Современная электроника №4 (2022)

Реклама

Реклама

ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года Санкционное давление на Россию нарастает, и в этих усло- виях крайне важно обеспечить российским производителям Главный редактор Ю. В. Широков условия для эффективной работы. Весьма существенным Заместитель главного редактора фактором успеха является взаимная информированность А. В. Малыгин участников рынка о доступных продуктах, услугах и серви- Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, сах. «Современная электроника» уделяет большое внимание В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, освещению значимых для рынков радиоэлектроники и про- Р. Х. Хакимов граммного обеспечения событий – выставок и конференций Вёрстка А. М. Бабийчук с участием ведущих отечественных разработчиков и произ- Обложка Д. В. Юсим водителей. Мы публикуем репортажи об отечественных ком- Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) паниях и их разработках на своём YouTube-канале, так как Реклама И. Е. Савина ([email protected]) считаем своим долгом в сложившейся ситуации делать всё возможное для помощи российским производителям. Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» Генеральный директор К. В. Седов Заходите на наш YouTube-канал, смотрите наши репортажи и Адрес учредителя и издателя: делитесь ссылками на них со своими коллегами и деловыми 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, партнёрами! пом/ком/эт I/67/тех Почтовый адрес: 117437, г. Москва, Мы рады, что вы с нами! Профсоюзная ул., 108 Тел.: (495) 232-00-87 Всего вам доброго! [email protected] • www.soel.ru Юрий Широков, главный редактор Производственно-практический журнал Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-69-52 Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламодатели. Ответственность за содержание статей несут авторы. Материалы, переданные редакции, не рецен- зируются и не возвращаются. Мнение редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. © СТА-ПРЕСС, 2022 ЧИТАЙТЕ ЖУРНАЛ в ЭЛЕКТРОННОЙ ВЕРСИИ на сайте soel.ru после простой регистрации и в ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ по подписке 2 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

СОДЕРЖАНИЕ 4/2022 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК EREMEX· · · · · · · · · · · · · · · · · 2-я стр. обл. 4 Новости российского рынка ETC Electronics · · · · · · · · · · · 4-я стр. обл. Innodisk · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·41 ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Litemax · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20 Micrometals· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·31 8 Потери мощности сигнала в радиочастотных соединителях Кива Джуринский 14 Радиационно-стойкие неизолированные импульсные стабилизаторы напряжения для локального преобразования энергии Виктор Безродный PHOENIXCONTACT · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Rfcore · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13 22 Практика измерений входных и выходных характеристик источников вторичного электропитания с применением МОРИОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 опции R&S RTO6-K31 ПЛАТАН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 Николай Лемешко, Михаил Горелкин, Павел Струнин ТЕСТПРИБОР · · · · · · · · 1, 6, 3-я стр. обл. ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Читайте в «CTA» № 2/2022: 32 Фотореле с нестандартным алгоритмом для светодиодной лампы Модульность и надёжность: Fastwel I/0-2 начинает и выигрывает Александр Одинец ИИ в граничных вычислениях и не только: как это работает 36 «Умный» дом для райцентра Цифровая трансформация производства: семь раз отмерь… Сергей Шишкин Отечественный рынок СКУД: на любой вкус и кошелёк 42 Надёжный сигнализатор – датчик уровня жидкости Евгений Уфимцев ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 44 Системы RFID в СВЧ, микроволновом диапазоне, перспективы их развития и некоторые способы защиты данных Андрей Кашкаров 52 Использование плоскостей симметрии волноводных структур при расчёте в ANSYS HFSS Виктор Конев, Александр Курушин, Евгений Лаврецкий, Евгений Новосёлов, Валентин Чернышов Оформляйте подписку на журнал «СТА» КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ и читайте печатную версию или электронную версию на www.cta.ru 58 BigTech и захват планеты Александр Голышко СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ МИКРОГЕНЕРАТОРЫ ляют получить высокую температурную микрогенераторов, изготовленных с исполь- С НАРАБОТКОЙ 100 000 ЧАСОВ стабильность (до ±1,010–7) и низкие фа- зованием микрорезонаторов производств ОТ АО «МОРИОН» зовые шумы (–100 дБн/Гц при отстройке «Морион» (Россия) и Kosho (Япония). 10 Гц) при их применении. АО «МОРИОН» (Санкт-Петербург) – ве- www.morion.com.ru дущее предприятие России и один из ми- На рисунке продемонстрировано из- [email protected] ровых лидеров в области разработки и се- менение частоты при температуре +85°C рийного производства пьезоэлектронных в течение 400 дней непрерывной работы +7 (812) 350-75-72 приборов стабилизации и селекции часто- +7 (812) 350-92-43 ты – представляет микрогенераторы с на- работкой 100 000 часов. АО «Морион» уже несколько лет успеш- но занимается производством высокоста- бильных кварцевых микрогенераторов (ГК176-ТК, ГК357-ТК, ГК392-ТК, ГК413-ТК) в корпусах 7,05,02,0 мм и 5,03,21,9 мм для поверхностного монтажа. Изначально при их изготовлении применялись резо- наторы японского производства, но наря- ду с этим развивалось производство соб- ственных микрорезонаторов. Последние достижения в технологии их производства позволили достигнуть наработки 100 000 часов (вместо 50 000 часов). Такая на- работка доступна для всех типов микро- генераторов. Помимо этого, они позво- НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПОСТАВОК IP53. В ноутбук предустановлен процессор грузочным тестированием, работа встроен- АДВАНТИКС – ЗАЩИЩЁННЫЕ Intel Core i3/i5/i7 11-го поколения, до 64 Гбайт ного мультимедиа-оборудования, сенсорно- оперативной памяти и до 2 Тбайт NVMe SSD. го экрана, аппаратных кнопок, индикаторов, МОБИЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ акселерометра, регулирование параметров AdvantiX, российский производитель про- Планшет Getac K120 G2 с экраном 12,5″ экрана. поставляется с мощными современными мышленных компьютеров, представляет процессорами Intel Core i3/i5/i7 11-го поко- Планшет UX10 – устройство Getac с экра- новое направление поставок – программ- ления и твердотельным накопителем PCIe ном 10,1″. Планшет поставляется с пред- но-аппаратные комплексы (ПАК) на базе за- NVMe SSD ёмкостью до 1 Тбайт. Планшет установленным процессором Intel Core i5/ щищённого мобильного оборудования Getac протестирован и полностью совместим с i7 11-го поколения и твердотельным нако- с предустановленными операционной систе- операционной системой Astra Linux 1.6. Пол- пителем NVMe ёмкостью до 1 Тбайт. Спе- мой специального назначения Astra Linux 1.6 ностью функциональны и работают управ- циально для полной совместимости с ОС и аппаратно-программным модулем дове- ление энергопотреблением, проигрывание Astra Linux планшет был доработан, благо- ренной загрузки (АПМДЗ) «Соболь 4.0». аудио-видео с нагрузочным тестированием, даря чему полностью функциональны раз- беспроводная связь, связь по Ethernet с на- личные типы управления сенсорным экра- Ноутбук Getac X500 G3 с экраном 15,6″ – ном и программируемые клавиши P1 и P2. полностью защищённый компьютер с защи- той от попадания воды и пыли IP65. В ноут- Все четыре устройства также были про- бук предустановлен процессор Intel Core i5/ тестированы с аппаратно-программным мо- i7 7-го поколения, до 64 Гбайт оперативной дулем доверенной загрузки «Соболь 4.0» памяти и до 1 Тбайт HDD или SSD. Благо- производства ООО «Код безопасности», даря российским инженерам ноутбук спе- включая все типы аутентификаторов, а так- циально доработан для полной совмести- же настройку осуществления принудитель- мости с ОС Astra Linux 1.6, включая работу ного выключения компьютера в случае за- комбинации функциональных клавиш кла- ранее определённых событий или действий. виатуры, специальных кнопок P1, P2, P3 и регулировки яркости экрана. www.prosoft.ru/products/brands/advantix/ [email protected] Ноутбук Getac S410 G4 – бюджетное ре- шение с защитой от попадания воды и пыли +7 (495) 234-06-36 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

РЫНОК На правах рекламы СОБЫТИЯ СОСТОЯЛСЯ IV электронике», «Метрологическое обеспечение цена, кафедра ЮНЕСКО «Управление качеством МЕЖДУНАРОДНЫЙ ФОРУМ вооружения и военной техники», «Стандарти- образования в интересах устойчивого развития» «МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ зация и управление качеством». Также были Политехнического университета им. Петра Вели- сформированы новые секции, появление ко- кого, а также кафедра ЮНЕСКО «Дистанцион- ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ торых продиктовано современными реалиями: ное инженерное образование» ГУАП. «Метрология и глобальные проблемы совре- ТЕХНОЛОГИЙ» менности», «Новые эталоны», «Молодёжная Основная цель этих кафедр состоит в секция» и другие. распространении передового международ- 4 марта в ГУАП прошёл IV Международ- ного и российского опыта обучения специа- ный форум «Метрологическое обеспечение Форум поддержали кафедра ЮНЕСКО по пе- листов высокой компетенции. Также партнё- инновационных технологий». В работе Фору- дагогическим наукам Российского государствен- рами форума в 2022 году стали Отделение ма приняли участие свыше 350 специалистов ного педагогического университета им. А.И. Гер- общественных наук РАН, компания Mitytoyo, из России, индийского научного сообщества Институт проблем региональной экономи- K.R. Mangalam University, Южно-Казахстанского ки РАН, индийское научное сообщество государственного университета им. М. Ауезова, K.R. Mangalam University и ВНИИМ Казахского университета путей сообщения и им. Д.И. Менделеева. Поддержку форуму Карагандинского индустриального университе- постоянно оказывает Метрологическая ака- та. В открытии форума приняли участие ректор демия РФ. Большое участие в организации и ГУАП Юлия Антохина, академик РАН, прези- проведении Форума приняли активные чле- дент Метрологической академии РФ Владимир ны Российской Санкт-Петербургской секции Окрепилов, директор института ФПТИ ГУАП ISA: Антохина Юлия Анатольевна (ректор ГУ- Елена Фролова. В 2022 году форум объединил АП), Оводенко Анатолий Аркадьевич (прези- традиционные научные направления, такие как дент ГУАП), Фролова Елена Александровна «Экономика метрологии. Цифровая трансфор- (директор института ФПТИ ГУАП). мация метрологии», «Информационно-измери- тельные системы в приборостроении и радио- ОТКРЫЛАСЬ ИННОВАЦИОННАЯ еся адаптации музеев для людей с особы- исследований, генеральный директор и со- ЛАБОРАТОРИЯ КОГНИТИВНЫХ ми сенсорными потребностями. владелец ООО «РуФилмс» и группы компа- ний «РуФилмс» Алексей Козуляев. ИССЛЕДОВАНИЙ «Когнитивные исследования дают основу 17 марта в Санкт-Петербургском госу- для моделирования процессов обучения ис- В распоряжении исследователей обору- кусственного интеллекта. Мы его не обучим, дование для полного цикла тестирования дарственном университете аэрокосмиче- не зная, как учится человек. Если мы не по- восприятия креативных графических, аудио- ского приборостроения (ГУАП) состоялось нимаем, как воспринимается информация визуальных и интернет-материалов, а также торжественное открытие инновационной потребителей этого искусственного интел- для создания, тестирования и когнитивной Лаборатории когнитивных исследований. лекта, то это будет абсолютно чуждая для настройки восприятия образовательных и Новое подразделение позволит создавать нас вещь. В лаборатории мы создаём ин- художественных VR-материалов. С его по- нейроаватары людей, говорящие на многих терфейс “человек-машина”. С помощью про- мощью вуз сможет выполнять самые раз- иностранных языках, отслеживать эмоцио- грамм человек взглядом может управлять нообразные проекты в рамках грантов и со- нальное восприятие различного контента курсором, взаимодействовать с различными трудничества с отраслевыми партнёрами, и даже выявлять в нём фейки или призна- устройствами того же умного дома. Второе – а также проводить обучение когнитивным ки манипуляции. Открытие лаборатории го- управление мыслью, с помощью определён- наукам и экспериментальной когнитивисти- товилось около двух лет. Подготавливали ного комплекса мы можем исследовать про- ке. Больше половины программных реше- помещение, заказывали необходимое обо- цессы концентрации. Для создания обуче- ний лаборатории отечественные, и сейчас рудование, составляли учебные планы, про- ния нового уровня у нас есть VR-камера, ведётся работа над тем, чтобы разработать ходили различные согласования и утверж- VR-шлем и другое оборудование. Благода- свои аналоги и для оставшейся части. Лабо- дения. В открытии лаборатории приняли ря этому мы будем не только снимать, не ратория создаётся в рамках стратегического участие не только представители админи- только монтировать, но и знать, как и куда проекта «Когнитивные исследования и опти- страции университета, но и партнёры: пре- человек смотрит в VR-среде», – поделил- мизация нейрокогнитивных и других интер- зидент Евразийской лиги субтитровщиков ся руководитель Лаборатории когнитивных фейсов взаимодействия “человек-машина”» Елена Конотопова и руководитель компании по программе «Приоритет 2030» совмест- RedCarpetStudio Наталья Иванова-Достоев- но с Евразийской лигой субтитровщиков. ская. Совместно с Евразийской лигой субти- Большое участие в организации лаборато- тровщиков лаборатория будет осуществлять рии принимают члены Российской Санкт- тестирование стандартов субтитрирования Петербургской секции международного программ и сериалов и анализ восприятия общества автоматизации (ISA): профес- аудиовизуальных произведений. А с пар- сор Антохина Юлия Анатольевна (ректор тнёром Red Carpet будут тестировать ани- ГУАП), доцент Солёный Сергей Валенти- мационные произведения. Кроме того, есть нович (директор Инженерной школы ГУАП), запросы на использование VR-технологий профессор Шишлаков Владислав Федоро- в образовании и AR-технологий в архив- вич (проректор ГУАП). ном деле, а также предложения, касающи- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы ФОРУМ «ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА ство развития профессионального мастерства .. (Ворлдскиллс Россия)» Роберт Уразов, заме- И МОЛОДЕЖЬ В ФОКУСЕ ститель руководителя Россотрудничества Па- наук, профессор Фролова Елена Алексан- НАЦИОНАЛЬНЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ вел Шевцов, а также ректоры ведущих рос- дровна передала в центр знаний ISA книгу ав- сийских университетов. На встречах участники торов: Е.А. Фролова, А.В. Винниченко, А.С. Тур ПРИОРИТЕТОВ» деловой программы обсуждали научно-обра- «Средства и методы управления качеством». зовательную и молодёжную политики, между- Форум «Образование, наука и молодежь в народное научно-образовательное лидерство, Комитетом по науке и высшей школе Санкт- фокусе национальных и международных при- цели и возможности цифровой коммуникации Петербурга в соответствии с постановлением оритетов» проходил 11–12 февраля в Дубае между властью и научно-образовательным об- Правительства Санкт-Петербурга от 25.06.2010 на Всемирной универсальной выставке «Экс- ществом, а также национальные приоритеты. № 823 объявлены итоги конкурса грантов для по-2020». Ректор ГУАП профессор Ю.А. Анто- студентов вузов, аспирантов вузов, отрасле- хина приняла участие в деловой программе, Активный член Российской Санкт- вых и академических институтов, расположен- которая проходила в павильоне России «Экс- Петербургской секции ISA, директор институ- ных на территории Санкт-Петербурга 2021 го- по-2020». Программа включала панельные та фундаментальной подготовки и технологи- да. Среди победителей члены студенческой дискуссии, стратегические сессии и Public Talk ческих инноваций ГУАП, доктор технических секции ISA ГУАП: Виктория Афанасьева, Ан- и стартовала с дискуcсии на тему «Стратегия гелина Добровольская, Мария Создателева, АСИ 2022–2024: Роль университетов в разви- Дарья Щукина, Александр Рысин. тии института предпринимательства среди сту- дентов, выпускников вузов и экономически ак- тивных групп граждан». Спикерами выступили специальный представитель президента РФ по вопросам цифрового и технологического раз- вития Дмитрий Песков, ректор АНО «Универ- ситет Национальной технологической инициа- тивы 2035» Нина Яныкина, гендиректор Фонда НТИ, экс-директор Департамента инноваций и перспективных исследований МОН Вадим Медведев, генеральный директор АНО «Агент- ОТКРЫТА РЕГИСТРАЦИЯ ● переменные и импульсные электромаг- ● метрологическое обеспечение испыта- НА XI ВСЕРОССИЙСКУЮ НАУЧНО- нитные поля, поля повышенной интенсив- ний на ЭМС. ности: методы испытаний и защита РЭА ХI Всероссийская научно-техническая ТЕХНИЧЕСКУЮ КОНФЕРЕНЦИЮ от воздействий; конференция «ЭМС» пройдёт 9–10 июня «ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ● разработка РЭА с учётом требований 2022 года в парк-отеле «Свежий ветер» СОВМЕСТИМОСТЬ» ЭМС: проблемы и опыт решения; (Московская область). АО «ТЕСТПРИБОР» совместно с АО ● вопросы внедрения компьютерного моде- Для участия в конференции необ- «Кронштадт», ГО НПЦ НАН Беларуси по ма- лирования электромагнитной обстановки ходимо прислать заявку в Организа- териаловедению, при участии ФГУП ВНИ- на этапе разработки РЭА; ционный комитет не позднее 6 июня ИФТРИ, приглашает специалистов принять 2022 года: участие в работе XI Всероссийской научно- ● расчётно-экспериментальные методы ● по электронной почте: [email protected] технической конференции «Электромагнит- оценки ЭМС; ная совместимость». (Ольга Сорока); ● объектовая и межобъектовая ЭМС; ● получить заявку в электронном виде мож- Актуальность и практическая значимость ● вопросы ЭМС подвижной наземной техники; тематики конференции обусловлены посто- ● вопросы ЭМС БПЛА; но на сайте www.test-expert.ru в разделе янным повышением требований к совре- ● вопросы ЭМС космических аппаратов; «Пресс-центр». менной РЭА по устойчивости к внешним ● проблемы обеспечения ЭМС систем те- Участие в конференции платное. воздействующим факторам и снижению За подробной информацией о стоимости, помехоэмиссии, изменениями в норматив- ле- и радиовещания, мобильной связи; формах участия и программе конференции ных документах, развитием испытатель- ● экранирующие, поглощающие и отража- обращайтесь, пожалуйста, в Организацион- ной базы. ный комитет по телефону +7 (495) 657-87-37, ющие материалы; доб. 321 (Ольга Сорока). За годы существования Всероссийская ● экранирование корпусов, кабельных ли- научно-техническая конференция «ЭМС» www.test-expert.ru зарекомендовала себя как единственная ний и соединителей; [email protected] площадка для обмена опытом между специ- ● проблемы организации испытательных +7 (495) 657 87 37 алистами, работающими в данной области. лабораторий; Вопросы, предлагаемые к обсуждению: ● испытательное оборудование для ЭМС; ● сравнение современных отечественных и за- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 рубежных стандартов в области ЭМС: акту- альные требования и перспективы развития; ● кондуктивные помехи в цепях питания (бортовых сетях) и управления: испыта- ния, фильтрация, прогнозирование; 6

РЫНОК На правах рекламы ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ РАЗЪЁМЫ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ Приборные и кабельные разъёмы от Ключевыми особенностями новой линейки Phoenix Contact с защитой от переполюсов- разъёмов являются: возможность поворота на АККУМУЛЯТОРНЫХ МОДУЛЕЙ ки идеально подходят для использования в 360° (идеальное решение для гибких кабель- Энергоаккумуляторы компенсируют ко- подобных приложениях. Благодаря возмож- ных отводов), использование механического ности вращения, защите от касания и меха- кодирования для правильного на 100% под- лебания энергии, поступающей от различ- ническому кодированию они обеспечивают ключения, безопасный монтаж за счёт защи- ных источников энергии, и таким образом высокий уровень гибкости и безопасности щённого от касания полюса аккумулятора, в гарантируют стабильное энергоснабжение. при подключении полюсов батарей. том числе в неподключённом состоянии, раз- Для большого числа приложений энергоак- личные цветовые решения для более простой кумуляторы должны работать безопасно, на- идентификации полюсов аккумулятора, гиб- дёжно и эффективно. Для этого необходимо кость монтажа благодаря различным техно- наличие отказоустойчивых и долговечных логиям подключения на стороне устройства. технологий электрического подключения. Разъёмы рассчитаны на 1500 В пост. то- Для распределения потоков энергии в ба- ка и 250 А. тарейном модуле требуются качественные соединения, отличающиеся малыми поте- www.phoenixcontact.com рями. Для эффективного подключения про- [email protected] водов используются инновационные техно- +7 (495) 933-85-48 логии подключения. ДАТЧИКИ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ объекта на определённом расстоянии. По боты (с отражателем, приёмником или отра- CHANKO принципу работы они могут быть индуктив- жением от объекта). Рабочий диапазон таких ными, ёмкостными или фотоэлектрически- датчиков достигает 20 метров. Такие датчики В условиях сложной санкционной политики ми. Так же, как и у мировых производите- также доступны в корпусах различной формы. остро встаёт вопрос о взаимозаменяемости лей, выпускается широкий модельный ряд компонентов, их доступности и удобстве бы- с различными параметрами выбора рабо- Так же, как и европейские аналоги, датчи- строй интеграции. Оптические датчики общего чего напряжения, выходного сигнала, диа- ки Chanko имеют режимы настройки, уста- применения, как правило, закупаются на рос- пазона срабатывания, цилиндрической или новок, регулировки чувствительности и ос- сийские предприятия в качестве замены и ре- прямоугольной формы, а также монтажа. вещённости. монта компонентов производственной линии. Индуктивные датчики приближения выпуска- www.platan.ru Компания Chanko работает в Китае на ются в корпусах от М08 до М30, а также в пря- [email protected] рынке датчиков и компонентов автоматиза- моугольных корпусах от 1717 до 4040 мм. +7 (495) 970-00-99 ции с 1988 года, поддерживает штат разра- Ёмкостные датчики на расстоянии от 4 до 15 мм ботчиков и имеет сертификаты ISO и ЭМС. предназначены для обнаружения и измерения объектов или жидкостей с более высокой диэ- Продукция Chanko представлена четырь- лектрической постоянной, чем у воздуха. мя группами датчиков: индуктивные, фото- электрические, волоконнооптические и све- Фотоэлектрические датчики подразделя- товые завесы безопасности. По сути, это ются по типу источника излучения (красный бесконтактные выключатели с релейным светодиод, ИК-диод или лазер) и принципу ра- выходом, используемые для обнаружения НОВОСТИ МИРА ЭКСПЕРТЫ ПОДСЧИТАЛИ Другой источник отметил, что новых от- зацией бытовой техники и электроники, и грузок в Россию пока нет и избежать де- заверили, что по состоянию на 13 апреля ЗАПАСЫ ИМПОРТНОЙ БЫТОВОЙ фицита компьютеров во второй половине сформированы достаточные запасы холо- года удастся, если в стране заработает ме- дильников (с морозильной камерой), сти- ЭЛЕКТРОНИКИ В РОССИИ – ханизм параллельного импорта, когда то- ральных машин, смартфонов, электриче- вары смогут поставлять из Турции, Казах- ских чайников, телевизоров, стационарных ИХ ХВАТИТ ДО КОНЦА ЛЕТА стана, Узбекистана. компьютеров, микроволновок, газовых и Запасов импортной электроники и бытовой электрических плит с духовками. В свою очередь, в Минпромторге сооб- техники у российских магазинов хватит на ле- щили, что отслеживают ситуацию с реали- 3dnews.ru то, возможно, до августа или даже сентября, сообщили источники издания «Известия», близкие к вендорам и ретейлерам. Этот про- гноз оправдается при условии, если на техни- ку не будет ажиотажного спроса и если в Рос- сию довезут заказанные ещё зимой товары. Всё зависит от спроса, говорит источник «Известий» в одной из розничных сетей. Он отметил, что после периода ажиотажного спроса в конце февраля и начале марта, а также в связи с ростом цен на электрони- ку, продажи в мае могут резко сократиться. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 7

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Потери мощности сигнала в радиочастотных соединителях Кива Джуринский ([email protected]) КСВН и коэффициент отражения – Проанализированы виды потерь мощности сигнала в радиочастотных это параметры, используемые для опре- соединителях. Рассмотрены физические процессы, обусловливающие возникновение возвратных и вносимых потерь, а также потерь деления степени несоответствия меж- рассогласования. Приведены сводные данные о параметрах радиочастотных соединителей. По данным ведущих зарубежных ду линией передачи и устройством. компаний показаны фактические потери в наиболее широко применяемых соединителях типов N, TNC, SMA, 2,9 мм и SMP. Наличие стоячих волн в радиочастот- ном соединителе означает, что часть падающего сигнала отражается от него обратно к источнику сигнала. Коэффициент отражения является комплексной величиной. Однако в боль- Введение Возвратные потери шинстве случаев применяют модуль При прохождении через радио- Возвратные потери сигнала (обратные коэффициента отражения |Г|. Исходя частотный соединитель неизбежно происходит ослабление и отражение потери, англ. – Return Loss, RL) – это важ- из физического смысла, модуль коэф- сигнала. Это естественное явление, которое возникает при любом типе ный показатель, определяющий, какая фициента отражения изменяется в пре- передачи. Мощность сигнала, поступа- ющая в радиочастотный соединитель часть мощности сигнала отражается от делах от 0 до 1. Зная результаты измере- (входящая или падающая мощность), частично отражается обратно к источ- неоднородностей коаксиальной линии ния коэффициента отражения, можно нику сигнала (отражённая мощность – Reflected Power). Поэтому отражённая радиочастотного соединителя. Как пока- рассчитать величины отражённой мощ- мощность через соединитель не прохо- дит и в нагрузку не поступает. Остав- зано на рис. 1, возвратные потери, в деци- ности Pотр и переданной мощности Pпер: шаяся мощность сигнала поступает в соединитель, в котором часть её погло- белах, представляют собой отноше- Pотр, % = 100|Г|2 (5) щается и передаётся в нагрузку (про- шедшая мощность – Through Power). ние входящей мощности к отражённой Pпер, % = 100 (1–|Г|2) (6) Прошедшая мощность меньше входя- мощности. Наличие отражённого сигна- Высокая величина возвратных щей мощности по следующим причинам: ла крайне нежелательно, так как он меша- потерь коррелируется с низкими зна- 1) часть сигнала отражается, и возни- кают возвратные потери (Return Loss); ет прохождению основного сигнала. чениями КСВН и коэффициента отра- 2) соединитель поглощает часть сиг- Между возвратными потерями RL, жения. нала: появляются вносимые потери (Insertion Loss); коэффициентом отражения Г и коэф- Высокие возвратные потери соответ- 3) возникают потери рассогласова- фициентом стоячей волны по напря- ствуют более низким вносимым поте- ния (Mismatch Loss, рис. 1). жению КСВН существуют следующие рям. Например, при типичном для соотношения [2, 3]: радиочастотных соединителей значе- RL (дБ) = –20 log [(КСВН–1) / нии возвратных потерь 20 дБ, соеди- (КСВН+1)] = –20 log |Γ| (1) нитель отражает только 1% мощности КСВН = 1+|Γ|1−|Γ| (2) и передаёт в нагрузку 99% мощно- Γ = 10 (–RL/20) = (КСВН–1) / (КСВН+1) (3) сти. Если обратные потери составля- КСВН = [1+10(–RL/20)] / [1–10(–RL/20)] = ют 10 дБ, соединитель отражает 10% =(1+|Γ|)/(1–|Γ|) (4) мощности. Зависимости КСВН и возвратных В целом, возвратные потери показы- потерь от коэффициента отражения вают, насколько хорошо соединитель показаны на рис. 2 [3] (рис. 2). и нагрузка соответствуют друг другу. 50 2 45 1,9 40 1,8 35 1,7 1,6 30 1,5 25 1,4 20 1,3 15 1,2 10 1,1 51 Коэффициент отражения Рис. 2. Зависимости КСВН ( ) и возвратных потерь ( ) от коэффициента отражения СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 Входящая мощность Радиочастотный Прошедшая мощность Возвратные потери, дБ Р соединитель Р КСВН вх пр Отраженная мощность Ротр Возвратные потери, дБ = 10lg Pвх(Вт) / Ротр(Вт) = Pвх (дБм) – Ротр(дБм) (Insertion Loss, IL) Вносимые потери, дБ = 10lg P (Вт) / Р (Вт) = P (дБм) – Р (дБм) вх пер вх пр (Insertion Loss, IL) 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 0,27 0,29 0,31 0,33 Рис. 1. Возвратные и вносимые потери радиочастотного соединителя 8 WWW.SOEL.RU

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Вносимые потери Таблица 1. Среднеарифметическое отклонение профиля поверхности и глубина «скин-слоя» золота Вносимые потери (англ. – Insertion Среднеарифметическое отклонение профиля поверхности, мкм Loss, IL, Transmission loss, Attenuation) – Класс чистоты 5,0 Частота, ГГц Глубина «скин-слоя», мкм 2,5 это потеря мощности сигнала, возни- 1,25 1 2,38 0,63 10 0,75 кающая в соединителе при его вклю- 0,32 18 0,56 40 0,38 чении в линию передачи. Вносимые 65 0,30 потери определяются отношением вхо- дящей в соединитель мощности к мощ- ности, переданной им в нагрузку [4]. Потери в радиочастотном соедините- ле α складываются из потерь в метал- лических проводниках коаксиальной ческими свойствами и не зависят от диаметров проводников коаксиальной линии αмет и диэлектрических потерь линии соединителя. Потери в соедини- телях резко возрастают с увеличением αдиэл в изоляторе соединителя: частоты. На низких частотах потери в Потери 1 проводниках превышают диэлектриче- 3 α (дБ/м) = αмет. + αдиэл . (7) ские потери. Однако диэлектрические потери увеличиваются с большей ско- Потери в проводниках равны: ростью, чем потери в проводниках, и, 2 начиная с частоты, близкой к 10 ГГц, основной вклад в величину потерь вно- 100 Мгц 1 ГГц 10 ГГц сят потери в диэлектрике (рис. 3) [9]. Частота (8) С увеличением частоты диаметры Рис. 3. Потери: 1 – во внутреннем проводнике, Потери в диэлектрике: коаксиальной линии соединителей ста- 2 – наружном проводнике и 3 – в диэлектрике (9) новятся всё меньше, а уровень потерь в радиочастотного соединителя соединителях всё выше. где d и D – диаметры внутреннего и передаваемой соединителем в нагруз- наружного проводников коаксиаль- Знание величин вносимых и воз- ной линии соединителя ε и tg δ – отно- вратных потерь позволяет оценивать ку, так как максимальную мощность сительная диэлектрическая проницае- эффективность прохождения сигна- мость и тангенс угла диэлектрических ла в радиочастотном соединителе. можно передать, только если сопро- потерь изолятора; μ – магнитная прони- Вносимые и возвратные потери изме- цаемость материалов проводников; ρ – ряют с помощью векторных анали- тивление источника равно сопротив- удельное электрическое сопротивление заторов цепей и представляют в виде материалов проводников, Ом·мм2/м; S-параметров четырёхполюсника. Сле- лению нагрузки. Линия передачи, кото- f – частота. дует только заметить, что параметры S21 и S12 нельзя полностью отождествлять рая оканчивается нагрузкой, волновое Потери в проводниках пропорцио- с вносимыми потерями. Они были бы нальны √f и определяются размерами равны вносимым потерям, если бы сое- сопротивление которой такое же, как у проводников, свойствами металлов, из динитель и нагрузка соответствовали которых они изготовлены, и покрытий одному и тому же волновому сопротив- этой линии, не имеет отражений и, сле- проводников. При этом около 80% всех лению, чего часто не бывает на прак- потерь приходится на потери на вну- тике [2]. довательно, потерь на рассогласование. треннем (центральном) проводнике соединителя [7]. Наилучшим покрыти- Потери рассогласования Таким образом, потери рассогласо- ем проводников является золото и его сплавы с кобальтом или никелем (для Существует и ещё одна причина сни- вания (Mismatch Loss, ML) – это вели- повышения износоустойчивости). Тол- жения мощности, поступившей из сое- щина золотого покрытия должна быть динителя в нагрузку в случае рассогла- чина мощности, выраженная в деци- такой, чтобы покрыть все неровности сования их волновых сопротивлений. металлических поверхностей и быть Возникают так называемые «потери белах, которая не будет доступна на больше толщины «скин-слоя», так как рассогласования» (Mismatch Loss). Мож- на высоких частотах ток проходит но согласиться с автором работы [5], выходе соединителя из-за различия только в поверхностном слое металла – что это термин неудачный и несколько «скин-слое». Глубина «скин-слоя» тем запутывает суть дела. На самом деле это волнового сопротивления соедините- меньше, чем выше частота, больше маг- не безвозвратный уход мощности куда- нитная проницаемость и проводимость то «на сторону», а всего лишь показатель ля и нагрузки: (10) металла (табл. 1) [8]. того, что соединитель, не будучи нагру- ML (дБ) = 10log (1–|Γ|2) жен на оптимальное волновое сопро- Толщина золотого покрытия для сое- тивление, не отдаёт в нагрузку всю ту или динителей, работающих в умеренных мощность, на которую он способен. условиях окружающей среды, может То есть это не потери в соединителе, а ML (дБ) =10log (1 – (КСВН–1)/ быть выбрана в пределах 0,75…1,25 мкм. просто снижение мощности сигнала, /(КСВН+1)2) . (11) Потери в диэлектрике (релаксаци- онные, резонансные, миграционные, Каков же уровень величины потерь ионизационные) линейно зависят от частоты, определяются его диэлектри- рассогласования? Допустим, что соеди- нитель имеет большую величину КСВН, равную 2,1. Рассчитанная по формуле (11) величина потерь рассогласования будет равна 0,584 дБ. При этом возврат- ные потери будут 9 дБ и отражённая мощность 12,59%. В реальных устрой- ствах потери рассогласования обычно относительно небольшие и не превы- шают 1 дБ. Сводные данные о параметрах радио- частотных соединителей представле- ны американской компанией Marki Microwave (табл. 2) [3]. В табл. 2 пока- зана взаимосвязь возвратных потерь, КСВН, коэффициента отражения, потерь рассогласования, отражённой и переданной мощностей соединителей. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 9

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 2. Параметры радиочастотных соединителей динители выпускают несколько сотен зарубежных компаний США, Европы и Возвратные КСВн Коэффициент Потери рассогласования, Отражённая Прошедшая Юго-Восточной Азии. Электрические потери, дБ отражения (Г) дБ мощность, % мощность, % параметры соединителя даже одного и 17,39 того же типа производства разных ком- 1 8,72 0,891 6,868 79,43 20,57 паний могут существенно отличаться 2 5,85 0,794 4,329 63,1 36,9 друг от друга. 3 4,42 0,708 3,021 50,12 49,88 4 3,57 0,631 2,205 39,81 60,19 Поэтому ограничимся рассмотре- 5 3,01 0,562 1,651 31,62 63,38 нием данных о потерях наиболее 6 2,61 0,501 1,256 25,12 74,88 широко применяемых соединителей 7 2,32 0,447 0,967 19,95 80,05 СВЧ-диапазона с волновым сопро- 8 2,1 0,398 0,749 15,85 84,15 тивлением 50 Ом: N, TNC, SMA, 2,92 мм 9 1,92 0,355 0,584 12,59 87,41 и SMP, выпускаемых пятью ведущими 10 1,78 0,316 0,458 10 90 компаниями, к которым относятся 11 1,67 0,282 0,359 7,94 92,06 Amphenol (США) [10], Rosenberger (Гер- 12 1,58 0,251 0,283 6,31 96,84 мания) [11], Koaxis (CША) [12], Radiall 13 1,5 0,224 0,223 5,01 94,99 (Франция) [13] и Cinch Connectivity 14 1,43 0,2 0,176 3,98 96,02 Solutions (США) [14]. 15 1,33 0,178 0,14 3,16 96,84 16 1,33 0,158 0,11 2,51 97,49 Соединители N 17 1,29 0,141 0,088 98 Соединители N: кабельные вилка и 18 1,25 0,126 0,069 2 98,42 19 1,22 0,112 0,055 1,58 98,74 розетка, прямые, угловые, проходные 20 1,2 0,1 0,044 1,26 99 и фланцевые панельные под гибкий и 21 1,17 0,089 0,035 99,21 полужёсткий кабели, выводы энергии 22 1,15 0,079 0,027 1 99,37 и КМПП показаны на рис. 4 [8, 10…15]. 23 1,13 0,071 0,022 0,79 99,5 24 1,12 0,063 0,017 0,63 99,6 Стандартные соединители N имеют 25 1,11 0,056 0,014 0,5 99,68 предельную частоту 11 ГГц. Предельная 26 1,09 0,05 0,011 0,4 99,75 рабочая частота соединителей N улуч- 27 1,08 0,045 0,009 0,32 99,8 шенной конструкции – 18 ГГц. Вели- 28 1,07 0,04 0,007 0,25 99,84 чина потерь в соединителях типа N 29 1,07 0,035 0,005 0,2 99,87 разных конструктивных исполнений 30 1,06 0,032 0,004 0,16 99,9 приведена в табл. 3. 31 1,05 0,028 0,003 0,13 99,92 32 1,05 0,025 0,003 0,1 99,94 Соединители TNC 33 1,04 0,022 0,002 0,08 99,95 Соединители TNC: кабельные вил- 34 1,04 0,02 0,002 0,06 99,96 35 1,03 0,018 0,001 0,05 99,97 ки и розетки проходные и фланцевые 36 1,03 0,016 0,001 0,04 99,97 панельные: прямые и угловые под гиб- 37 1,03 0,014 0,001 0,03 99,98 кий кабель RG174, RG225, RG316, LMR- 38 1,02 0,013 0,001 0,03 99,98 100A и полужёсткий кабель 0,086″, 39 132 0,011 0,001 0,02 99,99 0,141″ и 0,250″, выводы энергии, вклю- 40 031 0,02 99,99 чая выводы для установки в отверстия 0 0,01 печатных плат, а также КМПП показа- 031 ны на рис. 5 [8]. Потери в радиочастотных видностей: с волновым сопротивлени- Предельная частота стандартных сое- соединителях основных типов ем 50 и 75 Ом, вилка и розетка, прямые динителей TNC – 11 ГГц, соединителей и угловые, фланцевые панельные и про- TNC военного назначения – 18 ГГц. В настоящее время разработаны ходные, кабельные под гибкий и полу- Величина потерь в соединителях TNC радиочастотные соединители более жёсткий кабель, для поверхностного разных компаний приведена в табл. 3. 50 типов, предназначенные для рабо- монтажа, выводы энергии и коаксиаль- Для соединителей TNC военного назна- ты в диапазоне частот 0…145 ГГц. Кроме но-микрополосковые переходы. Сое- чения величина потерь равна 0,06 дБ в того, соединители имеют много разно- диапазоне частот 0…18 ГГц [10]. 1 23 45 6 Рис. 4. Соединители типа N: 1 – прямая кабельная розетка, 2 – прямая кабельная вилка, 3 – угловая кабельная вилка, 4 – проходная панельная розетка, 5 – фланцевая панельная кабельная розетка, 6 – фланцевый КМПП 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 3. Величина потерь в радиочастотных соединителях разных компаний Тип Величина потерь, дБ, соединителей разных компаний (на частоте f, ГГц) соединителя Amphenol Rosenberger Koaxis Radiall Cinch Connectivity Solutions N Кабельные. Кабель Кабельные. Кабель Кабельные. Кабель Кабельные. Кабель Кабельные прямые: ≤ 0,05 , TNC полужёсткий. Прямые: 0,15 полужёсткий: ≤ 0,05, полужёсткий. угловые: ≤ 0,1 . Выводы полужёсткий: 0,05 , энергии, КМПП: ≤ 0,015 гибкие прямые: 0,15 (9), (18), угловые: 0,10 (3), гибкий: ≤ 0,05. Прямые: 0,03 (0…18), гибкий: 0,30 (9). Выводы энергии, КМПП: угловые, кабель гибкий: угловые: 0,30 (9) Выводы энергии, КМПП: ≤ 0,05(8) 0,03 (0…11) Нет данных 0,15 макс. Кабельные: ≤ 0,05 Кабельные. Кабель Кабельные. Кабельные. Прямые: 0,18 Выводы энергии. Розетка полужёсткий. Прямые: Прямые, угловые: 0,06 макс. (9), 0,03 (0…18); 0,13(18), (0…18). Выводы энергии, панельная фланцевая: гибкие: 0,03 (0…14) угловые: 0,21 макс. (9). 0,1 (0…10), проходная: КМПП: Для соединителей других ≤ 0,06 (0…18). модификаций: –0,06 0,05 (0…4) Кабельные прямые. Кабель Кабельные. Кабель Кабельные прямые. Кабель Кабельные. Прямые: 0,1 Кабельные. Кабель полужёсткий: полужёсткий. Прямые: полужёсткий: SMA макс. (18), полужёсткий: ≤ 0,03 (0…18), 0,03 (0…26,5); 0,1(18), угловые: 0,08 (12,4), ≤ 0,06 ,(0...16), угловые: 0,3 макс. (18). гибкий: ≤ 0,03 (0…5). 0,16 макс. (26,5), гибкие: ≤ 0,06 (0…18). гибкие прямые: ≤ 0,06 КМПП: 0,06 (0…18) КМПП: 0,04 (0…18) гибкие: 0,03 (0…11), Выводы энергии, (0…6), 0,127 (11) КМПП: ≤ 0,05 (0…18). угловые: ≤ 0,15 (0…6) 2,92 мм Кабельные. Полужёсткий Кабельные. Кабель Кабельные вилки и Кабельные, кабель Прямые кабельные вилки SMP кабель 0,086″: 0,03 (0…11) полужёсткий. прямые, проходные и полужёсткий. Выводы и розетки под полужёсткий панельные розетки. кабель: ≤ 0,06 (0…40), Прямая вилка, розетка: 0,04 Кабель полужёсткий: энергии, КМПП: КМПП: ≤ 0,06 (0…40) (0…40) 0,03 (0…40) 0,03 (0…40) Кабельные прямые, Кабельные прямые, выводы, Кабельные. Прямые, адаптеры Кабельные розетки под выводы, адаптеры «bullet»: адаптеры «bullet»: 0,1 , вилка Кабельные. Кабель «bullet»: 0,12 (0…40), полужёсткий кабель. кабельная угловая, вилки для полужёсткий. угловые: 0,12 (0…26,5) 0,1 (0…40), Прямые: ≤0,12 (0…40), угловые: 0,12 (0…26,5) монтажа на печатную плату: Прямые: 0,03 (0…40), угловые: ≤0,12 (0…26,5) 0,05 (0…26,5) угловые: 0,03 (0…18) 1 23 4 56 Рис. 5. Соединители TNC: 1 – прямая кабельная розетка, 2 – прямая кабельная вилка, 3 – угловая кабельная вилка, 4 – проходная панельная розетка, 5 – фланцевая панельная кабельная розетка, 6 – КМПП 1 23 4 5 6 Рис. 6. Соединители SMA: 1 – прямая кабельная вилка, 2 – угловая кабельная вилка, 3 – проходная кабельная розетка, 4 – КМПП, 5 – угловой вывод энергии розетка, 6 – вывод энергии розетка для поверхностного монтажа Соединители SMA на потерь в них приведена в табл. 3 а величина потерь в них приведена в Предельная рабочая частота стан- [10…14]. таблице 2 [10…14]. дартных соединителей SMA – 18 ГГц. Соединители 2,92 мм Соединители SMP Соединители SMA улучшенной кон- Прецизионные резьбовые соедини- Создание компанией Gilbert Corning струкции имеют предельную частоту 26…27 ГГц и даже 34 ГГц [15]. Соеди- тели 2,92 мм (другое название – сое- (США) в 1980-х годах соединителей нители SMA улучшенной конструк- динители K, SMK) имеют предельную SMP ознаменовало собой освоение ции в настоящее время выпускают рабочую частоту 40 ГГц. Предельная миллиметрового диапазона длин волн несколько десятков зарубежных ком- теоретическая частота этих соедини- микроминиатюрными радиочастот- паний. Внешний вид соединителей телей равна 45 ГГц. Внешний вид сое- ными соединителями, работающими SMA разных конструктивных испол- динителей 2,92 мм разных конструк- по принципу защелкивания (Push-On, нений показан на рис. 6, а величи- тивных исполнений показан на рис. 7, Snap-On). Благодаря миниатюрности и СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 11

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 1 2 3 4 56 Рис. 7. Соединители 2,92 мм: 1 – розетка кабельная под полужёсткий кабель, 2 – вилка кабельная под полужёсткий кабель, 3 – вилка кабельная угловая под полужёсткий кабель, 4 – КМПП розетка, 5 – фланцевый вывод энергии розетка, 6 – концевая розетка для установки на печатную плату 12 3 45 6 Рис. 7. Соединители 2,92 мм: 1 – розетка кабельная под полужёсткий кабель, 2 – вилка кабельная под полужёсткий кабель, 3 – вилка кабельная угловая под полужёсткий кабель, 4 – КМПП розетка, 5 – фланцевый вывод энергии розетка, 6 – концевая розетка для установки на печатную плату высоким электрическим параметрам 0,25 дБ переданная соединителем мощ- 4. IEC 61169-1-2:2019 – Radio-frequency (предельная частота 40 ГГц) эти соеди- ность сигнала равна 94,3% от величины connectors // URL: https://standards.iteh. нители нашли применение в сложных входящей в него мощности. ai ›catalog. многофункциональных СВЧ-модулях с высокой плотностью компоновки [7]. Заключение 5. Завалин И. Проблемы высокоскоростной Внешний вид соединителей SMA раз- передачи данных. Соединители стандар- ных конструктивных исполнений пока- Радиочастотные соединители широ- та VPX. Требования к высокоскоростной зан на рис. 8, а величина потерь в них ко применяют в системах связи, веща- передаче данных // Вестник электрони- приведена в табл. 2 [10…14]. ния, в измерительном и испытательном ки. 2018. № 1(61). оборудовании, в различных коммерче- Обсуждение результатов ских и военных системах. При выбо- 6. Андросов А.В., Джуринский К.Б. Герме- ре соединителя необходимо учитывать тичные СВЧ-вводы для микроэлектро- Величина вносимых потерь, харак- один из его основных электрических ники. Ч. 2. Электрические параметры теризующая степень потери мощно- параметров – величину вносимых СВЧ-вводов и методика их измерения сти СВЧ-сигнала при его прохождении потерь в рабочем диапазоне частот. «Электроника» // НТБ. 2013. № 5 (00127). в соединителе, наряду с КСВН является Однако этот параметр нередко отсут- С. 84–90. важнейшим параметром радиочастот- ствует в спецификациях на зарубеж- ных соединителей. Однако оказалось, ные радиочастотные соединители. 7. Джуринский К.Б. Современные радио- что не так просто найти пять компаний В действующем отечественном стан- частотные соединители и помехопо- (а их в мире более сотни), которые в дарте ГОСТ 20465-85 «Соединители давляющие фильтры / под ред. д.т.н. спецификациях на выпускаемые сое- радиочастотные коаксиальные. Общие А.А. Борисова. СПб.: Изд-во ЗАО «Медиа динители всех выбранных нами типов технические условия» также нет требо- Группа Файнстрит», 2014. 426 с. привели этот параметр. Величины вно- вания к величине вносимых потерь в симых потерь зарубежных соедини- радиочастотных соединителях. 8. Джуринский К.Б. Покрытия радиочастот- телей разных компаний значитель- ных соединителей // Современная элек- но отличаются. Это связано с разным Отсутствие этого параметра в специ- троника. 2020. № 3. С. 30–41. частотным диапазоном измерения и фикациях на радиочастотные соеди- методикой измерения потерь. нители трудно объяснить, так как его 9. Cahak J. RF Connectors and Cables, June 9, определяют одновременно с КСВН сое- 2014 // URL: https://www.rfcafe.com. Величина потерь прямо пропорци- динителя при измерениях с помощью ональна корню квадратному из часто- векторного анализатора цепей. 10. Amphenol RF: RF Coaxial Connectors, ты, поэтому в соединителях миллиме- Adapters and Cable // URL: https://www. трового диапазона длин волн (2,92 мм Литература amphenolrf.com. и SMP) потери больше, чем у соедини- телей с меньшей предельной частотой 1. Insertion Loss vs. Return Loss: Signal 11. Rosenberger Product Catalog // URL: (N, TNC, SMA). Общий вывод из анали- Transmission and Reflection. Cadence PCB https://products.rosenberger.com. за данных табл. 3 состоит в том, что в Solutions Cadence Design Systems, Inc. // соединителях СВЧ-диапазона потери URL: https://www.cadence.com. 12. Coaxial RF Connectors – Koaxis // URL: составляют несколько десятых долей https://koaxis.com. децибела. При типичной величине 2. Understanding Cable & Antenna Analysis потерь радиочастотного соединителя White Paper // URL: https://dataedge.ie. 13. RF Coaxial Connectors Catalogs | Radiall // URL: https://www.radiall.com. 3. Marki Microwave RF & Microwave. Return Loss to VSWR Conversion Table. 14. RF&MicrowaveConnectors&CableAssemblies– Bel Fuse/ https://www.belfuse.com. 15. Джуринский К.Б. Соединители SMA с пре- дельной частотой до 34 ГГц. Эволюция продолжается // Современная электро- ника. 2021. № 4. С. 32–35. 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ НОВОСТИ МИРА INTEL ОБЪЯВИЛА О ГОТОВНОСТИ пластинах. На роль кубитов выбраны элек- обещает появление универсальных кван- троны, спины которых (собственный момент товых компьютеров. К МАССОВОМУ ПРОИЗВОДСТВУ импульса) находятся в состоянии квантовой КВАНТОВЫХ ПРОЦЕССОРОВ НА суперпозиции. Спины одновременно ори- «Квантовые вычисления способны обеспе- КРЕМНИЕВЫХ КУБИТАХ ентированы во всех направлениях и могут чить экспоненциальную производительность быть с определённой вероятностью иден- для определённых приложений в области вы- Компания Intel совместно с нидерланд- тифицированы как 1, 0 и все промежуточ- сокопроизводительных вычислений, – сказал ским исследовательским центром QuTech ные состояния, что экспоненциально уско- Джеймс Кларк (James Clarke), директор по добилась промышленного уровня произ- ряет определённые расчёты. квантовому оборудованию Intel. – Наше ис- водства квантовых процессоров на крем- следование доказывает, что полномасштаб- ниевых кубитах. Прорыв совершён на пред- Компания Intel вместе со специалистами ный квантовый компьютер не только дости- приятии компании Intel D1 в Хиллсборо, QuTech уже показала способность предло- жим, но и может быть произведён на совре- штат Орегон. Процессоры производятся женных партнёрами квантовых процессоров менной фабрике по производству чипов». с использованием классических КМОП- выполнять произвольные алгоритмы, что техпроцессов на 300-мм подложках с вы- 3dnews.ru сочайшим уровнем выхода годных чипов – более 95 %. С каждой пластины получается до 10 тыс. квантовых процессоров – этого хватит для удовлетворения любых нужд в новинке. Компания не уточняет, сколько кубитов в составе процессора и как он организован (линейный массив или объёмный). Ранее Intel на заводе D1 в Хиллсборо выпускала процессоры из одного и двух кремниевых кубитов и планировала представить 7- и 17-кубитовые сборки. Квантовые процессоры Intel и QuTech вы- пускаются на изотопно-чистых кремниевых СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 13

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Радиационно-стойкие неизолированные импульсные стабилизаторы напряжения для локального преобразования энергии Виктор Безродный ности и стойкости к специфическим дестабилизирующим факторам кос- В статье представлены радиационно-стойкие неизолированные мического пространства. Особенно преобразователи напряжения с низкими значениями выходных важно обеспечить стойкость элемент- напряжений, предназначенные для размещения в непосредственной ной базы бортовой аппаратуры к воз- близости от нагрузки (Point-of-Load, POL) с существенным переходным действию ионизирующих излучений током. Преобразователи разработаны и производятся китайской космического пространства по дозо- компанией, входящей в Китайскую корпорацию электронных технологий вым и одиночным эффектам. (China Electronics Technology Group Corporation – CETC) и предназначены для применения в распределённых системах электропитания бортовой Для применений в распределённых аппаратуры авиационной и космической техники. системах электропитания современ- ных цифровых устройств аппарату- Повышение производительности ты цифровых нагрузок. Существенно ры космических аппаратов компанией систем обработки и передачи инфор- снизить влияние распределённой сети предлагаются неизолированные радиа- мации в современной бортовой ави- позволяет размещение источников ционно-стойкие преобразователи напря- ационно-космической аппаратуре питания в непосредственной близо- жения с различными выходными тока- требует применений микросхем циф- сти от нагрузки (Point-of-load, POL). Не- ми. Рассмотрим недавно представленные ровых сигнальных процессоров, FPGA, изолированные POL-преобразователи модули питания типа POL HNTA0510SS микросхем памяти, которым требуют- напряжения подключаются к промежу- и HNFA0516SS, созданные по гибрид- ся низкие напряжения питания от 0,8 точной шине напряжения с номиналом но-плёночной технологии. Хорошие до 3,3 В. При этом предъявляются весь- 5 или 12 В, которая формируется мощ- динамические характеристики регули- ма жёсткие требования к стабильности ным преобразователем. Системы пита- ровки выходного напряжения и номи- напряжения, так как напряжение мень- ния с промежуточной шиной широко нальные значения выходного тока 10 А ше требуемого может привести к сни- применяются в телекоммуникацион- (HNTA0510SS) и 16 A (HNFA0516SS) обе- жению быстродействия транзисторов ном и сетевом оборудовании, автомо- спечивают полное соответствие требова- логических схем. Кроме того, при пере- бильном транспорте. Применение рас- ниям к электропитанию нового поколе- ходе цифровых схем от условий обра- пределённой системы электропитания ния FPGA (Field-Programmable Gate Array) ботки при низкой производительности позволяет управлять включением или Vertex-7. Для обеспечения FPGA питани- к условиям при высокой производи- отключением некоторых локальных ем необходимо несколько различных тельности возникают значительные узлов электронного оборудования для низковольтных шин питания c различ- переходные процессы в токе нагрузки. уменьшения общего потребления элек- ными требованиями к напряжению и Импеданс электрической сети может троэнергии. Для обеспечения длитель- току. Чтобы избежать повреждения FPGA, вызвать задержку при обеспечении ных сроков функционирования аппа- эти шины должны включаться и выклю- переходного тока, что приведёт к выхо- ратуры ракетно-космической техники к чаться в определённой последователь- ду напряжения за пределы допустимо- элементной базе предъявляются исклю- ности. Преобразователи HNTA0510SS го для обеспечения нормальной рабо- чительно высокие требования к надёж- и HNFA0516SS выполнены по одинако- вой схеме, имеют аналогичные функци- ШИМ- L2 V ональные параметры и отличаются толь- C2 преобразователь L1 O ко значениями выходного тока. C3 GND Общие характеристики неизолированных V ШИМ- Схемы для Trim стабилизаторов напряжения I преобразователь формирования Sense+ HNFA0516SS и HNTA0510SS C1 контура SS ● Диапазон входного напряжения от GND обратной связи INH 4,5 до 5,5 В, номинальное значение 5 В. Рис. 1. Структурная схема преобразователей напряжения HNTA0510SS и HNFA0516SS ● Выходное напряжение от 0,8 до 3,3 В (регулируемое). ● Выходной ток 16 A (10 A для HNTA0510SS); ● КПД до 94%. ● Удельная мощность 150 Вт/дюйм3 (93 Вт/дюйм3 для HNTA0510SS). 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 1. Тепловые сопротивления неизолированных преобразователей Модель Внутреннее тепловое Размер Рассеиваемая Материал сопротивление, °С/Вт теплоотвода, мм мощность, Вт теплоотвода HNFA0516SS HNTA0510SS 2,82 240×100×2 7,2 Медь 2,52 240×100×2 3,3 Медь Рис. 2. Внешний вид конструкции модуля Источник стабилизированного + 1 VI VO 8 R преобразователя напряжения HNFA0516SS напряжения VI 4 SS Sense+ L C1 3 INH 5 ● Структура: понижающий Buck- Trim C3 преобразователь. GND C2 2 6 ● Частота преобразования: фиксиро- – GND ванная частота от 395 до 585 кГц, ти- R пичное значение 500 кГц. L ● Сервисные функции: защита от ко- 7 роткого замыкания, дистанционное включение/выключение. Рис. 3. Типовая схема подключения преобразователя напряжения ● Диапазон рабочей температуры от чественной холоднокатаной стали. ний конденсатор, время установления –55 до +125°C (основание корпуса). Крышка приваривается с применени- напряжения на выходе составляет око- ем энергосберегающей технологии. ло 3,1 мс. В том случае, когда необхо- ● Габаритныеразмеры:27,07×27,07×7,81мм Металлический корпус преобразовате- димо увеличить время установления (27,57×27,57×8,9 мм HNTA0510SS). лей имеет высокое значение теплопро- выходного напряжения, необходимо водности. В табл. 1 приведены тепловые добавить внешний конденсатор. Вре- ● Масса: 17 г (≤ 20 г HNTA0510SS). сопротивления модулей, выраженные мя установления выходного напряже- ● Суммарная накопленная доза в °С/Вт рассеиваемой мощности. Для ния может быть определено по следу- поддержания температуры корпуса ющей формуле: 100 крад. ниже +125°С должен использоваться ● Стойкость к воздействию тяжёлых за- дополнительный теплоотвод. Значе- tSS = VREF × (СSS + 22 нФ) /ISS , (1) ние теплового сопротивления исполь- где CSS – значение ёмкости конденсато- ряженных частиц с линейными поте- зуется для определения температуры ра для задания времени запуска в нФ; рями энергии (ЛПЭ) 75 МэВ·см2/мг. перегрева модуля относительно окру- VREF – опорное напряжение, типичное ● Значение MTBF 3×106 час, рассчита- жающей среды и определения темпера- значение 0,792 В; ISS – выходной ток из но для условий орбитального косми- туры окружающей среды, при которой вывода SS, типичное значение 5,6 мкА. ческого полёта (SF) при температуре модуль может работать без радиатора. корпуса +25°С. Внешний вид модуля HNFA0516SS пока- Управление включением/ Функциональная структурная схема зан на рис. 2. выключением преобразователей показана на рис. 1. Для формирования сдвоенной схемы Типовая схема подключения преоб- Вывод INH предназначен для орга- понижающего Buck-преобразователя разователя приведена на рис. 3. низации внешнего управления вклю- с параллельной чередующейся схе- чением/выключением модуля источни- мой используются два кристалла Рассмотрим назначение выводов ка питания. Входная схема командного RS0508BCD. Кристалл RS0508BCD объе- преобразователей напряжения и сер- входа дистанционного включения/ диняет радиационно-стойкие силовые висные функции. выключения внутри преобразователя МОП-транзисторы и схемы управле- приведена на рис. 4. ния. Сдвоенный чередующийся парал- Мягкий запуск лельный выход обеспечивает номи- Подключением конденсатора CSS Вывод INH подключён к шине пита- нальное значение тока нагрузки 16 A ющего напряжения через «вытяги- (10 A для HNTA0510SS). Преимуществом между выводами SS (Soft Start) и GND вающий» резистор 100 кОм (R1), подобной схемы является то, что мож- можно управлять скоростью нарас- установленный внутри модуля преоб- но избежать концентрации внутрен- тания выходного напряжения VOUT разователя. Уровень напряжения на ней рассеиваемой тепловой мощно- для осуществления функции мягко- вводе INH может управляться внеш- сти источника питания, распределить го запуска, который используется для ним переключателем S. Когда ключ тепло более равномерно на поверхно- предотвращения выброса выходного S замкнут, и уровень сигнала низкий сти основания корпуса и получить в то напряжения, что может вызывать воз- (< 0,5 В), устройство прекращает рабо- же время лучшие динамические харак- никновение тока перегрузки на шине ту, и выходное напряжение не фор- теристики, чтобы полностью соответ- электропитания. Внутри корпуса стаби- мируется; когда S разомкнут, уровень ствовать строгим требованиям к элек- лизатора между выводом SS и GND уста- напряжения на входе INH высокий, и тропитанию FPGA V7. новлен конденсатор ёмкостью 22 нФ. модуль работает в нормальном режи- Конструктивно преобразователь Когда к выводу SS не подключён внеш- ме и формирует выходное напряжение. выполнен в корпусе из высокока- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 15

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Вывод для подключения Вывод для подключения Ih Таблица 2. Значения выходного напряжения в входного положительного входного положительного Ip зависимости от регулировочного сопротивления напряжения напряжения Ih R1 Выходное напряжение, RTR, кОм, эталонное Ip C1 VO, В значение 3,298 Вывод управления R1 R1 2,514 0,75 1,788 2,2 включения/выключения 1,546 5,6 1,230 8,2 R2 1,006 16 36 Шина «земля» входной цепи 0,8 Сопротивление не Шина «земля» входной цепи подключено Рис. 4. Схема подключения вывода управления включением/выключением модуля INH Таблица 3. Динамические характеристики модуля HNFA0516SS можно использовать функцию внеш- ней обратной связи, подключив вывод Параметр Условия Минимальный предел Максимальный предел SENSE непосредственно к входному –300 мВ +300 мВ контакту удалённой нагрузки для обе- Изменение выходного V = 3,3 В; I = 8 A –> 6 A спечения стабильного напряжения на напряжения при изменении oo 350 мкс выводе удалённой нагрузки. Необхо- или I = 16 A –> 8 A 5 мс димо обратить внимание, что, когда нагрузки (пиковое) o соединительная линия между источ- ником питания и нагрузкой протяжён- Время восстановления V = 3,3 В; I = 8 A –> 6 A ная, требуется предотвратить влияние выходного напряжения при oo на проводник SENSE для предотвраще- или I = 16 A –> 8 A ния колебаний выходного напряжения. изменении нагрузки o VI 0 –> 5 В; Выводы входного и выходного Задержка появления Vo = 3,3 В; Io = 16 A напряжения выходного напряжения Для нормальной работы преобразова- Таблица 4. Динамические характеристики модуля HNTA0510SS теля к выводу V1 должен быть подключён конденсатор определённой ёмкости. Параметр Условия Минимальный предел Максимальный предел Рекомендуется применять полимер- –250 мВ +250 мВ ные танталовые конденсаторы с низ- Изменение выходного V = 3,3 В; I = 5 A –> 10 A ким эквивалентным последовательным напряжения при изменении oo 250 мкс сопротивлением (ESR). Ёмкость тантало- или Io = 10 A –> 5 A 5 мс вого конденсатора должна быть от 100 нагрузки (пиковое) до 470 мкФ. Входной конденсатор дол- V = 3,3 В; I = 5 A –> 10 A жен быть размещён как можно ближе к Время восстановления oo выводам V1 и GND. выходного напряжения при или I = 10 A –> 5 A o Внутри модуля на выходе установ- изменении нагрузки VI 0 –> 5 В; лен конденсатор фильтра 330 мкФ, Vo = 3,3 В; Io = 10 A но, когда источник питания обе- Задержка появления спечивает питанием FPGA, выход- выходного напряжения ной ток модуля преобразователя будет вызывать относительно боль- В том случае, когда нет необходимо- 4,5 В, уровень напряжения на выводе шие колебания напряжения, для сти в использовании функции управле- INH около 1,26 В; когда входное напря- снижения колебаний выходного ния включением/выключением модуля, жение 6 В, напряжение на выводе INH напряжения рекомендуется также уста- вывод INH оставляют «плавающим» или будет примерно 1,68 В. навливать определённый танталовый подключают к шине входного напря- конденсатор на выходном выводе VО. жения через резистор с номинальным Регулировка выходного Рекомендуется применять полимер- значением 10…100 кOм. Необходимо напряжения ные танталовые конденсаторы с низ- отметить, что значение напряжения на ким значением ESR, подобным входным выводе INH не должно превышать 5,5 В. Регулировкой сопротивления рези- конденсаторам. Один танталовый кон- стора между выводом TRIM и землёй денсатор может иметь ёмкость от 100 Резисторы R1 и R2 делят входное могут быть получены различные выход- до 680 мкФ. Добавление нескольких напряжение так, чтобы напряжение на ные напряжения. керамических конденсаторов улучшит выводе INH находилось в приемлемом подавление пульсаций. Рекомендуемые диапазоне. Сопротивление R2 должно В табл. 2 приведены значения выход- ёмкости керамических конденсаторов быть рассчитано и выбрано в сочета- ного напряжения в зависимости от зна- от 1 до 22 мкФ. Общая ёмкость внеш- нии с наивысшим и наименьшим вход- чения резистора RTR. него выходного конденсатора должна ным напряжением. Сопротивление R2 быть в диапазоне от 100 до 5000 мкФ. не должно быть слишком маленьким. Выборка выходного напряжения Когда входное напряжение имеет наи- Вывод SENSE предназначен для меньшее значение, необходимо удосто- вериться, что напряжение на выводе выборки (замера) выходного напря- INH после деления напряжения име- жения. Как правило, вывод SENSE и ет значение не менее чем 1,18 В. Ког- вывод выходного напряжения VO сое- да входное напряжение имеет наивыс- диняются наиболее возможным корот- шее значение, необходимо убедиться, ким проводником для обеспечения ста- что напряжение на выводе INH после бильного напряжения на выводе VО деления напряжения не выше чем 5,5 В. (вывод 8). Когда выходной ток отно- Рекомендуется выбирать резистор R2 с сительно большой, а источник пита- номинальным значением 39 кОм. Ког- ния расположен далеко от электриче- да входное напряжение имеет значение ской нагрузки, для исключения падения напряжения, вызванного паразитным импедансом соединительной линии, 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Особенности танталовых и керами- ческих конденсаторов, используемых в схемах источников питания и сило- вых преобразователях, рассмотрены в статье [1]. Динамические характеристики Рис. 5. Пульсация выходного напряжения HNFA0516SS при выходном напряжении Vo = 1 В, токе Импульсное электропотребление нагрузки Io = 8 A, входное напряжение VI = 5 В; T = +25° современных цифровых устройств предъявляет к преобразователям напряжения жёсткие требования по качеству выходного напряжения при скачкообразном изменении выходно- го тока. В табл. 3 и 4 приведены динамиче- ские характеристики модулей преоб- разователей напряжения HNFA0516SS и HNTA0510SS. Размах изменения нагруз- ки задан в диапазоне 50%. Для объективной оценки качества отработки преобразователями напря- жения импульсной нагрузки в кон- кретном практическом приложении необходимо запрашивать требуемую информацию у производителя. Типичные параметрические Рис. 6. Пульсация выходного напряжения модуля HNFA0516S при выходном напряжении Vo = 1 В, графики токе нагрузки Io = 16 A, входном напряжении VI = 5 В; T = +25° Пульсации в устойчивом 96 состоянии КПД, % 91 При установленных на выходе V0=0,5V дополнительных танталовых кон- V0=1,0V денсаторах 330 мкФ и двух керамиче- 86 ских конденсаторах 1 мкФ пульсация выходного напряжения составляет V0=1,2V 7,8 мВ при выходном напряжении 1 В и токе нагрузки 8A, и 10,8 мВ при токе 81 V0=1,5V нагрузки 16 А и комнатной температу- ре. На рис. 5 и 6 показаны пульсации V0=1,8V выходного напряжения преобразо- 76 V0=2,5V вателя HNFA0516SS при разных токах нагрузки. V0=3,3V 71 Зависимость КПД преобразовате- ля HNFA0516SS от тока нагрузки при 66 различных выходных напряжениях 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 и температурах корпуса +25°C, +55°C Ток нагрузки, А и +125°C показаны на рис. 7...9. Значе- ние КПД снижается при уменьшении Рис. 7. Зависимость КПД от тока нагрузки при различных выходных напряжениях (температура выходного напряжения и повышении корпуса 25°C, VI = 5 В) температуры корпуса. Защита от короткого замыкания В это время выходное напряжение сни- Обеспечение оптимального теплово- При коротком замыкании нагрузки жается до значения менее 0,5 В, потре- го режима позволяет достичь приемле- бляемая мощность в режиме короткого мого срока функционирования устрой- модуль переходит в режим защиты. ства, так как повышенная температура увеличивает интенсивность отказов компонентов. Интенсивность отка- зов удваивается с увеличением темпе- ратуры на каждые +15°C. Зависимость среднего времени наработки до отка- за от температуры для преобразовате- ля напряжения HNFA0516SS представ- лена на рис. 10. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 17

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 92КПД, % вано применением метода гасящего сопротивления. V0=0,5V 87 К каждому выходному выводу моду- лей устанавливаются последователь- V0=1,0V но сопротивления (Rp1 и Rp2 в схеме рис. 12). Номинальные значения рези- 82 V0=1,2V сторов должны быть 2,5 мОм для симме- трирования импеданса проводников и V0=1,5V уменьшения протекающего тока в режи- 77 ме холостого хода. При компоновке и выборе монтажных соединений необхо- V0=1,8V димо использовать симметричную схе- му, обеспечить одинаковую ширину и 72 V0=2,5V длину проводника конца соединения на V0=3,3V печатной плате с резистором. На допол- нительных резисторах будет определён- 67 ное падение напряжения. Например, ког- да общий выходной ток 24 A, на каждом 62 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 выходе будет ток 12 A, протекающий через сопротивление 2,5 мОм. Падение Ток нагрузки, А напряжения сформировано на резисто- ре 30 мВ, поэтому значение сопротивле- Рис. 8. Зависимость КПД от тока нагрузки при различных выходных напряжениях (температура ния должно быть выбрано в соответствии корпуса +125°C, V = 5 В) с фактическим выходным током и при- емлемым падением напряжения. 96 При параллельном соединении моду- КПД, % 91 лей напряжение Vsense не может осу- V0=0,5V ществлять функционирование внеш- ней обратной связи, и вывод SENSE 86 V0=1,0V каждого канала должен быть подклю- V0=1,2V чён к входному концу резисторов Rp1 и Rp2 соответственно. 81 V0=1,5V Для минимизации импеданса прово- V0=1,8V дников печатной платы необходимо 76 установить модуль как можно ближе к корпусу FPGA. Так как измерительная V0=2,5V точка выходного напряжения замкну- той обратной связи находится в начале 71 V0=3,3V измерительного сопротивления, разум- ным является обеспечить стабильность 66 напряжения в точках выборки Vout1 и 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Vout2. В том случае, когда импеданс Ток нагрузки, А проводников печатной платы слишком большой, это вызовет падение напряже- Рис. 9. Зависимость КПД от тока нагрузки при различных выходных напряжениях (температура ния, и действительное напряжение на корпуса +55°C, V = 5 В) нагрузке уменьшится. Колебание диа- пазона напряжения за пределами поро- замыкания около 20 Вт, а режим корот- При испытаниях на циклотроне га может повлиять на производитель- кого замыкания не может превышать для получения ЛПЭ = 99,8 МэВ·см2/мг ность FPGA. При компоновке и выборе 1 минуты. Длительное короткое замы- использовались ионы Bi, для проводников количество переходных кание запустит защиту от перегрева. ЛПЭ = 81,4 МэВ·см2/мг использова- отверстий должно быть увеличенным, Вышеприведённые параметры изме- лись ионы Ta, для ЛПЭ = 65 МэВ·см2/мг насколько это возможно, импеданс рены у основания вывода выходного использовались ионы Xe. Стойкость линии может быть уменьшен исполь- напряжения корпуса преобразовате- преобразователя к воздействию оди- зованием таких методов проектирова- ля при комнатной температуре окру- ночных тяжёлых заряженных частиц ния, как применение силовых сплош- жающей среды. В том случае, если зависит от режима работы. ных плоскостей в печатной плате. точка короткого замыкания находит- ся на дальнем конце соединительной Параллельная работа двух Обеспечение нормального линии, а выходное напряжение зави- модулей теплового режима работы сит от импеданса соединительного про- водника, выходное напряжение в этом Повышение производительности Определение пути отвода тепла случае будет выше 0,5 В. программируемых пользователем При преобразовании напряжения неко- матриц (Field-Programmable Gate Array, Безопасная рабочая область FPGA) требует дальнейшего повыше- торое количество энергии будет теряться. при воздействии одиночных ния тока источника питания. Когда заряженных частиц выходной ток 16 A не может удовлет- ворить фактическое требование кон- График безопасной работы преоб- кретного применения, для получения разователей при воздействии одиноч- большего значения выходного тока ных заряженных частиц для различных два модуля HNFA0516SS могут быть выходных напряжений и токов пред- включены параллельно, а параллель- ставлен на рис. 11. ное соединение может быть реализо- 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 4000000MTBF Опасная область 3000000 Выходной ток, A Безопасная область 2000000 ЛПЭ = 99,8 МэВ·см2/мг выдержал испытания ЛПЭ = 99,8 МэВ·см2/мг не выдержал испытания (отказ) 1000000 ЛПЭ = 65 МэВ·см2/мг выдержал испытания 0 ЛПЭ = 65 МэВ·см2/мг не выдержал испытания (отказ) 25,0 35,0 45,0 55,0 65,0 75,0 85,0 95,0 105,0 115,0 ЛПЭ = 81,4 МэВ·см2/мг выдержал испытания Температура, °С Выходное напряжение, В Рис. 10. Зависимость MTBF от температуры для условий орбитального космического полёта (SF) Рис. 11. Область безопасной работы при различных выходных напряжениях и токах при воздействии одиночных заряженных частиц Vin+ C2 GND 1 U1 9 Vout1 Rp1 2,5m Vout C1 105 2 8 GND C5 C6 C7 + C8 + C9 + C10 + 220uF Vin CASE 7 105 105 100uF 100uF 100uF 100uF 3 GND Vo 6 R2 GND 4 INH GND GND 5 NC/SS Trim Sense+ R1 HNFA0516SS 30k GND GND 1 U2 2 C3 C4 GND Vin CASE 9 Vout2 Rp2 2,5m 220uF 105 3 GND Vo 8 GND 4 INH GND 7 GND 5 NC/SS Trim 6 R4 Sense+ R3 HNFA0516SS 30k GND GND Рис. 12. Принципиальная схема параллельного соединения двух модулей HNFA0516SS Часть энергии преобразуется в тепловую местом для рассеивания тепла, и теп- Рис. 13. Типичная конструкция гибридно- мощность. Поэтому должны быть сдела- ло должно отводиться непосредственно плёночного модуля питания ны определённые измерения рассеивае- от основания корпуса. Верхняя крышка мой мощности, чтобы гарантировать, что играет очень небольшую роль при рас- слой может быть использован для пере- температура перехода внутри устройства сеивании тепла, и температура верхней дачи тепла, верхний слой печатной пла- находится в безопасном диапазоне. крышки не может быть использована ты должен быть подключён к внутрен- для определения температуры корпуса нему слою как можно бо′льшим числом На рис. 13 показана типичная вну- устройства. Рабочая температура долж- металлизированных переходов. тренняя конструкция гибридного тол- на измеряться в центре основания кор- стоплёночного источника питания. пуса устройства. Определение реальной Конструкция печатной платы Кристаллы непосредственно привари- температуры позволяет выполнить точ- с учётом минимизации шума ваются к керамической подложке, смон- ные расчёты надёжности. напряжения тированной в металлическом корпусе (обычно из ковара) к основанию кор- Основные пассивные способы обе- При обеспечении электропитани- пуса. Тепло генерируется при работе спечения тепловых режимов гибридно- ем FPGA и других устройств с динами- кристалла, и, в конечном счёте, тепло плёночных преобразователей напряже- ческим потреблением тока необходи- проводится через основание корпуса ния подробно изложены в статье [2]. керамической подложки устройства. Из внутренней конструкции источника, При небольшой потребляемой мощ- выполненного по гибридно-плёночной ности устройством для дополнительно- технологии, следует, что основание кор- го рассеивания тепла может использо- пуса является наиболее эффективным ваться печатная плата. У многослойной печатной платы внутренний медный СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 19

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ мо обратить пристальное внимание на ность микросхемы должна быть учтена, Рекомендуется использовать мно- конструирование топологии печатной и должны быть приняты соответству- гослойную конструкцию платы и платы. При работе FPGA будет генери- ющие меры по рассеиванию тепловой обеспечивать отдельный земляной роваться большая скорость изменения энергии. Рекомендуется проектировать слой GND. тока di/dt на выходе источника пита- печатную плату в соответствии со сле- 3. Входные и выходные конденсаторы ния. Если имеется большая паразитная дующими методами. должны быть установлены как мож- индуктивность на пути между входом 1. Все соединения к выводам должны но ближе к выводам V1 и Vo устрой- и выходом, это будет способствовать ства для исключения подключения генерированию значительного шума быть как можно более короткими для избыточного числа внешних кон- напряжения, который будет превышать уменьшения паразитной индуктив- денсаторов. максимальное пороговое напряжение ности линии. микросхемы, и FPGA может выйти из 2. Увеличивать ширину соединения Заключение строя. Кроме того, потребляемая мощ- выводов V1, Vo и GND для сокраще- ния площади петли входа и выхода. Программируемый диапазон выход- ных напряжений позволяет компоно- вать рассмотренные неизолированные POL-преобразователи в различные схе- мы и обеспечивать питанием совре- менные высокоэффективные цифро- вые схемы. Высокие показатели стойкости к воз- действию ионизирующих излучений космического пространства обеспе- чивают длительный срок функциони- рования в аппаратуре ракетно-косми- ческой техники на различных орбитах. Для формирования промежуточной шины 5 В можно использовать ради- ационно-стойкие изолированные DC/DC-преобразователи, выпускае- мые компанией для работы в бортовых системах постоянного напряжения 28 и 100 В и подробно рассмотренные в статьях [4...6]. Полосковые дисплеи для транспорта Литература 1. Чистяков А. Конденсаторы для источни- ков питания и преобразователей // Элек- тронные компоненты. 2016. № 3. 2. Жданкин В. Обеспечение оптималь- ных тепловых режимов гибридно- плёночных DC/DC-преобразователей // Компоненты и технологии. 2016. № 7. 3. Безродный В. Радиационно-стойкие модули DC/DC-преобразователей напряжения для систем электроснаб- жения с постоянным напряжением // Компоненты и технологии. 2021. № 12. 4. Безродный В. Радиационно-стойкие модули DC/DC-преобразователей напряжения для систем электро- снабжения с постоянным напряже- нием // Компоненты и технологии. 2022. № 1. 5. Безродный В. Радиационно-стой- кие DC/DC-преобразователи из КНР. Часть 1 // Современная электроника. 2016. № 7. 6. Безродный В. Радиационно-стой- кие DC/DC-преобразователи из КНР. Часть 2 // Современная электроника. 2016. № 8. 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

Смотрите на канале СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ȻɭɞɭɳɟɟɊɨɫɫɢɢ± 'HOWD'HVLJQɪɨɫɫɢɣɫɤɢɣɫɨɮɬ– ɷɤɫɩɨɪɬɬɟɯɧɨɥɨɝɢɣ ɫɟɪɶɺɡɧɵɣɢɧɫɬɪɭɦɟɧɬ ɂɜɚɧɉɨɤɪɨɜɫɤɢɣȺɊɉɗ ȺɧɬɨɧɉɥɚɤɫɢɧɗɊȿɆȿɄɋ )$67:(/,2ɪɨɫɫɢɣɫɤɚɹ Ʉɪɨɤɫɨɯɪɚɧɢɬɶɪɚɛɨɱɢɟɦɟɫɬɚ ɚɜɬɨɦɚɬɢɤɚɦɨɠɟɬɛɵɬɶɧɚɞɺɠɧɨɣ ɢɩɟɪɟɠɢɬɶɤɪɢɡɢɫ ȺɥɟɤɫɚɧɞɪɄɨɥɟɫɨɜ%,2&$' ɇɚɬɚɥɢɹɋɨɮɪɨɧɨɜɚɄɊɈɄ ɊɈɋɌȿɏɦɢɪɦɟɧɹɟɬɫɹɧɨɦɵ ɊɍɋɋɈɎɌɧɨɜɵɣɦɢɪɨɜɨɣɩɨɪɹɞɨɤ ɤɷɬɨɦɭɝɨɬɨɜɵ ɧɟɡɚɝɨɪɚɦɢ ȼɢɤɬɨɪɢɹɄɭɡɧɟɰɨɜɚɊɈɋɌȿɏ ȼɚɥɟɧɬɢɧɆɚɤɚɪɨɜɊɍɋɋɈɎɌ www.SOEL.RU www.CTA.RU

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Практика измерений входных и выходных характеристик источников вторичного электропитания с применением опции R&S RTO6-K31 Николай Лемешко ([email protected]), ление некоторых параметров, таких Михаил Горелкин ([email protected]), как коэффициент мощности, уровни Павел Струнин ([email protected]) потребления на гармониках и пр., про- изводится путём вторичной обработ- В статье рассматриваются практические аспекты измерений входных ки, которую наиболее удобно выпол- и выходных параметров источников вторичного электропитания нять с использованием специальных (ИВЗП) с использованием опции анализа параметров электропитания опций анализа параметров электро- RTO6-K31, функционирующей на аппаратно-программной платформе питания. В рамках настоящей публи- осциллографов R&S RTO6. Рассмотрена типовая номенклатура кации мы будем ориентироваться на параметров ИВЭП, подлежащих контролю с использованием средств опцию R&S RTO6-K31, предназначен- радиоизмерений. Рассмотрен порядок общего конфигурирования ную для использования на осциллогра- опции, включая «выравнивание» пробников по времени запаздывания, фах компании Rohde&Schwarz новой необходимое для точного измерения фазовых соотношений. серии – RTO6. Представлены примеры измерений входных и выходных параметров, а также коэффициента полезного действия импульсного ИВЭП, реализованные с использованием указанной опции. Введение так и остаются «чёрным ящиком», пара- Параметры ИВЭП, подлежащие метры которого не только можно, но и контролю с использованием Источники вторичного электропи- нужно контролировать с использовани- средств измерений тания (ИВЭП) уже давно стали неотъ- ем средств измерений. К сожалению, в емлемой частью практически любых погоне за снижением стоимости мно- При строгом подходе ИВЭП следует электронных устройств (ЭУ). Их основ- гие производители сильно упрощают рассматривать как преобразователь ное назначение состоит в приведении электрические схемы ИВЭП, что при- сигналов с алгоритмом работы, извест- напряжения, поступающего от первич- водит к ухудшению качества электри- ным лишь в общих чертах. Если отсут- ного источника, к уровню и роду тока, ческой энергии для нагрузок и к ухуд- ствуют данные о схемотехнических приемлемому для питания электриче- шению условий отбора мощности от решениях, а также доступ к внутренним ских цепей. Во вторую очередь ИВЭП первичных источников энергии. контрольным точкам, то тогда о каче- должны защищать их от перенапря- стве ИВЭП можно судить только по тем жений, а также осуществлять двуна- Как правило, ИВЭП модульного типа параметрам, которые могут быть изме- правленную фильтрацию для сниже- являются импульсными, что обуслов- рены на основе его входных и выход- ния эмиссии помех и для повышения лено, в первую очередь, более низкой ных токов и напряжений. помехоустойчивости. Как и для дру- стоимостью в сравнении с решениями гих элементов технических средств, на основе трансформаторов, в особен- С точки зрения порядка преобразова- для ИВЭП применимо понятие каче- ности при массовом производстве. Как ния энергии, поставляемой первичным ства [1], под которым понимается спо- показано в статье [4], полное тестиро- источником, между линейными (транс- собность выполнять заданные функ- вание ИВЭП должно включать анализ форматорными) и импульсными ИВЭП ции в течение установленного времени. работы силового ключа и передачи имеются принципиальные различия. Понятие качества для ИВЭП включает мощности в нагрузку, однако для покуп- В ИВЭП первого из названных клас- показатели надёжности, а также неко- ных ИВЭП его часто невозможно про- сов последовательно осуществляются торые технические характеристики, вести из-за отсутствия элементарного понижение напряжения, его выпрям- которые определяют саму возможность доступа к соответствующим элемен- ление, сглаживание путем фильтрации применения конкретного типа ИВЭП в там. Тем не менее тестирование ИВЭП и стабилизация. В импульсных ИВЭП некотором устройстве, например, уро- по входу и по выходу способно многое выпрямлению и сглаживанию обычно вень пульсаций выходного напряжения рассказать о наиболее важных его свой- подвергается напряжение сети, далее и коэффициент мощности. ствах. Для определённости в дальней- такое напряжение трансформируется шем мы будем рассматривать те ИВЭП, в импульсное и подаётся через силовой Проектирование ЭУ сегодня часто которые питаются от сети переменно- ключ на первичную обмотку трансфор- ведётся по принципу системной инте- го тока и предназначены для выдачи матора. Затем оно ещё раз выпрямляет- грации отдельных модулей, поэтому напряжения постоянного тока. ся и фильтруется, а управление отдачей ИВЭП часто используются в их составе мощности в нагрузку и поддержани- как отдельные, функционально закон- Все измерения для измерений харак- ем постоянства напряжения на неё ченные покупные узлы [2, 3]. Такие теристик ИВЭП могут быть выполнены выполняется контроллером широт- модули, даже сопровождаемые необхо- при помощи осциллографа без допол- но-импульсной модуляции, управля- димой документацией, для инженеров нительных функций. Однако вычис- ющим силовыми ключами и реали- зующим следящую обратную связь. 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ В составе импульсного ИВЭП в зависи- Типовая номенклатура контролируемых характеристик ИВЭП мости от конструкции, номинальной мощности и других факторов может Группа Контролируемые характеристики использоваться один, два или более ключей, которые формируют импуль- I. Тестирование ИВЭП по входу сы напряжения на первичной обмот- ке силового трансформатора. Наличие Качество потребления Коэффициент мощности упомянутой обратной связи определя- электрической энергии Значения активной, реактивной и полной мощности ет большой стартовый ток: в начальный Коэффициенты амплитуды тока и напряжения момент после включения в сеть напря- жение на выходе равно нулю, и, стре- Пусковой ток Максимальные значения пускового тока в заданных интервалах времени мясь компенсировать это, схема управ- ления силовым ключом обеспечивает Гармоники потребляемого Максимальные значения токопотребления на гармониках протекание значительного импульсно- тока Соответствие действующим нормам го тока в первичной обмотке силового трансформатора. Выход на установив- II. Тестирование ИВЭП по выходу шийся режим потребления тока обыч- но достигается в течение 2…10 полу- Пульсации на выходе Статистические характеристики амплитуды, частоты, периода и скважности пульсаций периодов сетевого напряжения. Это же характерно и для линейных ИВЭП. Переходная характеристика Время нарастания, достижения пикового значения, вхождения в полосу допуска, Более подробно принципы работы задержка отклика, уровень выброса по амплитуде ИВЭП освещены в [2...4]. Спектр Амплитуды гармоник пульсаций выходного напряжения на частотах, кратных частоте Исходя из этого, можно выделить для преобразования них группы подлежащих измерениям входных, выходных параметров элек- III. Оценка передачи мощности в нагрузку тропитания, а также передачи энер- гии в нагрузку (табл. 1). При этом их Энергетическая Статистические характеристики для коэффициента полезного действия, входной и же можно сопоставить с рядом других эффективность выходной мощности преобразователей электрической энер- гии, например, электромеханическим Время включения/ Временной интервал, в течение которого напряжение на нагрузке ИВЭП возрастёт до и DC/DC-конвертерами. Все перечис- выключения 90% (снизится до 10%) от номинального значения после достижения напряжением на ленные здесь характеристики, а также входе ИВЭП заданного порогового уровня ряд других, в том числе относящихся к работе силового ключа импульсных ника. Их целью является определение ным является применение электрон- ИВЭП, позволяет измерять опция R&S кратности превышения им номиналь- ных управляемых нагрузок. RTO6-K31, функционирующая на аппа- ного значения, что влияет на выбор ратно-программной платформе осцил- устройств защитного отключения. Пульсации на выходе ИВЭП могут лографов серии R&S RTO6. В типовом случае это отношение рав- оцениваться по току или напряжению, но 2,5…4, а первоначальная накачка и последний вариант является предпо- Рассмотрим чуть более подробно импульсных ИВЭП энергией занимает чтительным. При осуществлении таких перечисленные в табл. 1 группы харак- 2…7 полупериодов сетевого напряже- измерений должны анализировать- теристик. Оценка качества потребле- ния, в каждом из которых наблюдается ся как положительные, так и отрица- ния электроэнергии выполняется на уменьшение потребляемого тока. Так- тельные выбросы напряжения и тока. основе оценки фазового сдвига между же при помощи пробников тока выпол- Спектральные составляющие в составе током и напряжением, который харак- няется измерение гармоник потребляе- выходного напряжения ИВЭП опреде- теризует долю нежелательной реактив- мого тока. В отличие от многих других ляются не только наличием пульсаций, ной мощности и определяет значение свойств ИВЭП, потребление тока на но и радиошумом, прошедшим через коэффициента мощности. Коэффици- гармониках нормируется стандартами фильтрующие цепи, а также порож- енты напряжения и тока (Crest Factor) по электромагнитной совместимости дённым переходными процессами при принято измерять как отношение их в обеспечение сохранения приемле- широтно-импульсной модуляцией. пикового значения к среднеквадрати- мого качества электрической энергии ческому после выхода ИВЭП на уста- [5], т.е. результаты измерений требуют Наконец, третья группа характери- новившийся режим. Эти параметры, сопоставления с нормами, которые в стик из перечисленных в табл. 1 даёт номинально равные 1,41, являются большинстве случаев устанавливают- представление об энергетической интегральными характеристиками ся вплоть до сороковой гармоники. эффективности ИВЭП. Для проведения нелинейности отбора полной мощ- Опция R&S RTO6-K31 позволяет про- измерений входной и выходной мощ- ности из питающей сети. Для оценки водить испытания устройств согласно ности полезного действия необходимо качества потребления электрической требованиям стандартов EN 61000-3-2, использовать два токовых и два диф- энергии необходимо использовать MIL-STD-1399 и RTCA DO-160F и выпол- ференциальных пробника. Возмож- дифференциальный и токовый проб- нять автоматическое сопоставление с ные их колебания и соответствующие ники. установленными ими нормами. изменения коэффициента полезного действия оцениваются путём много- Измерения стартового тока осущест- Тестирование ИВЭП по выходу пред- кратных измерений и набора соответ- вляются при помощи токового проб- усматривает определение уровня пуль- ствующей статистики. Измерения вре- саций выходного напряжения и его мени включения и выключения ИВЭП спектра, а также, в общем случае, пере- производятся с использованием двух ходной характеристики, демонстриру- дифференциальных пробников, под- ющей способность ИВЭП следовать за ключаемых к его входу и выходу, а ком- изменяющейся нагрузкой. В последнем мутационное событие специально фор- случае сопротивление нагрузки ИВЭП мируется оператором. должно быть управляемым, а сам объ- ект тестирования выводится из равно- Настройки опции R&S RTO6-K36 весного состояния соответствующим для каждого из перечисленных видов внешним событием, отслеживаемым по измерений пояснены в эксперимен- динамике изменения выходного тока тальной части статьи. Как мы видим, ИВЭП. Здесь, очевидно, предпочтитель- первоосновой для осуществления оценок названных параметров явля- ются осциллограммы напряжения и/ СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 23

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Рис. 2. Внешний вид исследуемого ИВЭП Рис. 1. Виды измеряемых параметров электропитания (открыта вкладка Input) зания, полученные с использованием пробников тока и напряжения, необ- или тока. Коэффициенты амплиту- ду должны имитироваться с доста- ходимо устранить имеющуюся для них ды тока и напряжения, пусковой ток точным приближением к реальности. разницу в запаздывании. В большин- и пульсации выходного напряжения В идеальном случае измерения должны стве случаев частота питающих напря- могут быть определены с использова- проводиться с использованием штат- жений составляет 50 или 60 Гц, наличие нием функций автоматических изме- ных нагрузок ИВЭП. даже небольшого сдвига фазы способ- рений современных осциллографов, но привести к существенным ошибкам амплитуды гармоник потребляемого Таким образом, как и во многих дру- в измерении коэффициента мощности тока, и спектр выходного напряжения гих случаях, повторяемость и воспро- и полезного действия ИВЭП, а также вполне можно получить посредством изводимость результатов измерений других их характеристик. Автокомпен- быстрого преобразования Фурье. Вме- перечисленных в табл. 1 параметров сация фазы должна выполняться в сече- сте с тем современная концепция орга- обеспечивается соблюдением усло- нии, соответствующем точкам подклю- низации радиоизмерений предполага- вий их выполнения. чения пробников тока и напряжения. ет их максимальную комплексность и Собственные настройки осциллогра- автоматизацию, что и определяет пер- Общее конфигурирование фа позволяют устанавливать времен- спективность использования опций опции R&S RTO6-K31 ной сдвиг между каналами в пределах анализа электропитания, например, ±100 нс, что обычно применяется для R&S RTO6-K36. Анализ параметров электропитания с компенсации различий в длине линий использованием опции R&S RTO6-K31 подключения при измерениях сигна- Важно отметить, что условия выпол- выполняется в два этапа. Вначале осу- лов в дифференциальных парах [6]. Для нения таких измерений оказыва- ществляется общее конфигурирование выравнивания фаз используется кали- ют непосредственное влияние на их опции, а далее она настраивается для бровочная плата R&S RT-ZF20, имею- результат, и здесь следует учитывать выполнения конкретных измерений. щая внешнее электропитание и созда- следующие факторы. Помимо описанных выше и потенци- ющая импульсы тока и напряжения, по ально реализуемых для ИВЭП, у кото- сопряжению которых и выполняется 1. Нагрузка ИВЭП должна соответ- рых доступны только выход и выход, коррекция. ствовать номинальной. Режим нагруз- опция позволяет проводить измере- ки выходного каскада ИВЭП оказыва- ния параметров широтно-импульсной В процессе общего конфигуриро- ет определяющее влияние практически модуляции управляющего сигнала клю- вания опции необходимо выбрать на все перечисленные в табл. 1 харак- ча, его дифференциальное сопротив- типы используемых пробников, и теристики. При этом снижение потре- ление во включённом режиме и ско- некоторые из них осциллографы R&S бления мощности приводит, как пра- рость изменения тока, протекающего RTO6 способны распознать автома- вило, к уменьшению коэффициентов через ключ. В части передачи мощно- тически. Опция поддерживает рабо- амплитуды тока и напряжения, к сниже- сти от выхода к выходу могут изме- ту с токовыми пробниками R&S нию токопотребления на гармониках, ряться время включения/выключения RT-ZCxx, активными пробниками высо- коэффициентов мощности и полезно- ИВЭП, потери на переключение в цикле кого напряжения R&S RT-ZD01, а так- го действия, к увеличению реактивной широтно-импульсной модуляции. Так- же пробниками линии передачи R&S части потребляемой энергии. же может выполняться оценка области RT-ZZ80, которые не могут быть рас- надёжной работы ключа импульсных познаны автоматически и должны быть 2. Если ИВЭП имеет несколько выход- ИВЭП по критерию допустимого тепло- выбраны пользователем из списка. ных напряжений, то каждый выход дол- выделения. жен иметь номинальную нагрузку. Каждый режим измерений характе- Общее конфигурирование выполня- ризуется своими настройками, кото- 3. Испытания любых технических ется с использованием специального рые устанавливаются в индивидуаль- средств, включая ИВЭП, должны сопро- меню, на котором отображены четыре ных окнах с тремя вкладками: Channels, вождаться априорной информацией об основные группы измерений (рис. 1). Settings и Details (см. ниже), причём условиях их эксплуатации. При изме- Перед выполнением измерений, в кото- первые две из них в части конфигури- рении переходной характеристики рых одновременно учитываются пока- рования являются основными. Вкладка колебания токопотребления по выхо- Details во всех случаях содержит спра- вочную информацию об источниках 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ а б Рис. 3. Установка для выравнивания пробников: а) схема; б) фотография сигналов и параметрах, выбранных мендуется использование четырёхка- по отношению ко входу, а питающая для измерений и расчётов. нальных осциллографов. сеть имеет заземлённую нейтраль, ина- че результаты измерений могут ока- Дополнительная информация о Для получения информации о проте- заться некорректными, а электриче- конфигурировании приведена в экс- кающих на входе и выходе ИВЭП токах ские цепи осциллографа могут быть периментальной части работы, где использовались пробники R&S RT-ZC31 повреждены. Выполнение этих усло- представлены результаты измерений с предельно измеряемым током 30 А и вий было дополнительно проверено некоторых из перечисленных в табл. полосой рабочих частот до 120 МГц. перед проведением измерений. 1 параметров. Такие пробники имеют ручное управ- ление выбором предельно измеряемо- Процедура выравнивания пробников Практика измерений го тока, от чего зависит коэффициент осуществлялась в соответствии с руко- характеристик для ИВЭП преобразования. При выборе проб- водством пользователя [7] попарно для ника этого типа в настройках осцил- пробников тока и напряжения, подклю- Объект исследований и измеритель- лографа необходимо указывать одно чаемых к входной и выходной цепи ное оборудование. В качестве исследуе- из таких значений — 0,5; 5 или 30 А, ИВЭП. Схема и фотография установки мого объекта был выбран двухканаль- при этом шкала отображения зависи- для выравнивания пробников показа- ный импульсный ИВЭП с выходными мости тока от времени будет отобра- на на рис. 3. Подключение пробников к постоянными напряжениями 18,2 В и жаться с учётом необходимого пере- плате должно выполняться таким обра- 120 В (рис. 2). Измерения проводились счёта. Пробники R&S RT-ZC31 имеют зом, чтобы полярности отображаемых при нагрузке ИВЭП по первому каналу функцию саморазмагничивания, что импульсов совпадали. Для этого на пла- на сопротивление 43 Ом, второй канал позволяет практически полностью те R&S RT-Z20 имеется соответствую- функционировал в режиме холостого устранить остаточное смещение нуля. щая маркировка, причем для токовых хода. Такой ИВЭП можно рассматри- Они являются активными и подключа- пробников направление стрелок на вать как типовой объект измерений с ются к источнику электропитания R&S корпусе и на плате должно совпадать. использованием опции R&S RTO6-K31. RT-ZA13, имеющему четыре канала. Согласно априорной информации, После подключения пробников ИВЭП имеет гальваническую развязку При проведении измерений исполь- выравнивание по времени сводится между входом и выходом, что значимо зовались несимметричные пробники к подбору такого временно′го сдвига расширяет номенклатуру допустимых напряжения R&S RT-ZH11 с полосой между каналами, при котором осцил- к использованию пробников за счёт рабочих частот до 400 МГц, макси- лограммы фронтов импульсов будут включения в неё пробников несимме- мальным рабочим напряжением 1 кВ максимально совпадать. Значение тако- тричного типа. и коэффициентом деления 1:1000. го смещения индивидуально для каж- Каналы осциллографа R&S RTO6 не дой пары пробников тока и напряже- В рассматриваемых ниже схемах имеют взаимной гальванической раз- ния, поэтому при реконфигурировании измерений использовался осцилло- вязки, а также напрямую связаны с установки необходимо не изменять граф R&S RTO6 с полосой рабочих общим заземлением прибора, поэ- составы таких пар и каналы подклю- частот до 4 ГГц и четырьмя канала- тому в общем случае должны приме- чения пробников. Для представлен- ми. Как следует из изложенного выше, няться дифференциальные пробники. ного на рис. 3 подключения пробни- использование всех функциональных Использование несимметричных проб- ков требуемое смещение составило возможностей опции R&S RTO6-K31 ников возможно только в том случае, –4 нс (рис. 4). Такое же значение было возможно при одновременном под- когда достоверно известно, что выход получено и установлено в настройках ключении двух пробников тока и двух ИВЭП имеет гальваническую развязку осциллографа для каналов 3 и 4. пробников напряжения, поэтому реко- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 25

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Рис. 4. Результат выравнивания времени запаздывания между пробниками показаны меню настройки измерений качества потребления электрической Результаты измерений по вхо- рительной установки приведены энергии, стартового тока (включая ду. Здесь для ИВЭП оценивались все на рис. 5. меню параметров), гармоник потребля- параметры, перечисленные в группе I емого тока. Для измерений остальных табл. 1. Схема и фотография изме- Общее меню для тестирования ИВЭП групп меню имеют в целом аналогич- по входу показано на рис. 1. На рис. 6 ный вид и далее не рассматриваются. Представленные меню показаны на фоне измеряемых осциллограмм, сте- пень прозрачности может быть изме- нена в настройках осциллографа. На рис. 7 показаны результаты изме- рений качества потребления элек- троэнергии, а также осциллограммы питающего напряжения и потребляе- мого тока. Как видно из данных, пред- ставленных в таблице, коэффици- ент мощности составляет 0,363, т.е. он существенно меньше единицы, что определяет высокую долю реактив- ной мощности в совокупном её отбо- ре. Фазовый угол между током и напря- а б Рис. 5. Установка для тестирования ИВЭП по входу: а) схема; б) фотография а бв Рис. 6. Меню для тестирования ИВЭП по входу: а) по качеству потребления электрической энергии (вкладка Channels); б), в) по пусковому току (вкладки Channels и Settings); 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ жением составляет 68,7о, что также Рис. 7. Результаты измерений качества потребления электроэнергии свидетельствует в пользу реактивно- го характера нагрузки. Коэффициент Рис. 8. Осциллограмма потребляемого тока при включении ИВЭП, единичная реализация амплитуды напряжения соответствует синусоидальному его характеру, одна- Рис. 9. Результаты измерений пускового тока ко для тока его значение существен- но выше, что определяется импульс- На рис. 9 представлены результаты вило, чем ближе это событие к макси- ным характером потребления вблизи измерений пускового тока с использо- мальному значению, тем выше значе- максимумов полуволн напряжения. ванием опции R&S RTO6-K31. Его зна- ние пускового тока. Таким образом, для Это свидетельствует об эмиссии гар- чение составило около 16 А. Известно определения максимального его значе- монических составляющих в питаю- [3], что для импульсных ИВЭП, пита- ния следует провести несколько изме- щую сеть. Таким образом, по резуль- ющихся переменным напряжением, рений. татам измерений ИВЭП нельзя считать значение пускового тока зависит от эффективным потребителем мощности момента подключения к сети. Как пра- Конфигурирование опции для изме- в электросети, несмотря на отсутствие рения гармоник потребляемого тока нагрузки на втором его канале и все- го половину номинальной мощности в первом, нагруженном канале. Далее рассмотрим результаты изме- рений пускового тока для ИВЭП. Для инициации переходного процес- са, сопровождающегося повышен- ным потреблением тока, в схеме на рис. 5 предусмотрено использование ключа. На рис. 6б показано, что в рам- ках конфигурирования опции R&S RTO6-K31 для проведения таких изме- рений требуется задать канал, к кото- рому подключен пробник тока. Одна- ко для получения точных результатов этого недостаточно. На рис. 6в пока- зана вкладка настроек для измерений пускового тока, на которой требуется установить диапазон возможных его значений и интервал времени. Для определения этих параметров можно провести предварительные измере- ния с использованием обычных функ- ций осциллографа. На рис. 8 показана осциллограмма потребляемого тока при включении ИВЭП, полученная в режиме однократной развёртки с запу- ском по положительному перепаду при уровне 4 А. Максимальное оценочное значение пускового тока составляет около 20 А. Учитывая, что повторный интенсивный отбор мощности из пита- ющей электросети может наблюдать- ся через половину периода, максималь- ное время анализа следует задавать не менее 10 мс. Это отражено на вкладке настроек анализа пускового тока на рис. 6в, причём интервал пускового тока выбран в пределах ±30 А. Как видно из сопоставления рис. 7 и 8, стартовый ток может существен- но превышать амплитудное его значе- ние после выхода на установивший- ся режим. Это обстоятельство может потребовать изменение коэффици- ента преобразования токового проб- ника для этих измерений. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 27

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ а навливающие нормы потребления на гармониках. Текущий уровень гармо- б ник тока подсвечен салатовым цветом, а зелёным цветом показаны зареги- Рис. 10. Результаты измерений гармоник потребляемого тока: а) в графической форме; стрированные максимальные значе- б) в табличной форме ния, которые, собственно, и следует сопоставлять с нормами. Если нагрузка осуществлялось с использованием вает допустимый уровень потребления ИВЭП работает по некоторым циклам, меню, показанного на рис. 6г. Резуль- на гармониках по стандарту EN 61000 то сбор данных для сопоставления с таты измерений в графическом виде для оборудования класса А. При необ- нормами должен осуществляться как показаны на рис. 10а. Здесь верхняя гра- ходимости в настройках опции могут минимум на длительности одного из ница столбчатой диаграммы показы- быть выбраны другие стандарты, уста- них. Превышение норм отмечается красным цветом. На рис. 10б резуль- таты тех же измерений представлены в табличном виде. Результаты измерений по выходу. Здесь для ИВЭП оценивалась статисти- ка пульсаций выходного напряжения и его спектр, характеризующие структу- ру переменной составляющей на выхо- де ИВЭП. Схема и фотография изме- рительной установки приведены на рис. 11. Пробники тока и напряжения здесь подключались к выходу ИВЭП, для анализа пульсаций и спектра выход- ного напряжения могут быть исполь- зованы как осциллограммы тока, так и осциллограммы напряжения. На рис. 12 в табличном виде пред- ставлены результаты измерений пуль- саций выходного напряжения и тока. Средняя амплитуда пульсаций напря- жения и тока составляет 300 мВп-п и 12,2 мАп-п соответственно. При этом пульсации напряжения и тока не име- ют периодического характера либо постоянной частоты, что свидетель- аб СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 Рис. 11. Установка для тестирования ИВЭП по выходу: а) схема; б) фотография 28 WWW.SOEL.RU

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ствует либо об использовании широт- Рис. 12. Результаты измерений пульсаций выходного напряжения и тока ИВЭП но-импульсной модуляции (ШИМ) с переменной частотой следования Рис. 13. Результаты измерений спектра выходного напряжения ИВЭП импульсов, либо о наложении на про- цесс формирования сигналов дополни- и имеет коэффициент полезного дей- но превышает 80% [2]. Это объясняет- тельного процесса. ствия, равный 31,1%, в то время как ся работой ИВЭП в малонагруженном типовое значение показателя энергети- режиме. Представленный пример пока- Последнее предположение оказалось ческой эффективности для ИВЭП обыч- зывает, что наличие большого запаса верным, как это следует из спектро- граммы выходного напряжения, пока- занной на рис. 13. Здесь в низкочастот- ной части спектра наблюдаются два лепестка, образованные эквидистант- ными по частоте линейными составля- ющими, первая из которых имеет мощ- ность –15,6 дБм и соответствует частоте 59,3 Гц. Собственно, это и есть часто- та ШИМ. На частотах, кратных 781 кГц, наблюдаются составляющие, не имею- щие отношения к ШИМ и сформиро- ванные, по-видимому, контроллером управления ИВЭП. Спектр выходного напряжения ИВЭП можно использовать для оценки помеховой обстановки для нагрузки в части кондуктивных помех. Результаты измерений коэффи- циента полезного действия ИВЭП были получены с использовани- ем измерительной установки, схе- ма и фотография которой показаны на рис. 14. Такие измерения предпола- гают использование всех четырёх кана- лов осциллографа. Каналы 1 и 2 осцил- лографу были сопоставлены выходу, а каналы 3 и 4 – входу ИВЭП. На рис. 15 в таблице представлены статистиче- ские данные по потребляемой и отда- ваемой в нагрузку мощности, а также коэффициенту полезного действия ИВЭП. Он потребляет от электросети около 14,1 Вт, отдаёт в нагрузку 4,4 Вт аб Рис. 14. Установка для измерения коэффициента полезного действия ИВЭП: а) схема; б) фотография СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 29

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ вательно, опция R&S RTO6-K31 может применяться при разработке и макети- ровании ИВЭП и сходных по функции устройств. Рис. 15. Результаты измерений коэффициента полезного действия для импульсного ИВЭП Литература по мощности для импульсных ИВЭП DC-преобразователей. В группу охва- 1. Ширман Я.Д., Багдасарян С.Т., Малярен- та могут быть отнесены практически ко А.С. и др. Радиоэлектронные системы. снижает их энергетическую эффектив- любые устройства, предназначенные Основы построения и теория / под ред. для трансформации электрической Я.Д. Ширмана. М.: Радиотехника, 2007. 512 с. ность, и это надо учитывать при про- энергии, вплоть до электромеханиче- ских преобразователей. 2. Шрайбер Г. 300 схем источников пита- ектировании электронных устройств. ния. Выпрямители, импульсные источ- Дополнительной функцией опции ники питания, линейные стабилизаторы Таким образом, мы рассмотре- анализа параметров электропитания, и преобразователи. М.: ДМК, 2000. 224 с. детально рассмотренной в публика- ли на примере результаты изме- ции [4], является оценка режима работы 3. Гедзберг Ю.М. Импульсные блоки силового ключа в обеспечение надёж- питания телевизоров и их ремонт. М.: рений основных параметров ного функционирования импульсных ДОСААФ, 1989. 92 с. ИВЭП. На основе измерений потерь на импульсного источника электропи- переключение могут быть сформулиро- 4. Лемешко Н.В., Горелкин М.В., Струнин П.А. ваны требования к теплоотводу. Следо- Функциональные возможности опции тания с использованием опции R&S анализа параметров электропитания R&S RTE-K31: универсальность и гибкость // RTO6-K31. Компоненты и технологии. 2020. № 5. С. 102–111. Заключение 5. ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энер- Потенциальная область применения гия. Совместимость технических средств опции R&S RTO6-K31 не ограничивает- электромагнитная. Нормы качества элек- ся только тестированием AC/DC- и DC/ трической энергии в системах электро- снабжения общего назначения». М.: Стан- дартинформ, 2014. 20 с. 6. Кечиев Л.Н. Печатные платы и узы гигабит- ной электроники. М.: Грифон, 2017. 424 с. 7. R&S RT-ZF20. Power Deskew Fixture User manual. 2021. НОВОСТИ МИРА ЦЕНЫ НА ПОДЕРЖАННОЕ ветствующее технологическое оборудование, что и новое. Самые свежие из доступных эк- а его гораздо проще найти на вторичном рын- земпляров выросли в цене в пять раз. Произво- ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ке, чем на первичном. Наконец, свою лепту дители чипов готовы покупать оборудование и ЧИПОВ ВЗМЫЛИ В РАЗЫ вносит Китай, который на первичном рынке по таким ценам, поскольку выигрывают время сильно обделён возможностями закупок из- в условиях высокого спроса на их продукцию. О дефиците технологического оборудова- за санкций, а на вторичном подобных барье- ния, с которым TSMC пришлось столкнуться ров несколько меньше. По оценкам SEMI, в 2020 году на оборудова- в этом году, руководство компании расска- ние для обработки кремниевых пластин типо- зало на недавней квартальной конференции. Японские поставщики литографического размера 200 мм во всём мире было потраче- оборудования за прошлый фискальный год, но $3 млрд, но по итогам предыдущего и это- Японские источники поясняют, что на вто- который завершился 31 марта, выручили ре- го года расходы превысят $5 млрд. Именно ричном рынке оборудования цены выросли на кордные $26 млрд – на 41% больше, чем годом концентрация мощностей по выпуску чипов величину от двух до пяти раз, но от покупате- ранее. При этом производители оборудования с использованием зрелой литографии позво- лей всё равно нет отбоя, поскольку произво- и сами страдают от дефицита компонентов, лит Китаю стать крупнейшим регионом мира с дители получают возможность купить необхо- необходимых для выпуска собственной про- долей 21% в текущем году. Свою лепту внесёт димое оборудование в пределах месяца. Но- дукции. Компания TSMC пытается им содей- и растущий спрос на электромобили, которым вое же пришлось бы ждать до полутора лет. ствовать, отправляя в командировки своих спе- требуется гораздо больше полупроводниковых циалистов для решения вопросов на местах. компонентов. Японские поставщики литогра- Как поясняет издание Nikkei Asian Review, фического оборудования даже решили возро- рынок подержанного оборудования подогре- Ситуация с ценами на вторичном рынке ли- дить выпуск некоторых видов продукции, что- вается сразу несколькими факторами. Во- тографического оборудования стала непред- бы лучше соответствовать спросу. По оценкам первых, на первичном рынке спрос превы- сказуемой. Нормой является двойная перепла- участников рынка, высокий спрос на вторич- шает предложение, и сроки ожидания по- та за экземпляр оборудования по сравнению с ном рынке литографического оборудования ставок выросли с одного до полутора лет. ценами на момент до начала пандемии. Неко- сохранится минимум до конца текущего года. Во-вторых, возросший в пандемию спрос на торое оборудование более чем двадцатилет- ряд специфических компонентов, изготавли- ней давности приобретается по тем же ценам, russianelectronics.ru ваемых из кремниевых пластин типоразмера 200 мм, спровоцировал рост спроса на соот- 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ НОВОСТИ МИРА «РОСТЕЛЕКОМ» прибыль компании составила 2,5 млн Согласно прогнозу J’son & Partners И НПЦ «ЭЛВИС» СОЗДАЛИ руб., по итогам 2020 г. – 237,1 млн руб. Consulting, российский рынок Интернета СП «С ЦЕЛЬЮ РАЗВИТИЯ При этом баланс компании увеличил- вещей вырастет к 2025 году практически МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ» ся более чем в два раза: в 2021 г. он в два раза: до 183,5 млрд руб. Основным составил 8,5 млрд руб., в 2020 г. – стимулом станут облачные IoT-сервисы, си- Российский провайдер цифровых ус- 3 млрд руб. стемы «умного дома», инфраструктура про- луг и решений «Ростелеком» создал с мышленной и городской безопасности, к ко- производителем электроники двойно- В добавление ко всему, в начале торым «Ростелеком», как и другие опера- го назначения НПЦ «Элвис» совмест- апреля 2022 г., совместный проект торы связи, проявляет большой интерес в ное предприятие. Как пояснили в «Ро- «Роснано» и «Элвис» – «Элвис-неот- последние годы. стелекоме» ресурсу «Коммерсантъ», не ек» выставил на продажу два своих вдаваясь в подробности, новое предпри- чипа. russianelectronics.ru ятие создано «с целью развития микро- электроники». ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР Согласно данным базы «СПАРК- Интерфакс», в учреждённом 26 апреля совместном предприятии ООО «ЭсАй Майкро» с уставным капиталом 100 тыс. руб. 49% принадлежит «Элвису» и 51% – «Вестелкому» (принадлежит «Ростеле- кому»). В числе выпускаемой НПЦ «Эл- вис» продукции мобильный процес- сор «Скиф» собственной разработки, а также микросхемы на базе собствен- ной платформы проектирования «Муль- тикор». Ожидалось, что компания примет участие в реализации сквозного проекта Минпром- торга по разработке и выпуску программ- но-аппаратных комплексов для робототех- нических систем охраны. По мнению главы консорциума «Ба- зис» Арсения Брыкина, «Ростелеком» видит в «Элвиса» стратегического пар- тнёра на рынке дизайн-центров для экс- клюзивной разработки решений. Его мнение поддержал источник «Коммер- санта» на рынке микроэлектроники, ко- торый считает, что «Ростелеком» может привлечь «Элвис» к разработке реше- ний в области Интернета вещей. «Это выглядит логично на фоне механизма сквозных проектов правительства, ко- торый предполагает, что конечный за- казчик оборудования, разработанного в России, может получить от государства компенсацию до 50% на его закупку», – утверждает он. Помимо заявлений источников «Ком- мерсанта» об оттоке персонала, в апре- ле 2022 г. CNews выяснил, что выручка «Элвиса» сократилась вдвое. Согласно базе «Контур.фокус», выручка компании по итогам 2021 г. составила 1,1 млрд руб., что на 55% ниже, чем по итогам 2020 г. (2,4 млрд руб.). Также у компании почти в 100 раз со- кратилась прибыль. По данным базы «Контур.фокус», по результатам 2021 г. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 31

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Фотореле с нестандартным алгоритмом для светодиодной лампы Александр Одинец ([email protected], г. Минск, Беларусь) По сравнению с базовой версией [1], предназначенной для работы со све- В статье рассмотрен улучшенный вариант фотореле, полностью тодиодной лампой, данный вариант исключающий ложные срабатывания от посторонних засветок и фотореле дополнен фотодиодным уси- необходимость оптической изоляции фотодатчика. Автомат дополнен лителем и супервизором питания, кото- фотодиодным усилителем и супервизором питания, что необходимо рый улучшает сброс таймера в исход- для повышения устойчивости работы в условиях нестабильности ное состояние и полностью исключает напряжения питающей сети. ложное 20-минутное включение в свет- лое время суток в случае длительных Общие сведения работы лампа будет кратковременно провалов напряжения в питающей выключаться на десятые доли секунды сети, что особенно актуально для сель- Существующие конструкции фото- и затем включаться вновь, при условии, ской местности. реле с классическим (стандартным) если уровень внешней освещённости алгоритмом требуют оптической оказывается ниже заданного порога (в В отличие от второй версии фото- изоляции фотодатчика посредством тёмное время суток). После достиже- реле с нестандартным алгоритмом, расположения фотодиода на удале- ния освещённости порогового уров- рассмотренной в [2], и предназначен- нии от коммутируемой лампы, что ня в момент очередного выключения ной для совместной работы с лампой требует дополнительной проводки. лампы фотореле переходит в ждущий накаливания, данный вариант фоторе- Чтобы устранить указанный недо- режим до момента снижения уровня ле предназначен для работы именно со статок, фотореле необходимо допол- внешней освещённости до порогово- светодиодной лампой и не содержит нить таймером с интервалом отсчё- го уровня. фазоимпульсного регулятора ярко- та 20…30 минут. При этом в процессе сти. Мощность светодиодной лампы не должна превышать 10 Вт. Предла- XN1 С2 С4 С5 (+15В) R3 R7 К VS1 гаемое фотореле монтируется непо- FU1 470 С3 220 0,22 82 К 1,5 К BT137 средственно в корпусе светильника. мкФ 0,22 мкФ мкФ К выв. При этом излучение коммутируемой XN2 1А 25 В мкФ 16 В R4 А -800E лампы должно падать непосредствен- + 14 - DD1 36 К но на фотодиод для нормальной рабо- + ты устройства. VD1 VD3 VT1 Схема и принцип работы BC557B VD2 1 16 - DD2 Уэ. Схема электрическая принципиаль- R1 23 К выв.7 DD1 ная фотореле показана на рис. 1. Фото- ~220В 75 К выв.8 DD2 R5 R8 XN3 реле содержит: DA1 36 К 1 К ● стабилизатор и фильтр питания на VT1 - BC557B EL1 VD1, VD2 - FR207 VT2 - BC547B VT2 элементах R1, R2, VD1…VD3, DA1, VD3 - BZX55C18 BC547B XN4 С1…C5; DA1 - 79L15 R6 R9 ● фотодиодный усилитель на транзи- 82 К 75 сторах VT3, VT4; С1 R2 DD1 - К561 ТЛ1 VT3, VT5, VT7 ● супервизор питания на транзисто- 0,47 1М (DD1 - CD4093AN) BC547С рах VT5…VT7; мкФ DD2 - КР1561 ИЕ20 ● две RC-цепочки сброса на элементах 630 В (DD2 - CD4040BN) VT4, VT6 C6, R12 и C7, R26; BC557B ● генератор прямоугольных импульсов на основе триггера Шмитта DD1.4; +15В R15 +15В +15В ● счётчик-делитель на 2048 на ИМС VD4 330 К DD2; VT4 DD1.1 R21 С7 VD9 ● схему сдвига уровня на транзисторах R10 R16 5 20 К 1 мкФ VT1 и VT2 и коммутирующий сими- 15 К 75 К DD2 стор VS1. R24 DD1.4 При первом включении питания в &4 330 К 12 & 11 CT2 Q1 9 светлое время суток фотореле включает 6 ТН 13 ТН лампу на 2 секунды, а затем переходит VD7 10 CP Q2 7 R28 в режим ожидания до момента сниже- 27 К ния уровня освещённости до заданно- VD5 VD6 Q3 6 го порога. При первом включении в HL1 +15В Q4 5 R22 R11 R14 R17 R18 1М R27 1 М Q5 3 4,7 М 75 К 51К 20 К Q6 2 VT3 VT6 R20 С8 Q7 4 56 К 2,2 мкФ Q8 13 Q9 12 VT =10 В 11 R Q10 14 +15В VT5 VT7 R23 R26 С9 Q11 15 R12 75 К 82 К 1500 Q12 1 56 К DD1.2 DD1.3 VD5...VD9 - 1N4148 R13 18 330 К & 3 & 10 R25 VT3, VT5, VT7 2 ТН 9 ТН VT8 КТ3102ЕМ (BC547С) С6 36 К BC547A + 100 VT4, VT6 R19 SA1 КТ3107БМ (BC557B) мкФ 7,5 К 16 В VD8 Рис. 1. Фотореле с нестандартным алгоритмом для светодиодной лампы. Схема электрическая принципиальная 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ тёмное время суток лампа также вклю- Сторона печатных проводников чается на 2 секунды, но затем фоторе- ле переходит в нормальный рабочий C1 R4 Э R13 R26 VD8 режим с интервалом отсчёта таймера R3 Б C6 R12 20 минут до момента возрастания внеш- DD2 ней освещённости до заданного порога. VT8 К R19 Рассмотрим работу фотореле, счи- C8 VD9 тая, что оно было первоначально вклю- R27 чено в светлое время суток. В началь- XN4 ++ SA1 ный момент времени конденсаторы C6 XN3 FU1 R2 R6 Э R16 и С7 разряжены. При подключении к R9 R1 ++ R28 сети питающее напряжение на выхо- VT1 Б де стабилизатора появляется не мгно- VD1 VD2 HL1 венно, а нарастает от 0 до 15 В в тече- VT2ЭЭ R25 К ние десятых долей секунды. В это время ББ срабатывает супервизор, собранный DD1 VD4 на транзисторах VT5…VT7, который КК формирует короткий отрицательный VD3 R11 R14 R15 К импульс при изменении питающе- R7 го напряжения в пределах 1,5…10 В. VT3 VT4 R10 Такой же отрицательный импульс XN2 R8 R5 Б C7 формируется на выходе супервизора Э (на коллекторе VT5) и при снижении C9 питающего напряжения от 10 до 1,5 В. XN1 УЭ R21 VD7 R24 В этом промежутке изменения питаю- VD5 VD6 щих напряжений на выходе элемента А VS1 C2 2 КVT5 DD1.1 поддерживается уровень лог. «1». К C41 DA1 3 R17 Конденсаторы C6 и C7 остаются разря- + R22 ББ R18 Б женными благодаря току через диоды Э VT7 К К VT6 Э R20 Э VD5 и VD6. После достижения питаю- C3 R23 щим напряжением уровня 10 В и выше C5 транзистор VT7 супервизора открыва- ется, а VT6 и VT5 закрываются. Диоды Сторона компонентов VD5 и VD6 закрываются и на дальней- шую работу схемы влияния не оказыва- К + R23 Э VT7 К К VT6 Э R20 ЭVD8 R26 ют. Конденсатор C6 начинает заряжать- А C2 ББ R18 Б ся через резистор R12, а левая по схеме VT2 C31 DA1 3 R6 C4 R22 VT5 HL1 обкладка конденсатора C7 оказывается XN1 УЭ VS1 2 R4 VT1 C5 VD5 VD6 К R17 подключённой к напряжению источни- XN2 R3 R21 R28 ка питания через резистор R21. Теперь C9 VD7 R24 DD2 конденсатор C7 начинает заряжаться XN3 R5 SA1 через резистор R26, и на его правой по XN4 R7 R8 R15 R14 R11 Э C7 50 схеме обкладке формируется короткий VD3 Б R10 импульс положительной полярности, КК DD1 VT4 VT3 который сбрасывает счётчик DD2 в FU1 VD2 R25 К исходное нулевое состояние. R9 Б R1 Б VT8 VD4 На выходе старшего разряда счётчи- VD1 R2 ЭЭ ка DD2 появляется уровень лог. «0», кото- К рый разблокирует генератор на элемен- VD9 те DD1.4. На счётном входе счётчика Б появляются прямоугольные импульсы, К увеличивающие его состояние. Свето- Б Э R16 диод HL1 при этом светится постоян- но. Одновременно уровень лог. «0» через Э R19 резистор R4 открывает транзистор VT1, а вслед за ним открываются транзистор C1 C8 C6 R12 VT2 и симистор VS1, что приводит к R27 R13 включению светодиодной лампы. 120 После достижения счётчиком DD2 2048-го состояния на выходе его Рис. 2. Фотореле с нестандартным алгоритмом для светодиодной лампы. Рисунок печатной платы старшего разряда появляется уро- вень лог. «1», который через цепоч- ку VD8-R19 быстро заряжает конден- положительный перепад напряжения, сатор C6 и устанавливает на выходе который, дифференцируясь цепочкой DD1.3 уровень лог. «1». Транзистор VT8 C7-R26, обнулит счётчик DD2 и раз- открывается и подключает нижний по блокирует генератор на логическом схеме вывод конденсатора C8 к обще- элементе DD1.4. Как отмечено выше, му проводу. Благодаря этому следую- генератор заработает на частоте око- щий запуск генератора произойдёт уже ло 2 Гц и таймер начнёт отрабатывать на частоте около 2 Гц. Одновременно выдержку около 20 мин (точное зна- уровень лог. «1» закрывает транзисто- чение 17 мин 4 с при частоте вспышек ры VT1, VT2 и симистор VS1; лампа при светодиода 1 Гц). этом выключается. После завершения выдержки выше- Как отмечено выше, излучение лампы описанный процесс повторится: лам- должно быть направлено на фотодиод па погаснет на десятые доли секунды VD4. Если уровень внешнего освеще- и включится вновь при условии, если ния при выключении лампы окажется уровень внешней освещённости ока- достаточно высоким (в светлое время жется ниже заданного порога (в тём- суток), то перезапуска таймера не про- ное время суток). Так будет повторять- изойдёт, и лампа останется в выклю- ся с интервалами 20 минут до тех пор, ченном состоянии. При этом фотоди- пока уровень внешней освещённости в од VD4 будет засвечен, и сопротивление момент очередного выключения лампы его перехода будет относительно невы- не достигнет заданного порога (на рас- соким, а транзисторы VT3 и VT4 будут свете или в светлое время суток). При оставаться в открытом состоянии и на этом перезапуска таймера не произой- верхнем по схеме входе элемента DD1.1 дёт, и лампа будет оставаться в выклю- будет поддерживаться уровень лог. «1». ченном состоянии до момента умень- шения уровня внешней освещённости При снижении уровня внешней осве- до заданного порога. щённости до заданного порога сопро- тивление перехода фотодиода VD4 воз- Конструкция и детали растёт настолько, что транзисторы VT3 и VT4 закроются, и на верхнем по схе- Фотореле собрано на печатной пла- ме входе элемента DD1.1 будет сформи- те из двустороннего фольгированно- рован уровень лог. «0». Соответственно го стеклотекстолита толщиной 1,5 мм на выходе DD1.1 будет сформирован размерами 120×50 мм (рис. 2). Пла- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 33

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ та устанавливается в пластмассовую аналогичный. Фотодиод использован быть минимальным (как в тёмное вре- разветвительную коробку подходящих типа ФД263. Диоды VD1, VD2 средней мя суток). Автомат вновь подключают к размеров. В крышке коробки необходи- мощности должны быть с минимально сети и теперь при низком уровне внеш- мо предусмотреть отверстия для фото- допустимым рабочим напряжением не ней освещённости контролируют кра- диода и переключателя SA1. менее 400 В. Диоды VD5…VD9 могут быть тковременное погасание и включение любыми маломощными кремниевыми лампы с периодом около 2 секунд. Далее В устройстве использованы постоян- из серий КД503, КД521, КД522, 1N4148 с помощью вспомогательного источни- ные резисторы типа МЛТ-0,5 (R1, R2, R9), или аналогичные. Для распайки пере- ка света (например, другой лампы или подстроечный (R27) – типа СП3-38б в ключателя SA1 типа П1Т-1-1В на пла- фонарика) освещают фотодиод. Мига- горизонтальном исполнении, осталь- те предусмотрены отверстия соответ- ние лампы EL1 должно прекратиться, ные – МЛТ-0,125, конденсаторы непо- ствующей конфигурации. Симистор и она должна оставаться в выключен- лярные типа К73-17 (С1), остальные – VS1 может быть из серий BT137, BT138, ном состоянии. Затем фотореле пере- К10-17, оксидные типа К50-35 или BT139 с рабочим напряжением не менее водят в основной рабочий режим (при импортные, интегральный стабилиза- 400 В. Симистор в радиаторе не нужда- отключённой сети!) переключени- тор DA1 – типа 79L15. ИМС К561ТЛ1 ется. Он фиксируется на плате с помо- ем SA1 в верхнее по схеме (разомкну- заменима на КР1561ТЛ1 или импорт- щью винтового соединения. Для этого тое) положение. На этом настройка ные аналоги CD4093AN или CD4093BN, на плате предусмотрено отверстие диа- завершена. Фотореле готово к работе. а КР1561ИЕ20 – на CD4040BN. Транзи- метром 3 мм. стор VT3 в фотодиодном усилителе дол- Внимание! При настройке устрой- жен быть с максимальным коэффици- Настройка фотореле заключается в ства необходимо помнить о соблю- ентом усиления, например, из серии установке требуемого времени выдерж- дении правил техники безопасности. КТ3102 с индексами «ГМ» или «ЕМ» или ки с помощью резистора R27. При Конструкция не имеет гальванической импортный ВС547С. Транзисторы VT2, настройке лампу EL1 направляют на развязки от сети переменного тока! Все VT5, VT7 могут быть из серии КТ3102 с фотодиод и подключают автомат к сети элементы находятся под напряжением любыми индексами, например, «БМ» или в основном режиме при показанном на ~220 В. При настройке устройства необ- «ВМ» или импортные ВС547A, BC547B. схеме положении переключателя SA1. ходимо использовать отвёртку с ручкой Транзисторы VT2, VT4, VT6 могут быть Подстроечным резистором R27 доби- из изоляционного материала. из серии КТ3107 с любыми индексами ваются мигания светодиода с частотой или импортные из серии ВС557. Тран- около 1 Гц. Затем фотореле отключа- Литература зистор VT8 может быть из серий КТ503 ют от сети (!) и переводят в сервисный или КТ3102 с любыми индексами. Ста- режим переключением SA1 в нижнее по 1. Одинец А.Л. Фотореле с нестандартным билитрон VD3 может быть с напряже- схеме (замкнутое) положение. Лампа алгоритмом // Электрик. 2013. № 11. нием стабилизации 18…22 В, например, должна быть направлена на фотодиод, BZX55C20, BZX55C22, BZX85C18 или а уровень внешнего освещения должен 2. Одинец А.Л. Фотореле с нестандартным алгоритмом и функцией таймера // Совре- менная электроника. 2016. № 6. НОВОСТИ МИРА КИТАЙ СТАНОВИТСЯ ЭКСПОРТЁРОМ почти в два раза больше, чем в 2017 году. патентной кооперации. Это также самый вы- «Китай показал хорошие результаты по сокий показатель в мире, который фиксирует- ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ся третий год подряд. Это означает, что инно- многим сегментированным показателям. <..> вационная активность в Китае самая сильная СОБСТВЕННОСТИ ДЛЯ ВСЕГО МИРА: Это говорит о том, что Китай превращается на планете и с 2019 года выше, чем в США. из импортёра интеллектуальной собственно- ЗА ГОД ТАМ ВЫДАЛИ РЕКОРДНЫЕ сти в крупного создателя интеллектуальной Эффективность использования прав интел- собственности», – сказал глава патентного лектуальной собственности также растёт. Если 700 ТЫС. ПАТЕНТОВ управления Шэнь Чанъюй (Shen Changyu). в 2019 году добавленная стоимость патенто- ёмких отраслей составляла 11,6% ВВП Китая, Глава Китайской национальной админи- За последние пять лет Китай умножил то в 2020 году она поднялась до 12 % и достиг- страции интеллектуальной собственности усилия по превращению в страну с богатой ла 12,13 трлн юаней ($1,86 трлн). К 2025 го- сообщил, что в 2021 году в стране выдано интеллектуальной собственностью. За этот ду этот показатель должен подняться до 13%. 696 000 патентов на изобретения, что на период было выдано свыше 2,53 млн патен- 30% больше по сравнению с 2020 годом. тов на изобретения, а среднегодовой темп Наконец, в этом году Китай присоединился роста составил 13,4%. Признают это и за к Гаагской системе международной регистра- Это «смещает инновации на Восток», кон- рубежом. В глобальном инновационном ин- ции промышленных образцов, что означает, статировало высшее должностное лицо в дан- дексе Всемирной организации интеллекту- что после 5 мая, когда правила вступят в си- ной сфере. Не менее важно, что Китай продол- альной собственности Китай занял 12-е ме- лу, иностранные граждане смогут получить в жает наводить порядок в области использо- сто, поднявшись туда с 22-го места, которое Китае международную защиту промышлен- вания интеллектуальной собственности, чем он занимал в 2017 году. Тем самым Китай ных образцов. Это и другие инициативы долж- привлекает иностранный бизнес и технологии. опередил в этом списке целый ряд развитых ны привести к тому, что к 2035 году страна стран, включая Японию, Израиль и Канаду. станет сильнейшей державой с соблюдени- Помимо количества Китай не забывает о ем прав интеллектуальной собственности со качестве патентов. В 2021 году в среднем на Другой рекордный показатель для Китая – своей спецификой и мировыми стандартами. 10 тыс. патентных заявок было подано 7,5 это подача в 2021 году в стране 69 500 между- патента с «высокой ценностью» (high-value народных патентных заявок через Договор о russianelectronics.ru patents). Это патенты, за которыми стоит го- сударственная премия в области науки и тех- ники или патентная премия Китая. В 2021 году число таких «ценных» патентов было 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ НОВОСТИ МИРА УЧЁНЫЙ РАССКАЗАЛ ОБ УСПЕХАХ объяснил, что правительство Москвы опла- «В конце прошлого года Зеленоград- РОССИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ тило изготовление чипов для карт на зеле- ский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) ноградском «Микроне». начал разработку одного из ключевых МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ типов оборудования для производства В России приступили к строительству за- «Сейчас уже идёт строительство завода на микроэлектроники, фотолитографа», – 28 нм, кроме того, развивается проект по соз- рассказал эксперт. Он добавил, что совре- вода для производства современных про- данию кластерных фабрик, где можно изго- менные фотолитографы сейчас изготавли- цессоров 28 нм и разрабатывают фото- товить отдельные микросхемы», – рассказал ваются только в Нидерландах (ASML) и Япо- литографы. Об этом рассказал кандидат эксперт. По его словам, невозможно в корот- нии (Nikon и Canon). технических наук, доцент кафедры телеком- кий срок заменить всё иностранное оборудо- муникационных систем НИУ МИЭТ Алек- вание для создания отечественных интеграль- «Кроме того, разработкой безмасочного сандр Тимошенко 28 апреля в коммента- ных схем. Отрасль слишком долго нуждалась фотолитографа для технологии 28 нм в этом рии ИА Красная Весна. в экономической поддержке, пояснил эксперт. году занялись специалисты Московского ин- ститута электронной техники (МИЭТ)», – «Сейчас в России полностью отлажено Часть технологического оборудования подвёл итог кандидат технических наук. производство по технологиям уровня 90 нм, для микроэлектроники уже разрабатыва- есть наработки по 65 нм. Если переводить ется в России, отметил Тимошенко. rossaprimavera.ru в термины потребительской электроники, то это уровень процессоров 2005–2008 го- дов», – рассказал Тимошенко. По его мнению, маловероятно, что в Рос- сии станут массово производить подобные процессоры. Причины в том, что нет потреб- ности в большом количестве технологиче- ски старых процессоров и нет достаточных производственных мощностей. «Другое дело – это производство микро- электронной продукции для отдельных ком- паний или под отдельные задачи, как, на- пример, замена чипов для банковских и транспортных карт», – добавил учёный. Он УЧЕНЫМИ ЛЭТИ требует новых материалов и компонентной мер, внешним электромагнитным полем, – базы для производства. В ЛЭТИ получили рассказали в вузе. СИНТЕЗИРОВАНЫ НОВЫЕ композитный материал для создания СВЧ- КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ электроники будущего. Низкий уровень диэлектрических потерь и вы- сокая управляемость разработанных материа- СВЧ-ЭЛЕКТРОНИКИ БУДУЩЕГО В его состав входит силикатное стекло лов позволят в будущем на их основе создать (KFeSi) и классический сегнетоэлектрик – такие СВЧ-устройства, как фазовращатели, кон- В Санкт-Петербургском государствен- титанат бария (BaTiO3). Смешивая данные денсаторы с переменной ёмкостью, фазирован- ном электротехническом университете материалы в различных пропорциях, можно ные антенные решётки и управляемые фильтры. «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) – со- синтезировать композит с заданными элек- кращённо СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – рассказали трическими свойствами – диэлектрической В конце прошлого месяца также стало из- о синтезировании новых композитных ма- проницаемостью и потерями. Помимо этого, вестно о спроектированной учёными ЛЭТИ териалов для СВЧ-электроники будущего. свойства сегнетоэлектрика позволяют управ- компактной и энергоэффективной ячейке Как отметили в вузе, количество инфор- лять проницаемостью композита, напри- памяти для квантового компьютера. мации, переданной посредством беспро- водной связи, во всём мире возрастает с industry-hunter.com конца XIX века, когда учёные сделали но- ваторские открытия в сфере телекомму- никаций. Внёс вклад в передачу данных с помощью электромагнитных сигналов и выдающийся российский исследователь, создатель радио и первый выборный ди- ректор СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александр По- пов. Сегодня больше всего распространены системы радиосвязи, радиовещания, нави- гации и спутниковой связи, действующие на частотах, которые не превышают несколь- ко ГГц. Между тем необходимость увели- чения объёма передаваемых данных за- ставляет учёных искать пути для перехода на более сверхвысокие частоты (СВЧ), что СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 35

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ «Умный» дом для райцентра Сергей Шишкин ([email protected]) − контроль температуры в доме (канал измерения и контроля тем- В статье представлено построение «умного» дома в сельской пературы № 1); местности, в райцентре на базе программируемого реле ОВЕН ПР200. Автор приводит построение каждой из систем УД в среде OWEN Logic. − контроль температуры на улице (канал измерения и контроля тем- «Умными» называют жилые дома сторону. Рассмотрим более подробно пературы № 2); современного типа, организованные объект автоматизации в сельской мест- для проживания людей при помощи ности, в райцентре. Пусть это доброт- − контроль температуры в погребе автоматизации и высокотехнологич- ный каменный дом с жилой площадью (канал измерения и контроля тем- ных устройств. В Интернете, в науч- в районе 100 м2 с подвалом. Имеются газ, пературы № 3); но-технической литературе, в рекламе вода, канализация. Центрального горя- компаний, которые предлагают постро- чего водоснабжения, как правило, нет. − контроль температуры в гараже ить жильё с элементами «умного» дома, Есть гараж (нередко дом и гараж – одно (канал измерения и контроля тем- информации о них предостаточно. Под здание, гараж может быть в цокольном пературы № 4); «умным» домом следует понимать систе- этаже), приусадебный участок с садом и му, которая обеспечивает безопасность, огородом, дворовые постройки, погреб, ● система управления освещением (до- комфорт и ресурсосбережение. В про- подпол, баня, колодец с насосом, тепли- ма, приусадебной и придомовой тер- стейшем случае она должна уметь рас- ца, птичник и др. (для автоматизации ритории); познавать конкретные ситуации, про- задач более чем достаточно). Как объ- исходящие в доме, и соответствующим ект автоматизации, дом с приусадебным ● система обогрева и отопления (в том образом на них реагировать. Для того участком и постройками даже интерес- числе и сезонный обогрев гаража, те- чтобы сделать свою жизнь полной ком- нее квартиры. Зимнего сада, оранжереи плицы); форта и безопасности, не обязательно с тропической флорой и бассейна, как перестраивать всё в доме или в квартире правило, нет. Единой системы диспет- ● управление автоматическими воро- за один раз. Можно постепенно добав- черского контроля с выходом на цен- тами; лять (или убирать) необходимые систе- тральный диспетчерский пульт поселка мы и шаг за шагом приближаться к своей (райцентра) тоже нет. Границы авто- ● система охранной сигнализации (ох- мечте. Более того, практически каждо- матизированной системы управления рана дома и внешнего периметра); му, желающему обзавестись умным «умный дом» (далее АСУ УД) проходят домом, вполне по силам собрать его сво- по периметру приусадебного участка. ● система пожарной сигнализации; ими руками и по необходимости совер- Условия жизни и ментальность сель- ● контроль влажности; шенствовать. Причём «глубину интел- ских жителей в глубинке несколько иная, ● контроль газа; лекта» умного дома, видимо, должен чем жителей «умных деревень» мегапо- ● контроль затопления подвала; задать (или ограничить) пользователь. лисов. Для сельского жителя при приме- ● имитация присутствия; Можно создать в виртуально-цифро- нении АСУ УД на первый план выходят ● автоматическое выключение света в вом пространстве цифровые двойники вопросы экономии ресурсов, времени, составных частей объекта автоматиза- а также вопрос эксплуатации и обслу- помещениях; ции. Отрабатывать и проверять до бес- живания самой системы. Его мало ● приточно-вытяжная вентиляция; конечности оптимизацию процесса без интересуют различные замысловатые ● система резервного электропитания. «существенных» затрат. А зачем? Види- сценарии для системы освещения или мо, здесь пользователь должен решить закачка программ в стиральную маши- Каналы измерения и контроля тем- для самого себя, что же ему нужно. Задать ну через Интернет. Большинство сель- пературы условно отнесены к системе чёткие границы, красные линии, кото- ского населения вообще не видит смыс- контроля температуры. При этом изме- рые нет смысла переходить. ла в этих дорогих игрушках и относится ренная температура может быть задей- к ним как к ненужной роскоши. Если что ствована в других системах АСУ УД. Приезжая на свою малую родину из и автоматизировать, то самое необходи- города, каждый раз отмечаю, как хоро- мое, самое основное, незаменимое. Здесь Блок управления выполнен на базе шеет и благоустраивается райцентр. Да, нужны простые надёжные решения, про- устройства функционального ОВЕН конечно, проблем хватает. Но тем не шедшие проверку временем, доступные ПР200-24.4.2 (далее – ПР200). Устрой- менее строятся новые дороги (ремонти- для массового пользователя. ство управляющее многофункциональ- руются старые), муниципальное жилье, ное ПР200 относится к классу приборов инфраструктура. Не стоит на месте и Основные инженерные системы, «программируемое реле». Подобные ИЖС. Наверное, половина домов у селян – каналы измерений и функциональные приборы широко применяются для каменные, «изб нет – одни палаты». Архи- узлы в доме, которые можно автомати- построения автоматизированных тектурный облик российского райцен- зировать и встроить в АСУ УД: систем управления при решении задач тра в средней полосе за последние 20 ● система контроля температуры (до- локальной автоматизации. Их приме- лет значительно изменился в лучшую нение снижает затраты на проектиро- ма и дворовых построек); вание и изготовление систем управле- ния, повышает их надёжность, снижает издержки и эксплуатационные расхо- ды. Его внешний вид приведён на рис. 1. Фактически ПР200 представляет собой программируемое реле с диспле- ем. Прибор предназначен для постро- ения простых автоматизированных систем управления технологическим оборудованием. ПР200 программиру- 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 1. Внешний вид реле ПР200 Рис. 2. Внешний вид ПР200 с подключёнными модулями расширения ПРМ-24.1, ПРМ-24.2 ется в OwenLogic на языке FBD. Поль- Рис. 3. Структурная схема АСУ УД на базе ПР200 зовательская программа записывает- ся в энергонезависимую Flash-память не умеренную плату. Структурная схе- ПР200 и ПРМ-24.1. Тумблеры SA1-SA7 прибора. Прибор поддерживает следу- ма АСУ УД, на базе ПР200 приведена на МТД1, кнопка S1 (без фиксации) ПКн – ющие функции: рис. 3. 105М-1. Пожарный извещатель ВА1 ● работа по программе, записанной в типа ИП-212-4С. Извещатель охран- Принципиальная схема ПР200 с ный ВА2 типа ИО 102 Люкс. В каче- память; модулями расширения ПРМ-24.1 и стве датчика освещённости ВА3 мож- ● работа в сети RS-485 по протоколу ПРМ-24.2 приведена на рис. 4. но задействовать фотореле типа ФР-9М. ВА4-ВА6 – датчики протечки типа «h2о- Modbus RTU/Modbus ASCII в режиме На принципиальной схеме приведе- Контакт» ТУ 4214-002-52738979-2015. Master или Slave; но только подключение органов управ- ● обработка входных сигналов от дат- ления и датчиков к входным цепям чиков; ● управление подключёнными устрой- ствами с помощью дискретных или аналоговых сигналов; ● отображение данных на ЖКИ; ● ввод и редактирование данных с по- мощью кнопок на лицевой панели. ПР200 – это программируемый управляемый автомат с дисплеем, кото- рый позволяет посмотреть на дисплее состояние выходов и входов. Для уве- личения количества входов и выходов головного устройства ПР200, а значит, и для увеличения его функциональных возможностей необходимо задейство- вать следующие модули расширения: дискретного ввода/вывода ПРМ-Х.1; аналоговых входов и дискретных выходов ПРМ-Х.2; аналогового ввода- вывода ПРМ-Х.3. Каждый модуль имеет независимое питание с усиленной галь- ванической изоляцией, что позволяет подключать к прибору модули любой модификации с любым питающим напряжением. Допускается подклю- чение модулей с различным напря- жением питания к одному головному устройству в различных комбинациях. Внешний вид ПР200 с подключёнными модулями расширения ПРМ-24.1, ПРМ- 24.2 приведён на рис. 2. Для удалённого обмена данными через беспроводную сеть GPRS задей- ствован сетевой шлюз ПМ210-24. Он предназначен для передачи дан- ных в OwenCloud. Облачный сервис OwenCloud можно подключить за впол- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 37

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 4. Принципиальная схема ПР200 с модулями расширения ПРМ-24.1 и ПРМ-24.2 Рис. 5. Скриншот управляющей программы для систем контроля и измерения температуры, логические шлейфы 1 и 2 (входят в ком- систем обогрева № 1 и № 2, пожарной и охранной сигнализации, приточно-вытяжной вентиляции в плект поставки) подключают соответ- среде OWEN Logic ственно ПР200 к ПРМ-24.1 и ПРМ-24.1 к ПРМ-24.2. На принципиальной схеме Датчики температуры В1...В4 типа ки по каждому каналу реле в ПР200 и показано подключение кнопок управ- ОВЕН ДТС125М-Pt100.0,5.60.И12. в модулях расширения ПРМ (дискрет- ления S1, S2 и четырёх датчиков тем- ные выходы DO): 5 А, при напряже- пературы В1...В4 с токовым выходом. В данной конфигурации ПР200 вме- нии не более 250 В переменного тока. Данные датчики подключаются к ана- сте с ПРМ-24.1 и ПРМ-24.2 можно задей- При управлении мощными нагрузками логовым входам AI1- AI4 реле ПР200. ствовать 8 универсальных аналоговых необходимо применять промежуточ- Датчики подключаются через норми- входов, 16 дискретных входов, 20 дис- ные реле, магнитные пускатели, кон- рующий преобразователь с унифици- кретных выходов, 2 аналоговых выхода. такторы, мощные симисторные блоки рованным выходом (0…10 В; 4…20 мА). Причём 8 универсальных аналоговых или твердотельные реле, рассчитанные Для этого входы AI1...AI4 необходимо входов можно сконфигурировать как на соответствующую нагрузку. Техно- аппаратно и программно сконфигу- дискретные. Допустимый ток нагруз- рировать соответствующим образом. Нормирующий преобразователь может быть встроен в первичный датчик. Рассмотрим примеры построения некоторых систем АСУ УД, приведён- ных в статье. Разработку управляющей программы в среде OWEN Logic реко- мендуется начинать после тщательно- го ознакомления с алгоритмом рабо- ты объекта локальной автоматизации и его составных частей. Необходимо иметь представление о всех возможных состояниях ПР при функционировании (в виде диаграммы режимов, таблицы состояний, электрической или функ- циональной схемы и/или др.). После того как продуманы все задачи, кото- рые должны выполняться, необходимо 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ составить программу на основе функ- Таблица 1. Функциональное назначение дискретных и аналоговых входов реле ПР200 ций (логических элементов), функци- ональных блоков, а также макросов Дискретный Обозначение в Функциональное назначение в Примечание проекта. Применение макросов значи- вход в ПР200 среде OWEN Logic устройстве тельно сокращает время разработки ПО АСУ УД. На рис. 5 приведён скриншот DI1 I1 Подключение тумблера SА3 Тумблер для управления системами нагрева управляющей программы для систем DI2 №1и№2 контроля и измерения температуры, DI3 I2 систем обогрева № 1 и № 2, пожарной DI4 Подключение тумблера SA1 Тумблер SA1 в положении «РАБОТА» – пуск и охранной сигнализации, приточно- DI5 I3 системы пожарной охраны (включение) вытяжной вентиляции в среде OWEN DI6 Logic. Все датчики и исполнительные DI7 I4 Подключение тумблера SA1 Тумблер SA1 в положении «СБРОС» – сброс устройства вышеуказанных систем под- DI8 системы пожарной охраны (выключение) ключены к ПР200. Аналоговый I5 вход в ПР200 Подключение датчика В табл. 1 приведено функциональное I6 пожарной сигнализации BA1 назначение дискретных и аналоговых АI1 входов реле ПР200 в устройстве. АI2 I7 Подключение тумблера SA4 Управление приточно-вытяжной вентиляцией АI3 в ручном режиме В табл. 2 приведено функциональное АI4 I8 назначение дискретных выходов реле Обозначение Подключение тумблера SA2 Тумблер SA2 в положении «РАБОТА» – пуск ПР200 в устройстве. системы охраны (включение) в среде В скриншоте управляющей програм- OWEN Logic Подключение тумблера SA2 Тумблер SA2 положении «СБРОС» – cброс мы для управления аппаратной частью системы охраны (выключение) ПР200 можно выделить пять функци- АI1 ональных блоков и систем: система Подключение датчика охранной обогрева № 1; система обогрева № 2; АI2 сигнализации BA2 блок пожарной сигнализации; блок охранной сигнализации; блок управ- АI3 Канал измерения и контроля Контроль температуры в системе обогрева № ления приточно-вытяжной вентиляци- температуры № 1 1 (в гараже) ей. Системы нагрева № 1 и № 2 выпол- АI4 нены на базе макросов 2PosHisReg1 и Канал измерения и контроля Контроль температуры в системе обогрева № 2PosHisReg2 и двух логических элемен- температуры № 2 2 (в теплице) тов 2И-НЕ. Данные макросы представ- ляют собой двухпозиционные регуля- Канал измерения и контроля Измерение температуры в доме торы, в которых только нужно задать температуры № 3 уставку SP и гистерезис Delta. При нажа- Измерение температуры на улице тии на кнопку S1 (кнопка c фиксаци- Канал измерения и контроля ей) лог. 1 поступает на входы элемен- температуры № 4 тов 2И, при этом выходные сигналы с 2PosHisReg1 и 2PosHisReg2 посту- Таблица 2. Функциональное назначение дискретных выходов реле ПР200 в устройстве пают соответственно на выходы Q1 и Q2. Блок пожарной сигнализации Дискретный Обозначение в среде Функциональное назначение выхода Примечание включает в себя следующие основные выход в ПР200 OWEN Logic в устройстве элементы: RS-триггер RS1; генератор Q1 импульсов BLINK1, а также логические DО1 Управление исполнительным элементы ИЛИ, 2И. Блок пожарной сиг- Q2 устройством системы нагрева № 1 нализации готов к работе после уста- DО2 новки тумблера SA1 в положение «1». Q3 Управление исполнительным При срабатывании датчика пожарной DО3 Q4 устройством системы нагрева № 2 сигнализации выход RS-триггер RS1 DО4 Q5 устанавливается в лог. 1. Включается DО5 Световой сигнал работы систем исполнительное устройство, подклю- нагрева № 1 и № 2 чённое к выходу Q4 (автоматическая система пожаротушения или ревун). Включение системы пожаротушения Блок управления приточно-вытяж- ной вентиляцией включает в себя сле- Световой (звуковой) сигнал дующие основные элементы: интер- включения системы пожаротушения вальный таймер с недельным циклом работы CLOCKW1; логические эле- DО6 Q6 Включение исполнительных устройств менты 2И и НЕ. Вышеуказанный блок приточно-вытяжной вентиляции может работать в двух режимах. В руч- ном, при нажатии на кнопку S2 (кнопка В блоке охранной сигнализации, c фиксацией), либо в автоматическом. DО7 Q7 включение исполнительного Постоянный сигнал устройства в режиме «Охрана» при наличии сигнала «Тревога» В блоке охранной сигнализации, DО8 Q8 включение исполнительного Периодический сигнал с устройства в режиме «Охрана» при периодом 1 с наличии сигнала «Тревога» Индикаторы в ПР200 Световой сигнал готовности блока F1 F1 охранной сигнализации к выдаче F2 F2 сигнала «Тревога» Световой сигнал «Тревога» В автоматическом режиме работу при- щие основные элементы: RS-триггеры точно-вытяжной вентиляции определя- RS2, RS3; таймеры с задержкой вклю- ет интервальный таймер с недельным чения ТОN1, TON2; D-триггер DTRIG1; циклом работы CLOCKW1. Он задаёт генератор импульсов BLINK2, BLINK3; интервал работы данного блока от 0 элемент 2И; два элемента НЕ. до 24 ч каждый день по часам реально- го времени с учётом дней недели. При Рассмотрим работу блока охраны. срабатывании пожарной сигнализа- После установки тумблера SA2 в поло- ции работа приточно-вытяжной вен- жении «Работа» запускается процедура тиляции блокируется. Блок охранной перехода в режим «Охрана». Начинает- сигнализации включает в себя следую- ся обратный отсчёт времени таймера с задержкой включения TON1 (время СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 39

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 6. Скриншот менеджера экранов в среде OWEN Logic На рис. 7 приведён скриншот управ- ляющей программы для системы вклю- Рис. 7. Скриншот управляющей программы для системы включения света с автоматическим чения света с автоматическим выклю- выключением, системы управления внешним освещением дома и приусадебного участка, системы чением, системы управления внешним контроля затопления подвала в среде OWEN Logic освещением дома и приусадебного участка, системы контроля затопле- задержки – 65 с). При этом индикатор го извещателя, подключённого к вхо- ния подвала. Все датчики и исполни- F1 реле ПР200 периодически мигает. За ду DI8 реле ПР200, на выходе регистра тельные устройства вышеуказанных это время нужно покинуть помещение, RS3 устанавливается лог. 1. Начинает- систем подключены к ПРМ-24.1. закрыть двери, окна – «Сдать помещение ся обратный отсчёт времени таймера под охрану». Кроме того, у некоторых с задержкой включения TON2 (время В табл. 3 приведено функциональное датчиков (извещателей) охраны после задержки – 10 с). Как только заданное назначение дискретных входов моду- подачи питания имеется дежурный значение времени таймера с задержкой ля расширения ПРМ-24.1 в устройстве. режим, его длительность определяется включения TON2 примет нулевое значе- типом датчика. После дежурного режи- ние, на выходе D-триггера DTRIG1 уста- В табл. 4 приведено функциональное ма датчики переходят в рабочий (акти- новится лог. 1(режим – «Тревога»). При назначение дискретных выходов ПРМ- вируются). То есть интервал задержки этом индикатор F2 начнёт мигать. Для 24.1 в устройстве. для TON1 заведомо должен быть больше выхода из режимов «Охрана» или «Тре- этого значения и задаваться под каждый вога» необходимо установить тумблер Система автоматического выключе- конкретный тип датчика охраны. Как SA2 в положение «Сброс». ния света включает в себя следующие только заданное значение времени тай- основные элементы: таймеры с задерж- мера с задержкой включения TON1 при- Состояние систем охраны и пожар- кой включения ТОN3, TON4; таймеры мет нулевое значение, устройство ста- ной сигнализации в устройстве, а так- с заданной длительностью включения вится под охрану (режим «Охрана»). При же показания датчиков температур ТР1-ТР3; четыре элемента ИЛИ и интер- этом индикатор F1 реле ПР200 горит выводятся на дисплей (экран) ПР200. вальный таймер с недельным циклом постоянно. При включении охранно- На рис. 6 приведён скриншот менедже- работы CLOCKW2. Алгоритм работы ра экранов в среде OWEN Logic. вышеуказанной системы следующий. При кратковременном (менее 2 с) нажа- тии на кнопку S3 запустится формиро- ватель импульса ТР1 с длительностью 60 с. Этот импульс проходит через три элемента ИЛИ, поступает на выход Q2(1) и, соответственно, включит свет в поме- щении на 60 с. При нажатии на кнопку S3 более 3 с и менее 6 с запустится форми- рователь импульсаТР2 с длительностью 300 с. Этот импульс совершенно анало- гично через три элемента ИЛИ поступит на выход Q2(1) и, соответственно, вклю- чит свет в помещении на 300 с. При нажа- тии на кнопку S3 более 6 с свет в помеще- нии включится на 600 с. В данном случае длительность интервала включения све- та определяет формирователь импульса ТР3. Интервальный таймер с недельным циклом работы CLOCKW1 позволяет автоматически включить свет в любой день недели по часам реального времени. Система освещения придомовой тер- ритории выполнена на следующих эле- ментах: таймеры с задержкой включе- ния ТОN5–TON7; таймер с заданной длительностью включения ТР4; логиче- ский элемент 2И. Данная система начи- нает функционировать после включе- ния кнопки S3 (ПУСК) и срабатывания датчика освещённости. Меняя количе- ство таймеров с задержкой включения ТОN и таймеров с заданной длительно- стью включения ТР в OWEN Logic, а так- же их параметры, можно реализовать различные сценарии освещения при- домовой территории. Система контроля затопления подва- ла выполнена на следующих элементах: 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Таблица 3. Функциональное назначение дискретных входов модуля расширения ПРМ-24.1 трёх элементах ИЛИ; таймере с задерж- кой включения ТОN8; двух элементах 2И. Дискретный Обозначение в Функциональное назначение в Примечание Функциональный узел, выполненный на вход в ПРМ-24.1 среде OWEN Logic устройстве таймере с задержкой включения ТОN8, Включение света на 1, 5, 10 мин внутри увеличивает достоверность определения DI1 I1(1) Подключение кнопки S1 (без помещения включения датчиков протечки. Для реа- фиксации) лизации остальных систем, приведён- DI2 I2(1) Тумблер независимого (постоянного) ных на рис. 3, необходимо задействовать Подключение тумблера SA5 включения света аппаратные и программные ресурсы DI3 I3(1) ПРМ-24.2. Если их не хватит, то ничего Подключение тумблера SA6 Тумблер для управления системы освещения страшного. В АСУ УД можно добавить DI4 I4(1) придомовой территории ещё один узел ПР220 с модулями рас- Подключение датчика ширения ПРМ. Необходимая конфигу- DI5 I5(1) освещённости BA3 Датчик системы освещения придомовой рация модулей расширения ПРМ опре- DI6 I6(1) территории деляется конкретными задачами. ПР200 DI7 I7(1) Подключение тумблера SА7 с модулями расширения ПРМ позволяет DI8 I8(1) Тумблер для управления системы контроля быстро организовать достаточно гибкий Датчик контроля протечки BA4 затопления подвала необходимый алгоритм работы различ- Датчик контроля протечки BA5 ных систем АСУ УД и при необходимости Датчик контроля протечки BA6 Датчики системы контроля затопления оперативно его изменить с минималь- подвала ными доработками в аппаратной части. Таблица 4. Функциональное назначение дискретных выходов ПРМ-24.1 в устройстве Литература Дискретный выход Обозначение в Функциональное назначение выхода в устройстве Примечание 1. Оборудование для автоматизации – офи- Вкл/выкл циальный сайт компании «Овен» // URL: в ПРV-24.1 среде OWEN Logic Контроль включения света индикатора http://www.owen.ru. DО1 Q1(1) Включение света в помещении Вкл/выкл 2. Средства автоматизации технологиче- Включение света в отдельной зоне через 20 минут с индикатора ских процессов. Сайт компании НПФ «Кон- DО2 Q2(1) трАвт» // URL: http://www.сontravt.ru. момента включения датчика освещённости DО3 Q3(1) Включение света в отдельной зоне через 40 минут с DО4 Q4(1) момента включения датчика освещённости Включение света в отдельной зоне через 60 минут с DО5 Q5(1) момента включения датчика освещённости DО6 Q6(1) Автоматическое выключение света в отдельной зоне через 5 ч с момента включения датчика освещённости DО7 Q7(1) Контроль работы системы затопления подвала DО8 Q8(1) Включение световой и звуковой сигнализации при включении датчиков протечки СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 41

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Надёжный сигнализатор – датчик уровня жидкости Евгений Уфимцев ([email protected]) нием для питания электродов напряже- ния переменного тока. Данная статья В статье описывается датчик – сигнализатор уровня жидкости. посвящена теме – повышение надёж- Предлагается схема подобного надёжного сигнализатора с подробным ности сигнализаторов – датчиков уров- описанием принципа его работы. Рассматривается также и теория его ня воды с применением маломощного применения. источника переменного тока. Сигнализатор – датчик уровня пред- ной величиной рН. В зависимости от В данной статье предлагается схе- назначен для контроля уровня жидко- концентрации солей и величины рН ма надежного сигнализатора - датчика сти (воды) или других токопроводя- воды проводимость водной среды изме- уровня воды, принцип работы которого щих жидких сред (щелочей и кислот) няется в широком диапазоне. Кроме основан на определении проводимости в различных ёмкостях. В настоящее того, водная среда при низкой прово- контролируемой жидкости (воды), реали- время в литературе и Интернете пред- димости и применении для контроля зованного на переменном токе без приме- ставлено множество различных схем постоянного тока обладает эффектом нения метрологического оборудования. и технических решений для реализа- поляризации контактной площади про- Схема подключения сигнализатора – ции устройств, которые предназначены водниковых электродов, что обуслов- датчика уровня приведена на рис. 1. для контроля уровня жидкости (воды) лено потерей проводимости или отка- с использованием электропроводя- зом работы измерителя датчика уровня Работа узла контроля датчика уровня щих металлических электродов и элек- воды. Однако предлагаемые схемные осуществляется следующим образом: тронного узла контроля уровня воды решения организованы на постоян- на измерительные электроды, поме- посредством определения проводимо- ном токе. При длительном нахождении щённые в жидкость с требуемой гео- сти тока контролируемой водой. Нуж- электродов в водном растворе при про- метрией установки по уровню, пода- но отметить, что в качестве электродов, текании постоянного тока на поверх- ётся переменное напряжение по двум взаимодействиющих с водной средой, ности проводящих электродов форми- цепям: VD1, R1 (одна полуволна, исклю- целесообразно применять материал руется водная поляризация до уровня чающая поляризацию водой контакт- стойкий к воздействию коррозии в кон- потенциала на токопроводящих элек- ной площади электродов в воде, и VD2, тролируемой среде, например, отлич- тродах, компенсирующая напряжение R2, R3 (вторая полуволна для измере- но подойдёт нержавеющая сталь. Глав- на электродах и приводящая к ошибоч- ния). Контроль проводимости воды ное, что водная среда является основой ному результату контроля. В результате осуществляется по этой измерительной устройства сигнализатора – датчика нахождения электродов в водной сре- полуволне пониженного переменного уровня воды. Посредством определения де при протекании постоянного тока напряжения, имеющей для безопасно- проводимости водной среды достигает- через достаточно короткое время пре- сти необходимую изоляцию – развязку ся работоспособность сигнализатора. кращается протекание тока, т.е. форми- от сети 220 В. Рабочая точка входного руется неверный результат контроля. усилителя на VT1 в узле контроля дат- Необходимо понимать, что водная Устранение поляризации электродов в чика уровня выставляется посредством среда далеко не одинакова. В зависи- водной среде достигается напряжени- R2 в зависимости от величины питаю- мости от региона водная среда может ем обратной полярности или примене- щего переменного напряжения и про- содержать различные соли с различ- водимости контролируемой жидкости. Диод VD3 защищает VT1 от обратного SA1 3 Тр1 1 Выход напряжения. Измерительная полувол- 5 на тока проводимости воды усиленная 1 11 VT1, через VD5 заряжает конденсатор 3 С2 и открывает транзистор VT2, под- 220 В 2 1 II 4...15 В свечивая контрольный светодиод D1, 50 Гц 2 и формирует на выводе 5 сигнал низ- 2 4 кого уровня. Питание светодиода осу- Узел ществляется полуволновым выпрями- I3 контроля телем на VD4 и C1. датчика 12 уровня Обычно для промышленных устройств данный сигнализатор состо- III 4...15 В ит из нескольких аналогичных датчи- ков – сигнализаторов, позволяющих 10 контролировать диапазон, в котором находится уровень жидкости, и опреде- Вода лять его нахождение: средний уровень, максимальный уровень, минимальный Рис. 1. Схема подключения сигнализатора-датчика уровня уровень, аварийный максимальный 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ уровень или аварийный минималь- 13 3 VD4 R5 ный уровень. R1 R2 2 VT1 1 кОМ + С1 30 мкФ D1 Для всех измерительных электродов, 1,5 кОм КТ361Б VD1...VD5 R6 25В АЛ107Б подключённых к контакту 1, использу- КД102А ется общий электрод, подключённый к 6,8 кОм 1 VD3 КС133А 1 кОм КТ315Б 5 контакту 10 обмотки III трансформато- VD5 VD6 R7 VT2 ра и находящийся в нижней точке кон- R3 тролируемой жидкости. Таким образом, 5,1 кОм в контролируемой по уровню жидкости устанавливаются несколько электро- VD1 VD2 R4 1,5 кОМ + С2 R8 дов на разных фиксируемых уровнях 42 12 кОм в общем объёме жидкости для измере- 30 мкФ ния его уровня. Каждый контролируе- 25В 680 Ом мый уровень, определяемый установ- ленным измерительным электродом, Рис. 2. Схема узла контроля датчика уровня требует применения отдельного узла контроля. Всё устройство контроля ется контакт 2 узла контроля датчика товленной по типовой технологии, на состоит из нескольких одинаковых уровня жидкости (см. рис. 2). Выход- которой установлены радиоэлементы узлов контроля уровня жидкости. При ные напряжения низкого уровня каж- узлов контроля уровня жидкости, могут этом питание переменным током для дого узла контроля уровня жидкости быть длиной до 30 метров. Установлен- всех устройств контроля осуществляет- (контакт 5) с током до 10 мА соответ- ные радиоэлементы и печатная пла- ся от общего маломощного источника. ствуют состоянию электродов, поме- та должны быть покрыты защитным При отсутствии возможности исполь- щённых в жидкость, контролируются лаком. зования переменного напряжения для свечением соответствующих индикато- питания узлов контроля возможно при- ров (D1). Выходное напряжение, отлич- Устройство в процессе эксплуатации менение различных преобразователей ное от нижнего уровня, соответствует специального обслуживания не требу- с частотой не ниже 50 Гц с двухполяр- электродам, которые находятся вне ет. Применение данного сигнализато- ным напряжением +/- 12 В и средней жидкости, контролируется отсутстви- ра – датчика уровня воды предназна- точкой. Общей точкой выходных сиг- ем свечения индикаторов. Эти сигналы чено для промышленных и бытовых налов контроля уровня жидкости явля- (с контакта 5) предназначены для устройств для жидкостей различного последующей обработки. Расстояние назначения с различным уровнем рН между электродами, находящимися в и растворённых солей в широком диа- жидкости, и печатной платой, изго- пазоне температур воды и различных внешних воздействий. НОВОСТИ МИРА В СИБИРИ СОЗДАЛИ линии связи используются повсеместно: в ристикам производимых за рубежом компо- первую очередь, для предоставления широ- нентов, а поскольку в ИФП СО РАН полно- ФОТОДИОДЫ ДЛЯ кополосного кабельного Интернета и пере- стью владеют технологией, при необходимо- ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ дачи данных сотовой связи. сти учёные готовы в ней что-либо поменять. СИСТЕМ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Помимо того, что разработанная в ИФП СО В ближайшее время специалисты собира- О новой разработке группы учёных из Рос- РАН новая технология не требует преобразо- ются рассказать о результатах следующего сии и Белоруссии рассказала пресс-служба вания радиочастотного сигнала в цифровой, шага: изготовлении фотоприёмника с инте- Института физики полупроводников Сибир- она обеспечивает широкую полосу пропуска- грированным усилителем. Эту задачу иссле- ского отделения Российской академии на- ния (от 10 гигагерц и выше), что эквивалент- дователи решают вместе с коллегами из Том- ук (ИФП СО РАН). Речь идёт о фотодиодах но передаче десятков-сотен гигабит в секун- ска, вооружившись технологическими при- для телекоммуникационных систем нового ду на расстояния до 100 км. В целом техни- ёмами, которые разработаны при создании поколения, способных выдавать быстроме- ческие характеристики новых устройств, по вышеописанных мощных СВЧ-фотодиодов. няющийся ток большой мощности, преобра- замечанию их авторов, аналогичны характе- зуя его из высокочастотного лазерного из- iot.ru лучения. Разработанные мощные сверхвы- сокочастотные (СВЧ) фотодиоды являются сравнительно маленькими для обеспечения быстродействия и могут использоваться в качестве ключевых компонентов на воло- конно-оптических линиях связи. Технология передачи информации, в ко- торой применяются СВЧ-фотодиоды, отно- сится к радиофотонным и позволяет транс- лировать СВЧ-сигнал на большие рассто- яния по оптоволокну почти без потерь и не требует преобразований сигнала вида «ана- лог-цифра», прокомментировали разработ- чики, напомнив, что волоконно-оптические СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 43

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Системы RFID в СВЧ, микроволновом диапазоне, перспективы их развития и некоторые способы защиты данных Андрей Кашкаров ([email protected]) ● тип взаимодействия между считыва- телем и радиометкой; Метки RFID крайне востребованы и всё активнее внедряются в повседневную жизнь. Именно по этой причине технологии RFID быстро ● функции обработки информации в развиваются. Эта статья является обзором текущего состояния RFID-метке. и перспектив эволюционирования технологий RFID. Пассивные радиочастотные мет- История радиочастотной иденти- Пассивные метки, отвечая на сиг- ки получают энергию для работы с фикации как беспроводной техноло- нал считывателя, модулируют нагрузку помощью напряжения, индуциро- гии автоматического сбора данных своей антенной системы при нахожде- ванного в обмотке своей антенны, – прослеживается с конца 1940-х годов нии её в поле несущей частоты считы- с помощью индуктивной связи. Если ХХ века. RFID сопутствовал быстрый вателя. говорить упрощённо, то антенна счи- рост в связи с разработкой интеграль- тывателя является первичной обмот- ных схем. Если в 2020 году объём рын- Принцип и особенности кой, которая с помощью индуктивной ка RFID-решений составлял порядка взаимодействия метки связи передаёт напряжение на антенну 9 млрд долларов, то к 2028 году сей и считывателя транспондера, действующую как вто- объём предположительно составит ричная обмотка. Индуктивная связь 19,5 млрд. Одним из основных сти- Вид пассивных меток может быть между антеннами считывателя и мет- мулирующих рост рынка RFID фак- различным, об этом сказано, к при- ки возможна в ближнем поле, притом торов является увеличение числа меру, тут [2]. Они взаимодействуют со что обе антенны параллельны друг дру- RFID-систем в производственных под- считывателем с помощью электромаг- гу – это необходимо для получения мак- разделениях, призванных улучшить нитной индукции, для возникновения симального расстояния считывания в контроль качества и логистику. В про- чего необходима хотя бы минимальная типичной системе RFID с индуктивной изводстве освоен первый отечествен- напряжённость поля, чтобы обеспечить связью. Коэффициент связи, завися- ный RFID-считыватель, работающий транспондер энергией для взаимосвязи. щий только от геометрических пара- на СВЧ [1]. Решения на основе RFID Кроме того, сигнал, отражённый транс- метров, может быть максимальным, позволяют контролировать состоя- пондером и вернувшийся к считывате- если обе антенны имеют одинаковую ние и производительность оборудова- лю, должен быть сильным настолько, эффективную площадь. Соответствен- ния, дефекты в процессах и системные чтобы детектировать его корректно, но, оптимизация расстояния считыва- сбои, а также обеспечивают преди- без ошибок. Поэтому пассивные RFID- ния обусловлена так: чем ближе метка к ктивное техническое обслуживание метки применяются в условиях относи- считывателю, тем лучше связь между их оборудования и систем. тельно близкого расстояния. Поскольку антеннами. Следующее условие эффек- величина напряжения, индуцируемого тивного взаимодействия – минимиза- Пассивные метки или транспондеры в RFID-метке, прямо зависит от частоты ция угла между обеими антеннами [3], не имеют автономного (собственного) ЭМ-поля, проходящего через антенну когда метка перемещается и не имеет источника питания. На рис. 1 представ- метки, системы RFID, действующие на ориентированной (зафиксированной) лен вариативный вид пассивной мет- относительно высоких частотах, име- позиции. К примеру, при идентифика- ки. Современная их форма может быть ют более высокую дальность считыва- ции животных, спортивных мероприя- разной. ния, чем системы, работающие на низ- тиях и т.д. – это фактор дополнительно- ких частотах. го риска корректной идентификации. Поскольку передача данных в системе Рис. 1. Виды пассивной метки Факторы уверенной связи RFID определяется качеством взаимо- между меткой и транспондером действия двух отдельных резонансных цепей с магнитной связью, взаимодей- К классификационным признакам, ствующих как цепь последовательного используемым в RFID, относятся сле- резонанса в считывателе и цепь парал- дующие: лельного резонанса в метке, фактором ● принцип действия носителей данных риска являются, кроме неточной взаим- ной ориентации метки и транспондера, в системах RFID; температурные влияния, а также номи- ● способ обеспечения энергией RFID- нальные допуски компонентов (L, R, С). метки; Уверенная обработка сигнала обе- ● возможность записи данных в RFID- спечивается при напряжении порядка 1 мкВ. Проблема усиления в приёмни- метку; ке неотделима от проблемы выделения ● тип передачи данных от радиометки к считывателю; 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ сигнала на фоне помех. Важным пара- ного пространственного интерфей- Наиболее распространены три типа метром приёмника является избира- са RFID. Серия ISO 18000 включает пассивных меток-тегов. Они связаны с тельность, способность выделять полез- несколько стандартов: разной частотой, которая определяет ные сигналы из совокупности сигнала ● 18000-1: Общие параметры радиоин- расстояние взаимосвязи. и посторонних воздействий (помех), ● Сверхвысокаячастота0,3...3ГГц(СВЧ)– отличающихся от сигнала частотой. терфейсов для общепринятых частот; Частотная избирательность осущест- ● 18000-2: Радиоинтерфейс для часто- диапазон уверенного считывания до вляется с помощью резонансных коле- 12 м с возможностью относительно бательных цепей. ты 135 кГц; быстрой передачий данных. На функ- ● 18000-3: Радиоинтерфейс для 13,56 MГц; циональность отрицательно влияют Для передачи информации исполь- ● 18000-4: Радиоинтерфейс для 2,45 ГГц; жидкости и металлы, а также электро- зуется радиочастотный канал, рабо- ● 18000-5: Радиоинтерфейс для 5,8 ГГц; магнитные сигналы, воспринимаемые тающий по схеме передатчик-приём- ● 18000-6: Радиоинтерфейс от 860 МГц как помехи. Таковы систeмы дальне- ник. Передача данных в RFID-системе го действия (long-гange systems) в СВЧ от считывателя к радиочастотной мет- до 930 МГц; «микроволновом диапазоне». В этом ке предусматривает выполнение следу- ● 18000-7: Радиоинтерфейс для же сегменте применяются транспон- ющих операций: деры на поверхностных акустических ● цифрового кодирования сообщения, 433,92 МГц. волнах (ПАВ) на частотах 868 МГц (Ев- ISO 11784/11785 (134,2 кГц являют- ропа) и 915 МГц (США), а также 2,5 ГГц выдаваемого считывателем; ся международными стандартами, регу- и 5,8 ГГц. Об этом мы будем говорить ● модуляции кодированного сообще- лирующими вопросы имплантации, ниже. введения или прикрепления транс- ● Высокая частота (ВЧ) 3...30 МГц – ния; пондера, содержащего микрочип, к примерный диапазон уверенного ● передачи по каналу связи; животному). считывания, используется в элек- ● демодуляции принятого транспон- ISO 11784 определяет структуру иден- тронных документах идентифика- тификационного кода, в том числе ции, контроля доступа. Протокол дером сообщения; метод передачи данных транспондера чтения ISO / EC 15693 совместим с ● декодирования принятого цифро- и спецификацию считывателя, работа- ISO 18000-3, обеспечивает уверен- ющего на частоте 134,2 кГц. ную связь на расстоянии до 10 см. вого кода. ISO 11785 – технический стандарт, Другие распространённые стандар- Модуляция – процедура измене- определяющий условия активизации ты (протоколы логического и физи- ния параметров (амплитуды, частоты транспондера, считывания и сохра- ческого уровня) ISO 14443A, его низ- или фазы) сигнала высокой несущей нения информации при взаимосвязи коуровневая реплика ISO 18092 и др. частоты в соответствии с модулирую- метка-считыватель. RFID-метки разных Типичная (популярная) частота вза- щим сигналом. Частоты модулирующе- производителей считываются без учёта имодействия 13,56 МГц. Ошибочно го сигнала, как правило, малы по срав- размеров, формы и назначения транс- называть это технологией NFC, име- нению с несущей частотой. пондеров: стеклянные трубки, ушные ющей собственные отличия. В системах RFID, работающих в диа- вкладыши или ошейники для живот- ● Низкочастотный (НЧ) 30...300 кГц – пазоне ВЧ, используется модуляция ных. диапазон считывания до 1 см с от- методом обратного отражения – через ISO / IEC 14443 определяет стандар- носительно низкой скоростью пере- изменение индуктивности резонанс- тизацию и параметры идентификаци- дачи данных. Практически незаме- ного контура: считыватель принима- онных карт, как определено в ISO 7810, нимы для металлических и водных ет отражённый транспондером сиг- и использование таких карт для между- поверхностей, но применяются так- нал, обрабатывает его, и если частота народного обмена. Протокол ISO / IEC же в формате электронных билетов, резонансного контура антенны транс- 14443 делится на 2 типа: TypeA и TypeB, иногда для оплаты пластиковыми пондера отклоняется от настройки счи- оба работают на 13,56 MГц (RFID HF). картами. тывателя (в случае с ВЧ 13,56 МГц), счи- Расстояние чтения-записи этикетки В последнем случае типичная часто- тыватель воспринимает его как более 0...10 см. Различие между вариантами та взаимодействия 135 кГц. К этому сег- слабый амплитудно-модулирован- A и B в схемах модуляции, кодирова- менту относятся RFID-системы с «силь- ный сигнал RFID-метки и декодирует ния и методах предотвращения стол- ной связью» (close coupling systems), но из него цифровые данные. Так, прини- кновений. малой дальностью действия, обычно мая, детектируя и декодируя эти сигна- ISO / IEC 14443A считается защищён- в интервале до 1 см, для их уверенной лы, считыватель извлекает из них дан- ным от помех, применяется в транс- работы радиочастотная метка должна ные, хранившиеся в RFID-метке. Затем портной области как карты доступа на быть либо вставлена в считыватель, эта информация обрабатывается, и так объект, транспортные карты, где тре- либо помещена на специально пред- решается проблема идентификации буются относительно небольшие объ- назначенную поверхность. Использует- метки. ёмы информации. ся как электрическое, так и магнитное ISO / IEC 14443B отличается ста- поле, поэтому взаимодействие с такой Популярные стандарты RFID и бильностью, высоким уровнем безо- меткой не сильно зависит от других их особенности пасности из-за отлаженного протоко- ЭМ-полей в зоне действия. Системы с ла шифрования, уместен для хранения «сильной связью» используют в прило- Общепринятыми международны- «цифровой подписи», однако относи- жениях с повышенными требованиями ми стандартами и протоколами RFID тельно уязвим к условиям внешней сре- к безопасности в качестве бесконтакт- являются ISO / IEC 18000, ISO 11784, ды. ISO 11785, ISO / IEC 14443, ISO / IEC В табл. 1 представлены стандарты 15693, EPC Gen2 и др. RFID с пояснениями. Стандарты серии ISO/IEC 18000 наи- более популярны в системе беспровод- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 45

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Таблица 1. Стандарты RFID с пояснениями Стандарт RFID Определение Рис. 2. Вид электронного «глушителя», ISO 10536 делающего большинство популярных меток ISO 14223 Стандарт ISO RFID для моноблочных карт в системе RFID бесполезными ISO 11784 ISO 11785 Радиочастотная идентификация животных – усовершенствованный транспондер сотен витков) обмоток тонкого транс- ISO 14443 форматорного провода (рис. 1). Высо- Стандарт ISO RFID, определяющий способ структурирования данных на метке RFID кочастотные метки имеют однокон- ISO 15459 турные обмотки или диполь-антенны. ISO 15693 Стандарт ISO RFID, определяющий протокол радиоинтерфейса 90% всех продаваемых RFID-систем ISO 15961 являются системами с индуктивной свя- ISO 15962 Стандарт ISO RFID, который предоставляет определения протокола зью. Используемая частота определяет ISO 16963 радиоинтерфейса для меток, используемых в бесконтактных системах, конструктивные параметры антенны ISO 18000 предназначен для использования с платёжными системами радиометки. Почему столь много вни- ISO 18001 мания мы уделили конкретным часто- ISO 18046 Уникальные идентификаторы транспортных единиц (используются в управлении торговли и там и конструктивным особенностям? ISO 18047 логистики) Чтобы понять: с применением специ- альной техники «электронных глуши- ISO 18185 Стандарт ISO RFID для использования с Proximity card или «картами близости» – пассивная телей» соответствующей частоты все бесконтактная карта стандартного размера подобные рассматриваемым дистанци- ISO 18092 онные метки становятся бесполезны- Стандарт ISO RFID для управления предметами (интерфейс приложения ми, а если они используются в качестве ISO 21481 (часть 1), регистрация конструкций данных RFID (часть 2) и конструкции данных RFID (часть 3)) платёжного средства или идентифика- тора доступа (в помещение), то нельзя ISO 24710 Стандарт ISO RFID для управления предметами – правила кодирования данных и функции ни заплатить, ни обналичить, ни прой- логической памяти ти. На рис. 2 представлен (для сведения) ISO 24729 один из таких доступных электронных Стандарт ISO RFID для управления товарами – уникальный идентификатор RF-метки приборов-глушителей, его успешно ISO 24730 применяют в радиусе до 30 м от объ- Стандарт ISO RFID для радиоинтерфейса для частот RFID по всему миру екта блокировки. ISO 24752 ISO 24753 RFID для управления товарами – профили требований приложений Особенности и применение ISO 24769 RFID-меток в сложных условиях ISO 24770 Методы испытаний RFID-меток и запросчиков среды ISO 28560-2 ASTM D7434 Стандарт ISO RFID, который определяет тестирование, включая проверку А есть особые «неидеальные» условия, ASTM D7435 соответствия RFID-меток и считывателей. Он разделён на несколько частей, которые отражают связанные с повышенной влажностью, части ISO 18000 загрязнением среды (пыль, в том чис- ASTM D7580 Это промышленный стандарт для электронных пломб, предназначенных для отслеживания грузовых контейнеров с использованием частот 433 МГц и 2,4 ГГц Информационные технологии. Телекоммуникации и обмен информацией между системами. Связь ближнего поля. Интерфейс и Протокол 1 (NFCIP-1) Информационные технологии. Телекоммуникации и обмен информацией между системами. Интерфейс связи ближнего поля и Протокол 2 (NFCIP-2) Информационные технологии, автоматическая идентификация и методы сбора данных. RFID для управления предметами. Элементарная функция номерного знака для радиоинтерфейса ISO 18000 Руководство по внедрению RFID: а) метки с поддержкой RFID; б) возможность вторичной переработки радиочастотных меток; в) RFID-технология, установка антенны Система определения местоположения в реальном времени RFID: Часть 1: Интерфейс прикладного программирования (API); Часть 2: 2,4 ГГц; Часть 3: 433 МГц; Часть 4: Глобальные системы локации Протокол управления системой для автоматической идентификации и сбора данных с помощью RFID Команды радиоинтерфейса для работы от аккумулятора и датчиков Методы тестирования устройств системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) Методы тестирования производительности устройства системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) Задаёт стандарты кодирования и модель данных для использования в библиотеках Стандартный метод испытаний для определения эффективности транспондеров с пассивной радиочастотной идентификацией (RFID) на паллетированных, сборных грузах Стандартный метод испытаний для определения эффективности транспондеров пассивной радиочастотной идентификации (RFID) на загруженных контейнерах Стандартный метод испытаний вращающейся эластичной упаковки. Метод определения читаемости пассивных RFID-транспондеров на однородных паллетированных или единичных грузах ных смарт-карт (стандарт ISO 10536), в ускорения, влажности и т.д.). Батарея том числе для электронных платежей. используется для питания датчиков и накопления данных при нахождении Ещё есть «полупассивные» метки (так- метки вне поля считывателя, с после- же называются BAP – Battery Assisted дующим их считыванием при входе в Passive), которые используются радио- зону регистрации. интерфейсом и протоколом обмена пассивной системы, но с присутстви- Важные отличия ем источника питания. Постоянное и автономное питание чипа улучшило Одно из важных отличий между характеристики метки по «дальности транспондерами в системе RFID на раз- регистрации», но на практике дополни- ных частотах в том, что метки, взаимо- тельное питание используется для вто- действующие по НЧ, имеют встроенные ростепенных датчиков (температуры, антенны в виде многоконтурных (до 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Рис. 3. Вид корпусной пассивной метки X1114-EU100-H3 для условий Рис. 4. Внешний вид метки для RFID стандарта EPC Gen2 загрязнённой и влажной среды, в том числе для металлических поверхностей ле металлическая), химическими воз- В своё время этим занималась компа- Представленные метки могут иметь действиями; в таких условиях нужны ния EPCglobal. Примерно с 2010 г. и по клеящую основу и разный размер, к и специальные метки. Так, метка Ultra настоящее время стандарт стал лиди- примеру, более 1 м, что удобно при счи- High Frequency не будет «идеальной» рующим на рынке устройств RFID. тывании с большого расстояния. при использовании в условиях метал- По условиям стандарт аналогичен лических поверхностей, и тут применя- ISO18000-6, с которым можно озна- Особенности RFID-меток в ют корпусную RFID UHF Xerafy Roswell, комиться в [4]. Протокол ISO 18000- стандартизации EPC Gen2 H3, X1114-EU100-H3 (см. рис. 3). 6C (EPC Gen2) наиболее популярен (используется) на условно средних и Изначально на производстве «банк» Эта метка использует стальной корпус больших расстояниях. Теги по про- выпускается с пустыми ячейками EPC, из нержавеющей стали в качестве антен- токолу EPC Gen2 считываются много- информация в них (если необходи- ны. Конструкция метки с гальванической кратно и перезаписываются, облада- мо) перезаписывается непосредствен- развязкой состоит из двух цилиндриче- ют конфиденциальностью (защитой но пользователем. Можно установить ских корпусов, между которыми нахо- информации), что важно для общей защиту от перезаписи информации. дится тонкий высокотемпературный безопасности системы, актуальной Память меток стандарта Gen2 услов- наполнитель-диэлектрик. В результате против скимминга. Рекордная дис- но разделена на 4 банка, адресуемых разработчиком достигнута надёжность и танция регистрации меток для пас- командами радиоинтерфейса [5]. отказоустойчивость метки, снижен риск сивных RFID-систем до 10...12 м объ- некорректной работы в условиях воздей- ясняется использованием «полного» Так, Reserved Memory (00) использу- ствия высокой температуры и высоко- электромагнитного поля, а не магнит- ется для хранения: го давления, а также коррозионных жид- ной связи петлевых антенн считыва- ● KILL-пароля (32 бита). При его не- костей. Подобная метка конструктивно теля и метки, как в LF и HF. «Антикол- удобна для прикрепления к поверхности, лизионный» механизм, позволяющий нулевом значении с помощью KILL- включая сварку с металлическими кон- считывать одновременно до 300 уни- команды метка «стирается» навсег- струкциями, тележками либо прикрепле- кальных меток в зоне регистрации, а да без возможности восстановления; ние стальными скобами к медицинско- также высокая скорость считывания ● ACCESS-пароля (32 бита). При его му оборудованию. метки – до 300–400 раз в с, практиче- установке доступ к метке возможен ски подтверждённая возможность реги- только при знании этого пароля. Типичные технические характери- страции одиночных меток при их пере- EPC (01, Electronic Product Code). Уни- стики корпусных RFID c «повышен- мещении через зону регистрации на кальный идентификатор метки с памя- ным» классом защиты IP 69K меток кра- скорости до 250 км/ч при цене 10 рос. тью, по которому они отличаются друг тко: рабочая температура от –40 °C до рублей в оптовом варианте закупок – от друга. Память от 240 бит EPC и выше. +85 °C. Допустимая влажность 5...95%. всё это очевидные преимущества. TID (10, Transponder ID). Идентифи- С эффектом памяти 96-bit EPC; 512-bit цирует производителя и модель чипа пользовательской; 64-bit TID. При форм- Для EPC Gen2 в мировом мас- метки выделенным уникальным кодом. факторе 48×28×13,5 мм, весе 21 г и рабо- штабе используется UHF-диапазон Есть возможность установки дополни- чей частоте (СВЧ) 866...868 МГц обеспе- 860...960 МГц, но локально в регио- тельного уникального идентификато- чивает дальность взаимодействия со нах используются более узкие полосы. ра отдельной метки (Serialized TID), как считывателем до 5 м по протоколу EPC К примеру, в России используют- средство защиты метки от подделки. Class1 Gen2. В соответствии со стандар- ся частоты европейского диапазо- EPC меток может быть продублирован, том ISO18000-6C возможен контроль до на 865,6...867,6 МГц в соответствии со но банк TID защищается от перезаписи 400 меток в секунду при 96-EPC bit. стандартом ETSI EN302-208-1 V1.2.1, хотя при производстве метки и при наличии формально для этого выделена полоса Serialized TID совместно с идентифика- Стандарт EPC Gen2 866,6...867,4 МГц. Внешний вид меток для тором производителя и чипа гаранти- различных условий представлен на рис. 4. рованно уникален. EPC Gen2 – известный с 2006 г. стан- User Memory (11) – параметр необя- дарт радиоинтерфейса RFID Class1UHF. зательный. Используется для хранения СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 WWW.SOEL.RU 47

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Рис. 5. Позиционирование условной метки М ние условной метки М относительно батареей резервного питания чипа. относительно анкеров А1–А4 анкеров А1...А4. Если RFID-метка выходит из зоны дей- ствия считывателя, чип автоматиче- любой дополнительной информации. Вкратце разобрав отличия RFID раз- ски переключается в энергосберега- Размер 512 бит и выше позволяет запи- ных стандартов, протоколов связи и ющий режим «выключение питания». сать относительно много, однако на частотных диапазонов, посмотрим на В этом состоянии потребление энер- практике встречаются случаи несовме- перспективы, важные для разработчи- гии составляет несколько микроам- стимости с разными считывателями. ков РЭА. пер. И напротив: чип реактивируется, как только принят достаточно сильный Содержание банков EPC, User Memory, СВЧ-метки и аспекты сигнал в рабочей зоне считывателя, так отдельных областей KILL и ACCESS дальности идентификации он переключается обратно в нормаль- может быть защищено от измене- ный режим. При этом в активной радио- ния значения, временно или навсегда В RFID-системах с пассивными мет- частотной метке «резервная» батарея (Permalock = Permanent Lock). ками считыватель чередует передачи обеспечивает только питание микро- непрерывной волны и модулирован- чипа, что позволяет системе длитель- Диапазон частот 860...960 МГц являет- ных радиочастотных команд в метку ную работу без замены автономного ся международным стандартом, благо- [6]. Дальность считывания в значитель- элемента питания. Для передачи дан- даря чему его применяют универсально ной степени определяется характери- ных от метки к считывателю исполь- в системах бесконтактной идентифи- стиками обмотки антенн считывателя зуется энергия ЭМ-поля, излучаемого кации: автомобильные транспондеры, и транспондера. Чем больше размер считывателем – как и в системе RFID с транспортные карты, магнитные про- правильно рассчитанной и сконстру- пассивными метками. пуска и метки на товарах. Подобные ированной антенны, тем большее рас- метки удобно отслеживать на относи- стояние для уверенной взаимосвязи Весьма важен аспект влияния чув- тельно большом удалении, что актив- можно ожидать. Для увеличения даль- ствительности приёмника СВЧ на даль- но применяется на складах. ности считывания транспондера разра- ность считывания. Появление многих ботчики переходят на более высокую отражений переменной интенсивности Также есть специальный класс актив- частоту, чтобы обеспечить наведённое от разных объектов ведёт к изменени- ных меток RTLS – Real Time Locating ЭМ-полем минимально допустимое ям напряжённости ЭМ-поля вокруг мет- Systems – системы определения поло- напряжение, необходимое для пита- ки и считывателя. Такие фоновые или жения в реальном времени. Они при- ния RFID-метки. «помехозависимые» эффекты вероят- меняются для контроля за животны- ны в среде, насыщенной металличе- ми, на спортивных мероприятиях и Для оценки мощности, нужной для скими объектами, что характерно для в др. случаях. Для позиционирова- работы пассивного транспондера в СВЧ промышленного производства. При ния используются технологии CSS и микроволновом диапазонах, исполь- идентификации активной метки в (Chirp Spread Spectrum) и SDS-TWR зуют понятие потери энергии в свобод- СВЧ-системах ЭМ-помехи влияют на (Symmetrical Double-Sided Two Way ном пространстве. Потери определя- напряжённость поля, и транспондеру Ranging), основанные на измерении ют соотношение между энергией ВЧ, может не хватить сигнала считывателя времени распространения радиосиг- излучаемой считывателем в простран- для перехода первого в рабочий режим. нала от передатчика до приёмника ство, и ВЧ-энергией, принимаемой мет- (time of flight) и вычислении рассто- кой. Эти потери зависят от расстояния Сигнал транспондера может быть яния от метки до нескольких (не менее между меткой и антенной считывателя, ниже уровня несущего сигнала передат- трёх) анкеров – рабочих узлов инфра- частоты передачи считывателя, коэф- чика не более чем на 100 дБ; так полага- структуры, имеющих фиксированные фициентов усиления антенны метки и ют на практике. Однако в расчётах мно- координаты. Метка взаимодействует с антенны считывателя. го разных факторов влияния, поэтому инфраструктурой через двунаправлен- он может быть и другим, на уровне 75 дБ ный радиоинтерфейс – как принимает, При использовании полупроводни- ниже уровня несущего сигнала пере- так и передаёт сигнал. Инфраструкту- ковой технологии чипы для RFID-метки датчика. Поскольку для передачи дан- ра обеспечивает связь программного применяют с условным расходом энер- ных производится модуляция сигнала, интерфейса приложения (API) с серве- гии < 5 мкВт. Тогда для работы чипа отражённого транспондером, отражён- ром. Сервер управляет инфраструкту- принимаемая антенной метки энер- ная мощность разбивается на отражён- рой, метками и процессами измерения, гия Рт < 50 мкВт. ный несущий сигнал и 2 боковые поло- анализирует результаты измерений и сы. При беспримесной АSК-модуляции информацию о состоянии меток. На При условии получения максимально с коэффициентом, приближённым к рис. 5 представлено позиционирова- возможной мощности на антенне мет- 100%, две «боковые полосы» содержат ки следует: когда излучаемая мощность каждая по 25% от общей отражённой передатчика считывателя Р~0,5 Вт, тог- мощности, а при более низком коэффи- да потери в свободном пространстве не циенте модуляции – пропорционально превысят 40 дБ. Для обеспечения даль- меньше. Отражённый несущий сигнал ности взаимодействия на относитель- не будет корректно принят приёмником но больших расстояниях, более 10 м, считывателя, ибо он полностью маски- чипированные метки обеспечивают руется передаваемым сигналом на той функционалом сбережения энергии же частоте. Поэтому значимая инфор- в режиме «выключение питания» или мация передаётся исключительно на «резерв». боковых полосах, а при расчёте мощно- Так, метки с условно большой потребляемой мощностью с функци- ей «обратного рассеяния» снабжают 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022