Современная электроника 06-2021

Реклама

ОТВЕТСТВЕННАЯ ЭЛЕДКТЛРЯОНЖИКЕАСТКИХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ 100% РОССИЙСКАЯ КОМПАНИЯ ЗАКАЗНЫЕ РАЗРАБОТКИ КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Разработка электронного оборудования Контрактная сборка электроники уровней: по ТЗ заказчика в кратчайшие сроки модуль / узел / блок / шкаф / комплекс • Модификация КД существующего изделия • ОКР, технологические консультации и согласования • Разработка спецвычислителя на базе • Макеты, установочные партии, постановка в серию • Полное комплектование производства импортными COM-модуля • Конфигурирование модульного и отечественными компонентами и материалами • Поддержание складов, своевременное анонсирование корпусированного изделия • Сборка магистрально-модульной системы снятия с производства, подбор аналогов • Серийное плановое производство по спецификации заказчика • Тестирование и испытания по методикам и ТУ • Разработка изделия с нуля • Гарантийный и постгарантийный сервис (495) 232-2033 • WWW.DOLOMANT.RU • (495) 739-0775 Реклама

ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года С технологиями 5G сегодня связывают прогресс в самых различных областях. В связи с растущим спросом на такие технологии, как Ин- Главный редактор Ю. В. Широков тернет вещей (IoT) и промышленная автоматизация, потребность в Заместитель главного редактора быстром Интернете с низкой задержкой растёт по всему миру. Внедре- А. В. Малыгин нием и совершенствованием 5G занято множество ведущих мировых Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, компаний. Правительства развитых стран также инвестируют в разви- В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, тие телекоммуникационной инфраструктуры. Эти инвестиции и рост Р. Х. Хакимов абонентской базы 5G привели к тому, что глобальный рынок инфра- Вёрстка А. М. Бабийчук структуры 5G в 2020 году достиг объёма примерно $1,5 млрд. Но это Обложка Д. В. Юсим было лишь началом: в ближайшие годы рынок 5G будет расширяться Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) ещё быстрее, что обусловлено экспоненциальным ростом спроса на Реклама И. Е. Савина ([email protected]) быстрые и надёжные беспроводные коммуникации. Согласно послед- нему прогнозному отчёту Dell'Oro Group, хоть сегодня на рынке част- Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» ной беспроводной связи и доминирует LTE, к 2025 году доходы част- Генеральный директор К. В. Седов ных сетей 5G превысят десятки миллиардов долларов. Адрес учредителя и издателя: 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, Ещё один драйвер быстрого роста – RFID-технологии. Если в 2020 году пом/ком/эт I/67/тех объём рынка RFID-решений составлял порядка $9 млрд, то к 2028 году Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 объём данного рынка составит около $19,5 млрд. Одним из основных Тел.: (495) 232-00-87 • Факс: (495) 232-16-53 стимулирующих рост рынка RFID факторов является увеличение чис- [email protected] • www.soel.ru ла RFID-систем в производственных подразделениях, призванных улучшить контроль качества и логистику. Решения на основе RFID по- Производственно-практический журнал зволяют контролировать состояние и производительность оборудова- Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. ния, дефекты в процессах и системные сбои, а также обеспечивать пре- Цена свободная диктивное техническое обслуживание оборудования и систем. Журнал зарегистрирован в Федеральной В настоящее время ядром большинства решений ИИ являются об- службе по надзору за соблюдением лачные сервисы, и основную рабочую нагрузку по обучению и вы- законодательства в сфере массовых воду ИИ несут именно они. Централизация обработки в облаке обе- коммуникаций и охране культурного наследия спечивает решениям преимущества гибкости и масштабируемости. (свидетельство ПИ № ФС77-18792 Однако в последнее время эта парадигма меняется: в связи с необхо- от 28 октября 2004 г.) димостью обеспечения конфиденциальности, кибербезопасности, автономности и низкой задержки реакции решения ИИ реализуются Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». непосредственно на шлюзах, конечных устройствах и датчиках. Ав- Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес- тономные решения ИИ требуют соответствующей аппаратной под- центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-69-52 держки, благодаря чему стремительно развивается концепция Edge AI. Аналитики из ABI Research прогнозируют рост рынка чипсетов Перепечатка материалов допускается только для Edge AI до примерно $12,2 млрд, что превысит объём рынка чип- с письменного разрешения редакции. сетов для облачных решений. Расти будет и рынок ПО для ИИ: по Ответственность за содержание рекламы прогнозам, в ближайшие семь лет выручка от продаж программно- несут рекламодатели. го обеспечения в области искусственного интеллекта увеличится Ответственность за содержание статей несут в 12 раз, взлетев до $126,0 млрд в 2025 году. авторы. Материалы, переданные редакции, не рецен- «Современная электроника» держит вас в курсе последних новостей зируются и не возвращаются. рынка и новинок технологий. Наши публикации актуальны, а новые Мнение редакции не обязательно совпадает видеоролики на YouTube-канале наверняка заинтересуют вас и ваших с мнением авторов. коллег! Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки Всего вам доброго! являются собственностью соответствующих владельцев. Юрий Широков, главный редактор © СТА-ПРЕСС, 2021 ПОДПИСКА БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ на электронную версию журнала теперь СТАЛА БЕССРОЧНОЙ ПОДПИСКА на печатную версию – это гарантированное получение журнала по любому указанному вами адресу! С УСЛОВИЯМИ ОФОРМЛЕНИЯ ПОДПИСКИ можно ознакомиться на сайте www.soel.ru 2 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОДЕРЖАНИЕ 6/2021 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК AdvantiX . . . . . . . . . . . . . 47 4 Новости российского рынка AVD-систем. . . . . . . . . . . . .5 CREE (Wolfspeed) . . . . . . . . 36 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Delta Design. . . . . . . . . . . . 19 DOLOMANT . . . . . . . . . . . . .1 8 Звёздный час Neutral Host KEYSIGHT Technologies. .4-я стр. обл. Ричард Хоулихан 12 Развитие технологий и оборудования для микро 3D-печати Юрий Петропавловский 20 Новый стандарт для проектов «Умный дом» – Connected Home over IP. Часть 3 Виктор Алексеев Smiths Interconnect. . . . . . . . 69 ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ TDK-Lambda . . . . . . . . . . . 37 XP Power . . . . . . . . . . . 11, 63 26 Китайская радиационно-стойкая ЭКБ на российском рынке МОРИОН . . . . . . . . . . . . . .6 Павел Лысенко 32 Системы пожарной сигнализации FX NET, интегрированные в SCADA Андрей Кашкаров ТЕСТПРИБОР . . .2-я стр. обл., 4, 7 ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Феникс Электроникс. . . . . . . 29 38 Терморегулятор управляет чиллером Сергей Шишкин ЧипЭкспо-2021. . . . . . . . . . 31 42 Устройство охраны с программируемыми интервалами работы ЭРКОН . . . . . . . . . . . . .4, 61 Сергей Шишкин «Оранж Бизнес Сервисез» ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ у истоков цифровой трансформации 48 Проектирование схем микроэлектронных устройств в Proteus общества: с использованием внешней памяти. передача, хранение и обработка данных Часть 1 как искусство. Татьяна Колесникова Смотрите на нашем YouTube-канале 60 Решение задачи охлаждения SMD-компонентов с помощью тепловой перемычки ТПИ Илья Малышев (ЭРКОН) ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 64 Влияние вспышки на Солнце на АЧХ поля атмосфериков (экспериментальные данные) Алексей Галахов СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 66 Первый в мире адаптивный цифровой компенсатор пассивных помех Владимир Бартенев интервью КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ с генеральным директором Ричардом ван Вагенингеном 70 Терагерцовые квантовые технологии для цифровых денег Александр Гордеев СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ НОВИНКА! МОЩНЫЕ СВЧ- ● коэффициент чувствительности ослабле- ● минимальная наработка: 20000 ч (P ≤ Pном, ПОГЛОТИТЕЛИ ПР1-25 ния к мощности: 0,0005 дБ/дБ/Вт; t ≤ 70 °С); С ЕСТЕСТВЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ● диапазон рабочих частот: 0–6 ГГц; ● срок сохраняемости: 15 лет. ● КСВН в рабочей полосе частот: не более 1,35; Специальные СВЧ-резисторы типа МОЩНОСТЬЮ 500 ВТ ● максимальная рабочая температура окру- С6-8 (чип-поглотители) АО «НПО «ЭРКОН» с 1 июля 2021 года присту- жающей среды: 125 °С; Планарные резисторы с двухсторонним нанесе- пает к выпуску новой серии СВЧ-поглотителей (ат- ● тип соединителей: N или III. тенюаторов) ПР1-25 с естественным охлаждением нием резистивного слоя, предназначены для экс- мощностью 500 Вт, предназначенных для осла- Миниатюрные СВЧ чип-поглотители плуатации в электрических цепях сверхвысокоча- бления сигнала в непрерывном и импульсном ре- типа ПР1-1 стотной аппаратуры. Основные характеристики: жимах в цепях постоянного и переменного токов. ● номинальная мощность рассеяния (вмон- Предназначены для ослабления сигнала Основные характеристики: в непрерывном режиме работы в составе тированных в аттенюатор): 1,0 Вт; ● входная мощность в непрерывном режи- полосковых гибридных интегральных схем ● номинальное сопротивление входа/выхода (при в цепях постоянного и переменного токов. ме: 500 Вт; Категория качества «ВП». подключенной нагрузке 50±0,05 Ом): 50 Ом; ● входная мощность в импульсном режи- ● температурный коэффициент сопротив- Основные характеристики: ме: до 5000 Вт; ● габариты: 2×2×0,9 мм; ления: ±300×10–6 °С–1 (в диапазоне тем- ● ряд значений номинального ослабления: ● номинальная мощность рассеяния: 0,5 Вт; ператур +20 °С…+85 °С); ● ряд значений номинального ослабления: ● предельная рабочая частота: 18 ГГц; 3; 6; 10; 20; 30; 40 дБ; ● КСВН: не более 1,5 (до 8,9 ГГц), не более ● диапазон рабочих частот: 0...5 ГГц; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16; 32 дБ; 1,6 (до 18 ГГц); ● КСВН, не более: 1,15 (0...2,5 ГГц); 1,35 ● температурный коэффициент сопротив- ● ряд значений номинального ослабления: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 60 дБ; (2,5...5,0 ГГц); ления: ±300×10–6 °С–1; ● габаритные размеры: 11×5×0,75 мм (1...5 дБ), ● максимальная рабочая температура окру- ● диапазон рабочих частот: 0...18 ГГц; 11×9×0,75 мм (6...20 дБ), 11×11,5×0,75 мм (30 дБ), ● КСВН: не более 1,15 (до 1,2 ГГц), не более 11×14,2×0,75 мм (40 дБ), 11×16,9×0,75 мм (50 жающей среды: 125 °С; дБ), 11×19,4×0,75 мм (60 дБ); ● тип соединителей: N или III. 1,5 (до 18 ГГц); ● диапазон рабочих температур окружаю- ● диапазон рабочих температур окружаю- щей среды: – 60…+85 °С; Доступны также СВЧ-поглотители ● минимальная наработка: 40000 ч (P ≤ Pном, (аттенюаторы) ПР1-25-150: щей среды: –60…+125 °С; t ≤ 70 °С); ● входная мощность в непрерывном режи- ● срок сохраняемости: 25 лет. ме: 150 Вт; [email protected] ● входная мощность в импульсном режи- www.erkon-nn.ru +7 (831) 202-25-52 ме: до 3000 Вт; ● ряд значений номинального ослабления: 3; 6; 10; 20; 30 дБ; ● температурный коэффициент ослабле- ния: 0,0006 дБ/дБ/°С НОВЫЕ ВЧ КОММУТАЦИОННЫЕ Максимальный КСВН в полосе частот Вносимое ослабление в полосе частот МАТРИЦЫ АО «ТЕСТПРИБОР» Диапазон рабочих частот, Норма параметра, не Диапазон рабочих частот, Норма параметра, не Специалисты АО «ТЕСТПРИБОР» осу- ГГц более, дБ ГГц более, дБ ществляют разработку и производство ВЧ коммутационных матриц. Данные матри- От 0 до 3 1,40 От 0 до 3 3,3 цы предназначены для автоматического или ручного переключения сигнала между От 3 до 8 1,65 входным портом и 111/216 выходными пор- тами, расположенными на задней панели. От 8 до 12 1,80 От 3 до 8 5,0 От 12 до 18 2,00 От 8 до 12 6,0 Технические характеристики: От 12 до 18 7,5 ● диапазон рабочих частот – от 0 до 18 ГГц; ● количество входов – 1; ● дистанционный, управление ВЧ коммута- ● количество выходов – до 111/216 (по тре- ционной матрицей осуществляется через веб-страницу сервера матрицы; бованию заказчика количество портов может быть скорректировано). ● удалённый слепой, управление ВЧ комму- Режимы работы: тационной матрицей осуществляется без ● ручной, управление ВЧ коммутационной использования графического интерфейса. матрицей происходит с клавиатуры на пе- www.test-expert.ru редней панели; [email protected] +7 (495) 657-87-37 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

РЫНОК На правах рекламы COREAVI ОБЕСПЕЧИТ енным графическим процессором Intel Iris искусственного интеллекта стандарта Xe следующими продуктами: OpenVX. ПОДДЕРЖКУ ПРИМЕНЕНИЯ Ранее CoreAVI обеспечила поддержку ● дизайн-IP одноплатного компьютера на следующих графических процессоров и ПРОЦЕССОРОВ INTEL базе СнК Tiger Lake UP3 в стандартном cистем-на-кристалле: CORE 11-ГО ПОКОЛЕНИЯ формате VPX 3U с сертификационным ● графического IP-ядра ARM Mali- пакетом по DO-254 DAL A; G78AE; В СЕРТИФИЦИРУЕМЫХ ● дискретных графических процессоров ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМАХ ● сертифицируемые загрузчик и BIOS для AMD E9171, E8860 и E4690; Tiger Lake UP3; ● СнК NXP i.MX8 c графическим ядром Компания Core Avionics and Industrial Vivante GC7000, NXP S32V234 с гра- (CoreAVI), производитель сертифициру- ● драйвер графического/вычислительного фическим ядром Vivante GC3000 и емых драйверов и библиотек для графи- интерфейса стандарта Vulkan SC (Safety NXP i.MX6. ческих процессоров, объявила о выпуске Critical); Все продукты CoreAVI разработаны пол- аппаратных и программных компонентов, ностью «с нуля», не содержат программ- которые позволят применять процессоры ● графическая библиотека стандарта ных компонентов с открытым исходным Intel Core 11th Gen в критически важных OpenGL SC 1.0/2.0; кодом и компонентов сторонних фирм. для безопасности системах, сертифици- Библиотеки OpenGL SC и OpenVX реа- руемых по стандартам функциональной ● библиотека математических функций лизованы как надстройки поверх драй- безопасности DO-178C/DO-254 (авиони- для систем компьютерного зрения и вера Vulkan SC. ка) до уровня критичности DAL A, ISO Дистрибьютор CoreAVI в России – компа- 26262 (автоэлектроника) до уровня кри- ния АВД Системы, поставщик средств разра- тичности ASIL D и IEC 61508 (промышлен- ботки программного обеспечения критически ный IoT) до уровня критичности SIL 3. Для важных для безопасности сертифицируемых этого Intel предоставит CoreAVI доступ к встраиваемых компьютерных систем. детальной технической документации на процессоры «Intel Airworthiness Evidence www.avdsys.ru/gpu Package» и «Functional Safety Essential [email protected] Design Package». +7 (916) 194-42-71 Компания CoreAVI обеспечит поддерж- ку системы-на-кристалле Intel Core i7 (ко- довое название Tiger Lake UP3) со встро- Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ НОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ГК410-ТС изготовлены как в выводном корпусе, так и и долговременную стабильность частоты до И ГК411-ТС АО «МОРИОН» в SMD-исполнении. SMD-исполнение, кроме ±2×10–8/год. ГК410-ТС характеризуется низ- возможности автоматического монтажа, по- кими фазовыми шумами. ГК411-ТС имеет по- АО «МОРИОН» (Санкт-Петербург) – ве- зволяет освободить ПП от сквозных отверстий ниженную g-чувствительность 1×10–9 и пред- дущее предприятие России и один из ми- и тем самым освободить вторую сторону ПП. назначен для работы в условиях вибрации. ровых лидеров в области разработки и се- рийного производства пьезоэлектронных Генератор ГК410-ТС имеет высокую тем- Генераторы имеют одинаковые габариты приборов стабилизации и селекции частоты пературную стабильность частоты до ±5×10–9 20,3×20,3×12,2 мм. ГК410-ТС и ГК411-ТС – представляет новые малогабаритные тер- могут изготавливаться на частоты от 10 до мостатированные кварцевые генераторы 25 МГц. Напряжение питания 3,3, 5 или 12 В. ГК410-ТС и ГК411-ТС. Данные генераторы в первую очередь предназначены для серий- www.morion.com.ru ной аппаратуры, где стоимость является важ- [email protected] ным фактором. Оба генератора могут быть +7 (812) 350-75-72 СОБЫТИЯ ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ просам метрологического обеспечения ис- шем уровне и в очередной раз подтвердила ЮБИЛЕЙНОЙ НАУЧНО- пытаний в области ЭМС. статус важной площадки для обмена опы- том между специалистами, работающими ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Большое внимание в выступлениях доклад- в области ЭМС, что подтверждает необхо- чиков было уделено практическим сторонам димость ежегодного проведения подобных «ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ решения вопросов ЭМС на конкретных приме- мероприятий. СОВМЕСТИМОСТЬ 2021» рах, с которыми лаборатории сталкиваются при проведении испытаний, рассматривались Участники отметили высокий уровень ор- 27–28 мая 2021 года в Москве прошла технические аспекты реализации испытаний. ганизации мероприятия, насыщенную, акту- юбилейная X Всероссийская научно-техни- альную и интересную программу конферен- ческая конференция «ЭМС-2021». В демонстрационной зоне конференции ции, а также важность практических знаний, участники смогли познакомиться с новин- затронутых докладчиками. Организатором мероприятия традиционно ками оборудования для проведения испы- выступила компания «ТЕСТПРИБОР» при таний на ЭМС, представленными предпри- Проведение следующей Всероссийской поддержке АО «КРЭТ», АО «Российская ятиями-изготовителями. научно-технической конференции «ЭМС» электроника», НИЯУ МИФИ, ГО НПЦ НАН планируется в мае 2022 года. Беларуси по материаловедению, при уча- Юбилейная Всероссийская научно-тех- стии ФГУП ВНИИФТРИ. ническая конференция «Электромагнит- www.test-expert.ru ная совместимость» прошла на высочай- [email protected] В конференции приняли участие более 120 представителей ведущих предприятий авиа- ционной, аэрокосмической и радиоэлектрон- ной отраслей промышленности: испытатель- ных центров, предприятий-разработчиков РЭА, изготовителей испытательного и изме- рительного оборудования, научно-исследова- тельских институтов и конструкторских бюро. За 2 дня работы конференции участни- ками заслушано 28 докладов по самым ак- туальным вопросам проведения испытаний на ЭМС, защиты РЭА от электромагнитно- го излучения, применении экранирующих материалов, разработки испытательного и измерительного оборудования, а также во- НОВОСТИ МИРА ПРОБЛЕМЫ С ПОСТАВКАМИ го пока не случилось. Видимо, Samsung про- Partner, владеющая Zotac, Manli и Inno3D, ГРАФИЧЕСКИХ ЧИПОВ NVIDIA сто не может дать нужное количество чипов. предпочитает направлять чипы на произ- В итоге даже крупные компании вынужде- водственные мощности Zotac. Два дру- ПРОДОЛЖАЮТСЯ ны конкурировать за каждую партию. Так- гих вендора вынуждены довольствоваться Несмотря на недавние новости о снижении же стоит учитывать временны′е затраты на остатками и ГП старых поколений. Сход- транспортировку комплектующих, которые ная ситуация наблюдается у Palit, Galax цен на видеокарты в Германии, немецкий ре- составляют 1-2 недели. и Gainward. Впрочем, неудивительно, что сурс Igor’sLAB бьёт тревогу. Дефицит NVIDIA материнские компании пытаются повы- GeForce RTX 30ХХ может усилиться из-за про- Интересно, что проблемы с распре- сить рентабельность, сосредотачивая ре- блем с поставками компонентов от Samsung делением возникли и внутри компаний. сурсы в одном месте. и привести к новому повышению цен. Зачастую предпочтение отдается одно- му дочернему суббренду. Например, PC club.dns-shop.ru NVIDIA обещала нарастить поставки гра- фических процессоров в июле. Однако это- 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Звёздный час Neutral Host Ричард Хоулихан ([email protected]) трального поставщика услуг хостинга (см. рис. 1). В настоящей статье обсуждается формирующийся рынок Neutral Host, рассматриваются новые тенденции в виртуализированной архитектуре Нейтральный хост-провайдер раз- RAN и описывается, как опыт и линейка продуктов Benetel могут вёртывает, поддерживает и эксплуати- способствовать успеху формирующегося рынка сети Neutral Host. рует единую общую сеть в местах с пло- хим покрытием, предоставляя на основе Традиционная вертикально инте- кой 5G, включая IoT. В то же время открытого доступа услуги нескольким грированная модель беспроводной перспективные разработки в области операторам, которые затем могут пре- сети делает многие области недоста- распределённой инфраструктуры и доставить полный спектр услуг конеч- точно обслуживаемыми с точки зре- открытие сети радиодоступа (RAN – ным пользователям. Сеть Neutral Host ния покрытия. Особенно это касается Radio Access Network) существен- (NHN) также может быть использована сельской местности и больших город- но снижают общую стоимость владе- для решения проблемы плохого покры- ских общественных зон, таких как тор- ния (TCO), укрепляют бизнес-модель тия подземных железнодорожных сетей говые центры. Экономика развёрты- Neutral Host и создают новые возмож- и транспортных узлов, городской сре- вания сети в сочетании с трудностями ности для участников. ды (для приложений умного города) и обслуживания жилищной инфраструк- сельских районов. туры, принадлежащей нескольким опе- В настоящее время успех внедрения раторам, как правило, ограничивает 5G зависит от открытых RAN. Neutral Хотя основной движущей силой развитие беспроводных точек досту- Host играет жизненно важную роль в NHN является решение проблемы па во внешних общественных про- будущей мобильной экосистеме, так плохого покрытия, существует так- странствах. как может эффективно использовать же сильная мотивация для владель- инфраструктуру и снизить стоимость цев объектов недвижимости действо- Недавно появилась новая модель, доступа к сети. вать в качестве провайдеров Neutral названная Neutral Host. Она позволя- Host с целью контроля развёртыва- ет устранить некоторые из пробелов Обладая обширным опытом проек- ния беспроводной инфраструктуры в покрытии, создавая мультиопера- тирования и развёртывания базовых и получения прибыли. Однако поми- торные решения для доступа на боль- станций, дублинская компания Benetel мо того, что Neutral Host зарабатывает ших стадионах, в торговых центрах и хорошо понимает динамику разви- деньги для своих владельцев, сеть соз- пр. Для управления сетевым решением тия мобильных решений для доступа даёт реальную ценность в мобильной на основе открытого доступа несколь- в Интернет. Линейка готовых базовых и экосистеме и в других областях. Конеч- ких операторов Neutral Host использует радиочастотных модулей Benetel спе- ный пользователь выигрывает от сни- различные варианты сетевых техноло- циально предназначена для удовлет- жения стоимости покрытия, а также от гий, включая распределённые антен- ворения потребностей в построении повышения качества обслуживания за ные системы (DAS) и небольшие ячей- Neutral Host. В этой статье обсужда- счёт увеличения точек доступа, повы- ки C-RAN. ется формирующийся рынок Neutral шения скорости и пропускной способ- Host, рассматриваются новые тенден- ности сети. По мере развёртывания 5G спрос на ции в виртуализированной архитек- внутреннее покрытие растёт, что обу- туре RAN и описывается, как опыт и Владелец здания также извлека- словлено более высокими скоростями линейка продуктов Benetel могут спо- ет выгоду из внедрения NHN, избегая мобильного трафика, а также различ- собствовать успеху формирующегося наличия нескольких установок разных ными типами приложений с поддерж- рынка Neutral Host. провайдеров в помещении. Нейтраль- ная хост-инфраструктура всё чаще при- DAS- Первоначальной целью появления знаётся в качестве важнейшего инстру- провайдеры мультиоператорной сети (MNO) Neutral мента экономически эффективного Host было обеспечение максимально- расширения охвата мобильной широ- Владельцы го покрытия для смартфонов. Основ- кополосной связи. По мере развёртыва- объектов ное внимание было сосредоточено ния 5G нейтральные хост-провайдеры на создании решений для обществен- будут играть всё более важную роль в Small Neutral MNO 1 ных зон. Однако с развитием высоко- уплотнении городских сетей. Host MNO 2 скоростных сетей профиль использо- Cell- вания мобильных сетей стал меняться. Wireless Infrastructure Group (WIG) провайдеры Появление Интернета вещей и умных является главным примером современ- городов стимулирует спрос на покры- ного нейтрального хост-провайдера, MNO 4 MNO 3 тие в непубличных районах, которые успешно развернувшего высококласс- также часто труднодоступны. Необхо- ные решения (см. рис. 2) в таких местах, Рис. 1. Neutral host димость преодоления ограничений как футбольный стадион Энфилд, покрытия в оживлённых местах, таких центр intu Trafford и городской центр как стадионы, конференц-залы и торго- в Абердине. вые центры, привела к появлению ней- Недавнее приобретение сетей Arqiva расширило портфель WIG, вклю- 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ чив в него Canary Wharf, аэропорт MNO WIG Лутон, Excel Centre, торговые цен- Магистральные Совместно используемое тры Bluewater, Arndale, Meadowhall, сети оборудование Leadenhall Building, MediaCity и отель Savoy. Поскольку 5G ведёт к уплотне- MNO WIG WIG нию сети в городских районах, а так- Шкафы общее удалённые же к увеличению спроса на покрытие с оборудованием оборудование модули внутри зданий, появится множество для управления новых нейтральных хост-провайдеров сетями WIG на самых разных рынках: гостинич- разделяемая сеть ные операторы, владельцы рекламных вывесок, стоянки такси и многие дру- (оптика) гие. Общим фактором, связывающим этих игроков, будет владение актива- WIG ми, пригодными для развёртывания общие сетей радиодоступа. Конкуренция антенны на этом уровне будет стимулировать рост сетей доступа, необходимых для Рис. 2. Распределённое решение от WIG 5G. По мере роста потребности в ней- тральных хост-сетях развитие сете- Снижение TCO и более гибкая архи- кими поставщиками, имеет важное вых технологий будет способство- тектура RAN также будут стимулиро- значение разработка соответствую- вать росту рынка нейтральных хостов. вать рост рынка Neutral Host. Это, в щих стандартов, и, следовательно, это Поскольку распределение и открытие свою очередь, ослабит давление на опе- является фундаментальным фактором RAN приводит к снижению затрат и раторов, которые смогут эффективно открытости. повышению гибкости, снижается и арендовать инфраструктуру локаль- уровень инвестиций, необходимых ной сети у нейтральных хостов, снижая Долгое время сопротивлявшаяся для создания собственной нейтраль- требования к капитальным и операци- отходу от проприетарных сетей теле- ной хост-сети. онным затратам. Динамичный рынок коммуникационная индустрия поняла, Neutral Host с несколькими операто- что экономия на масштабе, необходи- Экономическая ценность рами, предлагающими многочастот- мая для поддержки инфраструктуры 5G, Neutral Host ные решения, может быть полезен для может быть достигнута только путём развития отрасли, но чтобы добиться следования модели веб-сервисов и В традиционной вертикально инте- успеха, сети Neutral Host должны соот- открытия RAN. Таким образом, гонка грированной беспроводной сети до ветствовать ряду требований, включая: за развёртыванием сетей 5G и монети- 70% общей стоимости владения (TCO – ● поддержку нескольких операторов в зацией связанных с ними новых услуг Total Cost of Ownership) сетью прихо- и вариантов использования приве- дится на RAN. Таким образом, требуе- одной точке радиодоступа; ла к изменению отношения к вопро- мые уровни плотности сети в рамках ● возможность каждого оператора са- су основных игроков отрасли. Многие 5G создают значительные сложности игроки присоединились к отраслевым для провайдеров, которые должны про- мостоятельно управлять пропуск- консорциумам для содействия разви- должать инвестировать в 4G/LTE, одно- ной способностью и SLA (соглаше- тию открытых сетей и определения временно развёртывая 5G, очень часто ние об уровне предоставления услуг стандартов. на фоне падения доходов. – Service Level Agreement) конечных абонентов; Лидером среди этих консорциу- Чтобы финансовые ограничения не ● возможность каждого оператора осу- мов является альянс O-RAN [1], члена- поставили успех 5G под угрозу, отрасль ществлять сетевое управление; ми которого являются AT&T, Ericsson, признала необходимость коренного ● оптимальное использование доступ- Samsung, Qualcomm, Orange и Nokia. изменения экономики и архитектуры ных магистральных сетей, включая Альянс был основан операторами для RAN. Альянс O-RAN и форум Small Cell совместно используемые внутрен- определения требований и помощи созданы крупными игроками отрасли ние ИТ-сети; в построении экосистемы цепочки для того, чтобы стимулировать распре- ● плавную миграцию с 4G на 5G (и на поставок для реализации целей рас- деление и открытие RAN с целью дости- следующие поколения сетей). пределённого открытого RAN. Small Cell жения экономии на масштабных сете- Таким образом, Neutral Host отвечает Forum [2] включает в себя такие орга- вых проектах. Достижение целевых за развёртывание оптимальной архи- низации, как AT&T, BT и NTT DoCoMo, экономических показателей требует тектуры RAN, основанной не только на и был основан для того, чтобы сти- создания архитектуры, основанной на требованиях операторов, но и на кон- мулировать всемирное уплотнение открытых интерфейсах, которая позво- кретных характеристиках здания или сетей путём работы с заинтересован- лит разрабатывать проекты на основе обслуживаемой среды. ными сторонами, такими как регу- готового оборудования от нескольких ляторы и предприятия. Главная цель поставщиков наряду с модульным легко Открытые сети – открытые Small Cell Forum – ускорение развёр- масштабируемым программным обе- стандарты тывания сетей небольшого масшта- спечением, удовлетворяющим расту- ба. OpenAirInterface Software Alliance щие требования к ёмкости, надёжно- Как и в случае любой новой техно- (OSA) [3] является некоммерческим сти и доступности. логии для обеспечения совместимости консорциумом, способствующим соз- оборудования, производимого несколь- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 9

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ BBU Пул сти между базовыми станциями и RRH, BBU различные отраслевые органы, такие BBU как 3GPP и IEEE, внесли вклад в опре- Рис. 4. Конфигурация C-RAN деление интерфейса транзитной сети BBU (Fronthaul) следующего поколения троллере. В то же время точки радио- (NGFI), который включает специфи- Рис. 3. Традиционная сотовая ячейка доступа распределены по всему зданию кации для таких разделений функци- или области, где требуется покрытие. ональности. 3GPP стандартизировала данию сообщества промышленных, а Помимо снижения финансовых и опе- восемь функциональных вариантов также исследовательских участников рационных затрат, централизованная разделения (включая подварианты – для разработки программного обеспе- обработка обеспечивает распределение 13), определяющих различные степе- чения с открытым исходным кодом и нагрузки и нейтрализацию взаимного ни централизации (см. рис. 5). По мере аппаратного обеспечения для базовых влияния точек, что повышает произ- того как в RRH будет размещаться боль- сетей (EPC), сетей доступа и пользова- водительность сети. Упрощённая кон- ше функциональных возможностей (от тельского оборудования (EUTRAN) в фигурация RRH также облегчает уста- варианта 7 до варианта 1), требования сотовых сетях 3GPP. Среди участни- новку в зданиях, на элементах уличной к пропускной способности, задержке и ков – Orange, Qualcomm, Fujitsu и Nokia. инфраструктуры или в других местах джиттеру сети Fronthaul будут ослабле- Проект Telecom Infra (TIP) [4] объединя- с ограниченным пространством. Реше- ны. Однако достигнуто это будет ценой ет операторов, поставщиков, разработ- ния на базе C-RAN идеально подхо- потери некоторых централизованных чиков, интеграторов и стартапов. Цель дят для развёртывания Neutral Host, возможностей, таких как распределе- проекта – стимулирование разработ- поскольку они поддерживают требо- ние нагрузки и управление взаимны- ки открытых компонентов следующе- вания к функциональному предостав- ми помехами узлов. го поколения. Подход TIP основан на лению услуг, как описано ранее, а также разделении аппаратных и программ- приносят экономические выгоды бла- Очевидно, что универсального реше- ных компонентов сетевой архитектуры годаря открытости решения. ния не существует, поскольку различ- с целью создания простых, эффектив- ные варианты будут подходить лучше ных и гибких технологий. 3GPP – орга- В первоначальных развёртываниях для разных приложений, а оператора- низация, которой поручено разрабо- C-RAN почти вся функциональность ми и поставщиками, вероятно, будет тать спецификации для 5G, включила была сосредоточена в базовых стан- поддерживаться только подмножество в документ (ссылка 38.801) формаль- циях, оставляя для RRH только радио- решений. Чтобы обеспечить масштаби- ные спецификации расщепления функ- частотную функциональность. Эта кон- руемость и открытость RAN, отраслевые циональности. фигурация обеспечивает максимальную альянсы пытаются добиться консенсу- координацию между базовыми станци- са относительно того, какие варианты Распределённые RAN как ями и предъявляет значительные тре- будут развёрнуты. Например, 3GPP под- основа бизнес-модели Neutral бования к пропускной способности, а готовила рекомендацию, основанную Host также к задержкам в транзитной сети, на варианте 2 для высокоцентрализо- связывающей различные точки RRH с ванных приложений, таких как фикси- В связи с уплотнением сетей, обуслов- базовыми станциями (контроллерами). рованный беспроводной доступ (FWA), ливающим необходимость значитель- Не обрабатывающиеся в RRH отправ- где координация сотовой связи не нуж- ного роста числа точек радиодоступа, ляемые и принимаемые данные долж- на, а требования к задержке и пропуск- централизованные архитектуры RAN ны передаваться между двумя блоками. ной способности относительно невы- (C-RAN) стали эффективным средством Синхронизация ограничений по вре- соки. В то же время она работает над минимизации инфраструктуры сотовой мени требует низких уровней задерж- двумя разделениями функционально- сети, снижения капитальных и операци- ки. Требование может быть смягчено сти нижнего уровня (вариантами 6 и онных затрат за счёт совместного финан- путём перемещения некоторой функ- 7), которые имеют три подварианта – сирования затрат на резервное питание, циональности из базовой станции в 7.1, 7.2 и 7.3 – для более централизован- а также на охлаждение и отопление. RRH, что ослабит требования к задерж- ных приложений. кам в транзитной сети и обеспечит ком- Традиционный беспроводной сото- промисс с точки зрения межсистемной Наряду с функциональными разделе- вый узел (см. рис. 3) содержал как координации базовых станций. ниями различные отраслевые органы радиочастотный (RF), так и функци- также пытаются добиться единообразия ональный блоки базовой станции Признавая, что существует несколько и открытости в отношении Fronthaul, (BBU), осуществляющие всю обработ- вариантов разделения функционально- обеспечивающей физическую связь ку сигнала. В архитектуре C-RAN (см. между различными распределёнными рис. 4) основная часть обработки сиг- элементами. Первоначальная центра- нала происходит в разделяемом кон- лизованная конфигурация C-RAN для связи между базовой станцией и RRH использовала протокол CPRI. Одна- ко требования к пропускной способ- ности CPRI высоки и не подлежат мас- штабированию, необходимому для поддержки технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output), развёртываемой в сетях 5G. Протокол также имеет стро- 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ гие допуски по задержкам и джиттеру, Сетевой RRC IP накладывающие ограничения на транс- уровень портные среды, которые могут быть использованы в C-RAN. Теперь цель DU CU Протокол 1 состоит в том, чтобы стандартизировать PDCP преемника CPRI: это будет eCPRI или ряд 2 альтернатив на основе Ethernet, каждая Канальный Протокол 3 из которых будет лучше поддерживать уровень RLC 4 мультивендорную функциональность. 5 Протокол 6 Benetel в экосистеме RAN MAC 7-3, 7-2, 7-1 Дублинская компания Benetel, осно- Высший ванная в 2001 году для предоставления уровень 8 проектных услуг телекоммуникацион- ным организациям, очень быстро уви- Физический Низший дела потенциал роста в развитии малых сотовых сетей, поскольку каждое новое уровень уровень поколение мобильной связи требова- ло всё большей плотности покрытия. Радио- Решение сосредоточиться на этом раз- интерфейс вивающемся сегменте рынка обеспечи- ло компании путь к наращиванию спе- Рис. 5. Опции расщепления функциональности циальных компетенций, необходимых для того, чтобы стать настоящим лиде- Рис. 6. Отладочная система 5G NR NSA ром в области сетей радиодоступа. от Benetel Благодаря партнёрским отношени- руемая система значительно сокращает ям с другими ключевыми игроками в продолжительность цикла и затраты на цепочке мобильных поставок и член- проектирование. ству в ведущих консорциумах откры- тых интерфейсов (включая O-RAN, Заключение OpenAirInterface и TIP) Benetel явля- ется ключевым игроком в экосистеме Роль Neutral Host общепризнана кри- Fronthaul, вносящим свой вклад в мно- тическим фактором, способствующим гочисленные проекты, связанные с вир- уплотнению сети и параллельно с этим туализацией транзитных сетей. развивающим сетевую виртуализацию, что ведёт к снижению TCO. По мере того Этот опыт в сочетании с глубоки- как операторы признают то, что откры- ми знаниями в области проектирова- тие сети жизненно важно для достиже- ния RAN стал основой для разработки ния эффекта масштаба на облачном инновационного семейства дистанци- уровне, возникнет здоровая многовен- онных радиоблоков, а такие продук- дорная экосистема с технологиями для ты, как BNTL-RAN100-3-1L, позволяют ускорения виртуализации RAN. поставщикам связи, включая Neutral Host, сократить TCO и ускорить выход Литература на рынок. 1. Сайт альянса O-RAN. URL: https://www.o- BNTL-RAN100-3-1L RRU поддер- ran.org. живает спецификацию интерфей- са ORAN 1.0, а также 7.2 (реализации 2. Официальный сайт Small Cell Forum. URL: разделения функциональности). Блок https://www.smallcellforum.org. ориентирован на проектную лабора- торную работу и позволяет инженер- 3. Сайт консорциума OpenAirInterface ным командам проводить эксперимен- Software Alliance. URL: https://www. ты с сетевой инфраструктурой на базе openairinterface.org. ORAN, особенно в отношении обеспе- чения лучшего внутреннего покрытия 4. Сайт проект Telecom Infra. URL: https:// сотовой связи. Модульная архитектура telecominfraproject.com. BNTL-RAN100-3-1L позволяет инжене- рам подбирать различные радиомо- дули из портфеля Benetel для опти- мизации системы под конкретные критерии частоты и мощности переда- чи (см. рис. 6). Благодаря такому уров- ню модульности эта высоко масштаби- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 11

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Развитие технологий и оборудования для микро- 3D-печати Юрий Петропавловский (г. Таганрог) тальные исследования в фрактальной гео- метрии – науке, изучающей фрактальные В статье рассмотрены особенности различных технологий (дроблёные) объекты, такие, например, 3D-печати и оборудования для аддитивного производства изделий как кора дерева, облако, береговая линия микромасштабных размеров. Приведены технические характеристики моря и т. п. Для реализации фрактальных 3D-принтеров различных производителей, предназначенные для объектов возникла необходимость соз- изготовления деталей для микроэлектроники, медицинских и научных дать соответствующее устройство, кото- приборов и других приложений. рое и было сконструировано француз- скими инженерами. Соответствующая Изготовление различных трёхмер- быстрого прототипирования появи- технология 3D-печати получила назва- ных объектов аддитивным методом лась ещё раньше. В 1980 году доктор ние «стереолитография» (SLA), патент с помощью 3D-принтеров в настоя- Хидео Кодама (Hideo Kodama, фото на на неё был получен в 1986 году, однако щее время получило широкое распро- рис. 1) из научно-исследовательского ни CNRS, в котором работал Жан-Клод странение в самых различных отраслях института города Нагоя (префектура Андре, ни Alcatel не обеспечили продви- промышленности, в конструкторских Айти, Япония) подал патентную заяв- жение проекта в практическом плане, а бюро, университетах и даже в быту. ку на устройство для быстрого прото- идея трёх французов осталась «на бумаге». 3D-принтеры выпускают десятки про- типирования. Многие эксперты считают изводителей по всему миру, немало Х. Кодаму первым человеком, подавшим Куда более успешная «история» вне- таких компаний работает и в России. заявку на патент, в котором описывается дрения стереолитографии в реальное Сами 3D-принтеры являются весьма система отверждения смолы лазерным производство принадлежит американ- сложными приборами, управляемыми лучом. Х. Кодама также опубликовал две цу Чаку Халлу (фото на рис. 2). Чак Халл электронными схемами в автоматиче- статьи, в которых подробно описал тех- (Charles W. Hull, р. 1939 г.) получил сте- ских режимах, практически не требу- нологию послойной 3D-печати моделей пень бакалавра инженерной физики в ющих ручного управления в процессе из пластика, ставшую предшественни- Университете Колорадо в 1961 году. изготовления (печати) деталей. цей современной технологии SLA, кото- Идея стереолитографии пришла в голо- рую используют многие производите- ву Ч. Халла в 1983 году, когда он работал Существует мнение, что 3D-принтеры ли 3D-принтеров в настоящее время. в компании, которая с помощью ультра- появились сравнительно недавно, одна- К сожалению, Х. Кодама не зарегистри- фиолетовых ламп производила проч- ко это далеко не так, на самом деле ровал в установленные сроки патент на ное покрытие для столешниц и мебели. аддитивное производство с использо- свою технологию 3D-печати и потерял В 1984 году Ч. Халл подал заявку на соб- ванием 3D-печати начало развивать- право на приоритет своего изобретения. ственный патент на стереолитографию. ся ещё в 80-е годы, а сама концепция В патенте США № 4575330 от 11 марта В середине 80-х годов созданием тех- 1986 года, полученном Ч. Халлом, фигу- нологии 3D-печати занималась группа рировало название «Аппарат для полу- французских инженеров – Жан-Клод чения трёхмерных объектов с помощью Андре из Французского национального стереолитографии». В патенте стерео- центра научных исследований (CNRS), литография была определена как метод Ален Де Мехоте и Оливье де Витт из ком- для изготовления твёрдых объектов пании Alcatel. Инженер-электрохимик путём последовательной «печати» тон- Андре Ле Мехоте проводил фундамен- ких слоёв материала, отверждаемого Рис. 1. Доктор Хидео Комада Рис. 2. Чарльз В. Халл (Чак Халл) Рис. 3. Рисунки из патента Чака Халла СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 12

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 5. Карл Декард и Джо Биман Рис. 4. Первый 3D-принтер компании 3D-System ультрафиолетом, один поверх другого. Рис. 6. Скотт Крамп в гараже Рис. 7. Эскиз первого FDM 3D-принтера В патенте процесс описывается следу- Stratasys ющим образом: сфокусированный луч своём гараже в 1988 году с личной исто- ультрафиолетового света концентриру- рии. Он всего лишь хотел сделать игру- FDM 3D-принтеров Stratasys, являющуе- ется на поверхности ёмкости, заполнен- шечную лягушку для своей 2-летней гося в настоящее время одним из веду- ной жидким фотополимером. Луч света, дочери, для чего требовалось создать щих производителей 3D-принтеров. перемещаясь под управлением компью- аппарат для прототипирования. Экспе- тера, формирует твёрдый слой объекта рименты шли долго, но оказались доста- 1990-е годы стали периодом расцве- (на рис. 3 приведены некоторые иллю- точно успешными, стало ясно, что изо- та основных разработчиков и произво- страции из патента Ч. Халла). бретение имеет хорошие перспективы, дителей 3D-принтеров, инструментов и речь уже шла не только об игрушках. САПР и новых технологий 3D-печати, Коммерческое прототипирование Жена Крампа – Лиза Крамп постави- например, Solidscape и Z Corporation. Ч. Халл начал в 1986 году на основан- ла перед мужем вопрос ребром: нужно Разработкой новых технологий ной им в г. Валенсии (штат Калифор- или коммерциализировать установ- 3D-печати занимались серьёзные науч- ния) компании 3D-System. Первый ку, или бросить это занятие. В резуль- ные организации, например, в 1993 году 3D-принтер на основе стереолитогра- тате в 1989 году Крамп с женой подали Эммануэль Сакс из Массачусетского фии SLA компании 3D-System был пред- патентную заявку на свою технологию, ставлен в 1987 году (см. рис. 4). названную FDM, по которой работают до 50% современных 3D-принтеров Изобретателем технологии лазерно- мира (патент был выдан в 1992 году). го спекания (SLS) стал американец Карл На рис. 6 Скотт Крамп (Scott Crump) в Декард (Carl R. Dekard). Идея новой тех- своём гараже. В 1989 году Скотт и Лиза нологии 3D-печати возникла у Карла Крамп стали соучредителями компании Декарда, когда он учился на факультете Stratasys, зарегистрированной в шта- машиностроения в Техасском универ- те Делавэр. Новая компания довольно ситете в Остине (UT-Austin), в котором быстро привлекла внимание покупа- он нашёл поддержку своей идеи в лице телей своей продукции, её клиентами профессора Джо Бимана. На рис. 5 Карл стали такие крупные корпорации, как Декард (слева) и Джо Биман (Joe Beaman) General Motors, 3M и Pratt & Whitney, с одним из первых изделий, выполнен- на рис. 7 показан эскиз одного из первых ных по технологии SLS. Патентную заяв- ку Карл Декард подал в 1987 году, в том же году он стал соучредителем компании Desk Top Manufacturing (DTM), а патент на технологию SLS был выдан в 1989 г. DTM специализировалась на системах быстрого прототипирования и произ- водства для промышленности и кон- структорских бюро, в 2001 году она была приобретена компанией 3D-System. Работы по созданию нового 3D-принтера инженер-механик из шта- та Коннектикут Скотт Крамп начал в СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 13

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 8. 3D-принтер BenchTop Рис. 9. Первый протез, напечатанный Рис. 10. Цветной 3D-принтер Spectrum Z510 на 3D-принтере Рис. 11. Сооснователь BMF Николас Фанг T66BT, T612BT), для работы которых не в минуту, максимальный размер сбор- (Nicolas Fang) требовался внешний компьютер. Управ- ки 254 × 356 × 203 мм. ляющее программное обеспечение мог- технологического института разрабо- ло работать на процессоре самого прин- В 2009 году истёк срок действия тал технологию 3D-печати с использо- тера, а интерфейсное программное патента на технологию FDM, и это ванием струйных печатающих головок. обеспечение ModelWorks могло быть открыло путь широкой волне иннова- Коммерциализацию этой техноло- установлено на ПК клиентов. На рис. 8 ций в 3D-принтерах FDM, падению цен гии осуществили компании Solingen показана одна из моделей 3D-принтеров на другие настольные 3D-принтеры и Technologies, Extrude Home Corporation серии BenchTop. В 2007 году компа- существенному росту их популярности и Z Corporation. В 1995 году общество ния представила серию 3D-принтеров у потребителей. В 2009 году также соз- Фраунгофера разработало технологию BencgMark (модели T76, R66) на плат- даётся первый онлайн-сервис Sculpteo селективной лазерной печати. форме Windows с монитором с сенсор- по предоставлению услуг 3D-печати. ным экраном. В 2009 году запущены В 1993 году Ройден Сандерс (Royden C. серии принтеров preXacto (модели D76+, 2010-е годы стали периодом заметного Sanders) основал в штате Нью-Гемпшир D66), предназначенных для применения роста популярности 3D-печати и числа компанию Sanders Prototype, Inc. в стоматологии и работающих на осно- компаний, производящих 3D-принтеры, (с 2000 года Solidscape, Inc.). Компания раз- ве запатентованной технологии сглажи- особенно по технологии FDM и FFF, рабатывает и производит 3D-принтеры вания при печати SCP (Smooth Curvature а также ростам числа малых и сред- на базе ПК по струйной технологии для Printing) с материалами DentaCast. них компаний, нуждающихся в услу- быстрого прототипирования и созда- В 2010 году в серии BenchMark были гах по прототипированию. Сам термин ния мастер-форм, используемых для выпущены модели T76+, R66+ с под- «3D-печать» стал популярным и среди литья по выплавляемым моделям. Пер- держкой технологии SCP. В 2011 году широкой общественности, и среди поли- вым продуктом компании был настоль- Solidscape была приобретена упомя- тиков. Аддитивное производство начали ный 3D-принтер Model Maker на базе ОС нутой выше компанией Stratasys, на применять в таких отраслях, как автомо- DOS, способный создавать трёхмерные тот момент являющейся одним из билестроение и авиационная промыш- восковые объекты с высоким разрешени- крупнейших в мире производителей ленность. Технологии 3D-печати про- ем, что позволяло изготавливать сложные 3D-принтеров. Однако 3D-принтеры должают совершенствоваться и сегодня, модели очень малых размеров. Принте- Solidscape продолжают выпускаться, например, компания Carbon разработала ры Solidscape довольно быстро приобре- функционирует и сайт компании. технологию цифрового светового син- ли популярность у ювелиров, так как они теза DLS (Digital Light Synthesis), реали- могли заменить длительный и трудоём- В двухтысячных годах 3D-печать зованную на основе запатентованного кий процесс ручного изготовления вос- попала в фокус внимания СМИ, не в технологического процесса Carbo CLIPTM ковых моделей (восковок) для последую- последнюю очередь благодаря появ- (Continuous Liqui Interface Production). щего литья ювелирных изделий. лению медицинских приложений За счёт быстрой фотополимеризации 3D-печати. Для примера на рис. 9 пока- слоёв УФ-отверждаемых смол «картин- В 2004 году компания представила зан первый протез конечности, напеча- кой» 3D-принтеры Carbon обеспечивают серию 3D-принтеров BenchTop (модели танный на 3D-принтере. Возможность высокую производительность, что даёт печатать цветные объекты появилась возможность не только прототипирова- после выпуска в 2005 году компанией ния, но и достаточно массового произ- Z Corporation цветного 3D-принтера водства изделий. высокой чёткости Spectrum Z510 (его внешний вид показан на рис. 10). Z510 В 2014 году Бенджамин С. Кук и представляет собой систему струйной Манос М. Тенцерис продемонстриро- цветной 3D-печати с 24-разрядной дис- вали первую многоматериальную вер- кретизацией, обеспечивающей печать тикально-интегрированную платфор- объектов с разрешением 600 × 540 dpi му VIPRE, с помощью которой можно (точек на дюйм) со скоростью 2–3 слоя изготавливать ВЧ-узлы печатной элек- троники, работающей на частотах до 40 ГГц. Созданная многоматериальная 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Механические метаматериалы Микрозеркало ПЗС Приборы из биоматериалов Прецизионные структуры с цифровым видеокамера управлением Расщепитель УФ светодиод луча Плёнка Проекционный объектив Создаваемая деталь Рама для плёнки Скребок Основание МЭМС Смола платформы Платформа для Верхняя площадка Крепление печати для плёнки Горизонтальные Верхний X-основание лучи затвор Y-основание Наклонные лучи Основание затворов Нижняя площадка Рис. 12. Технология PμSL и примеры её применения 3D-печать получила собственное назва- технологи «чернильного» письма DIW емая в промышленных 3D-принтерах ние – 4D-печать. (Direct Ink Writing), впервые применён- компаний 3D System и Uniontech. Про- ной в США в 1996 году для 3D-печати цесс печати происходит следующим В последние годы широкое распро- керамических деталей. образом: в ёмкость с жидким фотополи- странение получили и технологии мером погружается сетчатая платфор- микро- 3D-печати. Потребность в при- В технологии селективного лазерного ма, на которой будет формироваться менении технологии микро- 3D-печати плавления SLM (Selective Laser Melting) деталь (глубина погружения платфор- возникает в случаях необходимости используется метод лазерного плавле- мы порядка 0,05–0,13 мм, что составля- срочного изготовления деталей мало- ния металлического порошка. Физико- ет толщину одного слоя печати). Затем го размера с высокой точностью, когда механические свойства изделий, выпол- лазер точечно воздействует на участки традиционные методы, например литьё ненных по технологии SLM, зачастую полимера, соответствующие стенкам под давлением, не позволяют получить оказываются лучше, чем у аналогов, детали, что вызывает их затвердевание. нужные результаты в заданные сроки. изготовленных по традиционным тех- В следующем цикле платформа погру- Кроме того, традиционные методы нологиям, что позволяет применять SLM жается ещё на один слой печати и так изготовления миниатюрных изделий в аэрокосмической, приборостроитель- далее, пока деталь не будет сформирова- требуют значительных финансовых ной, энергетической и других ответ- на полностью в ёмкости с фотополиме- затрат на создание оснастки. ственных отраслях промышленности. ром. Существуют и другие технологии 3D-печати, например, DLP (Digital Light Использование аддитивных техноло- Упомянутая выше технология селек- Processing) – цифровое проецирование гий существенно упрощает, ускоряет и тивного лазерного спекания SLS (Selective света с использованием микрозеркал, удешевляет процессы создания высо- Laser Sintering) основана на послойном процесс печати аналогичен методу SLA. коточных миниатюрных деталей. Уни- спекании порошковых материалов кальная технология микро- 3D-печати (полиамиды, пластик) под воздействи- Технология микро- 3D-печати, исполь- была разработана в США компанией ем лазерного луча. SLS отличается боль- зуемая компанией BMF, базируется на Boston Micro Fabrication (BMF), осно- шим объёмом камер 3D-принтеров, что проекционной микростереолитографии ванной в 2006 году профессором Мас- позволяет печатать объекты больших (PμSL), обеспечивающей высокое разре- сачусетского технологического инсти- размеров. SLS-принтеры также отлича- шение печати (до 0,6 мкм) и фотополи- тута (MIT) Николасом Фангом (фото на ются большой скоростью печати, так меризацию наносимых слоёв специаль- рис. 11) и доктором Сяонин Хэ. как в процессе не предполагается пол- ных смол. Благодаря своей способности ное расплавление частиц материала. создавать сложные 3D-архитектуры тех- Следует отметить, что существу- нология PμSL применяется при изготов- ет множество методов и технологий В струйных технологиях 3D-печати лении оптических и электронных ком- 3D-печати, среди которых наиболее используется нанесение капель нано/ понентов, деталей для медицинских и распространённой является упомянутое микромасштабных маловязких «чер- научных приборов и других изделий выше моделирование методом наплав- нил» на лоток для печати. Струйные малых размеров сложной формы. По ления (FDM), что объясняется достаточ- головки 3D-принтеров сочетают в себе сравнению с традиционными метода- но низкой стоимостью и простотой и источники ультрафиолетового све- ми производства, микро- 3D-печать спо- метода. В FDM нагретое сопло пла- та. Во время печати головка выбороч- собна создавать сложные 3D-геометрии вит или размягчает термопластичную но наносит капли «чернил» на лоток для с высоким разрешением. нить и экструдирует её на лоток постро- печати, формируя двумерные узоры ения слой за слоем, реализуя трёхмер- детали, которые немедленно затверде- Основные особенности техноло- ную структуру изготавливаемой дета- вают под воздействием УФ-излучения. гии 3D-печати PμSL и примеры про- ли. Принцип экструзии «чернил» через дуктов, изготовленные с её помощью, формирующее отверстие в печатающей К одной из струйных технологий приведены на рис. 12. Как показано головке 3D-принтера используется и в относится и упомянутая выше лазер- ная стереолитография SLA, использу- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 15

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 13. Изделия, изготовленные на оборудовании BMF В электронных компонентах, напеча- танных с использованием технологии Рис. 14. Внешний вид 3D-принтера BMF PμSL, используются фотополимерные смолы с надёжными термическими и на рисунке, PμSL-принтер (на рис. 12 уменьшающую линзу, проецирующую механическими свойствами. Это важно, слева) создаёт 3D-микроструктуру 2D-изображения уменьшенных разме- например, при создании продуктов для послойно. В процессе печати модуль ров на поверхность фотополимерной 5G-технологии, где компоненты под- компьютерного вспомогательного смолы. УФ-излучение запускает про- вергаются воздействию высоких тем- оборудования (САР) сначала разделя- цесс локальной фотополимеризации ператур, нуждаются в надёжных соеди- ет модель на последовательность дву- на поверхности смолы с образовани- нениях и обеспечивают эффективную мерных цифровых шаблонов, а затем ем слоя печатной структуры. В следу- сборку. Во время сборки печатной пла- эти 2D-рисунки передаются на схему ющем цикле происходит погружение ты, например, путём пайки оплавле- управления микрозеркалами DMD, платформы с деталью ещё на один слой нием, компоненты поверхностного которая модулирует уровень излуче- и так далее до полной готовности дета- монтажа подвергаются воздействию ния УФ-лазера. УФ-лучи определён- ли (как в технологии SLA). С помощью высоких температур. Выводы в гнёздах ной формы, соответствующей задан- PμSL-принтеров удаётся изготовить для микросхем должны обеспечивать ному 2D-рисунку, проходят через очень сложные 3D-микроструктуры. надёжные соединения без применения пайки. Это условие также реализуется при применении технологии PμSL. Компания BMF позиционируется как производитель высокоточных микро- 3D-принтеров для приложений, требу- ющих уникального сочетания высокого разрешения, точности и прецизионности. Используя аддитивные методы производ- ства на основе полимеров и композитов, оборудование BMF может изготавливать высокоточные промышленные детали с разрешением печати 2 мкм и допусками ± 10 мкм. Внешний вид некоторых дета- лей, изготовленных на одном из принте- ров BMF, показан на рис. 13. В каталоге BMF 2021 года представле- но шесть моделей микро- 3D-принтеров под торговой маркой microArchTM(моде- ли P130, P140, P150, S130, S140, S240), внешний вид этих приборов показан на рис. 14. Их основные технические харак- теристики приведены в таблице. Пред- ставленные модели отличаются оптиче- ским разрешением печати (2/10/25 мкм), максимальными строительными разме- рами деталей (Build Size), толщиной нано- симых слоёв, а также габаритами и весом. Основные характеристики 3D-принтеров под торговой маркой microArchTM Источник излучения P130 S130 P140 S140 S240 P150 УФ СИД (405 мм) УФ СИД (405 мм) УФ СИД (405 мм) УФ СИД (405 мм) УФ СИД (405 мм) УФ СИД (405 мм) Материал печати Фоточувствительная Фоточувствительная Фоточувствительная Фоточувствительная Фоточувствительная Фоточувствительная смола смола смола смола смола смола Оптическое разрешение 2 мкм 2 мкм 10 мкм 10 мкм 10 мкм 25 мкм Строительные размеры 3,84 × 2,16 × 10 мм 50 × 50 × 10 мм 19,2 × 10,8 × 45 мм 94 × 52 × 45 мм 100 × 100 × 75 мм 48 × 27 × 50 мм Толщина слоёв Финальная поверхность 5...20 мкм 10...40 мкм 10...40 мкм 10...40 мкм 10...40 мкм 10...50 мкм Формат входных данных 0,4...2,5 мкм 0,4...2,5 мкм 0,4...2,5 мкм 0,4...2,5 мкм 0,4...2,5 мкм 0,4...2,5 мкм Источник питания Габариты STL STL STL STL STL STL Вес 2000 Вт 2000 Вт 2000 Вт 2000 Вт 2000 Вт 2000 Вт 172 × 75 × 182 см 172 × 75 × 182 см 65 × 65 × 75 см 65 × 65 × 75 см 65 × 70 × 79 см 53 × 54 × 70 см 390 кг 390 кг 130 кг 85 кг 85 кг 65 кг 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Мембрана Резервуар со смолой Рис. 15. Роликовая система 3D-принтера S240 Рис. 17. Образцы продуктов, изготовленных с помощью 3D-принтеров BMF Рис. 16. Внутренняя камера 3D-принтера S240 Микро- 3D-принтеры BMF могут быть Рис. 18. 3D-принтер компании Photonic Professional использованы для изготовления дета- лей медицинских и научно-исследова- ● материал печати – светочувствитель- ние компании используется не только тельских приборов, электронных ком- ные смолы, керамика; для создания прототипов в научных понентов, деталей микрофлюидной исследованиях, но и для промышлен- техники, МЭМС и в других приложе- ● формат файла входных данных – STL ного производства в медицине, микро- ниях, требующих деталей миниатюр- (Stereolithography), широко исполь- электронике, микрофлюидике, микро- ных размеров сложной формы. зуется для хранения трёхмерных мо- электромеханике (МЭМС). Образцы делей объектов в аддитивных техно- некоторых изделий, напечатанных на Одна из последних моделей линей- логиях; принтерах BMF, показаны на рис. 17. ки microArch S240, позволяет осущест- влять быструю фотополимеризацию ● оптическое разрешение – 10 мкм; Одним из европейских лидеров в слоя жидкого полимера с использо- ● область печати: области микро- 3D-печати является ванием вспышек ультрафиолетово- компания Nanoscribe GmbH (Герма- го излучения с микромасштабны- − режим 1 – 19,2 × 10,8 × 75 мм, ния), основанная в 2007 году как дочер- ми размерами. BMF microArch S240 − режимы 2 и 3 – 100 × 100 × 75 мм; нее предприятие Технологического представляет собой высокоточный ● толщина слоя – 10...40 мкм; института Карлсруэ (KIT). Компания 3D-принтер для трёхмерной печати ● степень шероховатости поверхности– разрабатывает и производит компакт- на микроуровне, созданный для мел- 1,5-2,5 мкм Ra (боковая сторона); ные и удобные в использовании систе- косерийного производства микроде- ● допустимое отклонение – ±25 мкм; мы лазерной литографии для изготов- талей. Усовершенствованная ролико- ● источник питания – 2 кВт; ления нано- и микроструктур. вая система (см. рис. 15) распределяет ● габариты принтера – 650х700х790 слой за секунды, в результате чего ско- мм, вес 130 кг; В последние годы компания рость печати увеличивается в 10 раз в ● сертификация – CE. производит системы лазерной сравнении с другими моделями. S240 3D-принтеры BMF гарантируют 3D-литографии Photonic Professional отличается самым большим объёмом зеркальное качество поверхностей, GT (см. рис. 18), устанавливающие рабочей камеры (см. рис. 16) в сравне- высокое качество острых кромок и новые стандарты в области микро- нии с предыдущими моделями, а так- выступающих каналов. Оборудова- же совместимостью с промешенными материалами, композитами, керамикой и полимерами вязкостью до 20 000 cP. Основные технические характеристи- ки принтера S240: ● технология печати – PμSL; ● источник света – УФ-светодиод, дли- на волны 405 нм; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 17

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 21. Микролинзовый объектив CMOS- камеры Рис. 19. Примеры изделий, изготовленных с помощью систем Photonic Professional GT С помощью микро- 3D-печати мож- но быстро и эффективно изготавли- вать активные микрофлюидные ком- поненты, обеспечивающие управление микропотоками жидкостей с помо- щью микронасосов и микроклапанов. На рис. 20 приведены образцы изделий для микрофлюидики, изготовленные при помощи рассматриваемой систе- мы 3D-печати. Исследователи Штутгартского универ- ситета использовали систему Photonic Professional GT для печати линз микро- объективов с разными фокусными рас- стояниями на кристалле КМОП (CMOS) матрицы датчика высокого разрешения (см. рис. 21). В такой матрице все изо- бражения считываются одновремен- но и преобразуются в изображение со значительно увеличенным разре- шением в центре. Датчики, выполнен- ные подобным методом, обеспечивают очень широкие углы обзора, что ранее достигалось только при использовании нескольких видеокамер. Датчики изо- бражения с такими характеристиками могут найти применение в автомобилях, смартфонах и медицинских приборах. Рис. 20. Микроминиатюрные капиллярные системы, изготовленные методом 3D-печати Заключение 3D-печати и литографии без маски. ● биомиметики (наноматериалы, ими- Уже сегодня 3D-принтеры позволяют Система позволяет изготавливать тирующие свойства естественных создавать изделия, которые иным спо- объекты с размерами элементов от биоматериалов); собом изготовить либо крайне сложно, сотен нанометров до нескольких либо вообще невозможно. За счёт своей микрон с возможностью достижения ● микроробототехника; гибкости по мере совершенствования оптического качества поверхностей ● быстрое прототипирование; технологий 3D-печать станет универ- деталей. Основные области приме- ● дизайнерская механика; сальным повсеместно применяемым нения системы: ● микрофлюидика; методом промышленного производ- ● микрооптика, дифракционная оптика; ● мелкосерийное производство; ства деталей и компонентов различ- ● оптика межфланцевого уровня; ● устройства для микроманипуляций. ных размеров со сложной геометрией ● этикетки с оптической защитой; и уникальными свойствами. ● датчики, включая МЭМС; Некоторые нано- и микрострук- ● фотонные кристаллы и метаматериалы; туры, изготовленные с помощью Литература ● естественные науки; систем Photonic Professional GT при- ● биомедицинские устройства; ведены на рис. 19. Приведём приме- 1. URL: https://bmf3d.com/. ры применения системы в некото- 2. URL: https://www.nanoscribe.com/en/ рых областях. products. 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021



СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Новый стандарт для проектов «Умный дом» – Connected Home over IP. Часть 3 Виктор Алексеев ([email protected]) Для работы стандартов 802.11 в раз- ных странах используются различ- Концепция «Умного дома» была впервые сформулирована в документе ные частотные диапазоны. Стандарты Building Management System (BMS). До настоящего времени основной 802.11b, 802.11g и 802.11n-2.4 занимают проблемой этого направления было отсутствие единого международного интервал 2,4–2,5 ГГц частотного диапа- стандарта. Учитывая это, крупнейшие мировые концерны Amazon, зона ISM. Стандарты 802.11a и 802.11n Apple, Google и Zigbee Alliance в декабре 2019 года создали рабочую используют регулируемый диапазон группу, названную Project Connected Home over IP (CHIP). Основная частот 4,915–5,825 ГГц. Новый стандарт цель этой рабочей группы заключается в разработке и продвижении 802.11ay будет работать на частотах единого стандарта протоколов беспроводной связи с открытым кодом, 60 ГГц. В стандарте 802.11af использу- предназначенных для оборудования, используемого в проектах Smart ются свободные телевизионные каналы Home. В 2020 году к проекту CHIP присоединились IKEA, Legrand, NXP на частотах 54–790 МГц. Сети 802.11ah Semiconductors, Resideo, Samsung SmartThings, Schneider Electric, Signify работают на частоте 900 МГц. (ранее Philips Lighting), Silicon Labs, Somfy и Wulian. В данной статье рассмотрены основные базовые принципы, заложенные в основу Стандарты группы 802.11 отличают- проекта CHIP. ся друг от друга частотным диапазоном, технологиями модуляции, используе- Сетевые IP-технологии ● Bluetooth Low Energy (BLE), версии мыми протоколами и скоростями пере- в проекте CHIP 4.1, 4.2, 5.0. дачи данных. В проекте Connected Home over IP Wi-Fi, версии 802.11a/b/g/n/ac/ax Как и все стандарты семейства IEEE 802, (CHIP) предполагается использовать Wi-Fi (Wireless Fidelity) – торговая Wi-Fi 802.11 работает на нижних двух технологии и протоколы существу- уровнях модели ISO/OSI: физическом ющих платформ, которые в настоя- марка Wi-Fi Alliance оборудования, уровне и канальном уровне. Поэтому щее время конкурируют друг с другом предназначенного для беспроводных сетевые протоколы, например TCP/IP, (см. рис. 8). Сюда входят такие техно- сетей на базе стандарта IEEE 802.11. которые работают в сети Ethernet (стан- логии, как: Amazon Alexa Smart Home, Альянс объединяет свыше 350 произ- дарт IEEE 802.3), будут успешно функци- Google Weave, Apple HomeKit и Dotdot водителей со всего мира. онировать и в сетях Wi-Fi 802.11. Таким Zigbee Alliance. Многие крупные игро- образом, шлюз для выхода в Интер- ки в области технологий «Умного дома» Технология Wi-Fi используется для нет, оснащённый несколькими входа- смогут объединить усилия вместо того, организации высокоскоростных бес- ми, может работать как с беспроводной чтобы тратить огромные средства на проводных локальных сетей, работа- сетью Wi-Fi, так и кабельными сетями конкурентную войну. ющих в международном нелицензи- Ethernet 802.3. Основные параметры раз- руемом диапазоне частот (ISM) 2,4 ГГц личных вариантов спецификаций Wi-Fi В проекте будут поддерживаться и 5 ГГц. приведены в таблице 4 [47–49]. несколько сетевых IP-технологий. При этом устройства и оборудование cмогут Технология Wi-Fi достаточно подроб- Стандарты группы 802.11 отличают- работать с какой-нибудь одной техноло- но и детально описана в многочислен- ся друг от друга частотным диапазоном, гией, не обязательно со всеми прописан- ных публикациях и статьях. Cемейство технологиями модуляции и используе- ными в проекте. В первой спецификации Wi-Fi содержит около 40 утверждённых мыми протоколами. Частоты и относи- проекта CHIP будут регламентированы и разрабатываемых стандартов [45, 46]. тельная дальность действия стандартов следующие технологии: группы 802.11 показаны на рисунке 9. ● Wi-Fi, версии 802.11a/b/g/n/ac/ax Стандарты IEEE 802.11a, b, g, n, p отно- сят, соответственно, к 1–5 поколениям. Каждый из стандартов группы 802.11 (Wi-Fi-6); Группу стандартов 802.11ac/ad/ah/aj/ разрабатывался для определённых целей. ● Thread с поддержкой IEEE 802.15.4- ax/ay/az, которая представляет собой Стандарты 802.11а, ac, ad, b/g/n, ax можно расширения IEEE 802.11a, относят к отнести к проекту «Умного дома». Стан- 2006 на частоте 2,4 ГГц; 6-му поколению. дарты 802.11af и 802.11ah предназначе- ны для сетей WLAN городского масштаба. Приложение Основные стандарты совместимы Консорциум CHIP «сверху вниз». Например, 802.11ax имеет обратную совместимость с ранее выпущен- IP ными стандартами Wi-Fi - 802.11a/g/n/ac, поскольку точка доступа Wi-Fi 6 использу- Приложение Bluetooth LE Сотовые данные Wi-Fi Ethernet ... ет специальный формат PPDU для взаимо- действия с клиентами каждого из перечис- Рис. 8. Проект CHIP объединит конкурирующие технологии [45] ленных стандартов [51]. 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 4. Параметры основных действующих стандартов Wi-Fi Спецификация Рабочая Ширина, Скорость передачи данных, Мбит/с MIMO Модуляция Радиус действия Радиус действия вне 802.11.a частота, ГГц полосы МГц Нет в здании, м здания, м 802.11.b 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Нет 120 802.11.g 5 20 Нет OFDM 35 5000 802.11.n 3,7 [A] 22 1, 2, 5,5, 11 Нет НУ 140 20 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 140 802.11.ac 2,4 20 400 нс GI: 7,2, 14,4, 21,7, 28,9, 43,3, 57,8, 65, 72,2 [B] 4×4 DSSS 35 250 2,4 800 нс GI: 6,5, 13, 19,5, 26, 39, 52, 58,5, 65 [C] 40 400 нс GI: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150 [B] 8×8, MU OFDM 38 250 2,4/5 800 нс GI: 13,5, 27, 40,5, 54, 81, 108, 121,5, 135 [C] MIMO 20 400 нс GI: 7,2, 14,4, 21,7, 28,9, 43,3, 57,8, 65, 72,2, 86,7, 96,3 [B] 70 НУ 5 800 нс GI: 6,5, 13, 19,5, 26, 39, 52, 58,5, 65, 78, 86,7 [C] 40 400 нс GI: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150, 180, 200 [B] 70 НУ 800 нс GI: 13,5, 27, 40,5, 54, 81, 108, 121,5, 135, 162, 180 [C] 80 400 нс GI: 32,5, 65, 97,5, 130, 195, 260, 292,5, 325, 390, 433,3 [B] MIMO- 35 НУ 800 нс GI: 29,2, 58,5, 87,8, 117, 175,5, 234, 263,2, 292,5, 351, 390 [C] OFDM 35 160 400 нс GI: 65, 130, 195, 260, 390, 520, 585, 650, 780, 866,7 [B] НУ 800 нс GI: 58,5, 117, 175,5, 234, 351, 468, 702, 780 [C] 35 35 802.11.ad 60 2160 6,75 Гбит/с OFDM, 60 100 single carrier НУ 1000 Нет НУ 1000 НУ Low-power НУ single carrier 802.11 af 54 и 790 от 6 до 8 До 8 МГц (4 потока) 4×4 OFDM 802.11.ah МГц МГц 100 Кбит/с…40 Мбит/с 1,2 Гбит/с (5 ГГц, 1×1); 2,4 Гбит/с (2×2); 4,8 Гбит/с (4×4) DL MU- OFDM 0,9 MIMO MIMO 802.11.ax (Раз- 2,4/5 (6 ГГц от 1 до 6 ГГц MIMO OFDMA и MU- 2021) 6 Wi-Fi 6E) (OFDMA). MIMO Bluetooth Low Energy (BLE), версии 802.11 af 4.1, 4.2, 5.0 802.11 ah Технология Bluetooth, основанная 802.11 b/g/n на стандарте IEEE 802.15.1, использу- 802.11 a/ac ет диапазон частот 2400–2483,5 МГц. 802.11 ad Эта технология разработана консор- циумом Bluetooth Special Interest Group Планшет 60 ГГц ТВ (Bluetooth SIG). Консорциум SIG насчи- 5 ГГц тывает около 2000 действующих и ассо- циированных членов. 2,4 ГГц 900 ГГц Спецификации Bluetooth обеспе- 54 до 790 ГГц чивают в реальном времени передачу Рис. 9. Частоты и относительная дальность действия стандартов группы 802.11 [50] данных и речи. Эта технология широко используется в компьютерах, гаджетах, технология, открывающая новые пути кации Bluetooth 4.0 предусмотрено два планшетах, смартфонах для беспровод- развития Интернета вещей [52]. Благода- типа устройств: Single-mode и Dual-mode. ной связи с периферийными устрой- ря использованию специального алго- ствами. Классический Bluetooth занял ритма работы, при котором передатчик Базовые чипсеты Single-mode поддер- свою нишу в аудиоустройствах с бес- включается только на время передачи живают работу только в соответствии проводным подключением к ноутбукам данных, в BLE удалось достигнуть ультра- со спецификацией 4.0. Чипсеты Dual- и мобильным телефонам. Этой техноло- низкого энергопотребления. В специфи- mode могут работать с поддержкой как гии посвящены труды многочисленных Bluetooth 3.0, так и Bluetooth 4.0. конференций и объёмные монографии. Революционным событием в мире Bluetooth стало появление в 2010 году спецификации Bluetooth 4.0, разрабо- танной специально для использования в батарейных устройствах, которым требуется продолжительное автоном- ное функционирование без подзаряд- ки (Bluetooth Low Energy – BLE). По существу, BLE – это совершенно иная СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 21

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В стандарте Bluetooth 4.0, Single mode которая представляет собой усовер- ● Bluetooth LE Long Range – увеличение устройство «мастер» может одновремен- шенствованную версию специфика- радиуса действия в 4 раза; но поддерживать от четырёх до восьми ции 4.0. Основной маркетинговый соединений с «ведомыми» устройствами. слоган новой версии – Bluetooth for ● Bluetooth LE Advertising Extensions – Технология BLE использует 40 каналов с IoT (Bluetooth для Интернета вещей). 8-кратное увеличение ёмкости разносом 2 МГц в диапазоне от 2402 до рекламных каналов (Bluetooth 2480 МГц. Логические каналы 37, 38 и 39 В новой версии скорость возросла в advertising); являются рекламными каналами. Кана- 2,5 раза, до 2,5–7,5 Мбит/с. Размер пакета лы от 0 до 36 – это каналы данных. данных увеличился в 10 раз. Это увели- ● Bluetooth LE Channel Selection чение достигнуто за счёт того, что в про- Algorithm – модернизированный ал- Скачкообразная перестройка частоты токол PDU (Protocol Data Unit) канала горитм селекции каналов. не используется до тех пор, пока не будет данных в версии 4.2 внесены существен- Предыдущие спецификации Bluetooth установлено соединение между двумя ные изменения. Кроме того, в этой вер- устройствами. Поэтому ETSI не класси- сии улучшены меры контроля доступа, 4.х допускали использование только фицирует Bluetooth LE как систему со конфиденциальности и безопасности. одного PHY со скоростью передачи скачкообразной перестройкой частоты. 1 Мбит/с. В редакции 5.0 введены опци- Крайне важным для приложений онально два новых PHY, которые удваи- В режиме максимальной экономии IoT является то, что в спецификации вают скорость передачи данных. Также питание на ядро не подаётся. Ток потре- Bluetooth 4.2 был представлен новый добавлена опция «Уменьшение энерго- бления составляет всего 0,4 мкА. Модуль профиль Internet Protocol Support потребления» за счёт того, что тот же BLE, использующий стандартный Profile (IPSP), который реализует обмен объём данных передаётся за меньшее «таблеточный» аккумулятор CR2032, пакетами IPv6 между устройствами по время. Уменьшение уровня взаимных может работать в этом режиме без под- низкоэнергетическому транспорт- помех от других сетей достигается за зарядки несколько лет. Время перехода ному каналу (BLE Data Channels), в счёт меньшего времени нахождения в активный режим составляет 120 мкс и обход стандартных профилей GAP и передатчика в активном состоянии. осуществляется по сигналам RESET или GATT. Для управления потоком при внешнего прерывания. этом используется протокол L2CAP. Кодированный PHY позволяет в Использование протокола IPv6 over четыре раза увеличить радиус действия В спецификации Bluetooth 4.0, в зави- BLE позволило подключать к Интер- приёмников и передатчиков по сравне- симости от мощности передатчика, ско- нету многочисленные датчики и про- нию с предыдущими версиями Bluetooh рость составляет 1–3 Мбит/с при раз- стые батарейные устройства [54]. LE. Однако следует иметь в виду, что мере пакета данных 8–27 байт. В версиях Bluetooth 4.0/4.1/4.2 в сетях улучшение дальности, в свою очередь, BLE используются топологии «звезда» потребует и возрастания времени пере- На верхнем уровне стек приложений (Star) и P2P (piconet). дачи при сохранении той же скорости. BLE (4.0) содержит следующие базовые Поэтому, увеличивая радиус действия, профили: В топологии «звезда» после акти- придётся уменьшить объём передава- ● GAP (Generic Access Profile) – про- вации устройства FFD (Full Function емой информации или скорость пере- Device) может сформировать соб- дачи с теми же размерами пакетов. филь общего доступа; ственную сеть и стать координатором. В тестовых испытаниях были достиг- ● GATT (Generic Attribute Profile) – про- В документе RFC 7668 [55] подроб- нуты расстояния уверенной передачи но описана технология адаптации в пределах прямой видимости до 800 м. филь общих атрибутов; 6LoWPAN, позволяющая использовать ● L2CAP (Logical Link Control and протокол IPv6 поверх сетей Bluetooth Реальная скорость передачи дан- Low Energy в топологии «звезда». ных будет меньше теоретической за Adaptation Protocol) – протокол ло- счёт временны′ х задержек между паке- гического соединения и адаптации; В топологии P2P одно устройство тами (150 мкс), а также за счёт переда- ● ATT (Attribute Protocol) – протокол может обмениваться данными с любым чи служебной информации (ответы, атрибутов; другим устройством, которое находит- пакеты подтверждения и др.). Реальная ● SM (Security Manager) – менеджер без- ся в пределах зоны его радиодосягае- скорость передачи для 2M PHY будет опасности; мости. Одно из устройств объявляется составлять примерно 1,4 Мбит/с [57]. ● HCI (Host Controller Interface) – ин- координатором PAN, например, пер- Пакеты от периферийного устройства терфейс хост-контроллер, часть на вое, подключившееся к каналу связи. могут передаваться с использованием стороне хоста. Последующая структура сети строит- 1M PHY, а пакеты центрального устрой- В следующих редакциях BLE верхний ся согласно топологии P2P. Имеется ства – через 2M PHY. уровень приложений был значительно возможность введения определённых расширен [53]. В 2013 году появилась топологических ограничений [56]. При работе с двумя физическими следующая спецификация Bluetooth 4.1, уровнями второй PHY не может быть устранившая проблему взаимных помех Летом 2016 года была представлена использован для первичного распро- при работе в зоне действия Wi-Fi и LTE. спецификация Bluetooth 5.0. Изменения странения рекламной информации в В версии 4.1 предусмотрен фильтр диа- коснулись в основном режима с низким приложениях мобильного маркетин- пазона LTE. В том случае, когда передат- потреблением Bluetooth LE 5 и высоко- га (Bluetooth advertising). Расширен- чик LTE создаёт помехи для Bluetooth 4.1, скоростного режима. Из основных ново- ная рекламная рассылка начинается автоматически включается система поис- введений в спецификации Bluetooth 5 на первичном канале и продолжается ка канала, в котором помехи будут мень- для приложений BLE следует выделить: на вторичном. Это позволяет переда- ше. В результате трансивер Bluetooth 4.1 ● 2 × PHY for LE – 2 новых PHY (опци- вать 255 байт данных вместо 31. будет работать на другой частоте, где помех от LTE значительно меньше. онально) – удвоение скорости пере- Увеличение дальности достигается за В декабре 2014 SIG представила дачи данных; счёт использования механизма прямой новую спецификацию Bluetooth 4.2, коррекции ошибок (FEC). В стандарте 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ LE 5.0 при ошибке во время приёма дан- Рис. 10. Стандарт Bluetooth LE Mesh идеально подходит для многих решений «Умного дома» [61] ных устройство восстанавливает дан- ные, декодируя их вместо того, чтобы сети рассылаются сообщения, не содер- термином «широковещание» подразу- запрашивать повторную посылку. жащие рекомендации об оптимальных мевается система доставки пакетов, при маршрутах, которыми следует пользо- которой копия каждого пакета переда- Безопасность в BLE обеспечивается сло- ваться. В варианте Bluetooth Mesh при- ётся всем хостам, подключённым к сети. ем менеджера безопасности (SM), кото- меняется метод управляемого потока, В установленных соединениях вводится рый определяет следующие функции: подразумевающий передачу оптими- понятие «подключённого изохронного ● сопряжение – генерация секретных зированных сообщений всем узлам в потока» (Connected Isochronous Group – пределах видимости. CIS). Когда необходимо синхронизиро- ключей; вать потоки, например, направляемые на ● связывание – сохранение ключей на В новом стандарте Bluetooth Mesh левый и правый наушники, они конфигу- устройство может одновременно рируются как часть единой группы (CIG). каждой стороне; выполнять роли ведущего и ведомо- Это позволяет избавиться от потери связи ● аутентификация – проверка ключей; го устройства. Технология Bluetooth в одном из Bluetooth-наушников, так раз- ● шифрование данных – стандарт LE Mesh подходит для многих реше- дражающей многих пользователей. Про- ний IoT, которые требуют взаимодей- токол ISOC является крайне полезным в AES 128, симметричный алгоритм ствия между десятками, сотнями или таких приложениях, как потоковая пере- блочного шифрования; тысячами устройств. Кроме того, топо- дача аудиоданных по телевизору, напри- ● обеспечение целостности сообще- логия m:m позволяет увеличить даль- мер, на несколько разных наушников. ний – подпись данных при переда- ность связи и реализовать функцию че и проверка подписи при приёме. самовосстановления сети (см. рис. 10). Для связи без установления соеди- Новая спецификация Bluetooth 5.0 нения (широковещательные переда- совместима с предыдущими версия- В январе 2020 года альянс Bluetooth чи) ряд синхронизированных пото- ми 4.0 и 4.1, а в классическом варианте SIG представил последнюю версию ков может быть задействован для Bluetooth с версиями 2–3. Во всех ран- Bluetooth. Основные изменения, вне- передачи данных от одного источни- них версиях Bluetooth LE поддержива- сённые в версию Bluetooth 5.2 [62]: ка к определённой группе пользова- лись две топологии – «звезда» и P2P, что ● изохронные каналы (ISOC); телей. При этом каждый поток в стан- ограничивало области использования ● LE Power Control (LEPC); дарте получил название «изохронный технологии. Многие устройства сетей ● расширенный протокол атрибутов поток широковещательной передачи» «Умного дома» WLAN могли работать (Broadcast Isochronous Stream – BIS). только в меш-сетях. Поэтому рабочая (EATT). Группа BIS была названа – «изохронная группа IETF IPv6 разработала новую тех- Изохронные каналы (Isochronous группа широковещательной передачи» нологию, названную 6BLEMesh, которая Channels, ISOC) – наиболее интерес- (Broadcast Isochronous Group – BIG). регламентирует передачу пакетов IPv6 ная новая функция, которая позволяет по сетям BLE, использующим ячеистую использовать LE Audio в устройствах BLE Важный параметр, относящийся к топологию [58]. Позднее на базе этой Bluetooth 5.2. Напомним, что LE Audio – ISOC, – это ISO-Interval. Он определяет технологии был принят стандарт для это новый стандарт передачи звука интервал, с которым происходят собы- BLE меш-сетей. Новая спецификация через Bluetooth LE [63]. тия ISOC. Каждое событие разбито на Bluetooth LE Mesh обеспечивает надёж- В контексте BLE термин «изохрон- несколько подсобытий. Интервал ISO ную связь устройств в крупномасштаб- ные» означает поддержку передачи дан- составляет от 5 мс до 4 с. ных сетях с топологией «многие ко мно- ных, чувствительных ко времени. Для гим» (many-to-many, m:m). этого в стандарте введён изохронный После установления соединения в Bluetooth Mesh – это отдельный стан- физический канал (Isochronous Physical каждом подсобытии ведущее устрой- дарт со своей спецификацией [59]. Стан- Channel – ISOC), который может исполь- ство отправляет пакет ведомому, ведо- дарт Bluetooth Mesh поддерживает все зоваться на любом из уровней LE PHY: 1M, мое устройство отвечает пакетом. версии BLE (начиная с 4.0) и не требует 2M, Coded PHY. Протокол ISOC поддержи- Однако при обмене данными без уста- изменений в аппаратном обеспечении. вает связь как с установлением соедине- новления соединения только мастер Для работы с меш-сетями BLE нужно ния, так и без установления соединения будет отправлять пакет в каждом вспо- загрузить новое ПО со стеком Bluetooth (широковещательные рассылки). Под могательном событии. В этом случае LE Mesh. Детальные инструкции этой процедуры приведены на сайте [60]. Структурно Bluetooth Mesh являет- ся надстройкой BLE. Устройства в сети Bluetooth Mesh соединяются друг с дру- гом несколько иначе, чем классические устройства BLE. Для обмена сообщениями в этом стандарте используются advertising и сканирование. Кроме того, поддержи- вается подключённое состояние и GATT для специальных устройств, получивших название «прокси-устройства». Существует два подхода передачи сообщений по сети. В одном случае используется классическая маршрути- зация меш-сетей. В другом варианте по СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 23

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 11. Структура ячеистой сети Thread [66] Допустимый маршрутизатор ячеистых (mesh) меш-сетей с низким конечного устройства энергопотреблением, основанный на эти пакеты могут быть либо изохрон- стандарте 6LoWPAN. Этот стандарт ными данными, либо широковещатель- Маршрутизатор потоков позволяет доставлять пакеты данных ной управляющей информацией. по протоколу IPv6 поверх LPWAN сетей Лидер стандарта IEEE 802.15.4. Повторная передача данных поддержи- вается изохронными каналами, различны- Граничный маршрутизатор Нижние уровни Thread PHY, MAC пол- ми для связи с установлением соединения ностью соответствуют стандарту IEEE и без установления соединения. В случае Ссылка на поток 802.15.4. В первой редакции проекта широковещательных изохронных пото- Connected Home over IP (CHIP) пред- ков повторные передачи отправляются ций между клиентом BLE и сервером, что полагается использовать Thread на мастером без влияния ведомого, а в слу- заметно снижает задержку операций в частоте 2,4 ГГц с использованием сетей чае подключённых изохронных потоков некоторых приложениях. Например, рассмотренного ранее стандарта IEEE повторные передачи отправляются, ког- протокол EATT будет полезен в смарт- 802.15.4-2006. да ведомое устройство не подтвердило фоне, где несколько приложений могут пакет. Повторные передачи отправляются одновременно взаимодействовать с Верхние уровни технологии использу- по каналам, отличным от каналов исход- устройством Bluetooth Low Energy. ют собственный протокол Thread, разра- ного пакета, чтобы снизить риск потери ботанный на базе первоначального про- или повреждения пакета. Новые функции Bluetooth версии 5.2 токола NEST – Weave. Протокол уровня открывают множество дополнитель- сетевых приложений Weave, предна- В новой редакции Bluetooth 5.2 опре- ных возможностей для производите- значенный для управления устройства- делена новая функции управления лей аудиоустройств, в том числе раз- ми IoT, предлагает пользователю набор мощностью LE Power Control (LEPC). личного бытового оборудования для инструментов для создания собственных Благодаря этой опции принимающее «Умного дома». беспроводных сетей, объединяющих в устройство может запросить изменение основном бытовые приборы и обору- уровня мощности передачи, использу- Thread - технология для «Умного дование. Эта технология поддержива- емой партнёром. дома» ет протокол IPv6 и работу с такими бес- проводными сетями, как Wi-Fi, Thread и Передатчик также может добро- Технология Thread была разработана Bluetooth LE. В настоящее время широ- вольно изменять мощность передачи непосредственно на базе стандарта IEEE кое распространение получила платфор- и передавать информацию приёмни- 802.15.4 специально для использования в ма уровня сетевых приложений с откры- ку. Использование LEPC и поддержание приложениях «Умный дом» [64]. Сетевая тым исходным кодом OpenWeave [65]. RSSI в оптимальном диапазоне позволя- технология Thread базируется на стан- Эта платформа обеспечивает безопас- ет улучшить контроль качества сигнала дарте 802.15.4 и предназначена для мало- ную и надёжную магистральную связь и снизить количество ошибок. мощных устройств нелицензированного для маломощных устройств Google Nest. диапазона частот 2,4 ГГц, работающих в Ещё одно нововведение Bluetooth ячеистых сетях с поддержкой IP. В современном виде стек протоко- 5.2 – расширенный протокол атрибу- лов Thread обслуживает уровни UDP, IP тов (Enhanced Attribute Protocol, EATT). История этой технологии ведёт Routing, 6LoWAN, которые позволяют Этот новый протокол EATT представля- отсчёт с начала 2014 года, когда кон- связываться различному сертифициро- ет собой обновлённую версию исходно- церн Google приобрёл американскую ванному оборудованию между собой в го протокола атрибутов (ATT), который фирму Nest Labs, специализирующую- автоматическом режиме. Кроме того, работает последовательно. Протокол ся на проектировании и производстве стек протоколов Thread отвечает также расширенных атрибутов поддержива- бытовых систем контроля климата (Nest и за безопасность связи в своих сетях. ет выполнение параллельных транзак- Thermostat). Перед фирмой была постав- лена задача создания нового протоко- Структура сети Thread, показанная ла беспроводной связи, получившего на рис. 11, включает в себя следующие название Thread. Компания Google нача- элементы: End Device Router Eligible, ла разработку собственной технологии, Thread Router, Leader, Border Router, предназначенной специально для при- Thread Link. ложений «Умного дома», ещё 6 лет назад. Многочисленные граничные роу- Фактически Thread представляет теры (Border Router) обеспечивают собой протокол для беспроводных связь с другими сетями, в том числе и Ethernet, Wi-Fi, Cellular. Единственное главное управляющее устройство сети Thread (Leader) регулирует работу всей сети, координирует параметры, прини- мает решения по маршрутизации. Внутрисетевые рабочие роутеры (Thread Router), количество которых может достигать 32 на одного лидера, формируют топологию ячеистой сети, обеспечивают текущий трафик меж- ду устройствами. В сети Thread могут быть задействованы более 250 конеч- 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ных устройств, которые представляют Ещё одним полезным свойством создания единого универсального про- собой различные сертифицированные сетей Thread является возможность токола уровня приложений (Application бытовые, медицинские, научные и дру- добавления новых устройств, отклю- layer), который обеспечивает взаимо- гие специальные устройства. чения ненужных в данный момент действие сети и пользователя. Детали- устройств и повторного их восстанов- зация этого протокола и его название Одним из ключевых моментов Thread ления в любое время без какого-либо будут определены в процессе разра- является функциональная совмести- ущерба для всей системы. ботки. мость устройств разных производи- телей (End Device), которые имеют Первоначально в разработке стан- В настоящее время можно сформу- соответствующий сертификат альян- дарта Thread приняли участие Samsung, лировать только базовые требования, са Thread Group [67]. Nest, ARM, Yale Security и Big Ass Fans, предъявляемые к протоколам верхнего которые образовали некоммерческий уровня проектов «Умный дом»: Поскольку технология Thread ориен- альянс Thread Group. Позже концерн ● единый, стандартизованный базо- тирована только на сетевой уровень, она Google купил фирму Nest и вошёл в отличается от других ячеистых сетей альянс в качестве ведущего участ- вый протокол, не требующий допол- тем, что поддерживает многоадресную ника. В настоящее время в эту груп- нительных настроек; (flooding) и одноадресную маршрутизи- пу также входят Texas Instruments, ● базовая технология, не зависящая от руемую (unicast routed) передачу дан- TDK, Samsung, ST, Silicon Labs, Siemens, платформы и экосистемы. ных. Это обеспечивает масштабируе- Renesas, Qualcomm, LG, IDT, Nordic мость сети и надёжность связи. С другой Semiconductors, NXP, Zigbee alliance, Литература стороны, недостатком такой структуры Open Connectivity Foundation, NFC является отсутствие единой координа- Forum, Linaro, KNX Association, EEBus, 1. URL: https://standards.ieee.org/findstds/ ции на самых верхних уровнях. Поэто- The Continental Automated Buildings му несмотря на то, что сертифицирован- Association (CABA) и другие [68]. standard/802.11ae-2012.html. ные конечные устройства сети Thread совместимы, они не смогут напря- Вероятнее всего, Thread сумеет очень 2. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11. мую взаимодействовать друг с другом. быстро выйти на рынок и занять лиди- Например, температурный датчик не рующее место, поскольку он использу- 3. URL: https://standards.ieee.org/findstds/ сможет напрямую уменьшить нагрев ет существующие устройства (802.15.4), системы климат-контроля и т.д. которые уже проданы в количестве сотен standard/802.11ae-2012.html. миллионов штук. Thread Group не ставит Одной из важных проблем LPWAN своей целью разработку новых чипов 4. URL: https//www.google.bg/search?q=What+i сетей является уязвимость единой точ- или аппаратной платформы, посколь- ки доступа с точки зрения возможных ку для продуктов, использующих IEEE t+is+IEEE+802.11az&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_ аварийных ситуаций. Например, в слу- 802.15.4, достаточно будет обновить чае возможной аварии домашней сети ПО и прошивку устройства, чтобы сде- rd=cr&ei=LQR5V_eSGojIsQHAsLXACw. на базе Wi-Fi всё подключённое к ней лать его совместимым с Thread. Сегодня оборудование «Умного дома» может Google использует Thread в Nest Detect и 5. URL: https//en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11. перестать взаимодействовать между Nest x Yale Lock [69]. При оценке перспек- собой и функционировать корректно. тив развития следует обратить внима- 6. URL: https//index-of.co.uk/Misc/Mcgraw- ние на то, что Google потратил миллиар- Используемый в случае Thread прото- ды долларов на этот проект, возможно, в Hill%20-%20Bluetooth%20Demystified.pdf. кол 6LoWPAN менее требователен, чем надежде, что в будущем протокол Thread другие стандарты. Для его реализации будет интегрирован в Android. 7. URL: https//www.hp.com/ctg/Manual/ необходимо самое простое стандарт- ное программное обеспечение, под- Заключение c00186949.pdf. держивающее маршрутизацию IPv6. При потере соединения с Интернетом Концепция проекта CHIP подразу- 8. URL: https//www.bluetooth.com/ конечные устройства смогут взаимо- мевает безопасность, надёжность, эко- действовать по схеме P2P. номичность и комфортность «Умного /?s=Bluetooth+Low+Energy. дома». В результате реализации про- В плане обеспечения безопасности екта должны быть разработаны стан- 9. URL: https//www.bluetooth.com/ Thread имеет встроенную защиту на дарты сетевых технологий, обеспе- сетевом уровне, которая идентифици- чивающие связь между устройствами specifications/specs/core-specification. рует устройства перед подключени- «Умного дома», мобильными прило- ем к сети с использованием специаль- жениями и облачными сервисами на 10. URL: https//tools.ietf.org/html/rfc7668. ных методов криптографии с открытым основе IP-протоколов. Кроме того, эти ключом банковского уровня как на MAC- стандарты должны содержать основные 11. URL: https//datatracker.ietf.org/doc/rfc7668/. уровне, так и на уровне приложений. требования, предъявляемые к процессу сертификации устройств, предназна- 12. URL: https//habr.com/ru/post/334478/. Благодаря ячеистой топологии ченных для «Умного дома». Thread может масштабировать сети на 13. URL: https//habr.com/ru/post/543578/. большие расстояния, поддерживая при Данный проект декларирует обяза- этом функции самовосстановления и тельство, принятое наиболее значи- 14. URL: https//tools.ietf.org/html/draft-ietf- самоуправления, которые обеспечива- мыми участниками всей экосистемы ют доставку пакетов данных по наибо- «Умного дома», сотрудничать с целью 6lo-blemesh-05. лее эффективному маршруту в любое заданное время. 15. URL: file:///C:/Users/Admin/Downloads/ MeshDeviceProperties_v2.pdf. 16. URL: https://www.bluetooth.com/mesh-faq/. 17. URL: https://ru.mouser.com/applications/ build-bluetooth-mesh-network/. 18. URL: https://www.bluetooth.com/wp-content/ uploads/2020/01/Bluetooth_5.2_Feature_ Overview.pdf. 19. URL: https://www.bluetooth.com/learn-about- bluetooth/recent-enhancements/le-audio/. 20. URL: https://www.threadgroup.org/what- Is-thread. 21. URL: https://openweave.io/. 22. URL: https://www.threadgroup. org/Portals/0/documents/support/ ThreadWebinarJun18final_2596_1.pdf. 23. URL: https://www.threadgroup.org. 24. URL: https://www.threadgroup.org/thread- group. 25. URL: https://store.google.com/us/?hl=en- US&regionRedirect=true. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 25

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Китайская радиационно-стойкая ЭКБ на российском рынке Павел Лысенко ([email protected]) к росту уровня шума, снижению под- вижности носителей заряда. Эффект Необходимость обеспечения обороноспособности и преобладает в фотоэлектрических конкурентоспособности России в космосе диктует потребности батареях, фотоэлементах, силовых отечественных предприятий военной и аэрокосмической транзисторах и в элементах на ос- промышленности в широкой номенклатуре высоконадёжных нове арсенида, нитрида галлия. микроэлектронных компонентов для изготовления современных Условность этой классификации изделий космической и оборонной техники. В случае с космической можно объяснить комбинированием техникой – обязательным требованием является способность сохранять эффектов. Например, длительное облу- работоспособное состояние при воздействии ионизирующего чение потоком тяжёлых ионов, вызы- излучения – повышенной радиационной стойкости. Не секрет, что вающих одиночные эффекты, увеличи- ввиду технологического отставания СССР, а в дальнейшем и РФ, в вает поглощённую дозу. области микроэлектроники аппаратура специального назначения всегда создавалась и продолжает создаваться с использованием изделий Космическое излучение электронной компонентной базы (ЭКБ) иностранного производства. В открытом космосе плотность пото- В связи с санкционной политикой 1) эффекты полной поглощённой до- ка частиц велика. Но даже в атмосфе- западных государств против России зы. Такие эффекты связаны с нако- ре, на высотах, соответствующих эше- оказалось весьма актуальным техниче- плением заряда в диэлектриках и лонам пассажирских авиамаршрутов, ское сотрудничество с КНР, предприя- на границе раздела диэлектрик-по- поток частиц (вторичных, от взаимо- тия которой освоили все виды микро- лупроводник; действия космических лучей с атмос- электронных изделий, в том числе и в ферой) весьма заметен. радиационно-стойком исполнении. 2) эффекты мощности дозы. Высокая Несмотря на развитие в последние годы мощность дозы характерна для ядер- Способы повышения микроэлектронной промышленности ного взрыва. Как следствие, защита радиационной стойкости РФ, выпускающей среди прочих и ради- от этого фактора наиболее актуаль- ационно-стойкие изделия, их номен- на для военной техники. При бы- Для повышения радиационной стой- клатура недостаточна для решения стром наборе поглощённой дозы кости интегральных схем используется всех современных инженерных задач, полупроводниковый материал «ио- целый ряд мер на всех этапах проекти- поэтому сотрудничество с китайскими низируется», т.е. накапливает несте- рования и изготовления изделий ЭКБ: производителями оказывается своевре- кающий объёмный электрический выбор схемотехнических решений, менным выходом из сложившейся ситу- заряд, который может вызывать ти- моделирование в САПР, выбор радиа- ации и позволяет реализовывать самые ристорный эффект; ционно-стойкой технологии изготов- масштабные проекты в космической, ления, защитное экранирование. Рас- военной и других областях, где требу- 3) эффекты попадания одиночных ча- смотрим некоторые из них. ются радиационно-стойкие и высоко- стиц. Отдельные высокоэнергетиче- надёжные компоненты. ские частицы оказывают заметное Кремний на диэлектрике воздействие на работу микроэлек- Технология «кремний на диэлек- Проблема радиационной тронных структур, которое может стойкости компонентов быть неразрушающим и разрушаю- трике» (англ. Silicon-on-insulator, SOI) щим. Кроме того, тяжёлые заряжен- заключается во внедрении в поверх- В длинном ряду разнообразных тре- ные частицы являются причиной ность подложки слоя кислорода, бований к электронным компонентам возникновения различных одиноч- который при нагревании формиру- специального назначения своё место ных радиационных эффектов: оди- ет сплошную прослойку из двуоки- занимает радиационная стойкость – ночные сбои (SEU), тиристорный си кремния толщиной около 200 нм. способность аппаратуры (и всех состав- эффект (SEL), переходная характе- Этот слой изолирует активные обла- ляющих её компонентов) сохранять ристика (SET) и др.; сти микросхемы от кремниевой под- работоспособность при воздействии ложки. Это позволяет значительно сни- ионизирующего излучения. Радиацион- 4) эффекты смещения — это радиаци- зить токи утечки, паразитные ёмкости, ное воздействие на микроэлектронные онные повреждения в кристалличе- сводит к нулю вероятность тиристор- структуры обусловлено вероятностью ской решетке, то есть её локальное ного эффекта. пролёта высокоэнергетических частиц нарушение. В космическом про- через эти структуры, что может приво- странстве причиной этого эффекта Резервирование с голосованием дить к разным эффектам в элементах может стать локальная ядерная реак- Этот метод основан на клонирова- схем. Радиационные эффекты можно ция в результате попадания прото- классифицировать на четыре группы: на или нейтрона; частицы с низкой нии элементов с введением устрой- энергией не создают такой эффект. ства голосования, которое сравни- Эффект смещения атомов приводит вает результаты работы нескольких устройств и выдаёт результат, явля- 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ющийся мажоритарным значени- Площадь 67 мм2 Площадь 120 мм2 ем. Отказ из-за одиночной ошиб- Рис. 1. Коммерческая версия Рис. 2. Радиационно-стойкая версия ки, таким образом, минимизирован. Излучение способно нарушить рабо- ту такого устройства только при одновременных сбоях в несколь- ких элементах, что маловероятно. Такой подход увеличивает количество используемых аппаратных ресурсов, что, в свою очередь, приводит к необ- ходимости увеличивать площадь кри- сталла и потребляемую мощность. Сравнение коммерческой (см. рис. 1) и радстойкой (см. рис. 2) версии эле- мента на примере процессора – пло- щадь кристалла почти вдвое больше у радстойкой версии, относительная пло- щадь областей памяти чипа также замет- но увеличена, что косвенно свидетель- ствует о многотранзисторной структуре ячеек со схемами резервирования. DICE В ячейках памяти часто применя- ют двойные DICE-защёлки (Dual Inter- locked Storage Cell). В них использована четырёхузловая структура избыточно- сти. Состояния сохраняются как 1010 или 0101. Два контура обратной связи гарантируют защиту от SEU при воз- действии только на один узел систе- мы (см. рис. 3). Задержки установления состояния Рис. 3. Регистр-защёлка на шести транзисторах (а) и его радиационно-стойкий DICE-аналог Триггеры иногда оснащают схемами, на 12 транзисторах (б) задерживающими их переключение на время рекомбинации сгенерированных электронно-дырочных пар. Недостаток этого метода следует из природы мето- да – пониженное быстродействие всей системы. Помехоустойчивое кодирование Рис. 4. Сравнение обычной и радстойкой схемы источника опорного напряжения Применение избыточных битов позво- щее голосование на основе сохранён- ния государства в 1949 году. Правитель- ляет обеспечить помехозащищённость, ных состояний. Если интервал сохра- ством была основана Академия наук в том числе и в условиях радиационных нения больше, чем время воздействия КНР, включавшая в себя сеть НИИ, а факторов. Метод оказывается неэффек- заряженной частицы на интегральную также сформулированы долгосроч- тивным при большой интенсивности схему, то такая организация хорошо ные программы научно-технического ошибок, в этом случае избыточность защищает от одиночных воздействий. развития, в которых электронике была кода не спасает. Корректирующие коды Однако этот метод подвержен сбоям на отведена значимая роль. Разрабатывать широко применяются в случаях, когда линии синхронизации, а также увели- компьютеры в Китае начали в начале невозможна безошибочная передача или чивает площадь схемы узла примерно 1950-х гг. с построения ламповой ЭВМ хранение информации. Для этого объём втрое (см. рис. 4). 1-го поколения уже в 1958 г. Полупро- записываемой информации записывает- водниковая ЭВМ 2-го поколения произ- ся избыточно большим, а дополнитель- Электроника в КНР водилась в Шанхае, Пекине, Тяньцзине ные биты используются при восстанов- в 1965 г. В 1973 г. Китай построил пер- лении информации в случае сбоя. Начало истории электроники в КНР вые ЭВМ с применением малых инте- было положено сразу после образова- Фильтрация по времени Другой подход — сохранение нескольких состояний линии данных с некоторым интервалом и последую- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 27

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ личных типов, модули и микросхемы питания, интерфейсные микросхемы, процессоры, ВЧ/СВЧ-компоненты и изделия, пассивные компоненты и соединители. Рассмотрим некоторые изделия из приведённого ряда. Рис. 5. Радстойкая ПЛИС В апреле 2021 стало известно о санк- Элементная база циях США против китайских суперком- Рис. 6. Память PROM пьютеров. Министерство торговли США ПЛИС внесло в санкционный список семь В настоящее время китайские про- гральных схем, а в 1989 г. уже реализо- китайских компаний, которые теперь вывалась программа перехода ЭВМ 4-го не смогут приобретать оборудование изводители предлагают одну из самых поколения на БИС к 5-му поколению. для суперкомпьютеров. высокопроизводительных высоко- надёжных ПЛИС в мире, имеющую На 2001 г. общий доход 44 китай- Однако эти санкции не повлияют на характеристики: ских компаний, разрабатывающих один из самых мощных суперкомпью- ● количество вентилей на чип – до и производящих электронную про- теров планеты — Sunway TaihuLight, дукцию, составил около 2 млрд дол- поскольку он собран на китайской эле- 69 млн; ларов, а это 82% дохода электрон- ментной базе. Этот факт очень нагляд- ● рабочая частота – до 800 МГц; ной промышленности КНР. Развитие но свидетельствует о суверенности и ● макс. объём блочной памяти ОЗУ – микроэлектроники в Китае привлекло защищённости микроэлектронной мировых гигантов на недорогие про- промышленности Китая сегодняшне- до 52 Мбит; изводственные площадки с дешёвой го дня. ● количество блоков DSP – до 3600; рабочей силой. ● при радстойкости TID >100 крад (Si); В том числе благодаря введению ● стойкость к защёлкиванию SEL > Санкции против китайской санкционной политики КНР сейчас микроэлектронной является одним из передовых произ- > 75 МэВ×см2/мг. промышленности водителей электроники с развитой Производство ПЛИС глубоко осво- микроэлектронной промышленно- ено китайской промышленностью. В 1989 году правительством КНР при- стью. Широкий ряд ПЛИС, с характеристи- нято решение о развитии специальных ками, близкими и даже превосходящи- экономических зон в провинциях Чжу- В настоящее время промышлен- ми западные аналоги, предлагается к хай и Шеньчжень. В то же время санк- ность Китая самостоятельно произ- поставкам и применению уже сегодня, ционная политика США накладывала водит и готова поставлять партнёрам перспективные ИС находятся в разра- новые и новые ограничения на доступ в РФ широкий ряд электронных ком- ботке. Ряд освоенных в производстве к финансам, технологиям и оборудова- понентов высоконадёжного и радиа- ПЛИС уже имеют опыт поставки в РФ. нию для промышленных предприятий ционно-стойкого исполнения: ПЛИС, Микросхема JFM7K325T-C про- Китая. Как показывает история, санк- ЦАП и АЦП, микросхемы памяти раз- изводства китайской компании ции во многом стимулируют промыш- Fudan успешно конкурирует с ана- ленность стран, против которых они логами ведущих мировых про- были введены. изводителей высоконадёжных ПЛИС (см. рис. 5). Что касается характеристик, то модель аналогична по логическим ресурсам, назначению и шагу выво- дов. В то же время модель превосхо- дит аналоги по статическому энерго- потреблению. Характеристики ПЛИС JFM7K325T-C: ● количество вентилей: 32,5 млн; ● частота: 600 МГц; ● макс. объём блочной памяти ОЗУ: 16 020 Кбит; ● количество DSP: 840; ● количество GTX приёмо-передатчи- ков: 16; ● количество аналого-цифровых бло- ков XADC: 1; ● максимальное число пользователь- ских выводов: 500; ● корпус: FCCGA900; ● TID: ≥ 100 кРад (Si); ● SEL: ≥ 75 МэВ×см2/мг. Существуют различные исполне- ния данной ИС – высоконадёжное, 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ радиационно-стойкое, индустри- ● 36/80 GTH приёмопередатчиков (до SEL: ≥ 75 МэВ×см2/мг, SEU: ≤ 1E–10 оши- альное. 13,1 Гбит/с); бок/бит×день. Ключевые характеристики серии: ● 52 920 Кбит блочной памяти; Память FPGA PROM ● встроенное аппаратное ядро ● Precise TMR Tools; Для работы некоторых ПЛИС необхо- PCIE 2.1; Образцы микросхем в исполнениях дима внешняя память. В качестве при- ● 16 GTX приёмопередатчиков (до Space, Industrial, High-reliable доступны мера рассмотрим два чипа конфигу- к поставке. рационной памяти ПЛИС B17V16RH 12,5 Гбит/с); и B18V04RH (см. рис. 7). ● 16 020 Кбит блочной памяти; Память PROM ● Precise TMR Tools; Характеристики современных рад- 3D-память Технологическим достижени- Микросхема доступна к постав- стойких PROM, выпускаемых пред- ке. Основные характеристики ПЛИС приятиями КНР, достигают следую- ем современности можно назвать JFM7VX690T-RT / JFM7VX690T80-RT: щих значений: 3D-память. Долгие годы ёмкость ● количество вентилей: 69 млн; ● ёмкость – до 1 Мбит при разрядно- запоминающих устройств увели- ● частота: 600 МГц; чивалась за счёт увеличения плот- ● макс. объём блочной памяти ОЗУ: сти 32 бита; ности размещения ячеек памяти на ● напряжение питания 3,3 или 5 В; кристалле и за счёт роста площади 52 920 Кбит; ● время доступа < 45 нс; кристалла. Технологические огра- ● количество DSP: 3600; ● радстойкость: TID 100 кРад (Si), SEL: ≥ ничения не позволяли упаковы- ● количество GTH приёмопередатчи- вать ячейки памяти многослойно, 75 МэВ×см2/мг, SEU: ≥ 37 МэВ×см2/мг. поскольку нижние и верхние слои ков: 36/80; Компоненты поставлялись в РФ для находились в разных условиях при ● количество аналого-цифровых бло- космических проектов (см. рис. 6). прохождении серии технологиче- ских этапов. ков XADC: 1; Память SRAM ● максимальное число пользователь- На данный момент производители Современные технологические про- цессы позволили использовать третье ских выводов: 850/600; предлагают микросхемы памяти ёмко- измерение для увеличения плотности ● корпус: FCCGA1761/FCCGA1927 (пла- стью до 144 Мбит, разрядностью до размещения ячеек памяти. 40 бит, быстродействием менее 15 с и стик); напряжением питания 1,8, 3,3, 5 В, ради- ● TID: ≥ 100 кРад (Si); ационной стойкостью TID 100 крад (Si), ● SEL: ≥ 75 МэВ×см2/мг. Ключевые характеристики серии: ● Встроенное аппаратное ядро PCIE 3.0; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU Реклама 29

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ граммах Китая, а также имеется опыт поставок для российских проектов. Рис. 7. Память FPGA PROM Рис. 9. Система на кристалле Заключение Рис. 8. Модуль 3D MRAM-памяти ческих аппаратов, так и для прочих ООО «Феникс Электроникс» – основ- ответственных применений. На сегод- ной партнёр по поставке высоконад- Как результат, характеристики моду- няшний день освоена в производстве ёжной и радиационно-стойкой ЭКБ лей 3D-памяти достигают следующих широкая линейка устройств. Напри- из КНР. значений: мер, SoC 2012 (см. рис. 9): ● ёмкость: до 2Тб при разрядности ● 4 ядра; Компания «Феникс Электроникс» ● 8 регистровых окон; специализируется на прямых постав- 32 бита; ● 7-ступенчатый конвейер; ках высоконадёжной и радиацион- ● напряжение питания: 1,8; 3,3; 5 В; ● кэш данных – 8 кбит, кэш команд – но-стойкой ЭКБ от крупнейших про- ● время доступа: 12 нс. изводителей и поставщиков из Китая 8 кбит; и Юго-Восточной Азии, является офи- 3D-память производства китайских ● 32/64-битная точность FPU; циальным участником Межправи- компаний можно рассмотреть на при- ● обеспечение RH: TMR, EDAC, контроль тельственной программы российско- мере нескольких изделий: китайского сотрудничества в области ● NAND Flash LSFN512G32VS4M1 име- чётности; космоса, 7 лет поставляет высокона- ● высокая производительность, низкое дёжные электронные компоненты рос- ет ёмкость 512 Гб с разрядностью сийским предприятиям. 32 бит, время доступа < 20 нс; пока- потребление; затели радстойкости 60 крад (Si), SEL: ● первый многоядерный процессор в ООО «Феникс Электроникс» являет- ≥ 60 МэВ·см2/мг, SEU ≥ 2 МэВ·см2/мг; ся эксклюзивным представителем и ● SRAM LSSR32M32VS8R1 имеет ёмкость КНР; дистрибьютором CAST CACEC (Китай- 32Мбит с разрядностью 16 бит, вре- ● первый запуск в Китае в 2015 году. ский Инженерный Центр Аэрокосми- мя доступа < 12 нс; ческих Компонентов Китайской Ака- ● MRAM LSMR64M08VS4E1 имеет ём- Встроенная периферия: демии Космических Технологий). Эта кость 64Mбит с разрядностью 16 бит ● встроенная системная шина AMBA; организация отвечает за качество ЭКБ и временем доступа 35 нс. ● контроллер памяти (PROM, SRAM, в национальном масштабе, контроли- Основные производители 3D-памяти руя качество производства, проведение (см. рис. 8) – институт-разработчик SDRAM, MMIO); испытаний и квалификации китайской из провинции Чжухай ORBITA Co. и ● 5 таймеров (32-битных); ЭКБ. Сианьский институт микроэлектрон- ● контроллер прерываний; ных технологий XMTI. ● аппаратный DSU; ООО «Феникс Электроникс» ком- ● контроллер 1553B (режимы BC, RT, плексно подходит к вопросам постав- Микропроцессоры ки ЭКБ и предлагает: технические Радиационно-стойкие процессоры BM); консультации по подбору ЭКБ, веде- ● 2 × UART; ние внешнеторговых контрактов, и системы производятся китайской ● 32 × GPIO. таможенное оформление, постав- промышленностью как для косми- ку ЭКБ с пакетом сопроводительной Данные модели успешно применя- документации (отчеты изготовителя, ются в собственных космических про- сертификат соответствия), хранение ЭКБ в сертифицированных складских помещениях, ведение рекламаци- онной работы. Для заказчиков, сде- лавших выбор в пользу китайской ЭКБ, возможна поставка бесплат- ных образцов, в том числе отладоч- ных плат для ПЛИС, микропроцессо- ров, SiP. Благодаря компетенциям и опы- ту на довольно сложном рынке ком- пании удаётся следовать правиль- ным рыночным курсом. Обороты «Феникс Электроникс» уверенно растут в последние шесть лет, однако ещё важнее и показательнее динамич- ный рост числа её партнёров: голов- ных заказчиков и входящих в их коо- перацию предприятий. Главная цель компании – стать ключевым постав- щиком высоконадёжной ЭКБ произ- водства КНР для ответственных при- менений. 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

Ğ
ëäåãòìßïíãìßþ
áúðñßáéß
üêäéñïíìçéç 14-16.09 z ž«²°¯¨©·©À…¦°¡±³¡­¦®³¡±¡¥©¯¾¬¦«³±¯®®¯ª°±¯­¼¹¬¦®®¯²³©©®°±¯­³¯±¤¡‘¯²²©© £«¬¿¸¡À ¾«²°¯¨©·©¿°±¦¥°±©À³©ªÀ£¬À¿º©¶²À©¨¤¯³¯£©³¦¬À­©©¨¥¦¬©ª£«¬¿¸¦®®¼¶£¦¥©®¼ª ±¦¦²³±±¯²²©ª²«¯ª±¡¥©¯¾¬¦«³±¯®®¯ª°±¯¥´«·©©¯²³¡®¯£¬¦®©¦±¡£©³¦¬½²³£¡‘•à ¾«²°¯¨©·©¿±¡¨±¡¢¯³¯«²¯¨¥¡®®¼¶£±¡­«¡¶¤¯²´¥¡±²³£¦®®¯ª°±¯¤±¡­­¼h‘¡¨£©³©¦ ¾¬¦«³±¯®®¯ª©±¡¥©¯¾¬¦«³±¯®®¯ª°±¯­¼¹¬¦®®¯²³©®¡¤¯¥¼n¯²³¡®¯£¬¦®©¦ ±¡£©³¦¬½²³£¡‘•à ¾«²°¯¨©·©¿±¡¨±¡¢¯³¯«¯¢¦²°¦¸©£¡¿º©¶£¼°¯¬¦®©¦°±©¯±©³¦³®¼¶®¡·©¯®¡¬½®¼¶°±¯¦«³¯£ z …©£©¨©¯®¼«¬¡²³¦±¡ z ’³¡±³¡°¼£¾¬¦«³±¯®©«¦ h‘¡¥©¯¾¬¦«³±¯®©«¡n„‹h‘¯²³¦¶n z ‹£¡¬©µ©·©±¯£¡®®¼¦°¯²³¡£º©«©ž‹‚ z ‹¯®²¯±·©´­¼©¥©¨¡ª®·¦®³±¼°¯¾¬¦«³±¯®©«¦ z ”¸¡²³®©«©«¯®«´±²¡hˆ¯¬¯³¯ª˜©°n z ‹¯±°¯±¡·©À±¡¨£©³©Àˆ¦¬¦®¯¤±¡¥¡ Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Системы пожарной сигнализации FX NET, интегрированные в SCADA Андрей Кашкаров ([email protected]) онные средства и система отчётов FX NET, модуль техобслуживания SCADA, В статье рассматривается интеллектуальная система пожарной интерактивные графические SCADA- сигнализации с модульной структурой, возможностью расширения системы (IGSS), в том числе условно- и высокой надёжностью на примере адресно-аналоговой системы бесплатные, например, IGSS FREE50, пожарной сигнализации ESMI модели FX NET и аналогичных, открывают превосходные возможно- интегрируемых в BMS/SCADA. Даны практические рекомендации по сти для внедрения автоматизирован- монтажу настенных адресно-аналоговых звуковых и световых пожарных ных систем управления пожарной без- оповещателей серии AP200. опасностью жилых и коммерческих объектов. Коммуникации подключа- Интеграция систем мы, так как строятся на основе откры- ются 8-жильным кабелем, оснащён- противопожарной безопасности тых систем SCADA. Установка, про- ным разъёмами RS-485. По тому же граммирование и наладка системы кабелю организовано питание пери- Системы противопожарной безо- просты и не вызывают затруднений ферийных оповещателей. Тем не менее пасности, как составляющие элемен- у специалистов. Отличительной чер- в специализированных компьютерных ты современного предприятия, пред- той современных моделей пожарной системах управления зданиями допол- полагают использование технических сигнализации, индикации и оповеще- нительно могут применяться коммуни- (инженерных) решений для электрон- ния является модульная конструкция кационные модули с портами TP/FT-10 ной противопожарной защиты любо- и возможность расширения станций или PL-20 для сетей LON, TP-1 для сетей го уровня и интеграции, соответству- пожарной сигнализации, а также боль- KNX. ющих вызовам времени. Интеграция шое допустимое количество (тысячи) и автоматизация работы противопо- датчиков и оповещателей, что делает Каждый пожарный оповещатель в жарной защиты зданий формируется такую единую систему востребованной сети имеет свой идентификацион- на основе промышленных систем опе- и популярной на предприятиях. Совре- ный код (номер), что позволяет управ- ративного диспетчерского управления менным разработчикам важны широ- лять их адресным включением в авто- и сбора данных Supervisory Control And кие возможности для интеграции сетей матическом режиме с центрального Data Acquisition (SCADA) с применени- управления АСУЗ с различными про- пульта (ЦП). Кроме того, на ЦП уста- ем OPC-серверов и коммуникационных токолами через OPC-серверы и шлюзы новлен ЖКИ с диагональю 7 дюймов, шлюзов. На уровне управления про- для открытых промышленных систем на который выводится подробная тивопожарная система FX NET и авто- SCADA. Всё это и многое другое стало информация о времени, месте сраба- матизированная система управления доступным. Встроенные коммуникаци- тывания пожарной тревоги, «адрес» зданиями (АСУЗ) взаимно совмести- тревоги. Вся информация записыва- ется в память электронного журнала, Рис. 1. Блок управления и индикации интегрированной пожарной системы оповещения системы который легко просмотреть с помо- модельного ряда FX NET щью панели управления ЦП – джой- стика и сенсорных кнопок. Сервер doGATE в специализированной среде doMOOV собирает информацию в сети по любому из доступных протоколов (LonTalk, BACnet, KNX, Modbus), обеспе- чивает поддержку основных открытых стандартов в области систем автомати- зации с дальнейшим преобразовани- ем между протоколами по алгоритму 1 в N и интерпретирует информацию через BACnet и/или OPC-сервер в вид, понятный пользователю. Протокол Modbus поддерживается через драйвер протокола TCP (Ethernet), Modbus RTU (RS-232), M-Bus и др. Клиентскими приложениями могут быть любые SCADA-системы, в том чис- ле IGSS и HMI-станции. Обмен дан- ными между SCADA и устройствами в сетях управления выполняется как через встроенные коммуникацион- 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ные драйверы, так и через интерфей- сы OPC и DDE. Интеллектуальная электронная система пожарной сигнализации FX NET построена по модульному принци- пу. При пуске или перезагрузке шины EIB IntesisBox определяет текущие зна- чения точек-адресов, а для выработ- ки критических сигналов активации пожарных датчиков настраивается для конкретного адреса. В таком фор- мате группа адресов EIB может активи- роваться в один и тот же адрес регистра Modbus, который также может обнов- ляться в реальном времени. Внешний вид управляющего блока противопо- жарной системы FX NET представлен на рисунке 1. Модульная структура системы FX NET и применение многопроцессор- ных технологий удешевляют возмож- ность дальнейшего расширения систе- мы. Пользователь может задействовать только те части системы, которые тре- буются, и затем расширять систему по мере того, как потребности меняются. Многопроцессорные технологии на примере FX 3NET и моделей, готовых к взаимному совмещению (например, FX NET/RU станция пожарной сигнали- зации с расширением 8/5 слотов, МС, PSB, UI, FXL NET/RU 12/9 слотов, МС, Рис. 2. Соответствие шлюзов и OPC-серверов для интеграции АСУЗ на основе SCADA системы FX NET PSB, UI, FXM NET/RU 4/2 слота, МС, PSA, UI), в сочетании с сетевой структурой ных контроллеров и включает в себя ния. Пожарная система FX NET проста компоненты для создания проектов с в эксплуатации и оснащена понят- системы позволяют распределять функ- резервируемыми серверами, обеспечи- ным пользовательским интерфейсом. вающими управление сотнями тысяч На панели управления FX NET вместо ции, быстро реагировать на пожарную каналов ввода/вывода. Полнаяфункцио- обычных кнопок установлен пово- нальность сохраняется для всех версий ротно-нажимной джойстик, ускоряю- тревогу и повысить надёжность систе- IGSS: как для простейших систем, так и щий и упрощающий выбор функций для сверхбольших проектов, содержа- (cм. рис. 1). На рисунке 3 представле- мы оповещения. Надо также понимать, щих вплоть до 400 000 объектов. Таким на блок-схема организации пожар- образом, интеграция системы пожар- ного оповещения. Монтажная плата что многие интеграторы, особенно с ной безопасности в SCADA логична и основного блока показана на рисунке 4. не требует больших затрат. На рисун- На рисунке 5 представлен внешний вид опытом разработки промышленных ке 2 приведена таблица шлюзов и системы пожарного оповещения с под- OPC-серверов для сетей управления, ключением к сотовой связи и другим систем, для интеграции систем управ- используемых в АСУЗ совместно с про- устройствам. тивопожарной составляющей FX NET. ления зданиями могут использовать Таким образом, данная система пред- Особенности модельного ряда ставляет собой комплексное инженер- и другие SCADA-системы. Специали- FX NET ное решение в области безопасности. Подобную пожарную сигнализацию зированные открытые протоколы Устройства модельного ряда FX NET можно использовать как независимую удовлетворяют любым требовани- систему оповещения и как часть инте- АСУЗ, такие как BACnet (ISO 16484-5), ям пожарной безопасности объектов. грированной системы безопасности, Для аккуратного и безошибочного под- в которой подсистемы пожарной сиг- LonWorks (ISO/IEC 14908, Parts 1, 2, 3, 4), ключения приборов в линейке FX NET нализации, охранной сигнализации, реализован так называемый финский управления доступом, видеонаблюде- KNX (ISO/IEC 14543-3) и Modbus, впол- монтаж: когда каждый проводник под- ния и автоматизации зданий объедине- писан и находится в термоусадочной ны в единое целое. Такой подход позво- не подходят для решения задач инте- трубке, что очень удобно при установ- ляет сократить затраты на обеспечение ке, обслуживании и ремонте оборудова- безопасности объекта. грации. Кроме того, сети управления могут подключаться к ПК напрямую не только через доступный коммуни- кационный порт, но и через отдель- ный конвертор интерфейса, выпол- няющий согласование физических протоколов, к примеру, U10 TP/FT-10/ USB (Echelon). Возможности интегра- ции систем управления SCADA с IGSS подтверждаются более чем 30 годами безупречной работы. Всё, что может быть автоматизировано, уже реализова- но со SCADA. IGSS поддерживает обмен данными со всеми типами промышлен- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 33

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 4. Вид на монтажную плату основного блока Рис. 3. Блок-схема организации пожарного оповещения передачи данных InfoProtocol ёмкость станции возрастёт ещё на 214 адресов. В серию FX NET/RU входят панели FX управления FMPX/RU, светодиодная NET/RU, FXL NET/RU, FXM NET/RU и FXS индикаторная панель ZLPX, повтори- Притом соблюдается полная совме- NET/RU. Питание панели FXS NET про- тель сигнала REPX, модуль контроля и стимость со всеми предыдущими изводится от панелей FX NET, FXL NET управления MCOX. Для интеграции в устройствами. Некоторые техниче- или FXM NET. Максимальное число плат систему управления зданиями и соору- ские характеристики системы тако- SLC, LC, CLC, IOC, OCA, REPX-OB, MCOX- жениями в системе предусмотрен шлюз вы: ОС Linux, встроенный Ethernet, OB и ZLPX-IC-1. InfoLON для передачи данных в сеть 2×USB. Сетевая архитектура – коль- LON и OPC интерфейс. На рисунке 6 цевой RS-485, Ethernet. Аппаратная Особенности ESGRAF представлена схема взаимодействия интеграция с EBO на выходе: BacNet между модулями пожарной сигнали- IP/MCTP, ModBus RTU/TCP, LonWorks, ESGRAF – единый, специально раз- зации серии FX NET/RU. SNMP (через SmartDriver в AS-P или работанный графический интерфейс Enterprise). Онлайн-конфигурирова- и ПО для систем пожарной сигнализа- Первые модели системы стали актив- ние и мониторинг через WinFX3Net. ции ESMI FX 3NET (FX NET), управления но устанавливать с 2010 года. Одна из В сетевой конфигурации можно уста- доступом, систем охранной сигнализа- таких систем с максимальной ёмкостью новить до 32 центральных панелей, ции ESMIKKO и систем видеонаблюде- периферийных станций в 2544 адре- при этом общая ёмкость повысится до ния PELCO ENDURA. На плане объек- са и сегодня стоит в Научно-образова- 40 000 извещателей и 40 000 адресов та графически отображается элемент тельном медико-биологическом центре модулей (датчиков возгорания). с тревогой и понятная инструкция «Солнечное» в Санкт-Петербурге. Зна- действий оператора в сложившейся чительно отличается от этой модели Надо иметь в виду, что системы серии ситуации. Адресно-аналоговые пане- современная система пожарных стан- ESMI Sense FDP могут различаться по ли пожарной сигнализации серии FX ций с облачными сервисами ESMI Sense своим возможностям, в зависимости от NET/RU организованы как модульные FDP. При числе шлейфов (вариатив- модели. К примеру, в моделях FDP221 – конструкции и обеспечивают эффек- но) 2, 4, 6 или 8 к системе можно мак- 4 шлейфа / 2 слота, до 636 оповещателей, тивное и надёжное обнаружение воз- симально подключить по 318 устройств в FDP252 – 8 шлейфов / 5 слотов, до 1 272 горания, а также быструю замену бло- в шлейфе (159 извещателей плюс оповещателей, в FDP292 – 8 шлейфов / ков при необходимости. 159 адресов модулей), а при макси- 9 слотов, до 1 272 оповещателей. Акку- мально задействованном количестве муляторы устанавливаются в отдельном Отличительная черта рассматривае- шлейфов общее число периферий- шкафу. Обозначение FDP2XY расшифро- мых систем заключается в том, что про- ных оповещателей может достигать вывается так: 2 = вторая модификация, граммируемая встроенная логика даёт 1272 извещателя и столько же моду- X = число дополнительных слотов для возможность управлять трёхступенча- лей. Этим определяется максимальная плат (2,5 или 9), Y = размер корпуса тым предупреждением об опасности и ёмкость пожарной станции в 2455 адре- по максимальной стороне (1= 360 мм, тревогой эвакуации, как пассивным, так сов. С помощью такой системы можно 2 = 580 мм). В таблице 1 представле- и активным противопожарным обору- контролировать в пожарном отноше- на спецификация панелей пожарной дованием. Обеспечена совместимость нии жилой поселок и даже небольшой сигнализации ESMI Sense FDP. Для всех с другими устройствами обнаружения город. А при использовании протокола устройств в таблице 1: стандарт EN54-2, пожара, такими как выносная панель EN54-4, класс защиты IP30, максимальное число адресов в шлейфе SLC – 159 изве- щателей и 159 модулей, ALC – 126 адресов. 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 5. Интегрированная система пожарного оповещения Рис. 6. Схема взаимодействия между модулями пожарной сигнализации серии FX NET/RU Таблица 1. Спецификация панелей пожарной сигнализации Esmi Sense FDP Наименование FDP 221 FDP 252 FDP 292 Шлейфы 1…4 1…8 1…8 Контроллеры шлейфов Размеры (В × Ш × Г), мм SLC & ALC(2) & CLC SLC & ALC(2) & CLC SLC & ALC(2) & CLC Масса (без АКБ), кг 360 × 430 × 142 580 × 430 × 142 580 × 430 × 142 Слоты для дополнительных плат 6,6 10,6 11,1 2 5 9 АКБ 2 × 12 A⋅ч 2 × 17 A⋅ч Батареи размещаются в отдельном шкафу Таблица 2. Некоторые технические характеристики системного адресного оповещателя WST- PR-I33/WST-PR-N33 с питанием по шлейфу Рабочий диапазон напряжения 15...29 В (с изолятором), 24 В – типовое Рис. 7. Световой адресный оповещатель от 15 до 32 В (без изолятора), 24 В – типовое со стробовспышкой модели WST-PR-I33/WST-PR-N33 Ток в дежурном режиме Частота вспышек 450 мА ные извещатели на базу B501AP. При 1 Гц этом база В501АР может использовать- Макс. потребление тока световой модельного ряда ESMI ся вместо В501 и В501DG. На рисунке 7 с индикацией типа WST-PR-I33, с изолятором 3,47 мА представлен световой адресный опове- WST-PR-N33, без изолятора щатель со стробовспышкой, с питани- Рабочий диапазон температур 3,28 мА ем, организованным по соединитель- Относительная влажность ному шлейфу. От –25 до +70°C Класс защиты До 93% (±3%) без конденсации Оповещатели комплектуются раз- IP24C с базой B501AP, IP44 с глубокой базой BPW-E10, личными модификациями базового Вес IP65 с влагозащищённой базой WPW-E10 основания. Например, для настенной Размер клемм установки стробовспышки внутри 167 г помещения или на улице, для скрыто- Не более 2,5 мм2 го и поверхностного монтажа и даже со встроенным изолятором короткого Адресно-аналоговые звуко- инсталляцию. Их технические харак- замыкания. В таблице 2 представлены световые излучатели серии теристики подобраны для большого некоторые технические характеристи- АР200 числа оповещателей, подключённых к ки системного адресного оповещате- адресно-аналоговому шлейфу с помо- ля WST-PR-I33/WST-PR-N33 с питани- В системе пожарной сигнализа- щью восьмижильного стандартного ем по шлейфу. кабеля. Звуковые и световые оповеща- ции серии FX используют настенные тели устанавливаются таким же обра- зом, как и адресно-аналоговые пожар- адресно-аналоговые звуковые и све- товые оповещатели серии AP200, раз- работанные для снижения затрат на СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 35

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Особенности базовых положении (благодаря наличию ключа модификаций после 2018 года) или оснований для оповещателей на корпусе) и фиксируется поворотом. светло-бежевом (B501AP-IV – такие АР200, совместимых с FX-SLC Отсоединение оповещателя во время используются с относительно стары- работы системы вызовет в ней сигнал ми моделями). Базовые основания B501AP-IV пред- о неисправности, таким образом, пред- назначены для установки адресных усмотрена защита от несанкциониро- Литература оповещателей (сирен) серии 200AP и ванного извлечения без специального адресно-аналоговых пожарных опове- инструмента. Защиту можно активиро- 1. SCADA IGSS V12 // URL: https://www.soliton. щателей. Кроме того, к базе B501AP(-IV) вать, отломив лепесток на конце спе- com.ua/assets/files/NR_PcVue12_En.pdf можно подключить удалённый индика- циального пластикового рычага базы. тор или иное электронное устройство Основание может быть выполнено 2. Шлюзы: IntesisBox // URL: http://www.soliton. сигнализации. Извещатель вставляет- в двух цветах: белом (B501AP – для com.ua/catalog-ibs-network-intesis.htm ся в базовое основание только в одном 3. URL: http://www.soliton.com.ua/catalog- industrial-software-newron-systems.htm. НОВОСТИ МИРА ДЛЯ РОБОТОВ СОЗДАЛИ лимер, созданный путем смешивания фтор- Описанная структура позволяет руке ро- «УМНЫЙ» МАТЕРИАЛ полимера с составом, снижающим поверх- бота определять не только величину, но и ностное натяжение. При разрезании он лег- направление приложенной силы. Кроме то- С ФУНКЦИЯМИ ОСЯЗАНИЯ ко снова скрепляется в целый кусок. го, «кожа» может ощущать не только при- И САМОВОССТАНОВЛЕНИЯ косновения, но и приближение объектов Чтобы воспроизвести человеческое осяза- по возмущениям, вносимым их электриче- Учёные из лаборатории материаловеде- ние, исследователи наполнили материал ми- ским полем. ния и инженерии Национального универси- кроскопическими металлическими частицами тета Сингапура разработали вспененный и добавили под слой материала крошечные Разработка заняла более двух лет. Участ- материал, который позволяет роботам ощу- электроды. При приложении давления метал- ники проекта надеются на внедрение мате- щать объекты и может самостоятельно вос- лические частицы в полимерной матрице сбли- риала для практического применения в те- станавливаться при повреждении подобно жаются, изменяя её электрические свойства. чение пяти лет. Например, для более со- человеческой коже. Эти изменения можно обнаружить с помощью вершенных протезов. электродов, подключённых к компьютеру. Материал, получивший название AiFoam, vpk.name представляет собой высокоэластичный по- 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ГАР АНТ ИЯ 5 лет

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Терморегулятор управляет чиллером Сергей Шишкин (г. Саров) ному виду, простоте в эксплуатации и техническом обслуживании современ- В данной публикации автор представляет систему охлаждения ные чиллеры широко применяются при и термостабилизации с теплообменником. Охладителями в данной производстве изделий из пластмасс, в системе являются чиллеры, управляемые двухканальным гальванических установках, при произ- терморегулятором. Автор приводит конкретные примеры применения водстве продуктов питания, в системах представляемой системы в лазерных технологиях. кондиционирования воздуха и, конеч- но же, в лазерных технологиях. В настоящее время во многих сфе- работают по тому же принципу, что рах жизнедеятельности человека и обычные бытовые кондиционеры. В лазерных системах чиллеры при- используется чиллер (англ. chiller) – То есть из вентилятора направляется меняются для охлаждения зеркал, линз, холодильный агрегат, применяемый поток воздуха, который обдувает кон- оптоволокон, рабочей смеси газовых для охлаждения жидких теплоноси- денсатор. лазеров и пр. Достаточно широко на телей. В качестве жидкого теплоноси- современном рынке представлены теля может выступать вода или смесь Современный чиллер оснащён высо- водяные чиллеры, типов PH-LW и XC. гликоля. Охлаждённая вода – популяр- кокачественным, высокоэффективным, Функциональная схема, где задейство- ный компонент многих технических и малошумным компрессором, нержаве- ваны данные чиллеры будет приведе- бытовых процессов. ющими высококачественными трубо- на ниже. Внешний вид чиллера типа проводами, встроенным внутренним PH-LW16-BSP представлен на рис. 1. Принцип работы чиллера заключа- теплообменником, а так же и контрол- Внешний вид промышленного, более ется в следующем. Хладагент в газо- лером, который поддерживает работу мощного чиллера типа XC-05ACI пред- образном состоянии с низкой тем- контрольной панели и управляет чил- ставлен на рис. 2. Основные техниче- пературой и низким давлением из лером по заданным алгоритмам. ские характеристики выше указанных испарителя попадает в компрессор, чиллеров представлены в табл. 1. где превращается в газ с высокой тем- Локальная система управления чил- пературой и высоким давлением, кон- лера следит за основными параметрами Система термостабилизации с одним денсатор охлаждается холодной водой жидкого теплоносителя (наличие пото- чиллером (одноконтурная схема) или холодным воздухом. В испарителе ка, температура, давление) и при нали- наружной установки – одна из самых хладагент испаряется и охлаждает воду. чии ошибок выдаёт соответствующий распространённых и достаточно про- В этот момент он поглощает тепловую сигнал ошибки. Он может быть задей- стых систем. В эту систему хорошо энергию из теплоносителя, снижая его ствован в автоматизированной системе встраивается чиллер. PH-LW16. В каче- температуру. То есть по способу охлаж- управления (АСУ) устройства, состав- стве теплоносителя в системе, как пра- дения конденсатора чиллеры можно ной частью которого является чил- вило, используется вода, в отдельных разделить на два типа: водяные и воз- лер. АСУ при необходимости отключит случаях возможно применение тепло- душные. В водяных чиллерах конден- основной чиллер и включит резервный. носителей с низкими температурами сатор охлаждается обычной проточ- Это сохранит дорогостоящее охлажда- замерзания (раствор этиленглико- ной водой. Чиллер для воды считается емое оборудование при повреждении ля, рассолы и т.д.). Циркуляция тепло- наиболее экономичным и стоит дешев- внешних или внутренних трубопрово- носителя в системе осуществляется с ле. Однако для такого агрегата потре- дов, при аварийном отключении сете- помощью насоса чиллера. Внутренний буется установка системы оборотного вого напряжения и пр. расширительный бак чиллера служит водоснабжения. Воздушные чиллеры как для предотвращения гидравличе- Благодаря высокой эффективно- ских ударов при работе насоса, так и сти, компактным размерам, эстетич- для компенсации изменения объёма теплоносителя вследствие изменения Рис. 1. Внешний вид чиллера типа PH-LW16-BSP Рис. 2. Внешний вид чиллера типа XC-05ACI его температуры. Например, в лазерной технике, в одноконтурной гидравлической схеме, применение чиллера серии PH-LW16 позволяет отказаться от использова- ния проточной воды для охлаждения оборудования, входящего в лазерную систему. Данный чиллер не просто охлаждает составные части лазерной системы – он поддерживает темпера- туру на заранее заданном уровне, что очень важно, например, для лазеров с диодной накачкой (при неконтролиру- 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ емом охлаждении длина волны накач- Таблица 1. Технические характеристики чиллеров PH-LW16-BSP и XC-05ACI ки может измениться, существенно сни- зив эффективность лазера). В чиллере Характеристика Значение PH-LW16-BSP во внутреннем расшири- PH-LW16-BSP тельном баке с дистиллятом вмонти- Мощность кВт XC-05ACI рован датчик температуры. Внутрен- охлаждения БТЕ/ч 1,6 14 ний контроллер чиллера управляет Ккал/ч 5024 – насосом, прокачивающим воду в кон- Электропитание 1376 – туре, компрессором и системой воз- 220 В, 50 Гц духообдува. То есть все необходимые Система Полностью закрытая система 380 В, 50 Гц элементы для организации однокон- (спирального типа) Полностью закрытая система турной гидравлической схемы в чил- Тип хладагента R22, лере имеются. В качестве хладагента Мощность компрессора, кВт 0,5 (спирального типа) используется фреон R22, не разруша- Номинальная мощность R407 ющий озоновый слой и одобренный в вентилятора, Вт 36 4,4 странах ЕС. Чиллер способен поддер- Объём водяного бака, л живать температуру на заданном уров- Вход и выход воды 8,5 500 не даже при температуре окружающей Слив DN15(1/2\") среды на 10°С выше температуры воды Мощность насоса, Вт DN15(1/2\") 88 в лазерной установке. 1'' Переключатель потока 550 1'' Рассмотрим применение чилле- Рабочий поток: ≥ 3,5 л/мин, 750 ров PH-LW16 в 3-контурной системе Вес нетто, кг Выключенный поток: ≤ 2,0 л/мин, охлаждения и термостабилизации с Размер, мм Максимальный ток: ≤ 3 A – теплообменником (далее система тер- Шум, дБА мостабилизации). Функциональная 69 240 схема системы термостабилизации, 424 × 524 × 765 1100 × 700 × 1400 управляемой двухканальным термо- регулятором, представлена на рис. 3. 52 – Востребованность в системах нагре- турного теплообменника – это «тру- (например, лазер или элемент лазерной ва и охлаждения двух- (и более) кон- ба в трубе». системы), расширительный бак РБ1 и турных теплообменников объяс- внешний контур теплобменника ТК3. няется, прежде всего, их хорошей Гидравлическая схема системы состо- Расширительный бак РБ1 –открыто- эффективностью и надёжностью рабо- ит из трёх гидравлически развязанных, го типа. Расширительный бак служит ты в различных условиях, особенно независимых контуров А, Б и В. В кон- как для предотвращения гидравличе- там, где нужен большой теплосъём. тур А входят чиллер Ч1 и внутренний ских ударов при работе насоса, так и Самая простая конструкция двухкон- контур теплобменника ТК1. В контур для компенсации изменения объёма Б входят чиллер Ч2 и внутренний кон- теплоносителя вследствие изменения тур теплобменника ТК2. В контур В вхо- его температуры. Верхнюю часть бака дят насос Н1, охлаждаемый элемент Л1 Рис. 3. Функциональная схема системы термостабилизации WWW.SOEL.RU 39 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 4. Принципиальная схема системы термостабилизации прикрывает негерметичная крышка. ление чиллером №2 по каналу №2 тер- ● двухпозиционный регулятор (компа- Она препятствует попаданию в тепло- морегулятора происходит совершенно ратор, устройство сравнения); носитель мусора и пыли. По причи- аналогично и на принципиальной схе- не негерметичности давление в рас- ме не показано. ● аналоговый П-регулятор; ширительном бачке открытого типа ● измеритель-регистратор. всегда равно атмосферному. Для луч- Фотография лицевой панели тер- шего теплосъёма целесообразно, что- морегулятора TPM202 представле- Кроме того, в режиме двухпозицион- бы направления потоков во внутренних на на рис. 5. ТРМ202 имеет два уни- ного регулирования ЛУ может работать и внешнем контурах теплообменника версальных входа для подключения по одному из нижеприведенных типов были противоположны. Расход жидко- измерительных датчиков, термопре- логики: сти в контуре В задаётся насосом Н1. образователей сопротивления типа ● тип логики 1 (обратное управление) Контуры в теплообменнике должны ТСМ или ТСП 50/100, Pt100 и др. Дан- быть герметичным. Попадание тепло- ный терморегулятор имеет два логи- применяется для управления работой носителей в смежные полости не допу- ческих устройства (ЛУ1 и ЛУ2), для нагревателя (например, ТЭНа или те- скается. каждого из которых пользователь пловой пушки); может задавать следующую входную ● тип логики 2 (прямое управление) Принципиальная схема системы тер- величину: применяется для работы охладите- мостабилизации на базе двухканально- ● измеренное значение на входе 1; ля (чиллера или вентилятора); го терморегулятора (измерителя-регу- ● измеренное значение на входе 2; ● тип логики 3 (П-образная) применя- лятора) ТРМ202-Щ1.РР (далее ТРМ202) ● разность значений с 1-го и 2-го вхо- ется для сигнализации о том, что кон- представлена на рис. 4. На схеме приве- тролируемая величина находится в дено только управление чиллером №1 дов. заданном диапазоне; по каналу №1 терморегулятора. Управ- Каждое логическое устройство может ● тип логики 3 (U-образная) при- работать в одном из трёх режимов: меняется для сигнализации о 40 том, что контролируемая вели- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ чина находится вне заданного Рис. 5. Лицевая панель терморегулятора TPM202 Рис. 6. Логика работы типа 2 («холодильник») диапазона. Логика работы ЛУ типа 2 представ- кие алгоритмы работы систем термо- ления изделия кроме текущей тем- лена на рис. 6. стабилизации с теплообменником. пературы должна контролировать Источник входной величины задаёт- Например, включение чиллера по сигнал с датчика потока основно- ся в параметре ILU1 (ILU2) в меню Luin: заданной разнице температур во вну- го чиллера. ● Pu1 – величина с входа 1 (Т1); треннем и внешнем контуре теплооб- ● PV2 – величина с входа 2 (Т2); менника. Пусть к входу 1 терморегуля- Датчики температуры В1, В2 под- ● dPV – разность входных величин, тора подключён датчик температуры ключаются к терморегулятору А2 по ΔТ = T1 – T2. В2. Он контролирует текущую темпе- трёхпроводной схеме. Контактор А2 ЛУ1, ЛУ2 работают независимо друг ратуру Т1 внутреннего контура тепло- управляет чиллером А3 (см. рис. 4). от друга, поэтому прибор может рабо- обменника ТК1. К входу 2 подключён Тип логики работы для каждого кана- тать как трёхпозиционный регулятор. датчик температуры В1. Он контроли- ла терморегулятора, а также его устав- Для этого на вход каждого из ЛУ сле- рует текущую температуру Т2 внешнего ка задаются в режиме конфигурации. дует подать один и тот же сигнал: Т1, контура теплообменника ТК3. Задаём Все заданные параметры терморегу- Т2 или ΔТ. режим работы для ЛУ1 – контроль раз- лятора ТРМ202 и чиллеров PH-LW16 На принципиальной схеме (см. ности температур ΔТ = Т2 – Т1. А также и XC-05ACI при отключении сетевого рис. 4) датчики температуры В1, В2 под- тип логики – 2. При работе лазера под- напряжения – сохраняются. ключаются непосредственно к ТРМ202. нимается температура теплоносителя в К входу 1 (первому каналу) подключён контуре В и внешнем контуре теплооб- Сетевое напряжение поступает на датчик температуры В1. Он контроли- менника ТК3. Как только разность тем- соединитель ХР1 устройства. Напря- рует текущую температуру Т во внеш- ператур ΔТ превысит заданную уставку, жение 24 В поступает на соединитель нем контуре теплообменника ТК3. терморегулятор включит контактор и ХР2. Лампа Н1 и пьезоизлучатель ВА1 – Тус1 – уставка, заданная для перво- соответственно чиллер Ч1. элементы световой и звуковой сигна- го канала. К входу 2 (второму каналу) лизации отсутствия потока теплоноси- подключён датчик температуры В2. Он Если режим работы лазера – кра- теля в контуре А. тоже контролирует текущую температу- тковременный и теплосъём с него – ру Т внешнего контура теплообменни- небольшой, то разность темпера- Литература ка ТК3. Тус2 – уставка, заданная для вто- тур ΔТ может не превысить уставку. рого канала. Зададим Тус2 > Tус1. Если Включать чиллер в данном случае 1. URL: http://www.contravt.ru. Т > Tус1, то включится чиллер Ч1. Если нет необходимости. Для включения 2. URL: http://www.owen.ru теплосъём с лазера большой, то теку- резервного чиллера система управ- 3. ГОСТ 13211-80 Охладители кожухотруб- щая температура Т во внешнем контуре теплообменника ТК3 будет возрастать, чатые водомасляные и водо-водяные и при Т > Tус2 включится чиллер Ч2. дизелей и газовых двигателей. В общем случае число внутренних кон- туров в теплообменнике можно обозна- чить как N. Понятно, что для их управ- ления при реализации вышеуказанной схемы гидросхемы необходимо задей- ствовать двухканальные терморегуля- торы в количестве N/2. Терморегулятор позволяет реали- зовать различные, достаточно гиб- НОВОСТИ МИРА РОССИЯ ВЫШЛА НА ВТОРОЕ За первые шесть месяцев в РФ подключи- ет уверенное третье место по этому показа- ли 1 млн 381 тыс. камер, их общее число до- телю: идущая на четвёртом месте Германия МЕСТО ПО ТЕМПАМ ПОДКЛЮЧЕНИЯ стигло 15 млн 117 тыс. Для сравнения, у Ки- уступает в 2,7 раза (5 млн 600 тыс. камер). ВИДЕОКАМЕР тая, который лидирует по количеству камер – 204 млн 700 тыс. штук на конец июня, у США – Как следует из предыдущего отчёта по ито- Россия вышла на второе место в мире по 54 млн 800 тыс. При этом Россия удержива- гам 2020-го, Россия также находится на тре- темпам подключения камер для видеона- тьем месте по количеству камер на 1000 че- блюдения по итогам первого полугодия 2021. ловек, а индекс безопасности в стране выше, Число камер в стране выросло более чем на чем в США или во Франции. 10,1%. Впереди – Южная Корея (почти на 30%), на третьем месте – Великобритания (на 10%). Аналитики не сомневаются в том, что темпы Об этом сообщается в отчёте TelecomDaily по подключения видеокамер в РФ будут расти. На состоянию рынка видеонаблюдения в мире в это влияют не только запущенные госпрограммы, рамках своего глобального исследования по но и недостаточный уровень покрытия территорий. видеоаналитике. https://iot.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 41

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Устройство охраны с программируемыми интервалами работы Сергей Шишкин (г. Саров) границы трёх интервалов. Например, интервал № 1 – 00:00...6:00; интервал № 2 – В статье представлено описание устройства охраны, в котором два 6:00...12:00; интервал № 3 – 12:00...24:00. независимых модуля охраны управляются платой контроллера. Время постановки и снятия с охраны каждого модуля программируется. На дисплее ЖК-индикатора HG1 мож- но одновременно наблюдать текущее Предлагаемое устройство состоит на 2», «Снять охр. 2») При инициализа- время и границы одного из трёх интер- из трёх функциональных узлов: пла- ции в выходной регистр DD2 (во все валов (начало интервала и его оконча- ты контроллера (далее – контроллер) каналы) загружается лог. 1. Далее поль- ние), а также состояние модулей охра- и двух модулей охраны (№1 и №2). Дан- зователь устанавливает нужную конфи- ны в данном интервале. Если текущее ные модули идентичны по схеме, кон- гурацию. Окончание любого интервала время совпало с началом какого-либо струкции и алгоритму работы. Схема является началом следующего. Границы интервала, то на 60 с включается звуко- подключения составных частей устрой- интервалов в рамках 24-часового фор- вая сигнализация с частотой повторе- ства приведена на рисунке 1. Принци- мата также программируются. Проще ния 2 Гц и в регистр DD2 загружается пиальная схема контроллера представ- говоря, в устройстве можно запрограм- байт управления для модулей охраны лена на рисунке 2. Принципиальная мировать 3 будильника, в момент вклю- № 1 и № 2 для данного интервала. схема модуля охраны № 1 представле- чения которых модули охраны № 1 и на на рисунке 3. № 2 устанавливаются под охрану либо Кнопки клавиатуры имеют следую- снимаются с охраны. щее назначение: Интерфейс устройства включает в ● S1 (Р) – выбор режима работы устрой- себя элементы контроля и управления Время включения каждого будильни- контроллера: индикаторы DV-16232 ка может быть установлено в 24-часовом ства в замкнутом цикле («интервал 1», FBLY-H/R; кнопки S1…S5 и светодио- формате в режиме часы-минуты. То есть «интервал 2», «интервал 3»); после по- ды HL1; тумблеры SA1 и индикаторы можно в данном формате установить дачи питания устройство сразу пере- HL1...HL9. Контроллер управляет дву- любое время каждого будильника или ходит в режим «интервал 1»; каждое мя модулями охраны № 1 и № 2. нажатие данной кнопки переводит устройство в следующий режим; ре- Алгоритмом работы контроллера предусмотрены следующие функции: счёт времени, индикация текущего вре- мени в 24-часовом формате в режи- ме часы-минуты-секунды, установка текущего времени и его корректиров- ка, установка четырёх интервалов вре- мени, в которых модули охраны № 1 и № 2 управляются в соответствии с зара- нее запрограммированным алгорит- мом. В контроллере имеется четыре независимых канала управления (сиг- налы «Охрана 1», «Снять охр. 1», «Охра- Рис. 1. Схема подключения составных частей Рис. 2. Принципиальная схема контроллера СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 устройства WWW.SOEL.RU 42

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис. 3. Принципиальная схема модуля охраны № 1 жимы работ переключаются в по- В каждой строке ЖК-индикатора ● 13…16 разряды отображают текущее рядке возрастания; после «интервал HG1 отображается 16 символов. Под- состояние модулей охраны. Данная 3» следует «интервал 1»; робное описание на индикатор тетрада загружается в байт нагрузок ● S2 (▲) – увеличение на единицу (ин- DV-16232 FBLY- H/R можно найти в [1]. BTOUT2 и выводится в регистр DD2 кремент) значения каждого разряда Разряды дисплея индикатора НG1 в контроллера. Далее через соедини- при установке текущего времени ча- устройстве имеют следующее назначение. тель Х1 сигналы поступают на моду- сов и временны′ х интервалов, а также ли охраны. принудительное выключение звуково- Первая строка: Вторая строка: го и светового сигнала в начале каж- ● 1 разряд отображает десятки часов дого интервала. Инкремент происхо- ● 1 разряд отображает текущий режим дит в разрядах временны′ х значений. текущего времени; работы устройства; если устройство В разрядах отображения состояния мо- ● 2 разряд отображает единицы часов работает в режиме «интервал 1», в дулей охраны происходит изменение данном разряде индицируется «1»; состояния – лог. 1 в лог. 0 и наоборот; текущего времени; «интервал 2» – «2»; «интервал 3» – «3»; ● S3 (◄) – выбор разряда в индикато- ● 3 разряд отображает символ «:» с пе- ре HG1; при установке значений во ● 2 разряд отображает пробел; всех вышеуказанных режимах у вы- риодом включения 1 с во всех режи- ● 3…7 разряды отображают в часах-ми- бранного разряда устанавливается мах; во время корректировки или курсор; при каждом нажатии на дан- установки текущего времени сим- нутах через символ «:» начало интер- ную кнопку курсор сдвигается спра- вол «.» включён постоянно; вала в отображаемом режиме рабо- ва налево на один разряд; ● 4 разряд отображает десятки минут ты устройства; ● S4 (►) – выбор разряда в индикато- текущего времени; ● 8 разряд отображает пробел; ре HG1; при установке значений во ● 5 разряд отображает единицы минут ● 9…13 разряды отображают в часах- всех вышеуказанных режимах у вы- текущего времени; минутах через символ «:» конец ин- бранного разряда устанавливается ● 6 разряд отображает символ «:» с пе- тервала в отображаемом режиме ра- курсор; при каждом нажатии на дан- риодом включения 1 с во всех режи- боты устройства; ную кнопку курсор сдвигается слева мах; во время корректировки или ● 14 разряд отображает пробел; направо на один разряд; установки текущего времени сим- ● 15 разряд отображает флаг RAZ, раз- ● S5 (Общ. выкл.) – кнопка снятия с ох- вол «.» включён постоянно; решающий управление модулями ох- раны всех подключённых к контрол- ● 7 разряд отображает десятки секунд раны во всех запрограммированных леру модулей охраны. текущего времени; интервалах; ● 8 разряд отображает единицы секунд ● 16 разряд отображает курсор (во всех текущего времени; режимах сразу после подачи напря- ● 9, 10, 11, 12 разряды отображают про- жения питания). бел; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 43

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Разряды 1-й строки индикатора HG1 Разряды 13, 14 Разряды 15, 16 Адресное пространство памяти дан- Состояние разрядов 00 11 ных контроллера разбито на следую- Модуль охраны № 1 00 11 –– щие функциональные группы: Модуль охраны № 2 Охрана Снят с охраны ● $2…$7 – адреса, где хранится текущее Охрана Снят с охраны время в минутах и в секундах (реги- –– стры R2…R7). Эти адреса выводятся на индикатор во всех режимах; После подачи питания устрой- Пьезоэлектрический излучатель ● $80…$83 – адреса, где хранится в ство переходит в режим «интервал 1» ВА1 включается с вывода 7 микро- часах и в минутах начало перво- (в первом разряде второй строки дис- контроллера DD3. Сигнал с выхода 3 го интервала (или окончание тре- плея индицируется «1»). Только в дан- микроконтроллера DD3 через рези- тьего интервала). Эти адреса вы- ном режиме устанавливается или кор- стор R4 периодически (с периодом водятся на индикатор в режимах ректируется текущее время. Для этого 1 с) включает световую полосу HL1 «интервал 1»...«интервал 3»; необходимо кнопками S3 или S4 под- в соответствии с алгоритмом работы ● $84…$87 – адреса, где хранится в ча- вести курсор к изменяемым разрядам устройства. С порта РВ микроконтрол- сах и в минутах начало второго ин- текущего времени и кнопкой S2 изме- лер DD3 управляет ЖК-индикатором тервала. Эти адреса выводятся на нить значение разряда. Для установ- HG1 и клавиатурой (кнопки S1…S5) индикатор в режимах «интервал 1»... ки начального и конечного значений через регистр DD1. Для функциони- «интервал 2»; интервалов необходимо проделать точ- рования клавиатуры также задейство- ● $88…$8B – адреса, где хранится в ча- но такие же операции. Текущее время ван вывод 6 микроконтроллера DD3. сах и в минутах начало третьего ин- и флаг RAZ отображается во всех режи- Резистор R4 – токоограничительный тервала. Эти адреса выводятся на мах. Для разрешения управления моду- для световой полосы HL1. Питающее индикатор в режиме «интервал 2»... лями охраны № 1, № 2 необходимо напряжение поступает на плату кон- «интервал 3». флаг RAZ (отображаемый в 15-м раз- троллера с соединителя Х4. Конден- Сразу после подачи питания на выво- ряде второй строки на дисплее инди- саторы С4…С6 фильтруют пульсации де 1 микроконтроллера DD1 через катора) установить в единицу. Для этого в цепи питания +5 В. RC-цепь (резистор R2, конденсатор С3) необходимо подвести кнопками S3 или формируется сигнал системного аппа- S4 курсор к данному разряду и кнопкой ЖК-индикатор HG1 работает в режи- ратного сброса микроконтроллера S2 установить единицу. Каждое нажатие ме 4-разрядной шины данных. Для DD3. кнопки S2 в данном случае инвертирует передачи данных в ЖК-индикатор Затем выполняется инициализация предыдущее состояние данного разря- HG1 задействована старшая тетрада программы, в которой настраивается да. Изменения режима работы (перебор байта, пересылаемого микроконтрол- индикатор HG1. При этом происхо- программируемых интервалов време- лером в порт РВ1. С вывода 8 микро- дит очистка его буфера, разрешается ни), как уже упоминалось выше, осу- контроллера DD3 поступает сигнал, отображение курсора. Для уменьше- ществляется кнопкой S1. информирующий индикатор о типе ния числа линий ввода, требуемых для передаваемых данных RS (1 - данные, записи информации в индикатор, раз- Для программирования модулей 2 - сигнал). С вывода 9 микроконтрол- мер шины устанавливается равным 4 охраны необходимо подвести кур- лера DD3 поступает строб-сигнал, по битам. В регистр DD2 записываются сор к нужному разряду и кнопкой S2 перепаду которого из 1 в 0 осуществля- сигналы уровня лог. 1. Сразу после ини- изменить его значение. Каждое нажа- ется запись данных в индикатор. Читать циализации индикатора HG1 на нём тие кнопки S2 в данном случае инвер- данные из индикатора не будем, поэто- индицируется следующая информация: тирует предыдущее состояние разряда: му вывод 5 (R/W) подключаем к обще- 00:00:00 1111 было «0» – станет «1» и наоборот. После му проводнику. С переменного резисто- 1 00:00 00:00 0_ подачи питания на устройство при ра R3 на вывод 3 индикатора поступает В контроллере использованы рези- инициализации во все разряды 13…16 напряжение, уровень которого регули- сторы С2-33Н-0.125, подойдут любые первой строки индикатора HG1 зано- рует контраст формируемого индика- другие с такой же мощностью рассе- сится «1» (все модули охраны – сняты с тором изображения. ивания и погрешностью 5%. Резистор охраны). В таблице приведено состоя- R3 типа СП5-2ВА. Подойдёт любой дру- ние разрядов первой строки индикато- Программное обеспечение микро- гой такого же номинала. Конденсаторы ра HG1, определяющее состояние моду- контроллера обеспечивает реали- С7 типа К50-35. Остальные конденсато- лей охраны № 1, № 2 в любом из трёх зацию алгоритма работы электрон- ры типа К10-17. Движковый переклю- рабочих интервалов. ных часов. Задача «часовой части» чатель SB1 для включения подсветки программы – формирование точ- индикатора HG1 расположен на печат- Таким образом, устанавливая показа- ных временны′ х интервалов длитель- ной плате устройства. Конденсаторы ния каждого разряда индикатора, мож- ностью 1 с – решена с помощью пре- С4...С6 расположены у корпусов микро- но оперативно выставить требуемое рываний от таймера Т/C1 и счётчика схем DD1…DD3 и между цепью +5 В и текущее время, границы интервалов и на регистре R25. Счётчик на регистре общим проводником. Световая поло- состояние модулей охраны в данных R25 подсчитывает количество преры- са HL1 – КВ-2300EW – красного цвета. интервалах. Изменить флаг RAZ можно ваний. Когда количество прерываний В контроллере нет никаких настро- только в режиме «интервал 1». Границы станет равным определённому значе- ек и регулировок, кроме регулировки интервалов можно перепрограммиро- нию, текущее время увеличивается на контрастности индикатора HG1 пере- вать. Из таблицы видно, что разряды 13, 1 с. В памяти данных микроконтролле- менным резистором R3, и если монтаж 14 управляют модулями охраны № 1, ра с адреса $2 по $F организован буфер а разряды 15, 16 управляют модулями отображения для вывода информации охраны № 2. на дисплей индикатора. 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ выполнен правильно, то он начинает соответствующий индикатор, пьезо- одом порядка 1 c. Если открыть дверь работать сразу после подачи напря- электрический излучатель ВА1 будет № 1, включится концевой выключа- жения питания. Вращением движка в выключен. тель S5. Индикатор HL2 будет перио- переменном резисторе R3 выставляет- ● HL1 – индикатор активации режима дически мигать с периодом ~ 1 с. Пье- ся приемлемый контраст изображения охраны. Если устройство находится в зоэлектрический излучатель ВА1 платы индикатора HG1. режиме «охрана», то данный индика- исполнительных устройств выдаст зву- тор горит, если в режиме «контроль ковой сигнал длительностью ~ 3 с. Если Алгоритм работы модуля охраны состояния дверей», то данный инди- открыть дверь № 2, включится конце- № 1 следующий. Внешними (вынос- катор погашен. вой выключатель S6. Индикатор HL2 ными) элементами по отношению к При срабатывании сигнализации будет периодически мигать с перио- модулю охраны и ко всему устройству на выводе 14 микроконтроллера DD1 дом ~ 1 с. Пьезоэлектрический излуча- являются 24 концевых выключателя постоянно присутствует сигнал уровня тель ВА1 выдаст звуковой сигнал дли- (S1…S24), которые позволяют контро- лог. 0 (при инициализации – лог. 1). На тельностью ~ 2 с. и т. д. Если установить лировать состояние 24 дверей. Один выводе 15 присутствует сигнал с пери- тумблер SA2 в положении «ВКЛ», то при концевой выключатель контролиру- одом ~ 2 с. и длительностью ~ 1 с. (при замыкании любого концевого выклю- ет состояние одной двери. Если дверь инициализации – лог. 1). Для выклю- чателя (при открывании любой двери) закрыта, то концевой выключатель чения сигнализации необходимо тум- будет только мигать соответствующий разомкнут. Пользователь (оператор, блер SA1 платы контроллера устано- индикатор. диспетчер) визуально состояние двери вить в положение «ВЫКЛ». может проконтролировать по состоя- Рассмотрим основные функцио- Рассмотрим работу в режиме охра- нию индикатора. Если дверь откры- нальные узлы принципиальной схе- ны. Пусть все двери охраняемого объ- та, то концевой выключатель замкнут. мы модуля охраны, выполненного екта закрыты. Тумблер SA1 установлен Индикатор периодически мигает. Если на микроконтроллере DD1, рабочая в положении «ВЫКЛ». Устройство пере- дверь закрыта, то концевой выключа- частота которого задаётся генерато- ходит в режим охраны через ~ 10 секунд тель разомкнут, индикатор не горит. ром с внешним резонатором ZQ1 на с момента установки тумблера SA1 в Пусть концевой выключатель S1 уста- 10 МГц. К порту РD микроконтролле- положение «ВКЛ». За это время необ- новлен в двери № 1, а концевой выклю- ра DD1 подключены тумблеры SA1, ходимо закрыть все двери и покинуть чатель S2 установлен в двери № 2 и т.д. SA2, индикатор HL1. К портам РВ, РА, охраняемый объект. Понятно, что если Если открыта дверь № 1, то периодиче- РС микроконтроллера DD1 подклю- периметр охраняемого объекта доста- ски мигает индикатор HL2 (если дверь чены концевые выключатели S1…S24 точно большой и за 10 секунд невоз- № 1 закрыта, то индикатор HL2 пога- и индикаторы HL2…HL25. Питание на можно закрыть все двери, то все две- шен). Если открыта дверь № 2, то пери- данные индикаторы поступает через ри необходимо закрыть до постановки одически мигает индикатор HL3 (если ключ на транзисторе VT3, который объекта под охрану. Если в режиме дверь № 1 закрыта, то индикатор HL3 управляется с вывода 21 микроконтрол- охраны включится любой из концевых погашен) и т.д. В интерфейс контроля и лера DD1. Резисторы R6…R13, R16…R23, выключателей S1…S24 (будет откры- управления модуля охраны входят: тум- R24…R31 – токоограничительные для та любая дверь), при этом на соответ- блеры SА1, SА2 (см. рис. 2), индикаторы индикаторов HL2…HL25. Резистор R4 – ствующем выводе портов РВ, РА, РС HL1…HL25. Конструктивно все вышеу- токоограничительный для индикатора микроконтроллера DD1 будет присут- казанные элементы целесообразно раз- HL1. Питающее напряжение +5 В посту- ствовать сигнал уровня лог. 0, то через местить на отдельной панели управле- пает на устройство с соединителя Х1. ~ 10 с. включится звуковая сигнали- ния. Элементы интерфейса управления Конденсатор С5 фильтрует пульсации зация. При этом на выводе 14 микро- имеют следующее назначение: в цепи питания +5 В. В цепи питания контроллер DD1 установит уровень ● SA1 (Охрана) – тумблер сигнали- микроконтроллера DD1 установлен лог. 0. Если на охраняемый объект блокировочный конденсатор C2. проникает «свой», то ему необходимо зации. При установке данного тум- В алгоритме работы всего устройства за 10 секунд установить тумблер SA1 блера в положение «ВКЛ» устройство можно выделить два режима: режим в положении «ВЫКЛ», иначе сработа- ставится под охрану примерно через контроля состояния дверей и режим ет сигнализация. Понятно, что доступ 10 с. После установки под охрану сиг- охраны. Алгоритм работы в режи- к тумблеру SA1 платы контроллера и нализация срабатывает примерно че- ме контроля состояния дверей следу- тумблерам SA1, SA2 платы исполнитель- рез 10 с после замыкания любого кон- ющий. Пусть все двери охраняемого ных устройств должен быть ограничен. цевого выключателя S1...SA24. объекта закрыты. Тумблер SA1 в поло- Сигнализация включится и в том слу- ● SA2 – тумблер выключения звука. жении «ВЫКЛ». Тумблер SA2 в положе- чае, когда любой из концевых выклю- Данный переключатель функцио- нии «ВКЛ». После подачи питания на чателей S1…S24 включится на корот- нирует только в режиме контроля устройство при инициализации во все кое время (например, если открыть и состояния дверей. Тумблер SA1 дол- разряды портов РВ, РА, РС микрокон- тут же закрыть дверь). Выходной сиг- жен быть установлен в положении троллера DD1 записывается лог. 1, сиг- нал «Исполнит. уст.» можно использо- «ВЫКЛ». При установке тумблера нал «Исп. устр.» – уровня лог. 1, инди- вать для замыкания цепей управления SA2 в положение «ВКЛ» при открытии катор HL1 погашен. Индикаторы HL2… или питания различных исполнитель- любой двери пьезоэлектрический из- HL25 погашены. Концевые выключате- ных устройств, например, для механиз- лучатель ВА1 сразу выдаст звуковой ли S1…S24 – разомкнуты. C вывода 21 ма блокировки дверей или для включе- сигнал длительностью ~ 2 с. Если дан- микроконтроллера DD1 генерируется ния сирены (ревуна). ный тумблер находится в положении периодический сигнал (меандр) с пери- «ВЫКЛ», то при открытии любой две- Разработанная программа на ассем- ри будет периодически мигать только блере занимает порядка 0,4 кбайт памя- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 WWW.SOEL.RU 45

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ти программ микроконтроллера DD1. «охрана 1» и «снять охр. 1» имеют уро- в лог. 1. Алгоритм работы модуля охра- Разобравшись в программе, можно вень лог. 1. В контроллере, в разрядах ны № 2 с контроллером аналогичен. заменить установленные программно 13 и 14 первой строки индикатора параметры устройства: период мига- HG1 – значение 11 (см. табл. 1). Для В модуле охраны применены рези- ния индикатора HL1, длительность постановки модуля под охрану необ- сторы типа С2-33Н. В качестве замены звукового сигнала пьезоэлектрическо- ходимо в контроллере задать времен- подойдут любые другие с такой же мощ- го излучателя ВА1 в режиме контроля ной интервал работы, затем в разрядах ностью рассеивания и погрешностью состояния дверей, время постановки 13, 14 установить 00 и далее переве- 5%. Конденсатор С1 – типа К10-17а, устройства под охрану, а также время сти разряд RAZ в состояние 1. Сигнал С2, С3 – типа К50-35. Представленное задержки на включение сигнализации. «охрана 1» устанавливается в лог. 0. устройство и его составные части не Этот сигнал устанавливает прямой требуют никакой настройки и наладки. Рассмотрим теперь алгоритм рабо- выход D-триггера DD3 в лог. 0. С это- ты модуля охраны № 1 с контролле- го момента примерно через 10 секунд Концевые выключатели можно подо- ром. Устройства подключены в соот- модуль охраны переходит в режим брать совершенно любые под каждый ветствии со схемой подключения охраны. При этом на выводе 3 реги- конкретный случай. Это может быть (см. рис. 1). Тумблер SA1 модуля охра- стра DD2 в режиме охраны постоян- кнопка типа ПКН125 или, например, ны установлен в положение «ВЫКЛ». но присутствует сигнал уровня лог. 0. влагозащищенный выключатель путе- Сразу после подачи питания сигнал с вой типа ВПК2111. Пьезоэлектрический RC-цепочки (резистор R32, конденса- При снятии с охраны сигналы «охра- излучатель ВА1 – типа НРМ14АХ. Индика- тор С3) устанавливает прямой выход на 1» и «снять охр. 1» устанавливаются в тор HL1 – АЛ307АМ красного цвета. При D-триггера (выв. 5 DD2) в лог. 1. Сиг- лог. 1. По фронту сигнала «снять охр. 1» правильном монтаже все составные части налы на контактах соединителя Х1 выход D-триггера DD2 устанавливается начинают работать сразу после подачи на него напряжения питания. НОВОСТИ МИРА ЕВРОПЕЙСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ EDPB и EDPS подчёркивают, что суще- ИИ-систем в реальном времени для удалён- ствующее законодательство ЕС о защите ной биометрической идентификации в обще- НАСТАИВАЮТ НА СЕРЬЁЗНЫХ персональных данных (в первую очередь ственных местах в целях охраны правопо- ОГРАНИЧЕНИЯХ ОБЛАСТИ GDPR) применимо к любой обработке пер- рядка. EDPB и EDPS напоминают о том, что сональных данных (ПД), подпадающих под в соответствии с правовой практикой Евро- ПРИМЕНЕНИЯ ИИ-СИСТЕМ сферу действия упомянутого предложения о пейского суда статья 16 договора обеспечи- регулировании искусственного интеллекта. вает надлежащую правовую основу в случа- Европейский совет по защите данных ях, когда защита ПД является одной из важ- (European Data Protection Board, EDPB) и Ев- EDPB и EDPS обеспокоены исключением нейших целей или составляющих правил, ропейский надзорный орган по защите дан- международного сотрудничества правоохра- принятых законодательными органами ЕС. ных (European Data Protection Supervisor, EDPS) нительных органов из сферы действия «Пред- на прошлой неделе опубликовали «совмест- ложения о регулировании искусственного ин- Предложение EDPB и EDPS строится на ное мнение» по поводу вышедшего в апреле теллекта на основе европейского подхода». риск-ориентированном подходе. Однако «Предложения о регулировании искусственного данный подход нуждается в дальнейшем интеллекта на основе европейского подхода». В обоснование правомерности совместно- уточнении, а концепция «риска для фунда- го мнения EDPB и EDPS ссылаются на ста- ментальных прав» должна соответствовать Принимая во внимание чрезвычайно высокие тьи 114 и 16 договора о функционировании GDPR и Регламенту ЕС 2018/1725 (EUDPR), риски вмешательства в частную жизнь людей, ЕС (Treaty on the Functioning of the European поскольку в дело вступают аспекты, относя- связанные с удалённой биометрической иден- Union, TFEU), устанавливающие специаль- щиеся к защите ПД, сказано в документе. тификацией лиц в общедоступных простран- ные правила защиты личных данных граж- ствах в реальном времени, EDPB и EDPS при- дан, которые ограничивают использование industry-hunter.com зывают к общему запрету на любое использо- вание ИИ для автоматического распознавания лиц, походки, отпечатков пальцев, ДНК, голоса и прочих биометрических или поведенческих признаков в общедоступных пространствах. Также EDPB и EDPS рекомендуют запре- тить системы ИИ, использующие биометриче- ские данные для классификации отдельных лиц в кластеры на основе этнической принад- лежности, пола, политической или сексуаль- ной ориентации или других оснований, дис- криминация по которым запрещена законом. EDPB и EDPS считают, что использова- ние ИИ для определения эмоций физиче- ского лица крайне нежелательно и долж- но быть запрещено за исключением очень конкретных случаев, таких как некоторые медицинские цели, где важно распознава- ние эмоций пациента. 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Проектирование схем микроэлектронных устройств в Proteus с использованием внешней памяти. Часть 1 Татьяна Колесникова ([email protected]) ментарии) и разрешены архитекту- рой AVR, с некоторыми добавленны- В статье подробно описана подготовка карты памяти (форматирование ми характеристиками, реализующими и создание образа) для управления ею через микроконтроллер в преимущество специфики архитек- Proteus. Приведены примеры моделирования схем, имитирующих туры AVR. Используя специальные подключение внешней памяти ММС (MultiMediaCard) к микроконтроллеру директивы, в любом месте программы ATmega32, компиляция программы инициализации которого выполнена можно включить ассемблерный код. в CodeVisionAVR. Описан программный способ создания файлов, записи В CodeVisionAVR имеется набор информации во внешнюю память, её чтения и отображения на экране команд управления буквенно-циф- терминала и буквенно-цифрового дисплея. ровыми и графическими дисплеями, а также библиотеки функций рабо- Введение При проектировании устройства ты с файлами. Программные сред- обмена информацией с картой памяти ства позволяют напрямую обращать- Карты памяти применяют в качестве работающего под управлением микро- ся к регистрам микроконтроллера и носителя информации в таких устрой- контроллера AVR написание програм- управлять состоянием линий портов. ствах, как смартфоны, цифровые фото- мы инициализации и её компиля- аппараты, видеокамеры, персональ- цию удобно выполнить с помощью Проектирование схемы ные компьютеры и др. Они подходят CodeVisionAVR 3.12 (интегрирован- электрической принципиальной для расширения памяти в электрон- ной среды разработки программно- в Proteus ных системах и создания интерфейса го обеспечения для микроконтрол- обмена информацией через шину SPI, леров семейства AVR фирмы Atmel, Для проектирования устройства которая присутствует во многих микро- которая имеет в своём составе компи- обмена данными и моделирования контроллерах, в частности и в микро- лятор языка С для AVR). CodeVisionAVR его работы удобно использовать про- контроллерах AVR семейства Mega. поддерживает все базовые конструк- граммную среду Proteus, библиотека Протокол SPI позволяет вести обмен ции языка С, которые используются компонентов которой содержит как данными на высокой скорости, задей- при написании программ (алфавит, аналоговые, так и цифровые компо- ствовав при этом минимальное количе- константы, идентификаторы, ком- ненты, а также устройства вывода ство выводов микроконтроллера. информации и микроконтроллеры с возможностью их программиро- Рис. 1. Стартовое окно программы Proteus вания. Если написание программного кода управления электронной систе- мой предполагается выполнить в CodeVisionAVR, то проект схемы электрической принципиальной, в котором присутствует карта памяти, буквенно-цифровой дисплей, терми- нал и микроконтроллер создают без использования мастера – при помо- щи кнопки ISIS (Schematic Capture) верхней панели инструментов Proteus (см. рис. 1). В результате будет откры- та новая вкладка «Schematic Capture», в рабочем поле которой и будет выпол- няться разработка схемы. В нашем примере вывод считанной с карты памяти информации (содержимо- го текстового файла) выполним на экран терминала и буквенно-цифро- вого дисплея, для чего добавим эти устройства в рабочую область схем- ного редактора. 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021