всем оставаться никационного оборудования, опера- зованию и науке, а также Федерального эффективными – получать услуги торов связи». агентства связи (Россвязи). В подготов- и работать дистанционно. Всё это, ке принимали участие Центр компетен- конечно, усилило нагрузку на теле- Лучшие достижения были отраже- ций по импортозамещению в сфере коммуникации. В то же время смяг- ны в главных тематических разделах: ИКТ и Ассоциация разработчиков про- чение налоговой политики дало телекоммуникация, сетевая инфра- граммных продуктов «Отечественный отечественным компаниям произ- структура, сети передачи данных, спут- софт». Патронат: Торгово-промышлен- водителям программного обеспече- никовая и мобильная связь, телевизи- ная палата России. ния выйти на новый качественный онное и радиовещание, кабели связи, Генеральный директор АО «Экспо- уровень. IT-услуги, Интернет вещей, россий- центр» Сергей Беднов: «В пятый раз ский софт, программное обеспече- «Экспоцентр» проводит «Российскую Президент Торгово-промышленной ние и т.д. неделю высоких технологий». За это палаты РФ Сергей Катырин: «Несмотря время выставочный проект снискал на все сложности, связанные с рабо- Региональные центры поддержки высокий авторитет, признание и вос- той крупного мероприятия, для нас предпринимательства оказали содей- требованность в профессиональ- было важным показать, что в России ствие в организации участия регио- ной среде. Это авторитетное событие есть возможность на высоком уров- нальных компаний. На выставке были является межотраслевой платфор- не безопасности провести подобные представлены региональные коллек- мой для создания и развития инфра- выставки, а также их насущность и вос- тивные стенды Архангельской, Воро- структуры цифровой экономики Рос- требованность. Тема цифровизации – нежской, Курской, Самарской, Том- сии. Несмотря на сложную обстановку, доступ к Интернету по всей стране, ской, Тульской, Ульяновской областей, связанную с пандемией, её экспонен- спутниковая связь, телекоммуникации Красноярского края. Среди участни- тами стали 150 компаний из 10 стран и так далее, что называется, – на острие ков региональных экспозиций – ЗАО мира, представлены 8 регионов России. важности и насущности». «СОКК» (г. Самара), ООО «Архитектор Для многих телеком-компаний участие ИС» (г. Архангельск), ООО «Инжини- в «Неделе», особенно в нынешних усло- В честь открытия 5-й «Россий- ринговое бюро Феникс» (г. Красно- виях, – это не только способ достичь ской недели высоких технологий» ярск), «Скард-Электроникс» (г. Курск), конкурентных преимуществ, но и обя- была выпушена почтовая карточ- ОАО НПФ «Микран» (г. Томск), Центр зательное условие сохранения их пози- ка «Связь-2020» с почтовой маркой, инновационного развития Томской ций и дальнейшего развития». на которой изображено здание «Экс- области, IT-компании из Ульяновска «Российская неделя высоких тех- поцентра», изготовлен специальный PROF-IT Group, «Cмарт Сити», Simtech нологий-2020» как часть масштабной сувенирный штемпель. В заключи- Development и другие. тельной части церемонии открытия 68 РНВТ почетные гости произвели Выставку дополнил раздел «Элек- памятное гашение почтовой марки. тронные компоненты для телеком- муникаций», который представи- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

СОБЫТИЯ ли компании Keysight Technologies специальная программа переговоров вычайных ситуаций и экологических (США), АО «Алмаз-СП», ООО «Интэ- для экспонентов – «Бизнес-Гид». Орга- бедствий. По своим техническим харак- ко», ГК «Пантес», АО ПКК «Миландр», низатор программы – КВК «ИМПЕРИЯ». теристикам «Аврора» не имеет зару- ООО «Телеконта», ОАО «Элеконд», Поставщики провести более 500 пере- бежных аналогов, позволяет получать «Скард-Электроникс» и другие. говоров с потенциальными стратеги- снимки высокого качества в панхрома- ческими заказчиками телекоммуни- тическом и мультиспектральном диа- Свыше 30 экспонентов впервые кационных и ИТ-решений на стендах пазонах, что является ее ключевым пре- участвовали в выставке или верну- компаний-участников выставки. имуществом. лись после длительного перерыва: ООО «КСС-Контакт», ZPAS (Польша), «НАВИТЕХ-2020» «Экспоцентр» организовал выстав- АО «Алмаз-СП», ООО «Сибтехметалл», ку при поддержке Министерства про- ООО «Юнитесс», ООО «Экон техно- Участники 12-й специализирован- мышленности и торговли РФ, под логии», ООО «Энергосеть инвест», ной выставки навигационных систем, патронатом Торгово-промышлен- ООО «Нетше Лаб», ДВДМ.РУ, «СКАРД- технологий и услуг «НАВИТЕХ-2020», ной палаты России. Совместное про- Электроникс», ООО «Радио Гига- среди которых отечественные и зару- ведение выставки «НАВИТЕХ-2020» и бит», АО «Концерн «Автоматика», бежные разработчики и производи- выставки «СВЯЗЬ-2020» в рамках «Рос- ООО «Орбис Солюшнс» и другие. тели навигационного оборудования, сийской недели высоких технологий» познакомили с новыми разработка- предоставило возможность специ- На стендах компаний-участников ми в области транспортной телема- алистам отрасли возможность изу- впервые демонстрировались уни- тики, интеллектуальной городской чить новинки рынка, найти новых кальные разработки. Технополис мобильности, высокоточной спутни- поставщиков и партнёров, получить «Эра» представил 23 образца продук- ковой навигации. консультации у технических специ- ции двойного назначения – это ком- алистов компаний производителей, пьютерная техника, специальное Свои разработки представили ком- а также подобрать необходимое обо- программное обеспечение и ком- пании из России и Китая: Queclink рудование. плектующие. Компания «Специаль- Wireless Soulutions Co. Ltd, «Дженерал ная интеграция» продемонстрировала Майкровейв», Красногорский завод Деловая программа масштабируемый комплекс для защи- имени С. А. Зверева, «Дата Ист», «Лабо- ты высокоскоростных каналов связи ратория Микроприборов», ООО «Мар- Деловую программу «Российской на базе средств криптографической велмайнд», «НТЛАБ». недели высоких технологий-2020» защиты информации «Квазар». При- открыл форум «СВЯЗЬ-2020: цифро- менение комплекса позволяет обе- Благодаря Центру поддержки экс- вое будущее телеком отрасли». Темой спечить соответствие сетей передачи порта в выставке приняли участие три пленарного заседания стала «Циф- данных требованиям регуляторов по предприятия Тульской области в рам- ровая экономика и телеком-отрасль: защите персональных данных и объ- ках региональной экспозиции: ООО навстречу новой реальности». Орга- ектов критической инфраструктуры. НПП «РусГазТехнологии», ООО НИЦ низаторы Форума – АО «Экспоцентр», Концерн «Автоматика» госкорпора- «Наукоемкие Технологии», ООО «Сер- информационное агентство «РосБиз- ции «Ростех» представил на выставке висСофт». Они демонстрировали нави- несКонсалтинг» при поддержке Мини- «СВЯЗЬ-2020» решение для организа- гационное оборудование, программное стерства цифрового развития, связи и ции защищённого корпоративного обеспечение и системы автоматизации массовых коммуникаций РФ, Комитета портала с мультимедийными серви- для речных и морских судов. Государственной Думы РФ по образо- сами. Новинка, получившая назва- ванию и науке РФ, Экспертного совета ние «Портал-10», предназначена для Компания «Дата Ист» ознакомила с по научно-технологическому разви- финансовых, государственных и ком- сервисами облачной геоинформаци- тию и интеллектуальной собственно- мерческих организаций, которым нуж- онной системы CityCloud. Эти облач- сти при Комитете ГД РФ по образова- но организовать защищённое инфор- ные технологии помогают решать нию и науке. мационное взаимодействие своих многие городские проблемы, созда- сотрудников. Концерн «Автоматика» вать приложения и публичные кар- В ходе заседания обсуждались вопро- презентовал модернизированную ты, следить за жизнью города в режи- сы развития цифровой экономики мобильную радиостанцию для подво- ме реального времени, эффективно в России, способы оценки эффектив- дной связи IVA S/W. Новая версия обла- взаимодействовать с гражданами, ности внедрения новых технологий, дает уменьшенным весом, позволя- собирать, хранить и обрабатывать планы телеком операторов в сфере ет общаться и передавать данные под большие данные. На выставке были цифровой трансформации и внедре- водой на расстоянии до 150 м. «Хол- продемонстрированы шесть серви- ния сетей 5G. динг Кабельный Альянс» (г. Екатерин- сов CityCloud – «Наказы избирателей», бург) продемонстрировал на выстав- «Рекламные конструкции», «Нестаци- Депутат Государственной Думы ФС ке огнестойкие оптические кабели, онарные торговые объекты», «Разре- РФ, председатель Оргкомитета техно- которые отличаются низким дымо- и шения на строительство», «Кадастро- логической платформы «НТИ-Экспо» газовыделением при горении и низкой вая карта», «Твердые коммунальные Владимир Кононов: «Традиционный коррозионной активностью выделяе- отходы». Они позволяют муниципа- бизнес телекоммуникационных ком- мых газов. литетам эффективно управлять город- паний постепенно уходит в прошлое, ским хозяйством. перед компаниями стоят новые зада- В рамках «Российской недели чи, но и открываются новые возможно- высоких технологий» на выставке Разработчики Красногорского завода сти для роста. Будущее отрасли сегодня «СВЯЗЬ-2020» впервые была запущена имени С. А. Зверева представили макет напрямую связано с такими понятия- системы «Аврора» для создания циф- ми как облачные сервисы, Интернет ровых карт из космоса во время чрез- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 69

СОБЫТИЯ вещей, переход на 5G, технологии На конференции «IoT Harvest 2020. го ПО в органах государственной вла- BigData, мобильные финансы». IoT по осени считают» речь шла о трен- сти, госкомпаниях и в коммерческом дах индустриальных решений Интер- секторе. В рамках форума прошли тематиче- нета вещей в 2020 году, о том, что ожи- ские сессии «Точки роста: поставщики дать от рынка в ближайшие четыре Международная академия связи и новые каналы сбыта», «Телеком Smart года, а также о мерах государственной в партнёрстве с АО «Экспоцентр» про- city: инвестиции в технологии буду- поддержки, новостях из мира стандар- вела XXIV международный форум щего», «5G в России – вектор роста для тов и международных векторах разви- МАС'2020 «Новые задачи и возможно- экономики», «Поддержка разработчи- тия. сти цифровой трансформации эконо- ков и производителей телеком-обору- мики в целях устойчивого развития». дования». Вторым важным мероприятием дело- Большое количество докладов было вой программы РНВТ стал форум «Рос- посвящено актуальной и востребо- Состоялось два мероприятия в фор- сийский софт – эффективные решения ванной теме развития Национальной мате онлайн. Круглый стол на тему для цифровой экономики». Его органи- системы квалификаций. «Место спутниковых технологий на заторами выступили Министерство рынке Интернета вещей» был организо- цифрового развития, связи и массо- Участники Форума также рассмотре- ван ФГУП «Космическая связь» по ини- вых коммуникаций РФ, Комитет Госу- ли вопросы развития инфокоммуника- циативе Федерального агентства связи. дарственной Думы РФ по образованию ций в условиях внедрения цифровых Эксперты и представители отраслево- и науке, Экспертный совет по научно- технологий, перспективы квантовой го сообщества обсудили роль спутни- технологическому развитию и интел- экономики, решения на базе Интер- ковой связи в экосистеме Интернета лектуальной собственности при Коми- нета вещей и другие актуальные темы. вещей, статус стандартизации IoT, а так- тете ГД РФ по образованию и науке, же перспективы развития спутниковых АО «Экспоцентр». В заключение мероприятия были технологий в индустрии IoT. Модера- подведены итоги Молодежного конкур- тором мероприятия выступил Евгений На форуме в рамках тематических са инноваций и инновационных про- Буйдинов, заместитель генерального сессий «Эпоха пандемии: цифровые ектов – «Новое поколение 2019/2020». директора по развитию и эксплуата- продукты для эффективной удаленной ции систем связи ФГУП «Космическая работы», «Военные ИТ – технологии и Ждём вас на 33-й международной связь». С докладами выступили началь- экономический рост: законы интегра- выставке «Связь-2021» и 13-й между- ник отдела по развитию и использова- ции» обсуждались перспективы разви- народной выставке «Навитех-2021», нию сетей связи Федерального Агент- тия российских программных средств которые пройдут с 15 по 18 июня ства связи (Россвязи) Роман Антипин для удалённой работы, вопросы, связан- 2021 года в ЦВК «Экспоцентр» в рам- и другие представители отрасли. ные с барьерами внедрения российско- ках «Российской недели высоких тех- нологий-2021». Пресс-служба АО «Экспоцентр» ВИДЕО С ВЫСТАВОК «СВЯЗЬ-2020» И «НАВИТЕХ-2020» Смотрите на YouTube-канале журнала СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 70 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021

СОБЫТИЯ СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 WWW.SOEL.RU 71

Печатная версия журнала «Современная электроника» Физическим лицам для получения печатной версии журнала в 2021 году предлагаем оформить подписку через подписное агентство «Урал-Пресс» (индекс на 1 год – 36280). В этом случае журнал будет гарантированно доставлен на указанный почтовый адрес Почтой России. Юридические лица могут подписаться на печатную версию журнала «Современная электроника» на 2021 год, оплатив прилагаемый счёт. Каждый новый номер печатной версии журнала будет гарантированно доставляться заказной бандеролью по Почте России.



Реклама