Современная электроника 2019 №2

Реклама

Реклама ΋ΌΊÞΆ΍΍ÛΊΉ΃ÜåΉΊΆ Ί×ΊΌÝØΊ΄΃ΉÛΆÛΎΆΏΉΊÜΊ΅ÛÛ ØüòΒΕñΒêïõΐñï Duet FE 300-2 (9)8*)ũòóΒëΒΔõΕôΐóøΏõΏĀΔïΔõΐòΏ ìñĀΒøïΔõðïêΒîìΕΖΏôΓïΓΕøóΒΑôΏΑðΐìΒ ΔΒΔõΒĀóïĀôΒøõïòΐìï÷ïóΔðΒΑΔõΐΓïñýóΒΔõï (YIX*)éñΓðũôΓΔõΐõïêóΐĀΕïΕõΑòΐñΑëðΓ ΖΕõΐóΐêñïêΐΑõΕĀïêñÿéΓΑêΔΑòĀòΓíΑõéüõýôΑΔΑóΑΕΑóΐ êΕêĀîïΕôΔΓïîêΓìΕõêΑóóüòïóΖíìΐòï ũ΅ΔΐóΖñïΔΓêΐóóüΒΖëΓñýóüΒöïñýõΔ ũÞïñýõΔ,)4%þööΑðõïêóΓΕõý ðñΐΕΕ* ũɅÝêΑñïøΑóóüΒΔΐîòΑΔêüôΖΕðóüΗôΐõΔΖéðΓêòò ũɅ΄üΕΓðΐĀôΔΓïîêΓìïõΑñýóΓΕõýò3øΐΕ ũ΄ΓîìΖùóüΒôΓõΓðòΕΗòò ôΔïìΐêñΑóïïò×ΐΔ ũɅΉïîðïΒΖΔΓêΑóýùΖòΐ ì× ũΈΐõΑΔïΐñðΓΔôΖΕΐΕõΐñýΕôΓΔΓùðΓêüòôΓðΔüõïΑò ũØñĀìêΖΗΔΐéΓøïΗòΑΕõ ×ñΒð(YIX*)ôΒΔõΏêñĀΐõΔĀêðΒòôñΐðõΐ ΔðΒòéïóïΓΒêΏóóüòïôΓΐìêΏΓïõΐñýóüò öïñýõΓΏòï ΎΏΓΏðõΐΓïΔõïðï ðΒòéïóïΓΒêΏóóΒëΒöïñýõΓΏ ũÞïñýõΔ,)4% þööΑðõïêóΓΕõý  ũ΅ΐîΓêüΒöïñýõΔũëΔΐóΖñïΔΓêΐóóüΒ ΐðõïêïΔΓêΐóóüΒΖëΓñý ũ΀ΓΔôΖΕöïñýõΔΐũΕõΐñý ΓðΔΐùΑóóΐĀêñÿéΓΒ÷êΑõôΓ íΑñΐóïÿîΐðΐîøïðΐóΐ÷ΑóΖþõΓ óΑêñïĀΑõ ΎΏΓΏðõΐΓïΔõïðï ôΓΐìêΏΓïõΐñýóΒëΒöïñýõΓΏ ũΈΐõΑΔïΐñöïñýõΔΐũΕõΑðñΓêΓñΓðóΓ ũæööΑðõïêóΓΕõýũðñΐΕΕ*  ìΓøΐΕõï÷üìΓòïðΔΓó  ΆìïóüΒóΓòΑΔ  TVSXILRSPSK]VYôΔΓõΑΗΔö

ЖУРНАЛ 2/2019 CONTENTS MARKET Журнал «Современная электроника» 4 Russian Market News Издаётся с 2004 года MODERN TECHNOLOGIES Главный редактор А.А. Смирнов 10 Fraunhofer Solves Networked Sensors‘ Energy Problems Заместитель главного редактора Д.А. Карлов Редакционная коллегия А.Е. Балакирев, В.К. Жданкин, Janis Eitner, Georg Weigelt И.С. Матешев, С.А. Сорокин, Р.Х. Хакимов 12 Top 5 Challenges in IoT Device Manufacturing Test Литературный редактор/корректор О.И. Семёнова 16 Silicon and Gallium-Aluminum Arsenide Technology. Вёрстка А.М. Бабийчук Обложка Д.В. Юсим Part 12. Optoelectronic Multi-Channel Switch of the SpaceWire Распространение И.С. Михтифидинова ([email protected]) Standard and the Concept of FE IVS DIPAA Реклама И.Е. Савина ([email protected]) Valeriy Svede-Shvets, Vladislav Svede-Shvets, Maksim Zinoviev 22 Simplicity and Reliability of Embedded Systems Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» Roman Filippov Генеральный директор К.В. Седов 26 Development of a Broadband Radar-Absorbent Material Адрес учредителя и издателя: Based on Silicon Carbide and Aluminum Nitride 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, пом/ком/эт I/67/тех Yuriy Nepochatov, Anton Bandin, Inna Manina Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 Тел.: (495) 232-0087 • Факс: (495) 232-1653 ELEMENTS AND COMPONENTS [email protected] • www.soel.ru 32 Engineers Guide to PTC Thermistor Technology Производственно-практический журнал Yuki Fujii, Yumin Saigo Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная 36 Modern 32-bit ARM Microcontrollers of the STM32 Series. Журнал зарегистрирован в Федеральной службе Converter of Analogue Control Signals into Digital по надзору за соблюдением законодательства в сфере Oleg Valpa массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) DEVICES AND SYSTEMS Свидетельство № 00271-000 о внесении в Реестр надёжных 40 Analysis of Manchester and NRZ-code Signals with Arbitrary партнёров ТПП РФ. Parameters Using RTE Series Oscilloscopes of the R&S Company. Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». Part 2 Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан Nikolay Lemeshko, Pavel Strunin Тел./факс: (499) 903-6952 ENGINEERING SOLUTIONS Перепечатка материалов допускается только с письменного 46 Advanced Tone-Compensated Passive Volume Control разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламодатели. Ответственность за with LF Correction содержание статей несут авторы. Материалы, переданные Aleksey Kuzminov редакции, не рецензируются и не возвращаются. Мнение 52 Light Effects Device with Network Interface редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Sergey Shishkin Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки являются собственностью DESIGN AND SIMULATION соответствующих владельцев. 56 Design of a High-Efficiency Broadband GaN HEMT Doherty Amplifier © СТА-ПРЕСС, 2019 for New-Generation Cellular Transmitters David Vye, James Wong, Andrey Grebennikov, Naoki Watanabe, Eiji Mochida МОБИЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 62 Formation of Text Documentation in CAD Altium «СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА» Evgeniy Kondratyev можно скачать в Google Play в разделе «Приложения/ Бизнес» (пользователям устройств на платформе Android) MAN AND LAW и в App Store в разделе «Бизнес» (пользователям iOS). 66 Property Rights to the Exhibition С помощью этого приложения можно бесплатно читать с экрана номера наших журналов. К новым номерам Gennadiy Fokin журнала доступ в приложении платный. EVENTS ПОДПИСКА 70 “Electronics” and “Automation” in the Urals: Advanced Technologies Концепция распространения журнала – and New Prospects БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ. Предусмотрена подписка на печатную или электронную COMPETENT OPINION версию журнала. Условие сохранения такой подписки – 74 Problems of Formation of the Russian Digital Economy своевременное её продление каждый год. and Error Elimination Methods in its Solving ПЛАТНАЯ ПОДПИСКА С ГАРАНТИРОВАННОЙ ДОСТАВКОЙ Aleksandr Gordeev Преимущества: 78 Import Substitution is the Creation of Competitive Technology, • гарантированная доставка журнала, тогда как not Import Bans при бесплатной подписке редакция гарантирует только 2 WWW.SOEL.RU отправку, но не доставку журнала; • подписка доступна любому желающему по всему миру. ОФОРМЛЕНИЕ ПЛАТНОЙ ПОДПИСКИ В любом почтовом отделении России, подписное агентство «Роспечать»: Тел.: (495) 921-2550. Индексы на полугодие – 46459, на год – 36280. Подписное агентство «Урал-Пресс»: Тел.: (499) 391-6821, 700-0507 • http://www.ural-press.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОДЕРЖАНИЕ 2/2019 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК Anadigm . . . . . . . . . . . . . 75 4 Новости российского рынка Beneq (Lumineq) . . . . . . . 50–51 EREMEX (Delta Design) . . . . . . 80 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Fastwel . . . . . . . . . . . . . . .6 HARTING . . . . . . . . . . . . . .5 10 Энергоэффективное модульное оборудование обеспечит Litemax . . . . . . . . . . . . . . .6 будущее Интернета вещей Micrometals. . . . . . . . . . . . 25 NI AWR . . . . . . . . 2-я стр. обл. Янис Айтнер, Георг Вайгельт 12 Проблемы производственных испытаний устройств Интернета вещей 16 Кремниевая и арсенид-галлий-алюминиевая технология. Часть 12. Оптоэлектронный многоканальный коммутатор стандарта SpaceWire и концепция ФЭ ИВС ЦИФАР Валерий Сведе-Швец, Владислав Сведе-Швец, Максим Зиновьев 22 Простота и надёжность встраиваемых систем Роман Филиппов 26 Разработка широкополосного радиопоглощающего материала на основе карбида кремния и нитрида алюминия Юрий Непочатов, Антон Бандин, Инна Манина Raystar . . . . . . . . . . . . . . .4 ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ TDK-Lambda . . . . . . . . . .7, 11 XP Power . . . . . . . . . 5, 7, 8, 73 32 Применение ПТК-терморезисторов АВД Системы. . . . . . . . . . . .9 АРБЕЛОС . . . . . . . . . . . . . 19 Юки Фуджи, Юмин Сайго ДОЛОМАНТ. . . . . . . . . . . . 77 ПРОТЕХ . . . . . . . . . . . . . 1, 6 36 Современные 32-разрядные ARM-микроконтроллеры серии STM32. СИММЕТРОН . . . . . . . . . . . 33 Преобразователь аналоговых сигналов управления в цифровые ТЕСТПРИБОР . . 4-я стр. обл., 4, 21 Олег Вальпа ЧИТАЙТЕ СВЕЖИЙ НОМЕР! ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 40 Анализ сигналов в манчестерском и NRZ-коде с произвольными параметрами при помощи осциллографов серии RTE компании R&S. Часть 2 Николай Лемешко, Павел Струнин ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 46 Усовершенствованный тонкомпенсированный пассивный регулятор громкости с НЧ-коррекцией Алексей Кузьминов 52 Устройство световых эффектов с сетевым интерфейсом Сергей Шишкин ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 56 Проектирование усилителя Догерти на основе GaN HEMT для систем связи нового поколения Дэвид Вай, Джеймс Вонг, Андрей Гребенников, Наоки Ватанабе, Эйдзи Мочида 62 Формирование текстовой документации в САПР Altium Евгений Кондратьев ЧЕЛОВЕК И ЗАКОН 66 Имущественные права на выставку Геннадий Фокин Журнал «СТА» («Современные СОБЫТИЯ технологии автоматизации») для квалифицированных специалистов, 70 «Электроника» и «Автоматизация» на Урале: работающих в сфере промышленной передовые технологии и новые перспективы автоматизации, АСУ ТП КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ и встраиваемых систем. 74 Проблемы становления российской цифровой экономики www.CTA.ru и способы исключения ошибок при их решении Александр Гордеев 78 Импортозамещение – это создание конкурентоспособной техники, а не запреты на импорт СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка РЫНОК ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР целью определения способности элек- Работы по испытаниям осуществляют ат- АО «ТЕСТПРИБОР» тронной компонентной базы, а также ра- тестованные специалисты, обладающие не- диоэлектронной аппаратуры или их от- обходимой квалификацией и опытом про- РАСШИРЯЕТ НОМЕНКЛАТУРУ дельных сборочных единиц и деталей ведения соответствующих работ. ПРОВОДИМЫХ ИСПЫТАНИЙ противостоять росту грибов в условиях, оптимальных для их развития. В процес- Испытания на воздействие плесневых Увеличение номенклатуры проводимых се испытаний могут обеспечиваться тре- грибов и на воздействие акустического шу- работ – одно из важных направлений раз- бования ГОСТ 9.048, ГОСТ РВ 20.57.416 ма проводятся под контролем ВП МО РФ. вития испытательной лаборатории компа- и ГОСТ РВ 20.57.306. нии «ТЕСТПРИБОР». Испытательный центр ● Испытания на воздействие акустиче- www.test-expert.ru постоянно расширяет область своей дея- ского шума. Испытания на воздействие Тел.: (495) 657-87-37 тельности, приобретает новое современ- акустического шума проводят с целью ное оборудование, организует обучение определения способности изделий со- сотрудников на специализированных кур- хранять свои функции и параметры в ус- сах и семинарах. ловиях воздействия акустически наво- димой вибрации. Испытания проводят- В связи с этим испытательный центр ся в соответствии с ГОСТ РВ 20.57.416, АО «ТЕСТПРИБОР» предлагает следую- ГОСТ РВ 20.57.305 и ОСТ 11 073.013. щие виды работ: ● Испытания на воздействие плесне- вых грибов. Испытания проводятся с ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 5\" TFT редаётся 24 битами (8 бит на цвет). Типовое ющие получение цветного изображения на значение яркости свечения экрана 1000 кд/м2. экране через 24-разрядный интерфейс RGB С ПОВЫШЕННОЙ ЯРКОСТЬЮ (Red, Green, Blue), то есть цифровой RGB- ДЛЯ ЖЁСТКИХ КЛИМАТИЧЕСКИХ Дисплей воспроизводит цвета при углах сигнал передаётся 24 битами (8 бит на цвет). УСЛОВИЙ обзора 170° в горизонтальной и вертикаль- Типовое значение яркости свечения экра- ной плоскостях благодаря технологии пла- на 1000 кд/м2. Компания Raystar Optronics представля- нарной адресации IPS. Формат экрана 16:9, ет 5\" цветной активно-матричный дисплей- контраст 1000:1. ный модуль RFF500E-AWH-DNN с повышен- ной яркостью и широким диапазоном рабо- Диапазон рабочих температур от –30 до чих температур. +80°С, диапазон температур хранения от –30 до +80°С, что позволяет применять дис- плейный модуль в жёстких климатических условиях. http://prosoft.ru Тел.: (495) 234-0636 Дисплейный модуль с разрешением 7\" ЦВЕТНОЙ TFT Дисплей натурально воспроизводит цве- 800×480 пикселей выполнен по технологии та при углах обзора 170° в горизонтальной IPS (In Plane Switching), которая обеспечивает С ПОВЫШЕННОЙ ЯРКОСТЬЮ и вертикальной плоскостях благодаря тех- широкий угол обзора. Функции управления нологии планарной адресации IPS. TFT-модулем осуществляют встроенные ми- И НИЖНЕЙ ГРАНИЦЕЙ ДО –30°C кросхемы драйверов HX8249-A и HX8678-C. Напряжение питания логической ча- Компания Raystar Optronics представляет сти дисплея от 3 до 3,6 В (типичное зна- Цифровой параллельный интерфейс позво- 7\" цветной активно-матричный TFT-модуль чение 3,3 В). Формат экрана 16:9, кон- ляет подключать дисплей к устройству с циф- RFF700A4-AWN-DNN с повышенной яркостью трастность 1000:1. Документированный ровым выходом. Цифровой RGB-сигнал пе- и широким диапазоном рабочих температур. диапазон рабочих температур от –30 до +80°С, диапазон температур хранения Дисплейный модуль с форматом изобра- от –40 до +90°С. жения WVGA (Wide VGA) 800×480 пиксе- лей выполнен по технологии IPS (In Plane http://prosoft.ru Switching), которая обеспечивает широкий Тел.: (495) 234-0636 угол обзора без использования компенса- ционного плёночного фильтра. Функции управления TFT-модулем осу- ществляют встроенные микросхемы драй- вера NT51632T и NT52601TT, обеспечива- 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

РЫНОК На правах рекламы ФИЛЬТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ шого вносимого затухания. Предлагаются ис- направлении HARTING также развивается полнения для оборудования информацион- в области Ethernet по одной паре (SPE) и ПОМЕХ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ной технологии и медицинского оборудо- устанавливает стандарты для требуемых И МЕДИЦИНСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ вания с током утечки на землю 5 мкА (при интерфейсов. Все соответствующие коми- входном напряжении 250 В). Подключение теты по стандартизации уже выбрали ди- Для дополнения ряда источников пита- входных и выходных цепей осуществляется зайн HARTING для SPE-разъёма. ния компания XP Power представляет ряд через контактные зажимы Faston 6,3×0,8 мм. фильтров электромагнитных помех (ЭМП). Модули фильтров должны быть установле- Необходимым условием для широкого При установке в однофазное оборудование ны как можно ближе к вводу сетевого шнура использования и, следовательно, успеш- переменного тока эти фильтры обеспечива- для минимизации взаимного влияния между ного маркетинга технологии SPE являет- ют превосходное вносимое затухание для сетевым шнуром и оборудованием. ся сквозная совместимость устройств, ка- снижения любых кондуктивных помех, ге- белей и разъёмов. Это обеспечивается нерируемых оборудованием, наряду с этим Применяемые для оборудования класса I международной стандартизацией ISO/IEC ослабляя любые кондуктивные электромаг- все модели оснащены экранированным ме- и IEEE 802.3. В начале 2018 года ISO/IEC нитные помехи, поступающие от первичной таллическим корпусом и оборудованы рези- был разработан международный процесс сети переменного тока. стором утечки для безопасного разряда кон- отбора стандартизированных кабелей и со- денсаторов фильтра при отключении элек- единителей для SPE. TIA (телекоммуникаци- Фильтры для входных источников пита- тропитания. Все серии имеют сертификацию онная промышленная ассоциация) иниции- ния с сетевым соединителем IEC с нагрузоч- в соответствии с требованиями стандартов ровала аналогичный процесс летом 2018 го- ными токами от 1 до 10 A начинаются с се- EN60939-2 и ANSI/UL1283, обеспечивающих да, и в ноябре 2018 года IEEE было принято рии FASA/M, которая объединяет проходной безопасность фильтров ЭМП. Широкий диа- окончательное решение. Три основных орга- фильтр ЭМП с соединителем IEC320-C14 пазон рабочих температур от –40 до +110°C низации пришли к одним и тем же выводам: для обеспечения превосходного подавле- при полной рабочей мощности до темпера- ● для монтажа проводки в зданиях сопря- ния в компактном модуле. Исполнения для туры +50°C превосходят параметры, предла- применения в оборудовании информацион- гаемые многими конкурирующими произво- гаемая поверхность разъёма стандарти- ной технологии (ITE) доступны как встроен- дителями. зируется в соответствии с IEC 63171-1: ные (серия FASASxxPFR), так и монтируе- дизайн интерфейса основан на предло- мые винтом (серия FASASxxSFR) для бы- Основные характеристики фильтров ЭМП: жении CommScope и известен под сино- тового, промышленного, измерительного ● монтируемые винтами исполнения нимом Вариант 1 (стиль LC) для сред ка- и IT-оборудования. Исполнения фильтров тегории M1I1C1E1; для крепления винтом к тому же доступ- IEC320-C14 и устанавливаемые на па- ● для промышленных и связанных с про- ны с низким током утечки на землю 5 мкА нель исполнения с токами от 1 до 10 A; мышленностью применений сопрягаемая (при входном напряжении 250 В) для при- ● одно- и двухзвенные исполнения с тока- поверхность разъёма соответствует стан- менения в медицинских приборах и аппа- ми от 1 до 20 A для монтажа на шасси; дарту IEC 61076-3-125: этот дизайн осно- ратах (серия FASMA). ● компактная конструкция; ван на предложении HARTING и разрабо- ● варианты с низкими токами утечки для тан для использования в условиях окру- Фильтры серии FCSS имеют держатель медицинского оборудования и исполне- жающей среды до категории M3I3C3E3 и для предохранителя в фазном проводе с ния для оборудования информационной известен как Вариант 2 (индустриальный оснащённым фильтром в сетевом соедини- технологии; стиль). Эта концепция разъёма SPE обе- теле IEC для оборудования информацион- ● защита от поражения электрическим то- спечивает передачу данных со скоростью ной технологии. Фильтры серии FDMM до- ком класса I; 1 Гбит/с для более коротких расстояний, бавляют сдвоенный держатель для сетевых ● зажимы Faston 6,3×0,8 мм; а также 10 Мбит/с для больших расстоя- вводов IEC с низким током утечки на зем- ● резистор утечки; ний (1000 м и более) и имеет степень за- лю для медицинских применений. Сочета- ● экранированный металлический корпус; щиты IP20 или IP65/67. ющая двухполюсный переключатель, одно- ● широкий диапазон рабочих температур Несмотря на более высокие скорости пе- фазный держатель и сетевой соединитель от –40 до +110°С; редачи данных и параллельную передачу IEC серия FFSA создана для применения в ● полная мощность обеспечивается до тем- энергии (дистанционное питание), кабель- оборудовании информационной технологии. пературы +50°С; ные компоненты должны стать меньше и Медицинская версия серии FGSM в добав- ● Предусмотрена гарантия 3 года. легче. Новая технология SPE с техноло- ление к переключателю имеет сдвоенный гией Single Pair Ethernet SPE, основанная держатель предохранителя и фильтр с низ- www.prochip.ru на стандартах передачи в соответствии с ким током утечки. Тел.: (495) 232-2522 IEEE 802.3bp и 802.3cg, теперь позволяет передавать данные через Ethernet по одной Фильтры с токами от 1 до 20 A для монта- ВКЛАД HARTING жа на шасси доступны однозвенные (FHS) или двухзвенные (FIH) для обеспечения боль- ВО ВНЕДРЕНИЕ И СТАНДАРТИЗАЦИЮ ПРОМЫШЛЕННОГО ETHERNET ПО 1 ПАРЕ (SPE) Ethernet-соединения на базе IP-про- токолов, передача данных и питания по кабелям и разъёмам для подключения устройств миниатюрного размера – всё это основные задачи, стоящие перед Ин- дустрией 4.0. По мере продолжения рабо- ты разработчиков и производителей в этом СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы паре, а также одновременно подавать пи- нащение простых датчиков, камер или счи- настроены, контролироваться и управлять- тание на конечные устройства через PoDL тывающих и идентификационных устройств ся дистанционно. Строительство, эксплуа- (Power over Data Line). Ранее требовалось интерфейсами Ethernet поддерживает вне- тация и обслуживание оборудования стано- две пары для Fast Ethernet (100 МБ) и четы- дрение IIoT. вятся более эффективными и недорогими. ре пары для Gigabit Ethernet. В настоящее время наблюдается стремление использо- Здесь SPE обеспечивает решающее отли- Многие подключённые устройства, пере- вать преимущества SPE и в промышленной чие шинных систем. Полевой уровень стано- ключатели, датчики не требуют дополни- автоматизации. SPE обеспечивает безба- вится «интеллектуальным», а интегрирован- тельных источников питания или батарей. рьерное соединение устройств управления ная связь Ethernet уменьшает усилия, свя- Это повышает эксплуатационную безопас- и датчиков /исполнительных механизмов на занные с параметризацией, инициализацией ность и защищает окружающую среду. базе IP-протоколов до полевого уровня. Ос- и программированием. В то же время все элементы в сети автоматизации могут быть www.prochip.ru Тел.: (495) 232-25-22 ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 2-КАНАЛЬНЫЕ ПРЕЦИЗИОННЫЕ и ток до 3 А при выходной мощности 36 Вт тельными двоичными кодами для контроля (ранее в модели PPH-71503D макс. был и управления территориально распределён- ПРОГРАММИРУЕМЫЕ до 1,5 А/Pвых =18 Вт). ными процессами. Стандарт определяет ис- пользование открытого интерфейса TCP/IP ИП GW INSTEK PPH-71506D www.protehnology.ru для сети, содержащей, например, локаль- И PPH-71510D Тел./факс: (495) 662-96-25 ную вычислительную сеть для устройства телемеханики, которая передаёт данные в Компания GW Instek представила на рын- FASTWEL I/O соответствии с ГОСТ Р МЭК 870-5-101. ке два новых прецизионных импульсных вы- сокоскоростных программируемых источни- ДЛЯ СИСТЕМ ТЕЛЕМЕХАНИКИ Отдельно стоит отметить, что благода- ка питания постоянного тока PPH-71506D и И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ря низкому энергопотреблению (от 1,5 Вт), PPH-71510D. ПОДСТАНЦИЙ развитым коммуникационным возможно- стям, поддержке широкого набора прото- В дополнение к ранее выпущенным ис- В универсальном контроллере CPM723 колов (МЭК 60870-5-104; MODBUS TCP/ точникам PPH-серии анонсирован выпуск линейки Fastwel I/O добавлен сервис под- RTU; CANOpen, DNP3, PROFIBUS DP-V1, обновлённых моделей специализированно- чинённого узла по стандарту ГОСТ Р FTP, HTTP, NTP, IEEE 1588) и расши- го источника постоянного тока для систем МЭК 60870-5-104 («Устройства и системы ренному диапазону рабочих температур мобильной связи, имеющих ряд особенно- телемеханики»). Функционал доступен для (–40…+85°С) контроллеры Fastwel I/O при- стей и преимуществ, что делает их наибо- приложений, разработанных с использова- менимы для систем автоматизации и те- лее оптимальным решением для тестиро- нием пакета адаптации CODESYS V3 для лемеханизации технологического обору- вания средств беспроводной коммуникации контроллеров Fastwel версии 1.0.3.0 и выше. дования объектов нефтегазопроводов, и устройств связи с батарейным питанием. нефтепродуктопроводов и информацион- Поддержка протокола ГОСТ Р но-управляющих систем (ИУС) газопере- Новинки представляют собой 2-каналь- МЭК 60870-5-104 значительно расширяет рабатывающих производств. ные программируемые источники питания, сферы применения распределённой систе- которые обеспечивают высокостабильное мы ввода-вывода Fastwel I/O. www.fastwel.ru электропитание в двойном диапазоне «на- Тел.: (495) 234-06-39 пряжение/ток» с общей выходной мощно- CPM723 может найти применение в си- стью 45 Вт. Номиналы рабочих диапазо- стемах коммерческого и технического учё- НОВЫЕ ДИСПЛЕИ ДЛЯ ВОКЗАЛОВ нов основного канала (Кан. 1): 0…15 В при та электроэнергии, сбора информации на И АЭРОПОРТОВ ОТ LITEMAX максимальном токе до 3 A или напряжение электрических подстанциях, контроля ка- от 0 до 9 В с током нагрузки до 5 A. Выход- чества электроснабжения. Компания Litemax, пионер и один из луч- ное напряжение Кан. 1 может быть выда- ших производителей полосковых и сверхъ- но как на гнёзда передней панели, так и Системы автоматического управления ярких дисплеев, представляет новинку – ди- на терминалы тыльной панели источника. (САУ) на базе Fastwel I/O теперь без про- сплей формата 16:3,4 с диагональю 57,4″ и блем могут взаимодействовать с система- разрешением 4К. Особенность PPH-71510D заключается ми энергетического оборудования, такими в том, что он имеет возможность на гнёз- как комплектные трансформаторные под- В современных системах информации дах задней панели выдать увеличенный ток станции (КТП), низковольтные комплектные транспортных терминалов, будь то аэропор- до 10 А в диапазоне выходного напряже- устройства (НКУ). ты или вокзалы, постепенно уходят в про- ния 0…4,5 В. Второй независимый канал шлое блинкерные табло. На смену им при- (Кан. 2) обеспечивает выдачу Uвых=0…12 В Стандарт ГОСТ Р МЭК 60870-5-104 рас- ходят дисплеи различных форматов. Одним пространяется на устройства и системы те- из самых интересных решений стали дис- 6 лемеханики с передачей данных последова- плеи полоскового формата – на них удобно выводить весь маршрут целиком, данные о нескольких рейсах и отображать другую по- лезную информацию. Однако с увеличением диагонали таких дисплеев должно расти и их разрешение. WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

РЫНОК На правах рекламы В противном случае картинка становится Выходное напряжение имеет возмож- формационной технологии (ITE). Приборы слишком зернистой и малоинформативной. ность подстройки в диапазоне от 24 до 28 В доступны в исполнениях по защите от по- Компания Litemax представила новый ди- с помощью потенциометра на передней па- ражения электрическим током для обору- сплей с разрешением 4К, который гаран- нели или внешнего источника напряжения дования классов I и II, выполнены в герме- тирует абсолютную читаемость, причём да- (5…6 В). По умолчанию блок питания име- тичных корпусах с гладкой поверхностью со же в условиях прямого солнечного света. ет световую индикацию и релейный контакт степенью защиты IP32, что является идеаль- DC-OK, рассчитанный на 30 В / 1 А, а так- ным для применения в медицинском обо- Дисплей 5745-INU традиционно для же функцию дистанционного включения/вы- рудовании. Litemax доступен в трёх модификациях: ключения. Потребляемая мощность в режи- версия SSF (только панель), версия SSH ме ожидания у DRF960 менее 1 Вт при от- ИП серии ALM соответствуют требовани- (панель + полный комплект подключения) сутствии нагрузки. В режиме параллельной ям международных стандартов, обеспечива- и SSD (версия в металлическом корпусе). работы могут работать до пяти блоков с оп- ющих безопасность устанавливаемого обо- А чтобы этот дисплей можно было исполь- цией токораспределения. рудования UL/EN/IEC60950-1 и ES/CSA/EN/ зовать в системах информации на улице, IEC60601-1. Они обеспечивают два сред- предусмотрены яркая подсветка и широ- Источники питания DRF960 имеют проч- ства защиты пациента (2×MOPP) с электри- кие углы обзора. ный металлический корпус с габаритами ческой прочностью изоляции 4 кВ. Все мо- 123,4×139×110 мм (В×Г×Ш соответственно). дели соответствуют требованиям стандар- Основные характеристики SSH5745-I: Диапазон входного напряжения составля- та EN 55032 Class B к уровню кондуктивных ● диагональ 57,4″; ет 180…264 В перем., 47…63 Гц. Прочность помех и помех излучения, а также 4-му из- ● формат экрана 16:3,4; изоляции составляет: вход-выход 3000 В пе- данию стандартов по электромагнитной со- ● разрешение 3840×807; рем., вход-земля 1500 В перем., выход-зем- вместимости медицинского оборудования. ● яркость 1000 кд/м2; ля 500 В перем. Диапазон рабочих темпе- ● контрастность 5000:1; ратур составляет –25…+70°C (запуск при Для серии ALM85 среднее значение КПД ● углы обзора 178°/178° (по горизонтали / –40°C). Изменения выходных характери- составляет 88%, а для серии ALM120 – 93%. стик начинаются при температурах свыше При работе в режиме холостого хода вход- по вертикали). +60°C: они линейно снижаются до 50% от ная мощность для моделей обеих серий не www.prochip.ru номинальных значений при +70°C. превышает 150 мВт. Ток утечки на землю 250 мкА (серия ALM85) и 160 мкА (ALM120). Тел.: (495) 232-25-22 Новые блоки питания сертифицированы Предлагаются модели с выходными напря- на соответствие стандартам по безопасно- жениями 12, 15, 19 и 24 В. Все модели ос- КОМПАКТНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ сти IEC/EN/UL/CSA 60950-1, UL 508 и имеют нащены защитой от перегрузки по току, НА DIN-РЕЙКУ ОТ TDK-LAMBDA маркировку CE в соответствии с Директива- перенапряжению и короткого замыкания. МОЩНОСТЬЮ 960 ВТ ми по низковольтному напряжению, ЭМС и Модули сохраняют работоспособность в ус- RoHS. По излучаемым и кондуктивным по- ловиях, характерных для высоты 5000 м. Компания TDK-Lambda объявляет о выпу- мехам устройства соответствуют EN 55032-B ске новой модели блока питания для мон- и стандартам EN 61000-4. Габаритные размеры пластиковых корпусов тажа на DIN-рейку – DRF960-24-1. Модуль со степенью защиты IP32: 135×62×37 мм (се- рассчитан на 24 В постоянного напряжения http://prosoft.ru рия ALM85) и 171×68×38 мм (серия ALM120). и 40 А (960 Вт) с возможностью работы в Тел.: (495) 234-0636 режиме пиковой нагрузки до 60 А (1440 Вт) Выходной соединитель у моделей серий в течение 4 с. 85- И 120-ВТ ALM85 с выходными напряжениями 12 и НАСТОЛЬНЫЕ ИП ДЛЯ ITE 15 В – неблокируемый 4-контактный сило- Изделие имеет очень узкий профиль – вой DIN (эквивалентный KPPX-4P), модели всего 110 мм, что позволяет освободить И МЕДИЦИНСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ с выходными напряжениями 19 и 24 В име- дополнительное пространство для крепле- Компания XP Power объявила о начале ют соединительный разъём типа цилиндриче- ния другого оборудования на DIN-рейку. При ское гнездо с внутренним диаметром 2,5 мм, КПД блока питания 95% значительно умень- выпуска настольных источников питания се- внешним диаметром 5,5 мм и длиной 9,5 мм. шены выделение тепла и, как следствие, на- рий ALM85 и ALM120, которые расширяют грев электролитов. Расчётный срок служ- серию ALM65 высокоэффективных источ- Стандартным выходным соединителем у мо- бы изделия составляет более 10 лет при ников питания, соответствующих требова- дулей питания серии ALM120 является неблоки- нагрузке 75%, температуре окружающей ниям Energy Efficiency Level VI и CoC Tier 2 руемый 4-контактный силовой соединитель DIN среды +40°C и входном напряжении 230 В к энергоэффективности. (эквивалентный KPPX-4P), альтернативным ва- переменного тока. риантом для моделей с выходными напря- Эти серии сертифицированы для приме- жениями 19 и 24 В является цилиндрический Этот энергоэффективный источник пита- нения в медицинском оборудовании (два разъём с внутренним диаметром 2,5 мм, ния подойдёт для широкого спектра промыш- средства защиты от поражения электриче- внешним диаметром 5 мм длиной 9,5 мм. ленных применений, включая автоматизацию ским током, 2×MOPP) и оборудовании ин- Выходной шнур для обеих серий имеет дли- производства, управление технологически- ну 900 мм (±20%). ми процессами, а также для испытательных и измерительных комплексов. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 7

РЫНОК На правах рекламы Модули с защитой от поражения элек- НОВЫЕ 1500- И 3000-ВТ Модули способны работать в условиях воз- трическим током по классу I имеют вход- КОНФИГУРИРУЕМЫЕ AC/DC действия давления на высоте 3000 м. ной разъём IEC320-C14, версии с защитой от поражения электрическим током по клас- ДЛЯ ТРЁХФАЗНЫХ Диапазон входного напряжения трёхфаз- су II доступны с входным сетевым разъё- ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ной четырёхпроводной сети (без нейтраль- мом IEC320-C8. Стандартные модели с за- ного провода) от 180 до 264 В. Для защиты щитой от поражения электрическим током Компания XP Power выпустила новые се- от тока перегрузки, короткого замыкания, по классу I также доступны с опциональным рии XTL15 и XTL30 конфигурируемых источ- замыкания на землю в первичной цепи при- входным соединителем в виде фиксируемо- ников питания для работы от трёхфазной меняются предохранительные устройства в го зажима, для заказа необходимо добавить сети переменного напряжения. каждой фазе. Среднее значение КПД со- суффикс -A к заказному номеру. ставляет 88% и зависит от конфигурации, ти- Новая серия XTL15 с 14 слотами для уста- пичное значение тока утечки на землю 1 мА. Диапазон напряжения питающей сети для новки модулей обеспечивает выходные моделей серии ALM85 составляет от 85 до напряжения с общей мощностью 1,5 кВт. Электрическая прочность изоляции меж- 264 В, выходная мощность для всех моде- 20-слотовая серия XTL30 является наи- ду первичной и вторичными цепями 3000 кВ лей линейно понижается от 100% нагрузки высшим по мощности конфигурируемым (переменное напряжение), между первич- при входном напряжении 90 В до 80% нагруз- ИП для трёхфазной сети в универсальном ной цепью и корпусом 1500 В (перемен- ки при входном напряжении 80 В. Модули се- ряде fleXPower. ное напряжение), между вторичной цепью рии ALM120 предназначены для работы в ди- и землёй 250 В (постоянное напряжение). апазоне входного напряжения от 80 до 264 В, Выход серии XTL15 может быть задан уста- Источники питания серий XTL соответству- версии с выходными напряжениями 19 и 24 В новкой до 7 модулей, а серия XTL30 вмеща- ют требованиям следующих стандартов: характеризуются линейным понижением вы- ет до 10 модулей из ряда 44 одноканальных EN55032 Class A для кондуктивных помех ходной мощности от 100% нагрузки при вход- (от 2 до 4 слотов) и 16 двухканальных модулей и помех излучения; стандарты электробе- ном напряжении 90 В до 80% нагрузки при (2 слота) в диапазоне напряжений от 3,3 В / зопасности CB IEC 60950-1 и IEC 62368-1; входном напряжении 80 В; у моделей с вы- 20 A до 60 В / 12,5 A. Модули могут быть скон- UL62368-1; TUV EN 62368-1; защита от по- ходными напряжениями 12 и 15 В выходная фигурированными последовательно и парал- ражения электрическим током соответству- мощность линейно понижается от 100% на- лельно для достижения одноканального вы- ет оборудованию класса I. грузки при напряжении 100 В до 80% нагруз- ходного канала с мощностью 1500/3000 Вт. ки при напряжении 80 В. Источники пита- Модули с одинаковыми значениями напря- Металлические корпуса имеют габарит- ния способны выдерживать перенапряжение жения, но разными номинальными мощно- ные размеры 279,4×177,8×63,5 мм (XTL15) 300 В в течение 5 с. Для обеих серий диапа- стями могут быть соединены параллельно и и 317,5×127×127 мм (серия XTL30). Поток зон рабочих температур от 0 до +60°C, пол- распределять ток в нагрузке между собой охлаждающего воздуха входит через перед- ная мощность на выходе обеспечивается в в диапазоне 10%. Вспомогательный выход- нюю панель и выпускается через заднюю диапазоне температур от 0 до +40°C. ной канал 5 В / 2 A является стандартным. панель, обратный ход воздушного потока может быть обеспечен в качестве варианта Серии ALM85 и ALM120 обеспечивают Основной выходной канал может управ- без понижения мощности. Дополнительная экономичное техническое решение для обо- ляться общим сигналом включения/выклю- функция управления скоростью вращения рудования информационной технологии и чения, который альтернативно может быть вентилятора модуля (2-й слот) обеспечивает медицинской аппаратуры. заданным как общий вход разблокировки скорость вращения вентилятора в соответ- (global enable). Варианты выбора, предлага- ствии с выходной нагрузкой и температур- Основные характеристики: емые для отдельных изолированных выход- ными условиями среды источника питания; ● эффективность использования энергии ных сигналов, которые могут быть установ- эта функция к тому же обеспечивает сиг- лены активными при высоком уровне или нал об аварийном состоянии вентилятора. по level VI; активными при низком уровне, доступны ● сертифицированы для IT-оборудования и для следующих функций: AC OK/Power Fail С выходными мощностями 1,5 и 3 кВт (входная сеть в нормальном состоянии/ ава- трёхфазные серии XTL15 и XTL30 обеспе- медицинской аппаратуры (два средства рийное состояние выхода), Global DC OK чивают легко задаваемые, сделанные на за- защиты пациента от поражения электри- (общее состояние выходного напряжения в каз решения с многочисленными выходами. ческим током, 2×MOPP); норме), Module DC OK (выходное напряже- ● для применения в оборудовании класса ние отдельного модуля в норме). Основные характеристики: I и класса II (опция); ● конфигурируемые за короткое время; ● диапазон входного напряжения от 80 Все модели оснащены защитой от пере- ● возможность последовательного и парал- до 264 В; грева, перегрузки по току, перенапряжения ● выходные напряжения от 12 до 24 В; и короткого замыкания. Источники питания лельного соединения; ● небольшой ток утечки на землю; работоспособны при температуре от –20 ● 3-фазный вход от 180 до 264 В; ● потребляемая мощность в дежурном ре- до +70°C c полной мощностью, доступной в ● число выходных каналов от 1 до 14 (1,5 кВт); жиме <0,15 В; диапазоне от 0 до +50°C (понижение выход- ● число выходных каналов от 1 до 20 (3 кВт); ● степень защиты корпуса IP32; ной мощности линейно до 50% при +70°C). ● регулируемая скорость вращения венти- ● фиксация сетевого шнура (опция); ● диапазон рабочих температур от 0 до +60°C; лятора (опция); ● полная мощность на выходе обеспечива- ● обширный набор сигналов состояния и ется до температуры +40°C. Предусмотрена гарантия 3 года. управления; ● диапазон рабочих температур от –20 www.prochip.ru Тел.: (495) 232-25-22 до +70°C. Предусмотрена гарантия 3 года. 8 www.prochip.ru Тел.: (495) 232-25-22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

РЫНОК На правах рекламы СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Ada. «Контракт» предназначен для исполь- Для тестирования ПО Vega-C компания РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ VEGA-C зования компилятором для вставки дина- AVIO применяет GNATemulator – эмулятор мических проверок или средствами стати- целевой (target) платформы на инструмен- РАЗРАБАТЫВАЕТСЯ НА ЯЗЫКЕ ческого анализа для формальной верифи- тальной машине. Это позволяет проводить кации – доказательства математическими тестирование ПО при отсутствии реального ADA методами, что ПО делает то, что от него тре- аппаратного прототипа целевой платфор- буется, и не делает того, что не требуется. мы и избежать двух различных конфигура- Ракета-носитель Vega лёгкого класса ций компилятора при проведении тестиро- (1500 кг полезной нагрузки) Европейско- Комплекс инструментальных средств вания одной части ПО в native-режиме на го космического агентства предназначена GNAT Pro Ada включает в себя компиля- инструментальной машине, а другой части для выведения на орбиту малых спутников тор, поддерживающий все версии стан- ПО в cross-режиме на целевой платформе. и за время коммерческой эксплуатации с дартов Ada (Ada 83, Ada 95, Ada 2005 и 2012 года совершила уже 13 успешных за- Ada 2012), интегрированную среду разра- Другие продукты AdaCore: пусков. ботки, визуальный отладчик, средства ав- ● CodePeer – статический анализатор / де- томатизации тестирования, средства ста- Итальянская компания AVIO разраба- тического анализа (контроль стандартов тектор потенциальных ошибок и уязвимо- тывает новый вариант носителя Vega-C кодирования, сбор метрик программного стей в программах на языке Ada, (Consolidation), у которого полезная нагруз- кода, анализатор стека), средства фор- ● SPARK Pro – комплекс средств верифи- ка будет увеличена до 2200 кг и будет сни- мальной верификации (доказательства кации ПО на языке SPARK – формаль- жена стоимость выведения. Квалификаци- корректности работы ПО с помощью ма- но верифицируемом подмножестве язы- онный запуск Vega-C планируется на сере- тематических методов) и средства инте- ка Ada, дину 2019 г. грации Ada и C/C++ программ. Комплекс ● QGen – квалифицируемый генератор GNAT Pro Ada поддерживает микропроцес- программного кода на языках MISRA C Для разработки программного обеспе- сорные архитектуры x86, PowerPC, ARM и и SPARK из моделей Simulink/Stateflow. чения систем управления полётом, ориен- LEON. Поддерживаются целевые платфор- Дистрибьютор компании AdaCore в Рос- тирования и навигации компания AVIO вы- мы с операционными системами LynxOS, сии – компания «АВД Системы» – постав- брала язык программирования Ada и ком- PikeOS, QNX, VxWorks, Embedded Linux и щик средств разработки программного обе- плекс инструментальных средств GNAT Pro без ОС (bare metal). спечения критически важных для безопас- Assurance Ada компании AdaСore. ности сертифицируемых встраиваемых Вариант GNAT Pro Assurance предна- компьютерных систем. Программное обеспечение Vega-C ра- значен для разработки ПО систем, серти- Предприятиям, заинтересованным в полу- ботает на целевом процессоре LEON 2 и фицируемых по стандартам функциональ- чении дополнительной информации о язы- будет сертифицировано по стандартам ной безопасности, таким как DO-178C (ави- ках Ada и SPARK и современных технологи- ECSS-E-ST-40C и ECSS-Q-ST-80C (Euro- оника), EN 50128 (ж/д системы), ISO 26262 ях разработки и верификации ПО, предла- pean Cooperation on Space Standardization) (автоэлектроника) и ECSS-E-ST-40C/Q-ST- гается проведение бесплатного семинара. на уровень критичности для безопасности 80C (космическая техника). Level B. Компания AVIO выбрала язык Ada www.avdsys.ru/ada за то, что благодаря своему синтаксису он помогает, а часто даже заставляет разра- ботчика создавать код высокого качества, а широкий набор статических (на этапе ком- пиляции) и динамических (на этапе прого- на) проверок помогает находить потенци- альные уязвимости и угрозы безопасности. Кроме этого, ПО проекта будет эволюцио- нировать в течение многих лет, поэтому хо- рошая читаемость программ на языке Ada в сочетании с развитой поддержкой модуль- ности и структурируемости сыграла при вы- боре языка немаловажную роль. Язык программирования Ada создавался специально для разработки ПО с повышен- ными требованиями к надёжности. В насто- ящее время Ada является основным языком для разработки ПО систем, критически важ- ных для безопасности и сертифицируемых по стандартам функциональной (safety) и информационной (security) безопасности. Язык Ada является международным стан- дартом ISO 8652. В последней редакции стандарта ISO 8652-2012 (Ada 2012) вве- дена конструкция для задания «контрак- тов» – требований к результатам работы программного модуля, описанных непо- средственно в тексте программы на языке СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 9

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Энергоэффективное модульное оборудование обеспечит будущее Интернета вещей Янис Айтнер, Георг Вайгельт (Fraunhofer-Gesellschaft) Перевод: Игорь Матешев ся в режиме ожидания с минимальным потреблением энергии, а при необхо- Общество Фраунгофера работает над знаковым проектом в области димости немедленно активироваться энергопотребления сетевых датчиков, направленным на создание WakeUp-приёмником. единого энергоэффективного аппаратного решения для Интернета вещей. 2. Более точные измерения с мень- шими энергозатратами. Кроме того, Интернет вещей (IoT) неуклонно раз- но, чтобы датчики стали более энерго- в проекте заложена разработка уни- вивается. Уже сейчас ему нужно огром- эффективными. кальной сенсорной технологии: дат- ное количество сетевых сенсорных чик качества воздуха в связке с микро- узлов, которые собирают, оценивают Пока что промышленность и раз- насосом. Насос будет служить ката- и обрабатывают данные в сети. В то работчики не придумали единого лизатором измерений, значительно же время огромное энергопотребле- решения: для каждого проекта раз- увеличивая объём подаваемого воз- ние этих узлов представляет серьёз- рабатывается специальное аппарат- духа. В результате датчик с меньшей ную проблему. Согласно исследова- ное обеспечение IoT, более или менее чувствительностью будет предостав- нию Международного энергетическо- энергоэффективное. Общество Фраун- лять гораздо более точные данные. В то го агентства, в 2013 году энергия для гофера хочет это изменить: в знаковом время как современные датчики обе- питания всех сетевых устройств в мире проекте Towards Zero Power Electronics спечивают 5000 измерений, потребляя равнялась общему спросу на электро- (ZEPOWEL) разрабатывается единое и 1250 мкВт/с, ожидается, что новый дат- энергию в Германии. Через несколько при этом энергоэффективное аппарат- чик будет обеспечивать вдвое больше лет эта потребность увеличится почти ное решение. показаний с затратами менее 10 мкВт. вдвое до 1140 ТВт в год, при этом зна- чительная доля этого роста придётся Следующий шаг – добиться от сете- Датчик предназначен для измере- на Интернет вещей – поэтому так важ- вых датчиков полностью автоном- ния выбросов твёрдых частиц в горо- ной работы. Общество Фраунгофе- дах. Обычно такие исследования чрез- ра использует для этого два метода: вычайно трудоёмки, поэтому их мож- во-первых, сами узлы должны потре- но выполнить только на нескольких блять значительно меньше энергии, а узлах одновременно, однако новая во-вторых, связь с другими системами технология обеспечит более плотные также будет экономить энергию. Цель и точные измерения. Интеллектуаль- проектной команды Института надёж- ная сеть узлов, подключённая к общим ности и микроинтеграции Фраунгофе- облачным платформам, позволит ра – создание таким образом техноло- создать детальную модель мелкоди- гической платформы для глобального сперсных выбросов в городах. Исполь- Интернета вещей. Для этого институтам зовать её можно по-разному: например, Фраунгофера нужно решить несколь- для управления транспортным пото- ко задач. ком или адаптации маршрута навига- ционными системами с опорой на её 1. Создание высокоэффективных данные. компонентов для надёжной и защи- щённой связи. В рамках описываемо- 3. Улучшение самообеспечения дат- го проекта разрабатываются новые чиков электричеством. Необходимо технологии. Например, активируе- оптимизировать не только энергоэф- мый приёмник со сверхнизким энер- фективность сбора и передачи дан- гопотреблением, который позволит ных, но и энергоэффективность самих датчику не передавать данные постоян- датчиков. С этой целью нужно разра- но, а «пробуждаться» на определённом ботать широкополосный коллектор этапе или по защищённому внешнему для получения энергии из окружаю- запросу. Ожидается, что модуль, разра- щей среды. Его эффективность будет ботанный для проекта, будет в 1000 раз в 4 раза выше, чем у современных раз- более эффективным, чем существую- работок: чтобы собрать 100 мкВт энер- щие стандартные радиорешения. При- гии из окружающей среды, ему потре- ёмник воспринимает только разрешён- буется только четверть площади, а ные и шифрованные защищённые сиг- именно 5×5 мм2. Энергия хранится в налы, которые предназначены именно недавно разработанной тонкоплёноч- для него – т.е. датчик может оставать- ной батарее, которая встроена непо- 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ средственно на аппаратный чип. Такой 4. Создание модульного сборного ком- проекте разрабатывается универсаль- подход (полная интеграция аккумуля- плекта для каждого проекта. В рамках ное оборудование, которое позволит тора, коллектора и конвертера) явля- проекта ZEPOWEL стоит цель отказать- заказчику выбирать наилучший для ется уникальным. ся от разработки уникальных узлов – него вариант в зависимости от постав- вместо этого используется модульный ленных задач. Чтобы понять, как это может рабо- подход, основанный на принципе Plug- тать, приведём пример: если бросить and-play. Здесь можно провести анало- что-либо на землю, энергия будет гене- гию с кубиками «Лего», каждый из кото- рироваться в диапазоне от нескольких рых фактически является подключае- герц до нескольких килогерц, поэтому мым модулем, подходящим для многих поглотитель, который резонирует толь- систем. В результате институты создают ко на 100 Гц, может поглощать лишь систему из отдельных решений, кото- небольшую энергию броска. Однако рые могут быть объединены по жела- если разработать резонатор, который нию. Хотя обычно для каждого проек- будет поглощать энергию в широком та Интернета вещей создаётся опреде- диапазоне частот, то энергии будет лённое аппаратное решение, в данном получено значительно больше. НОВОСТИ МИРА прикладных платформ SEMI, включая Smart трудничество также направлено на то, что- Transportation, Smart MedTech и Smart Data. бы ускорить увеличение прибыльности чле- SEMI И IMEC ДОГОВОРИЛИСЬ нов и партнёров SEMI и Imec. Обе организации нацелены на объеди- О ПРОДВИЖЕНИИ ИННОВАЦИЙ нение ключевых игроков отрасли для про- SEMI предоставляет партнёрству доступ движения передовых технологий, включая к глобальной цепочке поставок в области В ЗДРАВООХРАНЕНИИ, Интернет вещей (IoT), искусственный ин- производства электроники c объёмом рынка ТРАНСПОРТЕ И IOT теллект (ИИ) и машинное обучение, кото- $2 трлн и закрепляет за собой мировое лидер- рые предоставляют новые возможности в ство в области исследований и разработок в SEMI и Imec объединяют усилия для про- сфере здравоохранения, автомобилестро- наноэлектронике и цифровых технологиях. движения инноваций и работы над тем, что- ения и производства полупроводников. Со- бы отрасль соответствовала технологическим www.blog.semi.org дорожным картам и международным стандар- там. Кроме того, они ведут работу над техно- логической насыщенностью 5 вертикальных ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 11

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Проблемы производственных испытаний устройств Интернета вещей Keysight Technologies мер, медицинские и промышленные устройства IoT становятся всё более В последние годы объёмы производства устройств Интернета вещей компактными, поэтому они не имеют непрерывно увеличиваются. В таких условиях задача проведения портов ввода/вывода для проводного испытаний изделий на стадии производства является крайне важной подключения и управления. Для выпол- и сопряжённой с рядом проблем, для решения которых не всегда нения бесконтактных измерений про- требуются применение дорогостоящих методик и оборудования. изводители бытовых электронных приборов снабжают их средствами бес- Устройства Интернета вещей (IoT) позволяет несколько оптимизировать проводной связи. С учётом постоянно- получают всё большее распростране- затраты. Как бы то ни было, многие про- го появления новых устройств и новых ние и выполняют самые разнообразные изводители устройств IoT сталкивают- компаний, выпускающих такие устрой- функции. При этом количество прило- ся со схожими проблемами в ходе про- ства, нельзя гарантировать, что у ком- жений IoT постоянно увеличивается. изводственных испытаний. паний-производителей будет достаточ- но опыта, времени и ресурсов для раз- В то время как некоторые компа- Преодолеть эти проблемы помогут работки собственных испытательных нии уже на протяжении нескольких имеющиеся на рынке простые и эко- решений. лет производят компактные беспро- номичные измерительные решения водные устройства, многие произво- для производственных испытаний с Комплексная испытательная аппа- дители только начинают разработ- возможностью масштабирования на ратно-программная система не толь- ку устройств IoT. Какие ВЧ-тесты сле- случай, если понадобится увеличить ко выполняет необходимые ВЧ-тесты, дует добавить в производственный объёмы производства. Предлагаемые но и масштабируется в соответствии с технологический цикл, какие радио- комплексы, включающие в себя аппа- производственными потребностями. частотные измерительные решения ратные и программные средства, позво- Такое решение можно применять ко понадобятся при разработке и тести- ляют эффективно протестировать многим однотипным изделиям, даже не ровании изделий? Добавление функ- ВЧ-устройства и представить резуль- имея дополнительных знаний по разра- ции беспроводной связи и разно- таты измерений в виде отчётов. ботке ВЧ-устройств. Производственная образие устройств с такими возмож- испытательная система не требует при- ностями может привести к тому, что ПРОБЛЕМА 1. КОМПАНИЯ менения дорогого контрольно-измери- расходы на контрольно-измеритель- тельного оборудования, используемого ную систему существенно повлияют НЕ ИМЕЕТ ОПЫТА ТЕСТИРОВАНИЯ в научных лабораториях. Её основная на стоимость производства. задача – поиск типичных проблем, свя- ВЧ-УСТРОЙСТВ занных с производственными дефек- С другой стороны, приобретённое тами, включая отсутствие или непра- контрольно-измерительное оборудо- Интерфейсы Интернета вещей (IoT) вильный номинал компонента, дефек- вание можно использовать для реше- встраиваются во множество существу- ты пайки и другие. ния других разнообразных задач, что ющих изделий: бытовые электропри- боры, системы автоматизации зданий Комплекс X8711A компании Keysight и парковок (см. рис. 1). Так, напри- (см. рис. 2) – экономичное решение для функционального тестирования мало- Рис. 1. Многообразие устройств IoT габаритных беспроводных устройств, работающих в нормальных режимах. Данный комплекс использует стан- дартные методы для точного измере- ния параметров принимаемых и пере- даваемых ВЧ-сигналов с возможностью изменения конфигурации тестовой системы. В процессе тестирования ВЧ-сигналы передаются и принима- ются от испытуемого устройства (ИУ) с использованием небольшой тестовой камеры, создание которой не требует большого опыта и затрат. ПО для тести- рования имеет простой интерфейс, с помощью которого специалист может выбирать тесты и задавать предельные значения, соответствующие целевым уровням качества. Кроме того, компа- 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Экранированный короб Базовый блок 34972А Испытуемое ПК устройство Рис. 2. Keysight X8711A – недорогое решение для функционального РЧ-модуль 34999А ВЧ-тестирования малогабаритных устройств IoT Рис. 3. Выполнение беспроводных измерений основных параметров устройства с помощью X8711A ния Keysight предоставляет консульта- Исследования Проверка правильности Производство ции для решения таких сложных задач, и разработка принятых конструкторских решений как оценка погрешности измерений и установка предельных значений. ПРОБЛЕМА 2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ Контроль Функциональное параметров тестирование ЗАТРАТЫ НА НАПИСАНИЕ Рис. 4. Необходимость только в простых функциональных тестах на этапе производственных ПРОГРАММНОГО КОДА испытаний ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ УСТРОЙСТВ IOT ходов и времени, а ошибки в этой про- связи (например, 802.11 и Bluetooth® грамме могут стать причиной непра- с низким энергопотреблением). В некоторых тестовых системах вильных результатов и потребовать устройство испытывается в отлич- отладки. Перед упаковкой и отгруз- ПРОБЛЕМА 3. ОБЯЗАТЕЛЬНО ных от нормальных режимах. Напри- кой изделия после успешного тести- мер, измерение ВЧ-мощности выпол- рования в него должно быть повторно ЛИ ТЕСТИРОВАТЬ ВСЕ няется при излучении передатчиком загружено рабочее ПО, что увеличива- немодулированного радиосигнала, но ет время тестирования. В итоге рабо- ВЧ-ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВА испытуемое устройство никогда не чее ПО оказывается непроверенным IOT, ЧТОБЫ ГАРАНТИРОВАТЬ работает в таком режиме. Или другой на этапе производственного тести- ЕГО КАЧЕСТВО? пример – для измерения чувствитель- рования, что повышает вероятность ности приёмника может потребовать- появления отказов. Для ускорения и Для новых изделий на стадии про- ся считывание некоторых регистров повышения качества тестирования изводства многие точные измерения уровня сигнала в ИС приёмопередат- предлагается использовать обычное уже выполнены в научно-исследо- чика. Чтобы выполнить эти тесты, рабочее ПО испытуемого устройства вательских лабораториях и повтор- инженер должен написать дополни- и нормальные режимы работы этого но проведены при проверке пра- тельную программу, загрузить её в устройства. вильности проектирования. На этом испытуемое устройство, выполнить этапе цикла разработки предполага- специальную команду тестирования, Решение для функционального ется, что устройство сконструирова- принять ответные сигналы от устрой- тестирования устройств IoT X8711A но правильно, и если оно правильно ства и на их основе оценить получен- компании Keysight позволяет измерять собрано, то должно корректно рабо- ные результаты. Данный метод может основные ВЧ-параметры при нормаль- тать. Поэтому на этапе разработки потребовать повторного изменения ной работе устройства с рабочей вер- и утверждения проекта не требуется ПО испытуемого устройства, что- сией ПО (см. рис. 3). При этом исклю- дополнительное прецизионное кон- бы вернуть его в нормальный режим чены все ошибки, связанные с напи- трольно-измерительное оборудова- работы. санием тестового ПО, его загрузкой и ние для ВЧ-испытаний. На этапе произ- последующей заменой рабочим ПО, что водственного тестирования выполня- Такой подход имеет ряд недостат- сокращает время и затраты на разра- ется только поиск производственных ков. Во-первых, для программирова- ботку сценария тестирования. При- дефектов, поскольку нет необходимо- ния изделие должно быть соединено бор позволяет выполнять измерения сти повторять измерения, выполнен- с тестовой системой, например, при уровня входной мощности, чувстви- ные в научно-исследовательских лабо- помощи последовательной шины I2C, тельность приёмника и коэффициент раториях (см. рис. 4). что не требуется для его нормальной пакетных ошибок (PER). Для испы- работы. Некоторые устройства имеют таний нескольких однотипных бес- Одно из преимуществ эпохи цифро- настолько малые размеры, что осуще- проводных изделий тестовая систе- вых технологий – высокая повторяе- ствить подобное соединение бывает ма может использовать одинаковые мость цифровых устройств. ПО циф- непросто. Во-вторых, для загрузки спе- тесты для любого изделия с примене- ровых устройств и передаваемые меж- циального ПО перед тестированием нием одинаковых протоколов радио- ду ними сигналы одинаковы, поэтому и его последующей замены стандарт- можно обойтись без лишних тестов. ным рабочим ПО необходимо допол- Если изделия, дошедшие до производ- нительное время. Написание специ- ственного тестирования, разработаны альной программы для тестирования изделия требует дополнительных рас- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 13

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Интерфейсная плата Смартфон с приложением теристики устройства, а радиоканал для мониторинга Bluetooth® может работать с сигна- лами на несколько десятков децибел Bluetooth-устройств ниже номинальных значений, маски- руя серьёзный дефект в ВЧ-схеме. Даже Экранирующий металлический кожух если устройство с некоторыми произ- водственными дефектами сможет уста- Программное новить связь с эталонным устройством, обеспечение это не значит, что оно будет правильно работать (см. рис. 5). К примеру, если для ПК из-за некорректно работающих или отсутствующих компонентов в схе- Испытуемое Эталонное ме согласования антенны, выходная устройство устройство мощность передатчика или чувстви- тельность приёмника ИУ будут малы, Смарт-карта то такое изделие может пройти тест, но (ИУ) в реальных условиях окажется нерабо- тоспособным из-за очень малого ради- Рис. 5. Тестирование с применением эталонного устройства (смартфона) уса действия. правильно, то остаётся убедиться толь- можно дешевле. Следовательно, ей не Для того чтобы избежать повышения ко в их надлежащей сборке (подключе- нужны приборы и функции, без кото- стоимости и репутационного ущерба ние антенны, установка и расположе- рых можно обойтись в процессе заклю- из-за проведённых ненадлежащим ние требуемых элементов на печатной чительных испытаний, например доро- образом испытаний, производители плате). Потенциальные недочёты мож- гостоящие параметрические анализа- должны количественно измерять их но обнаруживать с помощью меньшего торы. При успешном выводе изделия характеристики. После тестирования набора тестов, а для получения надёж- на рынок может потребоваться увели- множества исправных и неисправных ных результатов тестирования можно чить количество тестовых систем, но изделий, результаты тестов можно про- использовать оборудование, которое стоимость такого расширения будет анализировать, чтобы установить пре- проще и дешевле контрольно-измери- не так велика. дельные значения отбраковки «годен/ тельного оборудования, используемого не годен», и при этом обойтись без в специализированных лабораториях. Система для функционального дорогого контрольно-измерительно- тестирования устройств IoT X8711A го оборудования. Количественные измерения пара- объединяет модули сбора данных и метров ВЧ-сигналов позволяют опре- ВЧ-тестирования в одном компакт- ЗАКЛЮЧЕНИЕ делить мощность передатчика и чув- ном приборе, выполняющем основные ствительность приёмника, подвер- измерения ВЧ-характеристик передат- Основные требования, предъявляе- женные влиянию производственных чика и приёмника. ПО для автоматиза- мые к устройствам IoT – компактность, дефектов. Выходную мощность испы- ции тестирования упрощает настрой- низкая стоимость и длительный срок туемого устройства и чувствитель- ку измерительной системы и создание службы – стимулируют производите- ность приёмника можно вычислить отчётов. лей использовать для производствен- на основе измеренных характери- ных испытаний контрольно-измери- стик устройства при определённых ПРОБЛЕМА 5. ТЕСТИРОВАНИЕ тельное оборудование, которое обеспе- уровнях ВЧ-сигнала, когда устройство чивает быстроту выполнения тестов, работает в нормальных режимах и без С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭТАЛОННОГО отличается простотой настройки и пробников, влияющих на его работу. УСТРОЙСТВА НЕ ГАРАНТИРУЕТ доступной ценой. На основе измеренной характеристи- КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ ки устройства в нормальном режиме Некоторые специалисты полагают, можно уверенно сделать вывод о пра- Существует метод тестирования с что добавление беспроводных интер- вильности или неправильности сбор- применением эталонного устройства, фейсов к изделиям приведёт к необ- ки устройства. Решение для функци- устанавливающего ВЧ-соединение с ходимости освоения новых методов онального тестирования устройств испытуемым устройством. Этот ВЧ-измерений, другие опасаются уве- IoT X8711A использует инновацион- несложный метод позволяет выявить личения расходов на тестирование. ные технологии для измерений с помо- все дефектные изделия. Например, что- И те, и другие нуждаются в недорогих, щью недорогих программных и аппа- бы проверить работоспособность ради- простых и менее трудоёмких способах ратных средств. отракта испытуемого устройства, мож- тестирования, а не в полных параме- но использовать смартфон для установ- трических ВЧ-тестах, используемых на ПРОБЛЕМА 4. НЕОБХОДИМОСТЬ ления соединения Bluetooth®. И если первых этапах разработки. связь между ИУ и смартфоном устано- СНИЖЕНИЯ СТОИМОСТИ вится, можно считать, что характери- Решение для функционального тести- ИСПЫТАНИЙ стики ИУ удовлетворяют определён- рования устройств IoT X8711A предла- ным требованиям. гает новый подход к ВЧ-тестированию, Устройства IoT становятся всё более при котором для производственных популярными, мировые объёмы их Однако этот метод не позволяет испытаний можно использовать про- выпуска измеряются несколькими выполнять количественные измере- стую, недорогую, но надёжную тесто- миллиардами. Расходы на тестирова- ния и, следовательно, обнаруживать вую систему. ние возрастают по мере увеличения реальные дефекты. При установле- объёма выпускаемых изделий, поэто- нии соединения между смартфоном му тестовая система должна быть как и испытуемым устройством нель- зя количественно определить харак- 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Кремниевая и арсенид-галлий-алюминиевая технология Часть 12. Оптоэлектронный многоканальный коммутатор стандарта SpaceWire и концепция ФЭ ИВС ЦИФАР Валерий Сведе-Швец ([email protected]), Владислав Сведе-Швец, рируемые коммуникационные сре- Максим Зиновьев (Москва) ды для различных отраслей промыш- ленности. В двенадцатой части статьи будут представлены оптоэлектронный многоканальный коммутатор стандарта SpaceWire и концепция Технические характеристики опто- ФЭ информационно-вычислительной системы для ЦИФАР электронного многоканального ком- с цифровым диаграммообразованием, а также разработка ЦИФАР мутатора стандарта SpaceWire: для радиотехнических систем с учётом современных достижений ● количество независимых дуплексных науки и техники на базе технологии радиофотоники и построение оптоэлектронной цифровой интеллектуальной 3D М ФЭФ М ЦИФАР. оптических каналов – 32; ● количество независимых дуплексных ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ SpaceWire во внутриобъектовых и бор- товых системах позволяет получить электрических каналов – 2; МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР преимущество за счёт: ● вид модуляции сигнала – DS коди- ● реализации интегрального кремние- СТАНДАРТА SPACEWIRE рование; вого кристалла по технологии КМОП ● скорость ввода-вывода сигнала – Разработанный оптоэлектронный и КНИ; многоканальный коммутатор стандарта ● реализации интегрального кристал- до 400 МГц; SpaceWire предназначен для построения ла оптического излучателя с исполь- ● тип волокна – многомодовое; базовых и абонентских узлов многока- зованием технологии гетероструктур ● длина оптической линии связи – нальной связи в бортовых и внутриобъ- AlGaInP/GaInP/GaAs; ектовых системах и позволяет реализо- ● высокой скорости передачи инфор- до 100 м; вывать перспективные изделия в составе мации; ● длина электрической линии связи – интеллектуальных сетей и информаци- ● компактности; онно-вычислительных систем с высокой ● малого веса; до 10 м. степенью связности, а также в радио- ● высокой надёжности и возможности Разработан процессорный модуль локационных комплексах с адаптив- использования резервных каналов; оптоэлектронного коммутатора интер- ными фазированными решётками. ● защищённости приборов от ЭМИ за фейса SpaceWire на плате форм- счёт применения оптических линий фактора 3U в составе оптоэлектрон- ПРИМЕНЕНИЕ связи; ного многоканального коммутатора ● большой функциональной ёмкости стандарта SpaceWire и двух модулей с ОПТОЭЛЕКТРОННОГО маршрутизатора; процессорами TMS320C6455 платфор- МНОГОКАНАЛЬНОГО ● иерархической наращиваемости чис- мы MityDSP-PRO производительностью КОММУТАТОРА СТАНДАРТА ла коммутируемых каналов. 2×9×109 операций в секунду. Общий вид Эти преимущества могут быть процессорного модуля представлен на SPACEWIRE успешно реализованы в составе рисунке 98. многофункциональных, многодат- Применение оптоэлектронного мно- чиковых, информационно-вычис- ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ гоканального коммутатора стандарта лительных и управляющих систем в авиационном приборостроении, в ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ Рис. 98. Внешний вид процессорного модуля приборостроении военно-морско- ОПТОЭЛЕКТРОННОГО оптоэлектронного коммутатора интерфейса го флота, в ракетостроении, а также КОММУТАТОРА SpaceWire на плате форм-фактора 3U во всех наземных прикладных систе- мах широкого сбора информацион- Технические характеристики про- ных данных, работающих в реальном цессорного модуля оптоэлектронно- масштабе времени. го коммутатора: Разработанные конструкторско-тех- ● материнская плата форм-фактора 3U нологические решения построения многоканального оптоэлектронного для систем стандарта μTCA; модуля позволяют создавать встра- ● модуль оптоэлектронного коммута- иваемые информационно конфигу- тора с многоканальными волоконно- оптическими линиями связи; ● 2 мезонинные платы с процес- сором TMS320C6455 платформы MityDSP-PRO; ● 64 оптических дуплексных полнодо- ступных коммутируемых SpaceWire- канала со скоростью ввода-вывода сигнала до 400 МГц, тип модуляции 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ сигналов – DS-кодирование; тип во- A1 A16 A1 A16 локна – многомодовое; длина опти- • SW hν • • SW hν • ческой линии связи до 100 м; ● многоканальный разъём с волокон- SW e ОЭ SF hν SW e но-оптическими патч-кордами; SF e МК SF hν ОЭ ● 4 электрических дуплексных ком- мутируемых SpaceWire-канала со МК SF e скоростью ввода-вывода сигнала до 400 МГц, тип модуляции сигналов – SW e ОЭ DS-кодирование; длина электриче- SF e МК ской линии связи до 10 м; ● 4 электрических дуплексных ком- A1 A16 мутируемых канала Serial RapidIO • SW hν • со скоростью ввода-вывода сигнала до 3 ГГц, тип модуляции сигналов – Рис. 99. Архитектура коммуникационной системы с применением технологии SpaceWire/SpaceFibre 8B10B-кодирование; длина электри- ческой линии связи до 10 м; СВЧ-каналы Фильтр низких Приёмный ● электрический канал Gigabit Ethernet; частот диаграммоформирователь ● интерфейс UART. На рисунке 99 представлена архи- с использованием тектура коммутационной системы с оптоэлектронной применением технологии SpaceWire/ SpaceFibre. технологии КОНЦЕПЦИЯ ФЭ Антенное полотно Гетеродин Усилитель ИНФОРМАЦИОННО- излучателей Смеситель промежуточной ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ частоты ДЛЯ ЦИФАР С ЦИФРОВЫМ 1 МШУ Приёмный 11 МШУ диаграммоформирователь 10 10 ДИАГРАММООБРАЗОВАНИЕМ 2 ГГЦ МШУ Преобразователь интерфейса для стыковки Система позволяет подключать- 32 с оборудованием базовой станции МШУ 10 выходных лучей на оборудование ся к твердотельным СВЧ-приёмо- передатчикам с помощью 3D М ФЭФ базовой станции М АС-Х1, расположенных на раскрыве антенной решётки, и передавать моду- лированную информацию по волокон- но-оптическим каналам в оптоэлек- тронный вычислительный блок обра- ботки и диаграммообразования центра управления. На рисунке 100 представлена архи- тектура приёмной антенной решётки. РАЗРАБОТКА ЦИФАР Управление и загрузка весовых коэффициентов ДЛЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ в диаграммоформирователь СИСТЕМ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 100. Архитектура приёмной антенной решётки РАДИОФОТОНИКИ включая развивающееся направление ● повысить характеристики ЭМС/по- Развитие средств воздушного напа- радиофотоники. мехозащищённости каналов; дения требует использования высо- Применение в антенных устройствах ● повысить пропускную способность копотенциальных радиолокацион- с АФАР технологий радиофотоники цифровых каналов передачи ин- ных комплексов (РЛК), основанных позволит повысить рабочую полосу формации систем управления и на применении активных фазиро- частот, стабильность основных пара- контроля; ванных решёток. Наряду с повыше- метров, помехозащищённость и улуч- нием энергетического потенциала за шить массогабаритные характеристи- ● уплотнить сигналы – снизить число счёт совершенствования элементной ки антенных устройств с приёмо-пере- линий передачи распределённых си- базы современные АФАР развивают- дающими АФАР, в том числе: стем с АФАР; ся в направлении создания активных ● снизить потери в линиях передачи решёток с многоканальной простран- ● осуществить аналого-цифровое пре- ственной обработкой принимаемых сигналов; образование принимаемых СВЧ- сигналов. В решении задачи улучшения ● повысить стабильность и повторяе- сигналов на несущей частоте (в пер- ЕЕХ РЛК с АФАР ведущую роль играет спективе); применение современных технологий, мость АФЧХ от канала к каналу в диа- пазоне рабочих частот и температур; ● улучшить массогабаритные характе- ристики передачи, приёма, распреде- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 17

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ления, съёма сигнала и устройства ди- ка отвечает за формирование диаграм- ● тематическая проработка системы аграммообразования АФАР (особен- мы направленности, а временна′я – за с ЦАФАР; но актуально для мобильных РЛС). фильтрацию и обнаружение полезных В связи с этим приобретает акту- сигналов. ● разработка приёмо-передающих мо- альность разработка перспективных дулей; АФАР с использованием технологий Реализация пространственно-вре- распределённых систем возбуждения менно′й обработки цифровыми мето- ● разработка системы простран- и приёма, разводки и съёма сигналов, дами предоставляет ряд принципиаль- ственно-временно′й обработки. аналого-цифровых преобразовате- но новых возможностей РЛС с ЦАФАР, На этапе тематической проработки лей и устройств диаграммообразова- а именно: ния на базе радиофотоники. Предло- ● цифровое управление амплитудой, должны быть определены диапазон жены оптические схемы, основанные рабочих частот, поляризация, коли- на акустических цепях в интеграль- фазой и задержкой сигналов, кото- чество каналов антенной решётки, но-оптическом исполнении, методах рое обеспечивает адаптивное фор- сектор электронного сканирования, Фурье-оптики и Брегговских волокон- мирование диаграмм направлен- количество одновременно обслужи- ных решёток. ности на передачу и приём – это ваемых угловых направлений, алго- Необходима разработка элемен- свойство ЦАФАР позволяет рабо- ритм обзора пространства, типы сиг- тов, функциональных узлов и состав- тать с широкополосными сигна- налов и т.д. ных частей подсистем АФАР на осно- лами во всём спектре сканирова- ве оптико-электронных и электрон- ния при больших размерах апер- Особенности работ следующего но-оптических преобразователей, тур антенны; этапа – разработки приёмо-передаю- фотопередатчиков, фотоприёмни- ● возможность одновременного при- щего модуля – напрямую зависят от ков, усилителей, линий задержки, воло- ёма сигналов с произвольных угло- диапазона частот и периода решёт- конно-оптических линий, суммато- вых направлений в секторе сканиро- ки. Очевидно, что чем больше пери- ров, делителей, разъёмов, удовлетво- вания за счёт цифрового формирова- од, тем больше свободного места для ряющих техническим требованиям, ния ДН – в РЛС дальнего действия это аппаратуры. Однако сложность моду- предъявляемым к соответствующим снимает проблему работы на крат- ля ЦАФАР намного выше, чем моду- подсистемам АФАР. ных развёртках дальности; особенно ля классической аналоговой АФАР, В России внедрение РЛС с твердо- эффективно данное преимущество поскольку в нём, наряду с традици- тельными АФАР идёт с запозданием, может быть использовано в РЛС не- онными, нужно разместить устрой- обусловленным отставанием россий- прерывного излучения с разнесён- ства аналого-цифрового и цифро- ской электронной промышленности. ными приёмными и передающими аналогового преобразования (АЦП Недостаточность количественных и постами; и ЦАП). В настоящее время АЦП и качественных преимуществ «класси- ● возможность одновременного излу- ЦАП с приемлемым для радиотехни- ческих», т.е. аналоговых АФАР перед чения в произвольных угловых на- ческих систем динамическим диа- пассивными ФАР поставила перед правлениях с управляемыми поля- пазоном могут работать на частотах разработчиками вопрос о необхо- ризационными характеристиками до 100…200 МГц. Частоты большин- димости пересмотра самого подхо- в каждом луче – в этом случае обе- ства радиолокационных диапазонов да к проектированию радиотехни- спечивается оптимальное распреде- выше этих значений, что приводит к ческих систем. ление энергетики РЛС как в режимах необходимости установки в приёмо- Принципиально новым, эволюци- барьерного обнаружения, так и трас- передающем модуле преобразовате- онным скачком в развитии техники сового сопровождения; лей частоты, т.к. дискретизация сиг- антенн, позволяющим преодолеть наме- ● обеспечение возможности управля- налов на несущей невозможна. Таким тившийся кризис, стал переход от клас- емого поляризационного базиса на образом, приёмо-передающий модуль сических к цифровым АФАР – ЦАФАР. передачу и согласованного поляриза- становится сложным изделием, в кото- Отличительной особенностью ЦАФАР ционного приёма сигналов в случае ром должны быть объединены уси- является аналого-цифровое преобра- работы РЛС на двух ортогональных лители мощности, МШУ, преобразо- зование сигнала в каждом приёмном поляризациях – работа в полном по- ватели частоты, АЦП и ЦАП, устрой- канале и цифроаналоговое преобра- ляризационном базисе обеспечивает ства управления и электропитания. зование в каждом передающем кана- поляризационную селекцию целей, При разработке модуля с таким боль- ле. Формирование диаграмм направ- а также поляризационную отстрой- шим количеством устройств необхо- ленности реализуется путём обработ- ку от активных помех; димо учитывать их взаимное влияние ки потоков цифровой информации, ● цифровое формирование диаграмм друг на друга. а антенное устройство, за исключени- направленности, которое обеспечи- ем оконечных СВЧ-элементов, пред- вает возможность адаптивной про- Что касается системы цифровой ставляет собой сетевое вычислитель- странственной фильтрации на при- обработки сигналов или системы ное устройство. ём и передачу независимо в каждом пространственно-временно′й обра- В радиотехнических системах, по- из обслуживаемых угловых направле- ботки, то она должна выполнять сле- строенных с использованием данной ний, что позволяет повысить эффек- дующие функции: технологии, реализуется простран- тивность защиты от помех и скрыт- ● собирать цифровую сигнальную ин- ственно-временна′я обработка сигна- ности РЛС. лов, когда пространственная обработ- В настоящее время работы по разви- формацию с приёмо-передадающих тию ЦАФАР ведутся по трём основным модулей; 18 направлениям: ● формировать диаграммы направлен- ности в различных угловых направ- лениях; ● производить полосовую и согласо- ванную фильтрации сигналов; WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ● осуществлять пороговое обнаруже- U ние и формирование единичных за- 3 меров. Осуществление этих функций в Канал передатчика крупноапертурных многофункцио- U УМ Выход нальных РЛС с ЦАФАР требует нали- 3 чия у системы пространственно- У2 Цифровые схемы 0/3,3 В временно′й обработки существующих АТТ –0,9 В управления Цифровой вычислительных ресурсов, а также воз- сигнал можности поддержки большого коли- Передатчик У1 управления чества высокоскоростных интерфей- Приёмник Общий сов передачи данных. Так, скорость переключатель Вход передачи данных между узлами РЛС –1 В с ЦАФАР может достигать десятков и сотен Гбит/с, а количество операций, ϕ которые должна выполнять система пространственно-временно′й обра- МШУ ботки, может доходить до десятков терафлоп/с. Канал приёмника U =–1 В 3 Дальнейшее развитие технологий ЦАФАР будет идти по нескольким Рис. 101. Структурная схема приёмо-передающего модуля направлениям. Прежде всего, это раз- витие элементной базы. Повышение тракте СВЧ ФАР позволяют устранить автоматическую подстройку диа- рабочих частот АЦП ЦАП, создание потери и существенно изменить систе- граммы направленности. Антенная специализированных интегральных му возбуждения, формирования луча решётка играет роль многоканально- микросхем, комбинирующих СВЧ-узлы и его управления. Все элементы каж- го датчика информации, а процессор с элементами управления и обработки, дого канала АФАР выстроены в цепоч- определяет основные характеристи- а также развитие алгоритмов и аппа- ку и имеют последовательную конвей- ки системы. ратуры пространственно-временно′й ерную обработку информации. Самым обработки – всё это приведёт к расши- перспективным направлением в АФАР В ЦИФАР каждый элемент антен- рению границ использования техноло- является создание цифровых интел- ной решётки подстраивается незави- гии ЦАФАР и сделает её более доступ- лектуальных фазированных антен- симо на основе принятой информа- ной по цене. ных решёток (ЦИФАР). На рисунке 101 ции о сигналах. Выходные сигналы представлена структурная схема при- каждого элемента антенной решётки ПОСТРОЕНИЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОЙ ёмо-передающего модуля. по многоканальным трактам посту- пают в диаграммообразующую схе- ЦИФРОВОЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЦИФАР представляет собой антен- му многопроцессорного вычислите- ную систему, состоящую из много- ля, где они перемножаются на ком- 3D М ФЭФ М ЦИФАР элементной антенной решётки с при- плексные весовые коэффициенты (с ёмо-передающими модулями (ППМ), учетом амплитуды и фазы), сумми- АФАР состоит из активных эле- многоканальными линиями связи и руются и образуют выходной сигнал ментов, модулей, в которые входят работающего в реальном масштабе антенной решётки, позволяющий без излучатели, фазовращатели, усили- времени многопроцессорного вычис- априорной информации о помеховой тели, преобразователи частот, ана- лительного устройства, осуществля- ситуации автоматически обнаружи- лого-цифровые преобразователи и ющего цифровое формирование и вать присутствие источников помех другие устройства предварительной пространственно-временно′й обра- ботки сигнала. Активные элементы в СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 19

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1 N Антенны шими функциональными, массога- СВЧ СВЧ Интегрально-оптические ППМ баритными, энергетическими харак- теристиками, чем при электронной e e реализации, т.к. в каждом 3D М ФЭФ М функционального ряда осуществляет- СВЧ СВЧ ся многоканальная обработка сигналь- hν e hν e ной информации сразу в массиве из N каналов. ЭОМ ЭОМ В 3D М ФЭФ М ЦИФАР по ВОЛС после hν hν hν ВОЛС электронного гетеродинного преобра- 5 ЭОФВ Матрица Управление фазой зования частоты в ППМ циркулируют Матрица ЭОФВ видеосигналы с полосой F=5…20 МГц и цифровые управляющие сигналы 5 объёмом 10…20 бит со скоростью в несколько Мбит/с. Аналоговые опти- Оптический гетеродин ческие сигналы поступают для преоб- разования в 3D М ФЭФ М АЦП/ЦАП и 10 3DM 3DM далее на цифровую обработку в функ- 9,9 ФЭФ ФЭФ циональные 3D М ФЭФ М диаграммо- М А/Ц М А/Ц образующей 3D М ФЭФ М ПСЦ вычис- e лительной платформы В 3D М ФЭФ М 3D M hν 3D M Диаграммообразующий ЦИФАР. ФЭФ ФЭФ 3D MФЭФ М ПСЦ-вычислитель М ПФ М ПП Схема перспективной 3D М ФЭФ М ЦИФАР с многоканальными инте- e e грально-оптическими ППМ, опти- ческого гетеродинного преобразо- Процессор управления вания входного СВЧ-видеосигнала, TMS 320C6455 3D М ФЭФ М АЦП/ЦАП, 3D М ФЭФ М ПФ и 3D ФЭ ГИМС М ПП, объединённых в Рис. 102. Схема перспективной 3D М ФЭФ М ЦИФАР 3D М ФЭФ М ПСЦ обработки многока- нальной информации диаграммообра- Антенна e зования и управления фазой, приведе- hλ e на на рисунке 102. e hλ hλ hλ e hλ e В перспективной 3D М ФЭФ М ЦИФАР 1 Ц УМ ФНЧ 64 hλ 64 64 с интегрально-оптическими ППМ по Антенна МФМ hλ 3D МФЭМ 3D МФЭМ ВОЛС циркулируют СВЧ-видеосигналы, hλ оптическое гетеродинное преобразо- 64 e e вание СВЧ-видеосигнала, АЦП и фор- СРС EMIFA мирование сигналов управления про- ВОЛС2 1892ВМ5Я изводятся непосредственно в функ- СУС UART циональных 3D М ФЭФ М, а обработка 64 ФЭК SW многоканальной информации диа- МЛМ граммообразования – в 3D М ФЭФ М 64 32 ПСЦ вычислительной платформы. МФМ ФЭК SW 64 В 3D М ФЭФ М ЦИФАР масштабиру- 64 Ц УМ ФНЧ 31 емого 3D М ФЭФ М ПСЦ вычислитель- e hλ hλ hλ e hλ ного комплекса обработки радиоло- hλ кационной информации имеется до e hλ hλ hλ e hλ 16 384 каналов и более. ФНЧ МШУ 64 На рисунке 103 приведена струк- МЛМ hλ турная схема перспективной ЦАФАР с hλ оптическим гетеродином. 64 СУС В заключительной части статьи ВОЛС2 будет представлена информационно- СРС вычислительная система на функцио- 64 нальных модулях ОЭС с фотон-элек- МФМ трон-фотонными многоканальными 64 связями, а также пойдёт речь о встра- МЛМ иваемой вычислительной платфор- 64 ме ФЭФ ВВП и построении устройств ФНЧ МШУ на базе 3D М ФЭФ М и платформы e hλ hλ hλ e hλ hλ MicroTCA OM. Раскрыв антенны ВОЛС (Ф3) ФЗ ФЗ Оптический мультиплексор hλ 64 МЛМ e Г Пункт управления Примечание: Ц – циркулятор; ФНЧ – фильтр низких частот; МШУ – малошумящий усилитель; УМ – усилитель можности; МФМ – многоканальный фотоприёмный модуль; 3D МФЭМ – 3D-матричный фотон-электронный модуль; МЛМ – многоканальный лазерный модуль; СУС – спектральный уплотнитель; СРС – спектральный разуплотнитель; ВОЛС – волоконно-оптические линии связи; ФЗ – электрическая фазовая задержка; Г – генератор; 1892ВМ5Я – процессор (ЭЛВИС); ФЭК SW – фотон- электронный маршрутизатор SpaceWire Рис. 103. Структурная схема перспективной ЦАФАР с оптическим гетеродином и подавлять их сигналы на выходе, зования сигнала СВЧ в оптический улучшая тем самым приём полезно- сигнал, передачи по ВОЛС, АЦП/ЦАП, го сигнала. хранения и сигнальной процессорной обработки полностью реализуется мно- Эта исключительная способность гоканальной ФЭ элементной базой ряда подавления помех, а также возмож- 3D М ФЭФ М. ность создания многолучевых струк- тур является основным преимуществом Построение ЦИФАР с использова- ЦИФАР перед другими РЛС. нием 3D М ФЭФ М позволит создать новый перспективный класс 3D М Архитектурно-алгоритмическое ФЭФ М ЦИФАР со значительно луч- построение ЦИФАР в части преобра- 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Простота и надёжность встраиваемых систем Роман Филиппов ([email protected]) Фактически, это приводит к тому, что если не используется самая актуальная В статье обсуждаются достоинства и недостатки архитектур версия ядра в любой момент времени, то современных операционных систем с точки зрения надёжности. система является потенциально уязви- Рассмотрен подход с использованием виртуализации, а также мой для внешней эксплуатации, так как микроядерная архитектура и её модификации. ошибки публикуются в централизован- ной базе данных CVE. Эксплуатация про- При современном широком распро- ты во многом привело к созданию ОС исходит практически по шаблону: опре- странении встроенных систем в про- UNIX, которая изначально появилась делить версию используемой ОС; най- мышленной автоматизации и транспор- как попытка избавиться от чрезмер- ти подходящие уязвимости этой версии те значение надёжности и безопасности ной сложности системы Multics. Изна- в базе CVE; разработать или даже взять этих систем трудно переоценить. Необ- чально UNIX была простой в освоении готовый эксплоит. Всё это даёт основа- ходимо учитывать также тот факт, что системой, но сегодняшние реализации ния заключить, что монолитные систе- многие из этих устройств управляются UNIX-подобных ОС уже не могут похва- мы, такие как Linux, несмотря на все дистанционно, а значит, их отказы могут статься простотой своего прародителя. свои достоинства, всё-таки разрабаты- быть спровоцированы не только случай- вались не для этого и плохо подходят ностью или недостаточным тестирова- ПРОБЛЕМА РАЗВИТИЯ ОС для ответственных встроенных систем. нием, но также и намеренными действи- ями злоумышленников и вредоносного Наиболее широко используемой ОС ВИРТУАЛИЗАЦИЯ программного обеспечения (ПО). во встроенных системах (если не рас- сматривать микроконтроллеры) явля- Большинство используемых сегод- Встроенное ПО, реализующее основ- ются различные варианты Linux – как с ня ОС начали разрабатываться в конце ные функции устройства, может быть RT-расширениями, так и без них. Linux прошлого века, поэтому их архитектура достаточно компактным и тщательно является достаточно зрелой ОС, которая во многом продиктована соображени- протестированным, но помимо него разрабатывается уже более двух десяти- ями эффективности в ущерб надёжно- устройство обычно содержит также летий. Однако, несмотря на долгое раз- сти. В частности, Linux имеет монолит- большое количество инфраструктурно- витие и стабильность проекта, в ней до ную архитектуру ядра, в том числе пото- го кода, от которого также зависит надёж- сих пор находят уязвимости [1]. Пара- му, что с другой архитектурой было бы ность устройства в целом. В качестве при- доксально, но главной проблемой явля- сложно добиться приемлемого уров- меров таких инфраструктурных компо- ется именно развитие проекта. По мере ня производительности на аппарату- нентов можно привести различные стеки развития в ОС добавляется много нового ре начала 90-х годов. Сегодня, когда коммуникационных протоколов, файло- кода, содержащего новые ошибки. Эти проблема надёжности и безопасности вые системы и тому подобное. Из-за слож- ошибки исправляются, но к этому вре- может быть важнее производительности, ности и больших объёмов кода, содержа- мени добавляется уже новый функцио- одним из вариантов решения проблемы щихся в современных операционных нал и так далее. Эти два состязающих- унаследованного кода является исполь- системах (ОС), разработчик встроенно- ся между собой процесса: исправления зование виртуализации и гипервизоров. го ПО нередко использует ОС и прочие ошибок и внесения новых, могут прин- программные компоненты как «чёрный ципиально не сходиться к надёжной Технологии аппаратной виртуали- ящик», что может привести к ситуации, системе. В среднем, количество оши- зации позволяют запускать несколько когда сделанные при разработке допуще- бок и связанных с ними уязвимостей экземпляров ОС на одном физическом ния оказываются неверными. плавно возрастает от версии к версии. процессоре, что позволяет рассматри- вать ОС вместе со всеми её приложе- Главный тезис данной статьи заклю- Дополнительной проблемой явля- ниями в виде одного большого «при- чается в том, что средством обеспече- ется большой объём кода и необходи- ложения», управляемого гипервизо- ния надёжности и безопасности встро- мость использования в виде «чёрно- ром, который можно рассматривать енных систем является их простота и го ящика» не только самого ядра, но как «ядро». Если приложение с особыми детальное понимание разработчиком также и всех драйверов. Полностью требованиями к надёжности и потен- всех аспектов работы системы. Это разобраться в исходных текстах ядра циально ненадёжная ОС, содержащая позволяет предвидеть многие векто- довольно затруднительно из-за высо- инфраструктурные компоненты, реа- ры атак и заранее предпринять меры, кой степени асинхронности его кода лизованы в виде отдельных виртуаль- затрудняющие использование уязвимо- и сложной синхронизации. ных машин, то гипервизор обеспечива- стей. Кроме того, простую и понятную ет их надёжную изоляцию друг от друга. систему проще тестировать, модифи- Встроенные системы не всегда имеют цировать и поддерживать. доступ к Интернету, поэтому обновления Данное решение в большинстве случа- не всегда могут быть установлены вовре- ев вполне приемлемо, но нельзя не отме- Если обратиться к истории, то имен- мя, даже в том случае, если в новой версии тить следующие недостатки: повышение но борьба со сложностью является ядра ошибки были исправлены. К тому же сложности из-за дополнительных слоёв основной движущей силой програм- и сам переход на новую версию ядра ПО, в которых также могут содержаться мирования как инженерной дисци- зачастую требует дополнительных уси- ошибки; необходимость использования плины. Стремление добиться просто- лий от разработчиков встроенного ПО. довольно продвинутых и дорогих про- 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ цессоров, поддерживающих аппарат- ОС с монолитным ядром ОС на основе микроядра ную виртуализацию; добавление гипер- визора в список доверенных частей ПО, Приложение Системный вызов так как все прочие компоненты системы зависят от него. Также для такой систе- VFS Режим пользователя мы сложнее разрабатывать прикладное IPC, файловая система ПО: виртуальные машины по степени Планировщик, управление памятью Приложение Сервер Драйвер Сервер изоляции сравнимы с физически раз- дельными компьютерами, поэтому взаи- Драйверы устройств UNIX файлов модействие между ними является более Аппаратура сложным, нежели взаимодействие про- Режим ядра цессов в рамках одной ОС. IPC, планировщик, управление памятью Всё это позволяет заключить, что вир- Аппаратура туализация не даётся бесплатно, к тому же возрастающая сложность процессо- Рис. 1. Архитектура ядра ОС ров также не помогает в вопросах повы- шения надёжности и огромное количе- рами, предоставляют услуги программам Приложения ство аппаратных ошибок и уязвимостей пользователя. В микроядерной архитекту- в процессорах в последнее время появля- ре приложение взаимодействует с серве- Представление приложений в ядре ОС ется именно из-за их высокой сложности. рами, используя механизмы межпроцесс- ного взаимодействия, например, с помо- Монолитное ядро Одним словом, решение хоть и отно- щью обмена сообщениями (см. рис. 1). сительно хорошее, но применимое не Рис. 2. Информация о состоянии приложений во всех ситуациях, особенно в системах На ядро возлагаются только базовые в монолитном ядре жёсткого реального времени с особы- обязанности вроде планировщика и ми требованиями к надёжности. реализации механизмов межпроцесс- в надёжных системах, является огром- ного взаимодействия. Серверы изоли- ное количество унаследованного кода, Между тем существующие техноло- рованы друг от друга и от ядра, а кроме который использует интерфейсы UNIX гии защиты памяти в виде разделения того, обладают (в большинстве случа- (POSIX). Преодолеть эту проблему при- режимов работы процессора и установ- ев) структурой в виде цикла обработ- званы попытки реализовать UNIX- ки прав доступа к памяти в виде MPU/ ки сообщений. За счёт такой архитек- подобный интерфейс поверх микро- MMU способны обеспечить основу для туры микроядерные системы, как пра- ядра. Это позволило бы использовать построения защищённых и надёжных вило, более просты и надёжны. достоинства микроядер с существую- приложений. На этой основе можно щей инфраструктурой. строить сколь угодно сложные системы Стоит особо подчеркнуть, что попу- и изолировать приложения друг от дру- лярная в последнее время практи- Среди применяемых ОС с такой архи- га. При этом от процессора не требует- ка отнесения ОС к микроядерным на тектурой можно упомянуть MINIX, а ся аппаратной поддержки механизмов основании только размера ядра являет- также операционную систему реаль- виртуализации. Разумеется, если при- ся ошибочной. Микроядро – это прежде ного времени (ОСРВ) QNX. Архитек- чиной использования Linux является всего именно архитектура, в которой тура этих ОС построена вокруг микро- его набор драйверов, отсутствующий компоненты самой ОС выполняются ядра, которое управляет процессами и в других ОС, то вариант с гипервизором в пользовательском режиме и обслу- их взаимодействием, а все драйверы, остаётся единственно возможным. Если живают запросы приложений через стеки протоколов и файловые систе- же вопрос с драйверами стоит менее механизмы межпроцессного взаимо- мы вынесены в пользовательское про- остро, то целесообразно рассмотреть действия. Компактный размер само- странство и могут быть перезапущены другие варианты обеспечения надёж- го ядра является побочным эффектом во время работы. ности, в целях снижения сложности. от такой архитектуры, а не критерием отнесения ОС к тому или иному типу. К сожалению, попытки реализовать МИКРОЯДРО ОС UNIX, которая не была бы монолит- Отсутствие функционала в ядре, тре- ной системой, сталкиваются с фунда- Попытки разделить функционал ядра бующего изменений для поддержки ментальными проблемами, присущими ОС на более удобные для понимания нового оборудования или сетевых про- самому UNIX-подобному интерфейсу. и изолированные друг от друга ком- токолов, выгодно отличает микроядер- Если в монолитных ОС состояние про- поненты начались практически одно- ную архитектуру от монолитных ядер. цесса, такое как открытые файлы, сете- временно с разработкой ранних ОС. По мере исправления ошибок новые вые сокеты и прочее находится в неко- Большой объём инженерных усилий ошибки практически не вносятся, так торых структурах данных внутри ядра был затрачен на разработку так назы- как отсутствует параллельный процесс (см. рис. 2), то в микроядрах это состо- ваемых микроядер, первые представи- развития ядра. Это даёт надежду на то, яние хранится уже не в одном месте, а в тели которых появились в 70-е годы. что рано или поздно этот процесс раз- работки сойдётся к программе, в кото- Микроядро предполагает выполнение рой нет эксплуатируемых ошибок. таких традиционных компонентов ядра, как файловые системы, драйверы и сете- МИКРОЯДЕРНЫЙ UNIX вые протоколы в виде обычных приложе- ний, называемых также серверами, пото- Проблемой, ограничивающей при- му что они, по аналогии с сетевыми серве- менение микроядерной архитектуры СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 23

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Приложения Сервер Сервер процесса выполняет Process manager тивно влияющих на безопасность. файлов сети (procnto), в задачи которого входит Отказ от хранимого в единственном управление процессами, памятью, месте глобального состояния прило- Представление приложений в ядре ОС загрузкой образов исполняемых фай- жений позволил реализовать систему лов и поддержка глобального простран- без критических процессов. Реализо- Микроядро ства имён [3]. В MINIX также есть ана- вав приложение или сервер, работа- логичный процесс (Process manager), ющие поверх микроядра и выполня- Рис. 3. Информация о состоянии приложений в являющийся, наряду с файловой систе- ющие некоторую важную функцию, микроядре мой, обязательным системным компо- пользователь может быть уверен, что нентом [4]. даже в случае аварийного завершения виде множества частей, каждая в своём всех прочих процессов, это приложе- сервере. Открытые файлы и связанные Подобные системы являются более ние не только продолжит работать, но с ними атрибуты хранятся в сервере, надёжными, нежели традиционные и будут соблюдены его требования к реализующем VFS (Virtual File System), монолитные ядра, хотя бы по той при- работе в реальном времени. Нет необ- сокеты – в сетевом сервере и так далее чине, что драйверы устройств являются ходимости принимать на веру надёж- (см. рис. 3). основным источником ошибок, и они в ность инфраструктурных компонен- данных архитектурах полностью изо- тов, если они не используются. Более Например, системный вызов fork, лированы. Тем не менее, побочным того, в рамках одной системы можно который является единственным спо- эффектом такой архитектуры с систем- допустить сосуществование «надёж- собом создания нового процесса в ным процессом является также и то, ной» и «ненадёжной» инфраструкту- классическом UNIX, должен создать что этот процесс входит в доверенную ры. Например, ответственное прило- полную копию выполняемого процесса базу системы наравне с микроядром. жение может использовать свой соб- за исключением некоторых специаль- Ошибки и уязвимости в этом процес- ственный выделенный стек UDP/IP но оговорённых вещей. То есть новый се могут вести к компрометации всей (который гораздо проще полноценно- процесс должен выполнять тот же код, системы. А учитывая, что он содержит го TCP/IP), работающий на отдельном иметь доступ к тем же данным и иметь практически весь функционал тради- аппаратном интерфейсе, тогда как те же самые открытые файлы. ционного UNIX, можно предположить, прочие приложения могут использо- что основной источник ошибок будет вать стандартный сетевой стек. Таким Помимо очевидных проблем с пред- содержаться именно в этом критиче- образом, достигаемый уровень изо- сказуемостью: данные потомка долж- ском процессе. Статистика показывает ляции и независимости приложе- ны копироваться из предка при первом верность этого предположения [5, 6]. По ний сравним с таковым при исполь- обращении к ним, данный системный данным MWRLabs, уязвимости самого зовании виртуализации, но при этом вызов требует создания полной копии микроядра QNX составляют менее 10% реализуемый силами микроядра, без всего состояния. Очевидно, что в слу- всех найденных уязвимостей. Львиная использования гипервизоров и аппа- чае классического микроядра это тре- доля ошибок заключена в реализации ратной поддержки соответствующих бует дублирования состояния процес- UNIX-функций вроде setuid, загрузчи- технологий. са в каждом из серверов. Учитывая, что ке образов и т.д. Таким образом, даже сами серверы работают асинхронно, при наличии полностью корректно- Особое внимание уделяется также а к тому же являются ещё и потенци- го микроядра, нельзя делать выводы защите от атак, приводящих к отказу в ально ненадёжными, реализация тако- относительно надёжности систем на обслуживании. В частности, все ресур- го функционала выливается в серьёз- его основе. сы процесса, которые могут быть выде- ную проблему, тогда как в классических лены статически, выделяются статиче- монолитных ОС это делается доволь- Что касается различных вариантов ски на этапе его запуска и впоследствии но просто. верифицированных микроядер L4, не изменяются. Тем самым гарантиру- то, помимо наличия критических про- ется наличие этих ресурсов в случае СИСТЕМНЫЕ ПРОЦЕССЫ цессов, для упрощения формальной аварийного перезапуска, в отличие от верификации используется подход, традиционных систем, где выделение Способ, который применяется для при котором ядро является вытесняе- ресурсов происходит по запросу и в решения этой проблемы, заключает- мым лишь частично, поэтому не может принципе может закончиться неудач- ся в том, что состояние пользователь- использоваться там, где важна предска- но. Например, для каждого процесса ских процессов хранится в специаль- зуемость и низкая латентность преры- должен быть определён максимальный ном системном процессе, который ваний. размер памяти, который ему разреша- выполняет роль UNIX-сервера. ется использовать. При запуске процес- FX-RTOS са эта память выделяется сразу, после В этом случае состояние процессов чего стеки потоков и куча выделяют- хранится в одном месте и его относи- С 2010 года компания Eremex разра- ся уже внутри процесса. На это можно тельно просто скопировать. В этом же батывает собственную микроядерную возразить, что в разные моменты вре- процессе может храниться дерево фай- ОСРВ FX-RTOS, которая призвана в мени разным процессам может потре- ловой системы (которое является гло- какой-то степени решить эти пробле- боваться вообще вся доступная в систе- бальным для всех процессов в UNIX) мы. Подход, предлагаемый FX-RTOS, ме оперативная память и такой подход и тому подобное. В QNX роль такого основан на известном правиле «80/20», слишком ограничивает пользователь- которое переформулируется в виде ские программы. Но, если в системе 24 «реализация 80% функционала тра- возможно существование нескольких диционного UNIX используя 20% кода» плюс отказ от функций, нега- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ процессов, которые находятся на пике ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР своего использования памяти, получа- ется, что о надёжности в такой систе- ме говорить не приходится, посколь- ку после исчерпания памяти одним из процессов, остальные работать не смо- гут. Резервирование позволяет гаран- тировать, что если процесс запустил- ся, то он сможет работать, несмотря на действия всех других процессов, поэто- му такую систему в целом проще про- тестировать. Привилегии процессов настраивают- ся во время сборки образа ОС и отсут- ствует возможность повышения приви- легий во время работы. Процесс-драйвер не может обращаться к любым устрой- ствам, а только к тем, работа с которы- ми разрешена для него, поэтому даже в случае наличия в нём уязвимостей, взять под контроль всю систему невозможно. Подобные принципы распространяют- ся и на другие компоненты ОС. ЛИТЕРАТУРА 1. Two DDoS Friendly Bugs Fixed in Linux Kernel. https://www.bleepingcomputer. com/news/linux/two-ddos-friendly-bugs- fixed-in-linux-kernel/. 2. Linux Kernel: CVE security vulnerabilities, versions and detailed reports. https://www. cvedetails.com/product/47/Linux-Linux- Kernel.html?vendor_id=33. 3. Process Manager. http://www.qnx.com/ developers/docs/6.3.2/neutrino/sys_arch/ proc.html. 4. Таненбаум Э. Операционные системы. Разработка и реализация. 3-е издание. СПб.: Питер, 2007. 5. Plaskett A., Geshev G. QNX: 99 Problems but a Microkernel ain’tone! https://labs. mwrinfosecurity.com/assets/BlogFiles/ mwri-qnx-troopers-99-problems-but-a- microkernel-aint-one.pdf. 6. Plaskett Alex. QNX Security Architecture Whitepaper. https://labs.mwrinfosecurity. com/assets/BlogFiles/mwri-qnx-security- whitepaper-2016-03-14.pdf. НОВОСТИ МИРА сборка 4.0.9963 (Abel). При этом подтвержде- Для работы с системами электронного на работа данного средства криптографиче- правительства сотрудникам госорганов и ASTRALINUX И «КРИПТОПРО» ской защиты информации (СКЗИ) в следую- бюджетных учреждений необходимо ис- щих программно-аппаратных средах: пользовать браузеры, которые поддержи- СОВМЕСТИМЫ НА ПРОЦЕССОРАХ ● вариант исполнения 1-Base: в среде вают защищённые https-соединения (TLS) и обеспечивают возможность работы с оте- «ЭЛЬБРУС» И «БАЙКАЛ» ASTRALINUX на процессорных архитек- чественными сертифицированными сред- турах x64, «Эльбрус», MIPS; ствами формирования и проверки усиленной Компания ASTRALINUX сообщает, что впер- ● вариант исполнения 2-Base: в среде квалифицированной электронной подписи. вые средство электронной подписи «КриптоПро ASTRALINUX на процессорных архитек- CSP» сертифицировано для применения в рос- турах x64, «Эльбрус». www.astralinux.ru сийской операционной системе для процессор- ной архитектуры «Эльбрус» и «Байкал» (MIPS). Компанией «КриптоПро» получены сертифи- каты соответствия на «КриптоПро CSP 4.0 R4», СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 25

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Разработка широкополосного радиопоглощающего материала на основе карбида кремния и нитрида алюминия Юрий Непочатов ([email protected]), Антон Бандин (Новосибирск), состоящие из полупроводников, фер- Инна Манина (Санкт-Петербург) ромагнетиков и диэлектриков, являют- ся актуальными не только с точки зре- В статье рассмотрена конструкция радиопоглощающего элемента в виде ния теоретической физики, но и в связи слоистой структуры, состоящей из керамических пластин на основе с их применением в микроэлектрони- карбида кремния и нитрида алюминия, требуемая для достижения ке, акустооптике, оптической гологра- оптимального значения коэффициента радиопоглощения в широком фии, рентгеновской дифрактометрии диапазоне частот. В процессе работы исследованы 3 вида слоистых и других областях науки. Существу- конструкций различной структуры из радиопоглощающих керамических ет большое количество современных пластин на основе карбида кремния и нитрида алюминия и определены искусственных материалов, имеющих коэффициенты отражения данных слоистых структур в зависимости от слоистую или композитную периоди- количества и расположения слоёв. ческую структуру, изучение свойств и характеристик которых может открыть ВВЕДЕНИЕ странства и внешнего слоя поглотите- путь к их практическому использова- ля [12]. Материалы с такими свойствами нию в новых приложениях. Многослойные и композитные сре- могут быть достаточно легко получе- ды в зависимости от составляющих их ны на основе пористых композитов, в ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ материалов и внешних условий могут которых поглотитель насыщен необ- как отражать и пропускать электромаг- ходимым количеством микропор [6]. Широкополосные РПМ можно созда- нитное излучение (ЭМИ), так и погло- Создание современных РПМ с задан- вать на основе многослойных покры- щать его. Способность таких сред к ными характеристиками, в частности тий из различных материалов. По отражению и поглощению электромаг- с малым коэффициентом отражения, принципу действия они, как правило, нитных волн (ЭМВ) может быть исполь- возможно только при использовании подразделяются на несколько групп: зована для создания экранирующих и композитных материалов [5, 13–17]. ● интерференционные – использую- поглощающих материалов, в частно- сти радиопоглощающих материалов Все известные РПМ можно класси- щие интерференцию падающей и (РПМ). Способность к поглощению или фицировать по различным признакам: отражённой волн; пропусканию электромагнитной энер- используемым материалам, принципу ● рассеивающие, в которых отражён- гии, в свою очередь, может быть исполь- действия, типу конструкции, ширине ная волна рассеивается во всех на- зована для нагрева сред, поглощающих диапазона рабочих частот электро- правлениях; ЭМИ и находящихся за другими слоя- магнитного излучения. Наибольшее ● поглощающие, в которых энергия па- ми, пропускающими ЭМИ. В процессе внимание в настоящее время уделяет- дающих волн превращается в тепло- поглощения среда может нагреваться ся созданию широкополосных погло- вую за счёт диэлектрических и маг- в результате преобразования электро- тителей. Как правило, к широкополос- нитных потерь материала; магнитной энергии в тепловую. РПМ ным относятся поглотители, для кото- ● комбинированные, сочетающие раз- предназначены для уменьшения элек- рых ширина рабочего диапазона Δλ= личные принципы действия в одном тромагнитного поля внутри экраниру- = λмакс−λмин составляет величину порядка поглотителе. емых объектов до заданного значения, λ0=(λмакс+λмин)/2. Методам расчёта широ- При создании подобных РПМ учиты- а также для уменьшения интенсивно- кополосных поглотителей и их разра- ваются два основных условия: согла- сти отражённого СВЧ-сигнала. Харак- боткам посвящено большое количество сование с внешним пространством, теристики некоторых промышленных работ [18–22]. Предлагаемые решения т.е. пренебрежимо малое отражение поглотителей приведены в [1–5]. Для для коэффициента отражения связыва- от внешней поверхности, и полное более эффективного поглощения СВЧ- ют длину волны, толщину поглотителя поглощение энергии волны, прошед- излучения предпочтительно использо- и эффективные комплексные диэлек- шей внутрь покрытия. Наиболее широ- вать материалы с высокими значени- трическую и магнитную проницаемо- кополосными являются поглотители с ями мнимых частей диэлектрической сти. Для расширения рабочего диапа- комбинированным принципом дей- и магнитной проницаемостей. Основ- зона РПМ применяются многослой- ствия. Широкий диапазон рабочих ные свойства таких материалов при- ные, сотовые и ячеистые структуры. частот имеют поглотители из компо- ведены в [6–11]. При создании слабо- В качестве искусственных наполни- зитов с электропроводящими волокна- отражающих поглотителей могут так- телей часто используются проводни- ми. На основе композитных электро- же потребоваться материалы с малыми ки различной формы [13, 23]. Иссле- проводящих волокон в смеси с фер- значениями диэлектрической и маг- дования особенностей прохождения ритами разработаны однослойные нитной проницаемостей для согла- электромагнитных волн через мно- радиопоглощающие покрытия [24–26]. сования импеданса свободного про- гослойные и композитные структуры, Многослойные поглотители с исполь- 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ зованием ферритов или ферромагнит- Показатели отражения электромагнит- а ных материалов имеют очень широ- ных волн от границы раздела двух сред кую полосу поглощения при достаточ- и поглощения энергии ЭМВ в объёме б но малом коэффициенте отражения. материала характеризуют эффектив- Например, трёхслойный поглоти- ность экранирования ЭМИ. в тель [27] обеспечивает K<−10 дБ в диа- Рис. 1. Схемы поглощения электромагнитных пазоне частот 5…40 ГГц при толщине Исследование экранирующих волн материалом: а) полное поглощение; 2 мм. Данный материал выполнен на свойств композиционных материалов б) неполное поглощение; в) частичное поглощение основе волокон, наполненных карбо- осуществлялось в диапазоне 5…20 ГГц нильным железом. Его широкополос- с использованием панорамного изме- . ность обеспечивается плавным изме- рителя коэффициента стоячей волны нением комплексных диэлектриче- по напряжению (КСВН) и ослабления, Измеряемые величины Vmin и Vmax, ской и магнитной проницаемостей а также волноводного измерительно- пропорциональные Аmin и Аmax соответ- по толщине поглотителя. Если уве- го тракта. КСВН связан с коэффициен- ственно, выражаются соотношениями: личивать число слоёв при соответ- том отражения Котр следующим соотно- ствующем расширении диапазона, то шением: и по своим свойствам многослойные поглотители будут близки к поглоти- . Затем пластина, изготовленная из телям градиентного типа, в которых радиопоглощающего материала, заме- используется постепенное изменение Далее описана процедура измере- нялась на пластину с такими же раз- от высокого сопротивления и низкой ния коэффициента отражения образ- мерами, но сделанную из материала проводимости свободного простран- цов выбранной конструкции панели с известным коэффициентом отра- ства на внешней поверхности поглоти- в диапазоне частот 8…18 ГГц. Изготов- жения k0. Обычно это металлическая теля к более низкому сопротивлению ленная из исследуемого радиопоглоща- пластина, коэффициент отражения и более высокой проводимости на его ющего материала квадратная пласти- которой принимается равным 1. Опи- задней стороне. Данные поглотители на размером 200×200 мм устанавлива- санным выше способом для этой пла- могут обладать более широкой поло- лась перпендикулярно оси облучающей стины можно получить соотношения сой при малой величине коэффици- её рупорной антенны П6-12, которая для V0_min и V0_max (заменив k на k0). Урав- ента отражения, однако они являют- одновременно является и приёмной нения для Vmin, Vmax, V0_min и V0_max можно ся самыми сложными в изготовлении. антенной для отражённой от пласти- решить относительно k и получить: К числу таких материалов относят- ны волны. Расстояние от пластины до ся керамические поглотители СВЧ- антенны плавно изменялось в диапазо- По этой формуле производится рас- энергии на основе нитрида алюминия не 0,5…0,6 м при помощи специального чёт коэффициента отражения k. и карбида кремния [28]. Целью данной механического устройства. Излучаемая работы является получение минималь- антенной волна многократно отража- Схема устройства измерения вели- ного коэффициента отражения в тре- ется от пластины к антенне и обратно, чин Vmin, Vmax, V0_min и V0_max представле- буемом широком частотном диапазо- формируя суммарную энергию вол- на на рисунке 2. Для разделения излу- не при определённых ограничениях на ны, принимаемую антенной. Ампли- чаемого и принимаемого антенной параметры используемых материалов, туда СВЧ-сигнала, принятого антен- сигналов используются направленные а также создание экспериментально- ной, составляет: ответвители и вентили. Через выход 1 го образца широкополосного радио- направленного ответвителя НО1 при- поглощающего материала на основе где U – амплитуда излучаемого антен- нимаемый антенной сигнал поступает нитрида алюминия и карбида кремния. ной сигнала; ρ – коэффициент отраже- на измеритель мощности ИМ. В каче- ния волны от антенны (по мощности); стве величины V, пропорциональной ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА α – доля мощности излучаемой антен- амплитуде принимаемого сигнала, ной волны, попадающей на пластину; РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕЙ k – искомый коэффициент отражения СПОСОБНОСТИ МАТЕРИАЛА пластины (по амплитуде); β – доля мощ- ности отражённой от пластины волны, Радиопоглощающие свойства об- падающая на антенну; Δр – приращение разцов оценивались по измерениям фазы при отражении волны от антен- коэффициентов поглощения и отра- ны; , где l – расстояние от излу- жения согласно методике, описанной чателя антенны до пластины, λ – дли- в ГОСТ Р 50011-92. Коэффициент отра- на волны. жения ЭМВ показывает долю энергии, переизлучённой в направлении источ- Из приведённого выражения следует, ника колебаний. В идеальном случае что при плавном изменении расстоя- электромагнитное поле поглощается ния от антенны до пластины на λ/2 материалом полностью (см. рис. 1а) амплитуда принятого сигнала изме- няется от Величина ослабления электромаг- нитной энергии представляет собой до соотношение уровней падающей элек- тромагнитной энергии и энергии в пространстве за образцом (см. рис. 1б). СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 27

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ А НО1 В1 НО2 Г измеритель мощности ИМ. Компенса- 12 ция проникающего через измеритель- ный канал сигнала осуществляется при ФВ АТТ Д ИМ изъятой отражающей пластине путём П установки такого затухания и поворо- та фазы сигнала в компенсационном L В2 канале, при котором измеритель ИМ показывает ноль мощности. Результа- Примечание: П – отражающая пластина-образец с РПМ; А – рупорная антенна; Н01, Н02 – ответвители; ты измерения коэффициентов отра- В1, В2 – вентили; ФВ – перестраиваемый фазовращатель; АТТ – перестраиваемый аттенюатор; жения стандартных материалов (фла- Д – делитель; Г – генератор; ИМ – измеритель мощности на и оргстекла) согласуются с извест- Рис. 2. Схема измерительной установки ными опубликованными данными на частоте 1 МГц. Таблица 1. Электромагнитные свойства используемых материалов Электромагнитные свойства исполь- Физические свойства SiC AlN (MnO, ZnO)Fe O Боросиликатное стекло зуемых материалов представлены в 150 160...240 23 (SiO ·B O ) таблице 1. В диапазоне сверхвысо- Теплопроводность (Вт/мК) 40...42 8,8...10,5 2,8...5,7 ких частот они изучены довольно сла- при +25°С 0,05 0,0005 8...10 2 23 бо. Показатели радиопоглощения и радиоотражения зависят от толщины Диэлектрическая постоянная 3,7 0,0010 – слоя структуры материала и диэлек- при +25°С на частоте 1 МГц 0,999985 4...10 трических и магнитных характери- 4,3...4,6 5...10 0,0005…0,001 стик. Чем «хуже» структура материала, Тангенс угла 1 70...6000 тем лучше поглощение электромагнит- диэлектрических потерь 4 ных свойств. на частоте 1 МГц 1 Для расчёта зависимости коэффици- Коэффициент температурного ента отражения от толщины материала, линейного расширения диэлектрической и магнитной посто- (×10−6/°С) в диапазоне янных и тангенса диэлектрических температур +25…+400°С (для потерь была разработана программа, кремния – 3,5…4,0×10−6/°С) позволяющая производить моделиро- вание многослойного радиопоглоща- Магнитная проницаемость ющего материала, с помощью которой была проведена предварительная оцен- Коэффициент радиоотражения 1,1 ка поглощающих свойств разрабаты- 1 ваемых конструкций слоистых погло- 0,9 10 12 14 16 18 тителей. 0,8 Частота, ГГц 0,7 С целью экспериментальной провер- 0,6 ки расчётных конструкций многослой- 0,5 ных поглотителей были изготовлены 0,4 образцы панелей размером 200×200 мм 0,3 на металлической подложке с различ- 0,2 ными компонентными составляющи- 0,1 ми, которые имели разные толщины, 0 для того чтобы измерить радиоотража- ющую способность исследуемых мате- 8 риалов. Сначала измерялся коэффици- ент радиоотражения керамических Рис. 3. Результаты измерений коэффициента радиоотражения электромагнитной энергии панелей из 16 плиток карбида кремния, на сверхвысоких частотах для панелей из карбида кремния (сплошная линия) и нитрида алюминия наклеенных на металлическую пласти- (пунктирная линия) ну (размер одной керамической плит- ки составлял 50×50×9 мм), а затем из принимается величина, равная ква- НО1, в устройстве имеется компенса- 4 плиток нитрида алюминия, наклеен- дратному корню из измеренного зна- ционный канал, включающий в себя ных на металлическую пластину (раз- чения мощности. выход 2 направленного ответвителя мер одной плитки – 110×110×0,63 мм). НО2, перестраиваемый аттенюатор АТТ Керамические плитки приклеивались Для исключения влияния на резуль- и перестраиваемый фазовращатель ФВ. к металлической пластине с помощью таты измерения излучаемого сиг- На делителе Д сигналы измерительного двухстороннего скотча. нала, который вместе с принимае- и компенсационного каналов суммиру- мым сигналом может проходить на ются, после чего сигнал поступает на Измерения проводились на часто- выход 1 направленного ответвителя тах 8, 10, 12, 15 и 17 ГГц. Результа- ты измерений коэффициента радио- отражения электромагнитной энергии представлены на рисунке 3. Из графи- 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ков видно, что нитрид алюминия во Плитка SiC Плитка SiC Плитка SiC всём диапазоне сверхвысоких частот от 8 до 17 ГГц обладает высоким коэффи- аб в циентом радиоотражения, т.е. отража- ет практически все электромагнитные Металлическая Металлическая Плитка Металлическая Плитка волны. Карбид кремния отражает элек- пластина (2 мм) AIN (0,63 мм) тромагнитные волны лишь частично. пластина (2 мм) пластина (2 мм) AIN (0,63 мм) Плитка После сравнений эксперименталь- Плитка ных значений с теоретическими стало AIN (1 мм) ясно, что электромагнитные свойства AIN (1 мм) в диапазоне частот 8…17 ГГц отлич- ны от данных, полученных на частоте Рис. 4. Схема пластины размерами 200×200 мм, состоящей из различных последовательностей 1 МГц. Экспериментальным путём было слоёв: а) слоя карбида кремния и слоя нитрида алюминия; б) слоя нитрида алюминия и слоя карбида определено, что значение диэлектриче- кремния; в) слоя карбида кремния и двух слоёв нитрида алюминия ской постоянной для карбида кремния в районе сверхвысоких частот состав- Коэффициент рпдиоотражения 1 SiC-AIN-cт ляет около 12. AIN-SiC-ст 0,9 AIN-AIN-SiC-ст Затем были изготовлены многослой- 0,8 ные панели, состоящие из двух или трёх 0,7 10 12 14 16 18 слоёв разных толщин. Схемы панелей 0,6 Частота, ГГц представлены на рисунке 4. В скобках 0,5 указана толщина пластин. Результаты 0,4 измерений коэффициента радиоотра- 0,2 жения электромагнитной энергии для 0,1 многослойных панелей из различных 0 сочетаний материалов представлены на рисунке 5. Как видно из графика, для 8 данных материалов на частотах 8…11 и 13…17 ГГц коэффициент радиоотра- Рис. 5. Результаты измерений коэффициента радиоотражения электромагнитной энергии жения очень мал и составляет 5–10%, на сверхвысоких частотах для панелей из различных сочетаний слоёв карбида кремния и нитрида а на частоте 11…13 ГГц наблюдается алюминия значительное отражение, составляю- щее 60–70%. Металлическая Плитка Металлическая Плитка пластина (2 мм) AIN (1 мм) пластина (2 мм) AIN (0,63 мм) Таким же образом были проведены измерения для панелей, состоящих из Плитка SiC последовательных слоёв карбида крем- ния и нитрида алюминия. Схемы пане- а б Плитка SiC лей представлены на рисунке 6. Резуль- Плитка SiC таты измерений коэффициента радио- Плитка отражения электромагнитной энергии AIN (1 мм) на сверхвысоких частотах для данных панелей приведены на рисунке 7. Как Рис. 6. Схема панелей размерами 200×200 мм, состоящих из: а) двух слоёв карбида кремния видно из графика, на частотах 8…11 и с нитридом алюминия; б) двух слоёв нитрида алюминия и одного слоя карбида кремния 13…15 ГГц коэффициент радиоотраже- ния составляет 0–10% (менее −20 дБ), Коэффициент радиоотражения 1 AIN-SiC-AIN т.е. материал на этих частотах отража- 0,9 SiC-AIN-SiC ет 5–10% электромагнитных волн, а на 8 частотах 11…13 и 15…18 ГГц измерен- 0,8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ный коэффициент составляет −2 дБ и 0,7 Частота, ГГц отражает до 70% электромагнитных 0,6 волн. 0,5 0,4 Для перекрытия «провала» на часто- 0,3 тах 11…13 ГГц в исследованные мно- 0,2 гослойные поглотители был введён 0,1 дополнительный слой, состоящий 0 из органического компонента (эпок- сидной смолы) и марганец-цинково- 7 го феррита. Важным преимуществом дополнительного слоя является его Рис. 7. Результаты измерений коэффициента радиоотражения электромагнитной энергии «широкополосность» и эффективность на сверхвысоких частотах для панелей, состоящих из слоёв карбида кремния и нитрида алюминия поглощения излучения в широком диа- пазоне частот. Марганец-цинковые СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 29

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1 Металлическая пластина (2 мм) Плитка SiC 0,9 ЭС + Mn-Zn Коэффициент радиоотражения 0,8 2,5% 5,0% Плитка AIN (0,63 мм) Плитка AIN (1 мм) 0,7 10,0% Рис. 9. Конструкция радиопоглощающей 0,6 0% плитки с минимальным коэффициентом поглощения 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 8 10 12 14 16 18 Частота, ГГц Рис. 8. Результаты измерений коэффициента радиоотражения электромагнитной энергии на сверхвысоких частотах для панелей, состоящих из эпоксидной смолы и из эпоксидной смолы с добавлением марганец-цинкового феррита в объёме 2,5; 5,0 и 10% 0,5Коэффициент отражения Таблица 2. Показатели материалов SiC 0,4 и SiC-AlN (в соотношении компонентов 90/10%), 0,3 полученные в SPS-установке 0,2 0,1 Показатель SiC SiC-AlN 0 Кажущаяся плотность, г/см3 3,14 2,92 Водопоглощение, % 0,0287 0,0638 8 10 12 14 16 18 Пористость, % 0,0089 0,1859 Частота, ГГц Скорость звука, м/с 12541 11325 Модуль упругости, ГПа 429 326 Рис. 10. Коэффициент отражения для панели, состоящей из последовательных слоёв AlN, SiC, AlN и эпоксидной смолы с добавлением марганец-цинкового феррита ферриты характеризуются повышен- ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦА сочетании с марганец-цинковым фер- ными значениями магнитной проница- ритом. Исследованы радиопоглоща- емости, малыми магнитными потерями, РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕГО ющие свойства слоистых элементов повышенными значениями удельного с различным сочетанием слоёв. Для сопротивления и малыми вихревыми КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ SiC получения материала, обладающего токами. И AlN В SPS-УСТАНОВКАХ радиопоглощающими свойствами в широкой полосе частот, разработан Был изготовлен марганец-цинко- Получение изделий на основе кар- состав и изготовлен в SPS-установке вый феррит состава: MnO – 20%, ZnO – бида кремния и нитрида алюминия при +2000°С образец радиопоглоща- 7,6%, Fe2O3 – 72,4%. Для определения возможно в установках плазменно- ющего композитного материала на оптимального количества феррита искрового синтеза SPS. Авторами были основе карбида кремния и нитрида в смолу вводили его добавки в объё- проведены эксперименты по предва- алюминия. ме 2,5; 5,0 и 10%. Результаты измере- рительному спеканию SiC и AlN в ваку- ния коэффициента радиоотражения уме, в результате выполнения кото- ЛИТЕРАТУРА панелей, состоящих из эпоксидной рых был изготовлен образец из ших- смолы и эпоксидной смолы с марга- ты состава SiC – 50–90%, AlN – 50–10%. 1. Адамовский А.А., Ажажа В.М., Баглюк Г.А. нец-цинковым ферритом, представ- Физические свойства образца, полу- Неорганическое материаловедение. лены на рисунке 8. ченного в SPS-установке, представле- Т.2. – Киев: Наукова думка, 2008. – 171 с. ны в таблице 2. Таким образом, можно сделать вывод, 2. Ковнеристый Ю.К., Лазарева И.Ю., Рава- что в диапазоне частот 8…18 ГГц радио- ЗАКЛЮЧЕНИЕ ев А.А. Материалы, поглощающие СВЧ- поглощающая плитка с минимальным излучение. – М.: Наука, 1982. – 163 с. коэффициентом отражения должна В результате выполнения дан- представлять собой слоистую структу- ной работы созданы радиопоглоща- 3. Мированов О.С., Собенин Н.П. Техника ру (см. рис. 9), состоящую из слоёв кера- ющие элементы из материалов на сверхвысоких частот. – М.: Атомиздат, мических материалов на основе SiC, основе карбида кремния и нитрида 1980. – 464 с. AlN и слоя с добавкой марганец-цин- алюминия, обеспечивающие осла- кового феррита объёмом 2,5–5%. Рас- бление энергии ЭМВ от 5 до 20 дБ на 4. Побочные колебания в электронных чётное значение коэффициента отра- частотах от 8 до 17 ГГц. Разработан- приборах СВЧ / под ред. М.Б. Цейтлина. – жения такой плитки будет составлять ный материал представляет собой М.: Радио и связь, 1984. – 152 с. 0–20% (см. рис. 10). слоистый поглотитель, состоящий из последовательных слоёв карби- 5. Шнейдерман А.Я. Радиопоглощающие да кремния и нитрида алюминия в материалы: обзор. Зарубежная радио- электроника.1965. № 4. С. 115–135. 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 6. Шнейдерман А.Я. Радиопоглощающие 13. Шнейдерман Я.А. Новые радиопоглощаю- 20. Тареев Б.М., Короткова Н.В., Петров В.М. материалы: обзор. Зарубежная радио- щие материалы. Зарубежная радиоэлек- и др. Электрорадиоматериалы – М.: Выс- электроника. 1975. № 2. С. 93–114. троника. 1969. № 6. С. 101–124. шая школа, 1976. – 336 с. 7. Шнейдерман А.Я. Радиопоглощающие 14. Торгованов В.А. Безэховые камеры. Зару- 21. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. материалы: обзор. Зарубежная радио- бежная радиоэлектроника. 1974. № 12. Основные свойства и применение в элек- электроника. 1975. № 3. С. 71–93. С. 20–46. тронике. – М.: Радио и связь, 1989. – 287 с. 8. Фоксвел Д., Джаксен Д. Подход к обеспе- 15. Алимин Б.Ф. Современные разработки 22. Хиппель А.Р. Диэлектрики и их примене- чению скрытности: создание малозамет- поглотителей электромагнитных волн и ние. – М., Л.: Энергоиздат, 1959. – 336 с. ных кораблей. Jane’s IDR (International радиопоглощающих материалов. Зару- Defense Review). September 1998. Vol. 31. бежная радиоэлектроника. 1989. № 2. С. 23. Алимин Б.Ф., Торгованов В.А. Методы рас- P. 43–45, 47–48. 75–82. чёта поглотителей электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника. 9. Truker S. Revolution on the surface of sea 16. Anechoic R.F. Chamber Test Facilities. – 1976. № 3. С. 29 Jane’s NAVY International. July/August KEENE Corp, 1982. – 154 p. 1998. Vol. 103. № 6. 24. Киренский Л.В., Чистяков Н.С. О неко- 17. Ковнеристый Ю.К., Лазарева И.Ю., Рава- торых возможностях практического 10. Маркин А.В. Безопасность излучений от ев А.А. Материалы, поглощающие СВЧ- использования ферромагнитных плё- средств электронно-вычислительной тех- излучения. – М.: Наука, 1982. – 164 с. нок на сверхвысоких частотах. ДАН СССР. ники: домыслы и реальность. Зарубежная 1965. T. 165. № 1. С. 81–84. радиоэлектроника. 1989. № 12. C. 102–124. 18. Келдыш Л.В., Копаев Ю.В. Возможная неу- стойчивость полуметаллического состо- 25. Патент DE 1294511, 08.05.69. 11. Герасимов В., Владиславский В. Ком- яния относительно кулоновского взаи- 26. Патент RU 2122264 С1. плексная автоматизация и защита модействия. ФТТ. 1964. Т.6. № 9. С. 2791– 27. Патент USA 4688040. информации. Зарубежная радиоэлек- 2798. 28. Часнык В.И., Фесенко И.П. Объёмный троника. 1975. № 2. С. 49–63. 19. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Таре- поглотитель СВЧ-энергии на нитрида 12. Минин Б.А. СВЧ и безопасность челове- ев Б.М. Электротехнические материалы. – алюминия и карбида кремния. Техника ка. – М.: Советское радио, 1974. – 351 с. Л.: Энергия, 1977. – 352 с. и приборы СВЧ. 2008. № 2. С. 45–47. НОВОСТИ МИРА ExpoElectronica – крупнейшая по количе- дискуссии по вопросам диверсификации про- ству и самая представительная по составу изводства и перехода на производство граж- ТРИ ДНЯ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ: участников международная выставка дан- данской продукции, семинары по сертифика- EXPOELECTRONICA ной тематики в России. В 2019 году экспо- ции систем менеджмента качества, сертифика- И ELECTRONTECHEXPO зиция развернётся в двух выставочных за- ции ЭК и электронной продукции, презентации лах и займёт 16 490 м2. Масштаб события и технические семинары участников выставки. С 15 по 17 апреля 2019 года в МВЦ «Кро- отмечают как посетители, так и участники. кус Экспо» (Москва) пройдёт 22-я Междуна- Каждый год выставки ExpoElectronica и родная выставка электронных компонентов, Выставки постоянно развиваются, на- ElectronTechExpo становятся важнейшей биз- модулей и комплектующих ExpoElectronica. ращивая заинтересованную аудиторию. нес-площадкой, где представители отрасли Одновременно состоится единственная в В 2018 году участие в них приняла 431 ком- подводят итоги работы, обсуждают перспек- стране выставка технологий, оборудова- пания из 14 стран мира, из них 122 пред- тивы и планы на будущее. Способствуя вы- ния и материалов для производства изде- ставили продукцию впервые. В 2019 году к полнению стратегической задачи по разви- лий электронной и электротехнической про- ExpoElectronica и ElectronTechExpo присое- тию отечественной гражданской электронной мышленности ElectronTechExpo. динились 96 новых компаний. Отмечается, промышленности на период 2013–2025 го- что в последние годы существенно увеличи- дов, поставленной на высшем уровне, такие Многолетнее совместное проведение вы- лось количество российских производителей. деловые события становятся центром притя- ставок создаёт уникальную базу для взаи- жения всего передового в отрасли. модействия профессионалов. Именно здесь Три дня выставку сопровождает насыщен- ведущие производители и дистрибьюторы ная деловая программа, которая пройдёт на Выставки организует группа компаний представляют разработки и услуги профиль- 7 современных площадках и будет включать ITE, один из лидеров на российском рын- ным специалистам из большинства регио- демонстрацию новинок продукции с участием ке выставочных услуг. нов России и стран ближнего зарубежья. непосредственных разработчиков. Состоятся www.expoelectronica.ru Посещение выставки позволяет быстро и эффективно решить максимум профессио- нальных задач: познакомиться с новинками электроники, сравнить предложения компа- ний, найти партнёров для бизнеса и заклю- чить контракты, узнать о последних дости- жениях отрасли на мероприятиях деловой программы. Выставки посещают руководители и спе- циалисты производственных предприятий в области электронной аппаратуры, элек- тротехнической продукции, приборов и устройств, а также компании-поставщики электронных компонентов, электронного оборудования и материалов. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 31

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Применение ПТК-терморезисторов Юки Фуджи, Юмин Сайго (Murata Japan) ются на терморезистор или компонен- ты с положительным температурным Терморезисторы с положительным температурным коэффициентом коэффициентом. Современные ПТК- (ПТК) находят широкое применение в промышленных системах терморезисторы имеют функцию автоматизации. В статье рассматриваются основные преимущества сброса для восстановления нормаль- керамических ПТК-терморезисторов и особенности их применения. ной работы после устранения неис- правности и обеспечивают высокую В большинстве стран с производ- водства значительно возросла. Однако надёжность работы. В будущем надёж- ственной экономикой набирает попу- необходимо учитывать тот факт, что ность ПТК-терморезисторов станет ещё лярность концепция «умного производ- вместе с увеличением количества про- более важной, поскольку ожидается ства». Для ускорения процессов автома- водных соединений между контролле- рост частоты возникновения аномаль- тизации и повышения эффективности ром и датчиками повышается вероят- ных скачков по току. В этой статье будут работы предприятий многие европей- ность их неправильного подключения. рассмотрены особенности применения ские страны перенимают опыт Герма- Это может привести к чрезмерно высо- керамического терморезистора с ПТК нии по переходу к принципам Инду- ким пусковым токам и, как следствие, для автоматизации производства. стрии 4.0. Производители видят эко- повреждению оборудования. номические выгоды в более гибкой В таблице приведены некоторые организации производства, поэтому Задачи защиты электрооборудова- виды используемых устройств защи- потребность в промышленном обо- ния от перегрузок, включая электро- ты и указаны их преимущества и недо- рудовании для автоматизации произ- двигатели, ПЛК-контроллеры, датчики статки. ПТК-терморезисторы увеличи- и силовые приводы, обычно возлага- вают сопротивление экспоненциаль- но по мере нагрева проходящим через Некоторые виды используемых устройств защиты, их преимущества и недостатки них током. ПТК-терморезистор рабо- тает аналогично предохранителю – Керамический ПТК- Токочувствительный Полимерный ПТК- Предохранитель в нормальном режиме работы сопро- терморезистор резистор + ASIC терморезистор тивление устройства остаётся постоян- ным. При броске пускового тока, про- Схема ASIC ASIC ASIC ASIC ходящий ток увеличивает температуру устройства, что, в свою очередь, вызы- Керами- Токочувст- Поли- Предо- вает экспоненциальное увеличение ческий вительный мерный хранитель его сопротивления. При увеличении ПТК сопротивления сила тока существен- резистор ПТК • Низкая цена но падает, и питающая линия остаёт- • Малые габариты ся неповреждённой (см. рис. 1). • Функция сброса • Функция сброса • Отсутствие • Отсутствие На рынке можно найти ПТК- Преимущества • Высокая надёжность • Функция сброса токочувствительных ИС терморезисторы, изготовленные из поли- • Малые габариты • Малые допуски по токочувствительных мера или керамики. При выборе ПТК- • Отсутствие сопротивлению ИС • Отсутствие функции терморезистора следует учитывать ряд • Работа при токах сброса факторов, включая изменение характери- токочувствительных больше 1 А стик ПТК при пайке оплавлением, надёж- • Значительное • Расплавление при ность и используемую конструкцию. ИС изменение температуре выше сопротивления +900°С Из двух материалов полимер наи- • Большие габариты при монтаже и более подвержен изменению ПТК- тестировании сопротивления при нагреве. Во вре- резистора • Большие габариты мя выполнения двух операций пай- ки оплавлением возможно изменение Недостатки Ограничение по току • Необходимость в сопротивления от 100 до 190%. Поли- 1 А токочувствительных ИС мерные резисторы имеют очень боль- шую погрешность величины номи- • Риск теплового пробоя нального сопротивления. Керамика, напротив, имеет более стабильные резистора характеристики. Типичное изменение сопротивления во время двух операций Нормальное Аварийное пайки оплавлением составляет пример- состояние состояние но от –1 до 0,5%, что делает их приме- нение предпочтительным. Кроме того, Нормальный ток Перегрузка по току керамический ПТК-терморезистор надёжнее, чем полимерный аналог. На ПТК Выход ПТК Выход Ввод-вывод Перегрев→ Рост сопротивления Нормальные условия Состояние при перегрузке по току PRG: Режим удержания (нормальный) Перегрузка по току PRG: Режим отключения (защита) Log Самонагревание R Рост сопротивления log Rss Температура Ограничение тока 25°С Температура 25°С СБРАСЫВАЕМЫЙ мКлоюмечневтой Рабочая температура Рис. 1. Работа ПТК-терморезистора в качестве защиты от перегрузки по току 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Керамический ПТК-резистор типа H Полимерный ПТК-резистор типа H ка является более стабильным материа- Керамический ПТК-резистор типа L Полимерный ПТК-резистор типа L лом, и в аналогичных условиях сопро- тивление практически не изменяется. Изменение сопротивления, %700 100 1000 10 000 Сопротивление600Продолжительность испытаний, ч На рисунке 3 показаны конструк- 500 ция керамических и полимерных ПТК- 400 терморезисторов и зависимость сопро- 300 тивления от температуры. Несмотря на 200 сходные характеристики, принципы работы этих резисторов различают- 100 ся. Керамический ПТК-терморезистор 0 меняет свои характеристики из-за химического воздействия, вызванно- 10 го изменениями удельного сопротив- –100 ления керамической стенки. В состоя- нии отключения, когда сопротивление Рис. 2. Коэффициент изменения сопротивления при пульсирующей нагрузке увеличивается экспоненциально, вме- сте с ростом температуры значитель- (b) Отключение но увеличивается сопротивление кера- (a) Нормальный мической стенки. По мере уменьшения тока и снижения температуры сопро- (c) Сброс тивление керамического элемента воз- Температура ПТК-терморезистора вращается к нормальному состоянию без явлений гистерезиса. (a) Нормальный (b) Отключение (c) Сброс Химические Увеличение Уменьшение процессы Исследования поведения полимерного Керамический ПТК ПТК-терморезистора показали, что изме- Сопротивление нение удельного сопротивления зависит Восстанавливающийся стабильно от механических свойств материала. Тер- предохранитель Механические морезистор состоит из полимерной смо- процессы лы и углеродной цепи. При увеличении Сопротивление температуры ПТК-терморезистор слег- керамической стенки Сопротивление ка расширяется, что приводит к разъеди- нестабильно нению углеродных цепей и увеличению Полимерный ПТК общего сопротивления. По мере сниже- ния тока и температуры смола сжимает- Восстанавливающийся ся, и углеродная цепь снова соединяет- предохранитель ся. Однако не все углеродные цепи вос- станавливают соединение, что приводит Углеродные Расширение Сжатие к появлению некоторого гистерезиса у соединения Разъединение Соединение ПТК-терморезистора. Поэтому характе- ристики такого терморезистора при дол- Рис. 3. Конструкция полимерного и керамического ПТК-терморезисторов говременной эксплуатации могут быть нестабильными. Схема с оптопарой Схема с реле Схема с линейным приёмником DCS ∼ 12 В DCS ∼ 12 В DCS ∼ 12 В На рисунке 4 показано несколько вариантов использования керамических Оптопара Реле ПТК-терморезисторов в промышленных системах автоматизации, например в ПТК ПТК ПТК ПЛК-контроллерах, сервоприводах и датчиках. Как было показано ранее, ПЛК-контроллер и сервопривод керамические ПТК-терморезисторы гораздо надёжнее и обеспечивают более Обычный метод V+ Включение терморезисторов серии PRG высокие результаты в ходе всего цикла 1 V+ изготовления и развёртывания промыш- ленных систем автоматизации. Токочувствительный + 1 PRG + элементт 2 PRG – В качестве примера рекомендованных Цепь Выход – Цепь Выход керамических ПТК-терморезисторов датчика датчика Нагрузка можно привести серию Murata PRG. Модель PTC PRG21BC3R3MM1RK име- Нагрузка V– ет типичное номинальное сопротивле- 2 ние 3,3 Ом, максимальное напряжение 30 В, ток удержания 180 мА при +25°C V– и диапазон рабочих температур от –40 до +85°С. Датчик Рис. 4. Примеры использования керамического ПТК-терморезистора рисунке 2 показаны результаты испыта- ние полимерного ПТК-терморезистора ний терморезисторов с пульсирующей может увеличиться более чем на 100%, нагрузкой при комнатной температуре. если условие перегрузки сохраняет- ся в течение более 100 ч. После тако- Другое существенное различие меж- го режима работы полимерный ПТК- ду двумя типами ПТК-терморезисторов терморезистор может функциониро- заключается в изменении характери- вать неправильно из-за увеличенного стик резистора из-за продолжительной значения сопротивления среды. Керами- ненормальной нагрузки. Сопротивле- 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Современные 32-разрядные ARM-микроконтроллеры серии STM32. Преобразователь аналоговых сигналов управления в цифровые Олег Вальпа ([email protected]) памяти и 8 Кбайт оперативной памя- ти. Кроме того, на плате имеются В статье описан преобразователь аналоговых сигналов управления встроенный программатор с отлад- от 0 до 10 В в цифровые с широтно-импульсной модуляцией на основе чиком по интерфейсу USB, несколь- 32-разрядного ARM-микроконтроллера серии STM32 от компании ко светодиодов и пользовательская STMicroelectronics и приведены примеры программ, обеспечивающих кнопка. Большинство выводов микро- работу устройства. контроллера подключены к штырько- вым соединителям по периметру пла- ВВЕДЕНИЕ может приводить к нехватке того ты и имеют маркировку. Внешний вид или иного их типа. Одним из реше- отладочной платы приведён на рисун- Довольно часто в современных ний данной проблемы является преоб- ке 1. системах автоматического управле- разователь интерфейсов управления. ния возникает необходимость исполь- Назначение описанного в статье пре- Для построения преобразователя зования различных типов интер- образователя заключается в получе- интерфейсов воспользуемся встро- фейсов. Для одних исполнительных нии управляющего интерфейса ШИМ енным в микроконтроллер анало- устройств, например, необходим из аналогового интерфейса с сигна- го-цифровым преобразователем и управляющий аналоговый сигнал от лами от 0 до 10 В. широтно-импульсным модулятором. 0 до 10 В или токовый выход от 0 до Благодаря многоканальности этих 20 мА, для других – сигнал с широт- АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ блоков можно реализовать несколь- но-импульсной модуляцией (ШИМ). ко преобразователей интерфейсов с В управляющем устройстве количе- Преобразователь выполнен на недо- помощью одного микроконтроллера. ство интерфейсов ограничено, что рогом микроконтроллере STM32 [1]. Для повышения функциональности Поскольку микроконтроллер пита- устройство сделано 4-канальным, т.е. ется от 3,3 В, его 12-разрядный анало- позволяет одновременно преобразо- го-цифровой преобразователь име- вывать 4 входных аналоговых сигнала ет ограничение входного сигнала по от 0 до 10 В в выходные сигналы ШИМ. амплитуде 3,3 В. В связи с этим вход- Устройство построено на отладочной ные сигналы с амплитудой от 0 до плате STM32VLDISCOVERY [2], имею- 10 В необходимо подключать к вхо- щей в своем составе микроконтрол- дам АЦП микроконтроллера через лер STM32F100RBT6B в 64-выводном резистивные делители или перемен- корпусе LQFP с 128 Кбайт флэш- ные резисторы. Можно дополнитель- но подключить к входам АЦП кера- Рис. 1. Внешний вид отладочной платы Рис. 2. Окно Pinout генератора кода STM32CubeMX STM32VLDISCOVERY WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 36

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 3. Окно USART1 генератора кода STM32CubeMX Рис. 4. Окно ADC1 генератора кода STM32CubeMX мические конденсаторы ёмкостью от плату STM32VLDISCOVERY. При этом Для блока интерфейса ADC1 необхо- 0,1 до 1 мкФ для фильтрации помех. генератор кода отобразит на экране димо установить 4 инжекторных пре- Делители осуществляют преобразо- монитора внешний вид микрокон- образователя Rank1…Rank4 и назна- вание напряжения входных сигна- троллера отладочной платы с под- чить для них каналы Cannel1… Cannel4 лов в напряжение рабочего диапа- ключёнными к нему интерфейсами (см. рис. 4). зона АЦП микроконтроллера от 0 до отладчика, светодиодами и другими 3,3 В. Нормированные и отфильтро- цепями. Для блока TIM2 требуется задать ванные сигналы поступают на вхо- период 4096, соответствующий 12-раз- ды АЦП микроконтроллера. С помо- Подключение необходимых бло- рядному АЦП, и разрешить авто- щью внутренней программы микро- ков для преобразователя интерфей- матическую перезагрузку таймера контроллер будет последовательно сов осуществляется во вкладке Pinout. (см. рис. 5). опрашивать входы АЦП и преобразо- Входы АЦП подключаются с помощью вывать их цифровые значения в пара- установки галочек в полях IN1…IN4 Теперь необходимо сгенериро- метры скважности сигналов ШИМ, раздела ADC Peripherals. Выходы вать код программы. Для этого сле- формируемых внутренними тайме- ШИМ подключаются путём выбора дует выбрать в меню Project пункт рами микроконтроллера. Выходные режимов PWM Generator CH1…CH4 Generate Code, затем в открывшемся сигналы ШИМ необходимо подклю- в полях Channel1…Channel4 раздела окне указать среду разработки Keil чить через ограничительные резисто- TIM2 Peripherals. Кроме того, можно MDK-ARM V4 [3] и ввести имя проек- ры номиналом 1 кОм к базе выходных подключить в асинхронном режи- та. После генерации кода в катало- транзисторов, работающих в режи- ме последовательный интерфейс в ге проекта будет автоматически соз- ме ключей. Таким образом, при изме- поле USART1 Peripherals. Это позво- дан раздел MDK-ARM и Src с файлами нении аналоговых сигналов на вхо- лит использовать его в дальнейшем программы и библиотек, после чего дах преобразователя на его выходах для отладки программы и настройки генератор предложит открыть полу- будут формироваться сигналы ШИМ в каналов преобразования интерфей- ченный проект в среде разработки Keil виде открытого или закрытого состо- сов. В результате вышеуказанных дей- MDK-ARM V4. яний транзисторов. ствий генератор кода STM32CubeMX автоматически распределит под- В данном случае все дальней- ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ключённые интерфейсы по портам шие операции будут связаны толь- микроконтроллера, как показано на ко с одним сформированным фай- Для назначения входных и выход- рисунке 2. лом проекта main.c, который являет- ных сигналов отладочной платы ся главным модулем и уже содержит STM32VLDISCOVERY использовался После этого необходимо задать режи- все необходимые функции и настрой- свободно распространяемый графи- мы работы подключённых интерфейсов ки программы. Этот файл необходи- ческий генератор кода STM32CubeMX и некоторые их параметры. Для этого мо дополнить строками программы, от компании STMicroelectronics [2]. следует во вкладке Configuration генера- описывающими алгоритм функцио- После установки и запуска данного тора кода STM32CubeMX раскрыть нуж- нирования преобразователя. Места программного обеспечения необхо- ный блок. Для блока интерфейса USART1 для строк программы пользовате- димо создать новый проект и выбрать необходимо установить скорость обме- ля выделены в файле main.c специ- во вкладке Board Selector отладочную на 9600 бод, длину слова 8 бит, отсут- альным образом с помощью строк ствие паритета и 1 стоп-бит (см. рис. 3). /* USER CODE BEGIN …*/ и /* USER CODE END …*/. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 37

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Листинг 1 /* USER CODE BEGIN 1 */ uint32_t i; // Переменная циклов uint32_t ai[4]; // Буфер данных АЦП uint8_t str[80]={'4','x','A','I','- ','>','4','x','P','W','M',' ','v','1','.','0','\\ n','\\r',0}; // Буфер строки вывода /* USER CODE END 1 */ Листинг 2 /* USER CODE BEGIN 2 */ // Вывести строку названия проекта через порт UART1 i=0; while(str[i]!=0) {HAL_UART_Transmit(&huart1, &str[i], 1, 1); i++;} HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET); // Включить синий светодиод HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET); // Включить зелёный светодиод // Пуск ШИМ каналов HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // Пуск ШИМ1 таймера 2 HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2); // Пуск ШИМ2 таймера 2 HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_3); // Пуск ШИМ3 таймера 2 HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_4); // Пуск ШИМ4 таймера 2 /* USER CODE END 2 */ Рис. 5. Окно TIM2 генератора кода STM32CubeMX Листинг 3 канала ШИМ. Индикатором нормаль- ной работы будет служить мигающий /* USER CODE BEGIN 3 */ зелёный светодиод. Кроме того, мож- HAL_ADCEx_InjectedStart(&hadc1); // Пуск инжекторных каналов АЦП но визуально контролировать резуль- HAL_ADCEx_InjectedPollForConversion(&hadc1, 100); // Ожидание преоб- тат преобразования по всем каналам с помощью терминальной програм- разования АЦП мы при подключении персонального HAL_ADCEx_InjectedStop(&hadc1); // Останов инжекторных каналов АЦП компьютера к отладочной плате через порт USART1 и нажатии пользователь- // Чтение данных АЦП в буфер ской кнопки. ai[0]=ADC1->JDR1; // Канал 1 ai[1]=ADC1->JDR2; // Канал 2 При необходимости можно изме- ai[2]=ADC1->JDR3; // Канал 3 нить временны′ е параметры циф- ai[3]=ADC1->JDR4; // Канал 4 ровых сигналов ШИМ с помощью // Управление скважностью каналов ШИМ перестройки блока синхронизации TIM2->CCR1= ai[0]; // ШИМ1 в генераторе кода STM32CubeMX с TIM2->CCR2=ai[1]; // ШИМ2 последующим формированием ново- TIM2->CCR3=ai[2]; // ШИМ3 го кода программы. При повторном TIM2->CCR4=ai[3]; // ШИМ4 формировании файлов проекта вве- HAL_Delay(100); // Задержка в мс дённые в программу строки кода HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_9); // Переключение зелёного све- сохранятся, поскольку они располо- тодиода жены в защищённых участках между if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)) // Если нажата кнопка пользо- строками /* USER CODE BEGIN …*/ и вателя /* USER CODE END …*/. { // Передать данные АЦП через порт USART1 sprintf(str,\"AI1=%d AI2=%d AI3=%d Если потребуется преобразовывать AI4=%d%c%c\",ai[0],ai[1],ai[2],ai[3],'\\n','\\r'); аналоговые сигналы с другим диапа- i=0; зоном напряжений, это легко сделать, изменив значения входных резистив- while(str[i]!=0) {HAL_UART_Transmit(&huart1, &str[i], 1, 1); i++;} ных делителей сигналов. } } Таким образом, широко распро- /* USER CODE END 3 */ странённую отладочную плату STM32VLDISCOVERY можно превра- Сначала необходимо объявить новые тельской кнопки. Помимо этого, про- тить в 4-канальный преобразова- переменные, которые будут исполь- изводится регулярное переключение тель сигналов управления для систем зоваться в программе, как показано в зелёного светодиода, позволяющее автоматики. листинге 1. Затем вводятся строки про- визуально контролировать рабо- граммы, выполняемые один раз при ту преобразователя. В бесконечном ЛИТЕРАТУРА включении устройства (см. листинг 2). цикле также формируется задерж- Они позволяют вывести строку назва- ка в 100 мс для удобства наблюдения 1. www.st.com ния проекта через порт UART1, вклю- за процессом преобразования. Эту 2. http://www.st.com/en/evaluation-tools/ чить два светодиода и запустить кана- задержку можно изменять в широком лы ШИМ. диапазоне в зависимости от условий stm32vldiscovery.html задачи или вовсе исключить. 3. www.keil.com В листинге 3 приведены строки, которые выполняются в бесконеч- Написанную программу необходи- ном цикле. Эта часть программы мо оттранслировать с помощью сре- позволяет осуществить преобразо- ды разработки Keil и загрузить в отла- вание входных сигналов с помощью дочную плату. Сразу после загрузки АЦП, сохранить полученные данные программа начнёт работать и пре- в буфере, загрузить их в каналы ШИМ образовывать аналоговые сигналы, и передать через последовательный поступающие по четырём входным порт USART1 при нажатии пользова- каналам АЦП, в четыре выходных 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

Реклама

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Анализ сигналов в манчестерском и NRZ-коде с произвольными параметрами при помощи осциллографов серии RTE компании R&S Часть 2 Николай Лемешко ([email protected]), жит для определения одного из 4 воз- Павел Струнин ([email protected]) можных ответов датчика контроллеру. Тип МС и, соответственно, его источ- Во второй части статьи приводятся примеры, демонстрирующие ник идентифицируются по виду стар- возможности поиска ошибок и других нарушений в пользовательских товой последовательности и призна- протоколах при анализе сигналов манчестерского и NRZ-кодирования ку ответа. Битовые последовательно- с произвольными параметрами. сти всех полей передаются старшим битом вперёд. ПРИМЕРЫ ДЕКОДИРОВАНИЯ Структура и состав машинных слов пояснены в таблице. Все машинные Скорость передачи данных составля- СИГНАЛОВ В МАНЧЕСТЕРСКОМ слова включают стартовую (Start) и ет 1 Мбит/с, битовый интервал равен завершающую (Stop) последователь- 1 мкс. Для исключения коллизий пере- И NRZ-КОДЕ ности, поле адреса датчика (Adr), кон- дача МС датчиками осуществляется трольную сумму (CS). В поле CS долж- строго по запросам контроллера, фор- Характеристика объекта на быть установлена единица, если во мируемым по мере необходимости с исследований всех полях, кроме Start и Stop, пере- интервалом не менее 34 мкс, включа- даётся нечётное количество единиц. ющим интервалы 10 и 24 мкс на обра- Для демонстрации возможностей Слово COM содержит поля ожидания ботку команды датчиком и на переда- опции R&S RTE-K50 был разработан (РР) и команды (Command), в слове чу машинного слова DATA с наиболь- пользовательский протокол передачи DATA0 имеется 8-разрядное поле Data шей длительностью (24 бита) вместе со данных, в лексикон которого входят для передачи измеренного датчиком стартовой и завершающей последова- машинные слова (МС) пяти типов. Он оцифрованного значения. В словах тельностями. Высокий и низкий уровни может быть использован для получения DATA, ERROR1, NODATA, UNCOM имеет- сигналов приняты равными +3 и −3 В. информации от сети датчиков, напри- ся поле признака PR, которое наряду со В период бездействия сигнал в NRZ- мер измеряющих температуру или давле- стартовой последовательностью слу- коде имел низкий уровень, а сигнал в ние в некоторой системе. Протокол допу- манчестерском коде – нулевой уровень. скает передачу информации с 64 датчи- ков (шестиразрядная адресация), сеть Измерительная установка может иметь произвольную структуру. В состав измерительной уста- Структура машинных слов пользовательского протокола передачи данных новки (см. рис. 3) входил осцилло- граф R&S RTE-1054 с полосой рабо- Машинное слово Наименование поля Количество бит Шаблон поля для Шаблон поля для чих частот до 500 МГц, 4 каналами и NRZ-кода манчестерского кода установленной программной опци- COM (запрос передачи Start 4 1010 информации с датчика; Adr 6 — HLHL Осциллограф формирует контроллер) PP 2 11 — R&S RTE-1054 Command 4 — 00 DATA0 (передача данных CS 1 — — Start Adr на контроллер; формирует Stop 3 001 — Ch1, B1 R&S RTE-K50 K1 K2 K3 K4 датчик) Start 4 1001 LLH Adr 6 — Генератор Ноутбук HP ERROR1 (в слове COM PR 2 00 HLLH сигналов mini 110-3703 обнаружена ошибка Data 8 — — произвольной контрольной суммы; CS 1 — 11 формы c СПО формирует датчик) Stop 3 001 — Hantek 1025G Start 4 1001 — NODATA (датчик занят Adr 6 — LLH USB 2.0 / данные не готовы для PR 2 01 передачи; формирует CS 1 — HLLH датчик) Stop 3 001 — Start 4 1001 10 UNCOM (команда Adr 6 — — неизвестна; формирует PR 2 10 LLH датчик) CS 1 — Stop 3 001 HLLH Start 4 1001 — Adr 6 — 01 PR 2 11 — CS 1 — LLH Stop 3 001 HLLH — 00 — LLH Примечание: при описании МС в NRZ-коде четверичные символы H и L трактуются как 1 и 0 соответственно. Рис. 3. Схема измерительной установки 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ аб Рис. 4. Результаты построения спектра на основе быстрого преобразования Фурье: а) для NRZ-кода; б) для манчестерского кода ей R&S RTE-K50. Машинные сло- персионные явления и потери, пре- сообразность автоматического опре- ва в соответствии с изложенными пятствующие сохранению их целост- деления пороговых уровней, кото- принципами кодирования форми- ности и ограничивающие дальность рые для сигналов данного вида рав- ровались при помощи генератора их передачи. ны ±2,5 В. На втором этапе настройки Hantek 1025G, работавшего под управ- последовательно была задана структу- лением ноутбука HP Mini 110-3703. Для При построении спектра использова- ра каждого МС в соответствии с опи- формирования битовых последова- лось МС COM. Результаты, полученные санием [1], что необходимо для поис- тельностей требуемой структуры, а так- с использованием встроенной опции ка машинных слов конкретного вида в же пауз между ними были подготовле- быстрого преобразования Фурье, пока- битовых последовательностях, причём ны специальные файлы в формате *.csv, заны на рисунке 4. Необходимая для было установлено, что значения полей данные из которых при помощи спе- передачи сигнала полоса частот, кото- Adr, Data и Command отображаются в циального программного обеспечения рая может быть определена по перво- шестнадцатеричном формате. Интер- (СПО) загружались в память генерато- му нулю спектрограммы, составляет для вал бездействия был задан равным ра через интерфейс USB 2.0, одновре- манчестерского и NRZ-кода 2 и 1 МГц 10 мкс, для манчестерского кодирова- менно использовавшийся для питания соответственно при скорости 1 Мбит/с. ния была установлена синхронизация генератора. На спектрограммах видно отсутствие по второму фронту в МС. посторонних спектральных состав- Генератор формировал сигналы на ляющих, не характерных для цифро- Настройки опции строго соответ- основе цифроаналогового преобразо- вого сигнала, что свидетельствует об ствовали приведённому ранее опи- вания со скоростью 2 млн символов/с. их высоком качестве. Если бы в ради- санию протоколов. Представленные При этом битовому интервалу соот- очастотном кабеле наблюдались резо- далее результаты получены после ветствовало 2 символа для обеспече- нансы, то на спектре имелись бы свой- настройки опции и загрузки необходи- ния выбранной символьной скоро- ственные узкополосным сигналам мого шаблона описания полей машин- сти. Высокий и низкий уровни напря- пики, а на осциллограмме был виден ных слов, соответствующего данным жения были выбраны равными 3 и высокочастотный затухающий коле- таблицы. −3 В соответственно. бательный процесс. С учётом рабочей полосы современных осциллографов Декодирование машинного слова Построение спектра сигналов спектрограммы можно строить и для COM при периодическом его Построение спектра сигналов в ман- гигабитных скоростей передачи, при- повторении чём никакие опции, кроме встроен- честерском и NRZ-коде в случае доста- ной функции быстрого преобразова- Для демонстрации выделения и деко- точной скорости захвата может исполь- ния Фурье, для этого не нужны. дирования МС, а также проверки пра- зоваться при поиске сигнальных ано- вильности настроек опции рассмо- малий и установлении причин их Настройка опции R&S RTE-K50 трим ситуацию, когда контроллер появления. По спектрограмме может для декодирования МС запрашивает данные одного и того быть выполнена приближённая оцен- пользовательского протокола же датчика с периодом повторения ка битовой скорости, которая, одна- 1 мс и не получает ответа. Результаты ко, может осуществляться только при Данная настройка включает в себя измерений представлены на рисун- постоянстве её значения, а также опре- два этапа. На первом задаются харак- ке 5. В таблице на рисунке 5а приве- делено наличие резонансных процес- теристики сигналов на физическом дено содержание всех полей в соста- сов в линиях передачи. Оценка необ- уровне: тип кодирования, пороговые ве одного из захваченных МС с указа- ходимой полосы частот важна при значения, определяющие высокий и нием их значений. Важно подчеркнуть, высокой битовой скорости (выше низкий уровень сигналов, битовую что одновременно может быть захва- 10 Мбит/с), т.к. для широкополосных скорость, наличие инвертирования в чено и декодировано несколько МС сигналов начинают проявляться дис- сигнале и т.д. Практика показала целе- разных типов, что облегчает провер- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 41

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ аб Рис. 5. Результаты декодирования машинного слова COM: а) при NRZ-кодировании; б) при манчестерском кодировании аб Рис. 6. Результаты декодирования последовательности из трёх МС COM с ошибками в полях Start, PP и Stop: а) для NRZ-кодирования; б) для манчестерского кодирования ку алгоритмов, заложенных в пользо- ка таких ошибок созданное описание При необходимости детального рас- вательские протоколы. МС для обоих типов кодирования было смотрения декодирование каждого МС дополнено машинным словом badcom, может быть выполнено на отдельном На основе результатов измерений которое охватывает все МС, не соответ- экране, что обеспечивает читаемость поля Adr и Command в слове COM име- ствующие по структуре, но имеющие информации во всех полях. Кроме того, ют значения 0х20 и 0х3 соответственно такую же длину, как COM. удобно использовать табличное ото- в первом случае, и 0хFF и 0хС – во вто- бражение результатов декодирования, ром. Значения остальных полей указы- Для отработки поиска МС с ошибоч- продемонстрированное на рисунке 5а. ваются последовательностью бит либо ными идентификационными полями четверичными символами. использовалась последовательность, Диалог между контроллером состоящая из 3 машинных слов COM, и датчиком Декодирование машинных слов разделённых интервалом в 10 мкс. COM с ошибками в полях Start, PP В первом МС была допущена ошиб- Диалог между контроллером и дат- и Stop ка в поле Start, во втором – в поле PP, в чиком включает два типа МС: COM третьем – в поле Stop. Результаты деко- и DATA0. При выполнении измере- Как следует из таблицы 1, по содер- дирования приведены на рисунке 6. ний они были разделены интерва- жанию названных полей опция R&S В результате анализа установлено, что лом 10 мкс. Результаты декодиро- RTE-K50, а также датчик в составе рас- структура МС соответствует типу COM, вания представлены на рисунке 7. сматриваемой сети идентифициру- а содержание идентификационных В обоих случаях все пакеты декодиру- ют МС типа COM. Если хотя бы одно полей ошибочно, и поэтому эти МС ются правильно. Для NRZ-кода поля из полей будет содержать ошибку, то отнесены к типу badcom. Adr, Command и Data имеют значения в этом случае МС не будет восприня- 0х20, 0х3, 0хАА соответственно, для то датчиком, хотя в общем случае это На рисунках 6а и 6б показаны раз- манчестерского кодирования – 0х1F, зависит от алгоритма обработки бито- личные способы отображения данных 0xC, 0x55. Интервал бездействия пока- вых последовательностей. Для поис- о содержащейся в полях информации. 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ аб Рис. 7. Результаты декодирования МС запроса COM и передачи данных DATA0: а) для NRZ-кодирования; б) для манчестерского кодирования аб Рис. 8. Результаты декодирования последовательности запросов контроллера и ответов датчиков для пользовательского протокола: а) в NRZ-коде; б) в манчестерском коде зан как отсутствие передачи битовых ния, причём у каждого типа МС могут тифицирующих полей или по количе- последовательностей. быть указаны разные имена полей, ству бит. для которых отображается информа- Опрос четырёх датчиков ция. В данном случае для всех типов Если в лексикон опции R&S RTE-K50 В реальной сети контроллер опраши- МС опция определяет содержание не включено некоторое МС, то оно не полей Adr и CS, для МС COM и DATA0 – может быть сопоставлено с заданны- вает по адресам все датчики, которые полей Command и Data. Полученные ми МС по количеству бит и содержа- могут отвечать свойственными им МС, значения отображены в трёх правых нию идентификационных полей, но входящими в лексикон пользователь- столбцах таблицы, также содержа- опция выделит неизвестную бито- ского протокола. При помощи генера- щей информацию о времени начала вую последовательность при помо- тора была сформирована последова- и окончания МС, что часто необхо- щи функции Undescribed Bits. Это тельность из 8 МС (COM – DATA0 – COM – димо для отладки пользовательских продемонстрировано на рисунке 9. ERROR1 – COM – NODATA – COM – протоколов и реализующего их про- В данном случае один из датчиков UNCOM), следующих с интервалом граммного обеспечения. отвечает на запрос контроллера МС 10 мкс, парных по адресации и ими- DATA0, в котором утеряны 8 бит поля тирующих все возможные ответы дат- Поиск и анализ неизвестной Data. После обнаружения «неучтён- чиков, а также необходимые наруше- битовой последовательности ных» бит они отображаются в двоич- ния в полях МС, например ошибку кон- ном исчислении для NRZ-кода или в трольной суммы. При отладке пользовательских про- виде четверичных символов для ман- токолов часто встречаются ситуации, честерского кода. Анализируя содер- Результаты декодирования показа- когда МС имеют ошибки, исключа- жание таких последовательностей, ны на рисунке 8. Последовательности ющие их декодирование, например можно определить и причины их из МС разного типа удобно анализи- если МС не соответствует ни одному из появления, а затем – устранить про- ровать с применением табличного заданных типов по содержанию иден- граммные ошибки. отображения результатов декодирова- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 43

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ аб Рис. 9. Результаты декодирования машинного слова COM и слова, отсутствующего в лексиконе опции R&S RTE-K50: а) для NRZ-кода; б) для манчестерского кода аб Рис. 10. Результат декодирования МС DATA0 (1 Мбит/с) в NRZ-коде при заданном значении скорости приёма: а) 929 Кбит/с; б) 928 Кбит/с Случай несовпадения кодовых мени бездействия приёмник синхро- ,(1) низируется в середине временно′ го скоростей интервала τin первого бита с исти- где функция floor(*) отбрасывает целую Во многих практически значимых ной длительностью τout. Соответствен- часть аргумента и округляет его в мень- но, смещение точки синхронизации шую сторону. Формула (1) позволяет случаях пакетная передача данных при передаче первого бита составит рассчитать минимальное число бит, в цифровом виде осуществляется в 0,5|τin – τout|. Такие смещения будут которое будет передано в МС при несо- асинхронном режиме, когда начало наблюдаться при передаче каждого впадении битовых скоростей. Речь передачи не привязано к конкретной бита. Если пакет достаточно длинный, идёт именно о минимальном значе- временно′й сетке, а битовая скорость то по мере смещения точки синхро- нии, поскольку в алгоритмах работы может плавно изменяться даже в пре- низации возникнет ситуация, когда как средств измерений, так и приём- делах одного МС. В пользовательских в некотором битовом интервале ока- ников цифровых сигналов могут при- протоколах такая ситуация вряд ли жутся две точки синхронизации, что меняться дополнительные меры по возможна, поскольку связана со зна- приведёт к битовой ошибке. Посколь- правильному определению битовых чительным усложнением алгоритма ку точка синхронизации, как ожида- интервалов. передачи информации. Одной из воз- ется, расположена в середине бито- можных проблем является несовпаде- вого интервала, то предельное коли- Опция R&S RTE-K50 позволяет пра- ние скоростей передачи и приёма, и её чество бит Nmax, которое может быть вильно декодировать МС большей дли- целесообразно рассмотреть подробнее. передано в машинном слове без воз- ны, чем рассчитанная по формуле (1). никновения ошибки в отсутствие Согласно (1), при vout = 965 Кбит/с и vin = Предположим, что передатчик и дополнительных мер по обеспече- = 1000 Кбит/с МС DATA0 должно деко- приёмник цифрового сигнала настро- нию синхронизации, определяется дироваться без ошибок и их появле- ены на разные скорости vout и vin, соот- выражением: ние возможно при меньшей скоро- ветствующие битовым интервалам τout = 1/vout и τin = 1/vin. Будем считать, что после окончания интервала вре- 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ аб Рис. 11. Результат декодирования МС DATA0 (1 Мбит/с) в манчестерском коде при заданном значении скорости приёма: а) 901 Кбит/с; б) 900 Кбит/с сти. Экспериментально были получе- проводить анализ МС с высоким уров- протоколами. Однако этим её возмож- ны существенно бо′ льшие допустимые нем автоматизации. ности не ограничиваются. Если прото- значения отклонения битовых скоро- кол сложен и обмен данными идёт меж- стей (см. рис. 10 и 11). Для NRZ-кода ЗАКЛЮЧЕНИЕ ду многими устройствами по единой правильное декодирование осущест- шине, как это было в рассмотренном вляется при битовой скорости приё- Декодирование цифровых сигналов примере, а лексикон включает десятки ма до 929 Кбит/с (см. рис. 10а), а при в манчестерском и NRZ-коде, имеющих типов МС, то такая ситуация усложнит более низкой скорости опция деко- пользовательские (нестандартизирован- поиск необходимого МС в захваченной дирует пакет DATA0 с ошибками, пер- ные) характеристики, должно осущест- их совокупности. Для решения подоб- вая из которых появляется в поле PP. вляться с использованием программных ных проблем у опции имеются более Результатом недопустимо большого опций, в значительной степени упроща- сложные настройки запуска – по значе- расхождения в значениях битовых ско- ющих отладку цифровых устройств. ниям битовых последовательностей в ростей является неправильная иденти- Непериодический характер таких сиг- составе МС. Их использование позволя- фикация типа МС с появлением «лиш- налов диктует потребность в особых ет выделить в потоке необходимое МС них» бит (см. рис. 10б). Аналогичные условиях запуска развёртки для захва- автоматически без длительного поиска. результаты были получены и для ман- та и обработки битовых последователь- честерского кодирования, но правиль- ностей, а уникальный лексикон пользо- Таким образом, опция R&S RTE-K50 ное декодирование сохраняется до зна- вательских протоколов обуславливает является универсальным инструмен- чения битовой скорости 901 Кбит/с. необходимость тщательного его опи- том для глубокого анализа цифровых сания для поиска МС конкретного типа. сигналов и имеет высокий потенциал Представленные примеры охваты- практического применения. вают все важные для практики аспек- Функциональные возможности опции ты отладки пользовательских протоко- R&S RTE-K50 охватывают, как было ЛИТЕРАТУРА лов. Как видно из полученных резуль- продемонстрировано, типовые зада- татов, опция R&S RTE-K50 позволяет чи, возникающие при отладке циф- 1. R&S®RTЕ Digital Oscilloscope. User Manual. ровых устройств с пользовательскими V.13 (FW 3.70). НОВОСТИ МИРА диент», «КОНСТАНТА», «Мелитэк», НИИИН ● новые подходы при решении задач НК МНПО «СПЕКТР», НПК «ЛУЧ», НПП «Маш- композиционных материалов; VI МЕЖДУНАРОДНЫЙ проект», НУЦ «Качество», «ОЛИМПАС МО- СКВА», «Просек Рус», СертиНК ФГАУ НУЦСК ● антенные решётки (АР) в ультразвуковом ПРОМЫШЛЕННЫЙ ФОРУМ при МГТУ им. Н.Э. Баумана и многие другие. контроле: современный уровень, пробле- мы и перспективы; «ТЕРРИТОРИЯ NDT 2019» В рамках деловой программы участники круглых столов – руководители и ведущие ● профессиональные квалификации; VI Международный промышленный фо- специалисты ключевых предприятий и кор- ● обучение, аттестация и сертификация в рум «Территория NDT 2019. Неразрушаю- пораций России, профильных институтов и щий контроль. Испытания. Диагностика» государственных структур – обсудят акту- области НК; пройдёт 4–6 марта 2019 г. в павильоне 7.2 альные проблемы и современные тенден- ● метрология, стандартизация, цифровиза- ЦВК «Экспоцентр» (Москва). ции в области НК и ТД по направлениям: ● средства автоматизированного контро- ция: вызовы 4-й промышленной революции; Своё участие в форуме уже подтвердили ● неразрушающий контроль в аддитивном ведущие разработчики и производители обо- ля при производстве и эксплуатации про- рудования НК: «Интерюнис-ИТ», НПП «ПРОМ- мышленного оборудования; производстве; ПРИБОР», «АЛТА-РУСЬ», НПЦ НК «Кро- ● заседание ТК.371. пус», «Хеметалл», «СИНЕРКОН», «Объе- динённая сварочная компания», RayCraft, Вход для посетителей бесплатный. «АКС», «Галас НДТ», «ДИАПАК», ИКБ «Гра- www.expo.ronktd.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 45

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Усовершенствованный тонкомпенсированный пассивный регулятор громкости с НЧ-коррекцией Алексей Кузьминов ([email protected]) ёмкости от приложенного напряжения, начиная от 0,5 В и вплоть до максималь- В статье приведены схема, разводка плат, фотографии и результаты но допустимых значений. Что интерес- испытаний нового пассивного тонкомпенсированного двухканального но, в справочных листках приводятся регулятора громкости, основанного на двух резонансных LC-контурах две зависимости ёмкости от напряже- с частотами 20 Гц и 20 кГц. Новый прибор имеет улучшенную по ния: одна для переменного напряжения, сравнению с предыдущей разработкой АЧХ, существенно приближённую вторая для постоянного. Было замече- к линиям равной громкости, и обеспечивает более плавное но, что для двух конденсаторов, один из регулирование. Кроме того, его конструкция существенно упрощена. которых рассчитан на напряжение 6,3 В, а второй – 16 В, зависимость ёмкости от ВВЕДЕНИЕ ния были равны (т.е. ωL=1/ωC). Называть переменного напряжения (точнее от его эту LC-цепочку контуром не совсем вер- RMS) одна и та же, и она проявляется при Эксплуатация тонкомпенсированно- но, поскольку она не замкнута. В каче- RMS>0,5 В. Если же RMS<0,5 В, то ёмкость го регулятора громкости (ТКРГ), опи- стве индуктивности L данной LC-цепочки от RMS не зависит. Зависимость ёмкости санного автором в [1–3], выявила ряд использовалось ферритовое кольцо мар- от приложенного постоянного напря- его недостатков: ки Т2010 размером 20×10×10 мм (D×d×h) жения проявляется по-другому. У кон- 1. Антилогарифмическая (показатель- из материала CF199 с начальной магнит- денсатора с максимальным напряжени- ной проницаемостью μr=10 000 произ- ем 6,3 В эта зависимость имеется, если ная) характеристика переменного водства компании Cosmo Ferrites. На постоянное напряжение выше 2–3 В, а у резистора Rg (22 кОм), регулирующе- кольцо было намотано 530 витков про- конденсатора, рассчитанного на напря- го общую громкость, в области мак- вода ПЭПШО-0,08, и полученная индук- жение 16 В, данная зависимость стано- симальной громкости приводит к то- тивность составила около 3 Гн. В цепоч- вится заметной, когда приложенное му, что незначительный угол поворо- ке использовался керамический SMD- напряжение превышает 10 В. Однако та резистора существенно изменяет конденсатор ёмкостью 22 мкФ. звуковой сигнал является переменным громкость и общий вид АЧХ ТКРГ. и в нём полностью отсутствует посто- В связи с этим получение нужной Если увеличить ёмкость C в 2–4 раза янная составляющая. Кроме того, его громкости несколько затруднено. (например, до 47 или до 100 мкФ) и максимальное действующее значение 2. На практике отсутствует необходи- одновременно во столько же раз умень- не превышает 0,3 В, что меньше 0,5 В, мость в столь широком (до 40 дБ) шить индуктивность L, чтобы сохранить т.е. зависимость ёмкости от приложен- диапазоне регулировки громкости, значение резонансной частоты Fр=20 Гц, ного напряжения пренебрежимо мала. и его можно сузить более чем вдвое. то можно существенно уменьшить коли- В этой связи вполне возможно приме- 3. Выявлено незначительное проник- чество витков W. Однако здесь возникает нение конденсаторов с самым низким новение сигнала из одного канала вопрос о применимости керамических максимальным напряжением 6,3 В. в другой. конденсаторов столь большой ёмкости. 4. Минимум АЧХ ТКРГ приходится на ча- Поскольку плёночные конденсаторы Керамические конденсаторы по срав- стоты в районе 1,5 кГц, что несколько аналогичной ёмкости имеют большие нению не только с электролитически- отличается от минимума кривых рав- размеры, то стоит рассмотреть возмож- ми танталовыми, алюминиевыми, но и ных громкостей Флетчера-Мэнсона, Ро- ность использования электролитиче- с плёночными, обладают ничтожной бинсона-Дадсона, ГОСТ Р ИСО 226-209, ских алюминиевых или танталовых кон- индуктивностью и очень малой актив- составляющего около 3 кГц. денсаторов. Анализ имеющихся данных ной проводимостью (tgδ<10−4). 5. Для получения индуктивности око- по современным керамическим конден- ло 3 Гн необходима намотка доволь- саторам для поверхностного монтажа Таким образом, применение керами- но большого количества витков (от [4–8] показал следующее. ческих конденсаторов в данной разра- 500 и более) на ферритовое кольцо ботке вполне оправдано. Для дальней- резонансного контура, настроенно- В очень большом диапазоне темпе- ших исследований были использованы го на частоту 20 Гц. ратур (−50…+65°C) имеет место зависи- керамические конденсаторы типораз- В предлагаемом ТКРГ все эти недо- мость ёмкости от температуры. Одна- мера 1210 ёмкостью 100 мкФ, рассчи- статки существенно скорректированы ко, поскольку эксплуатация ТКГР, как танные на напряжение 6,3 В, и ёмко- или устранены. правило, происходит при комнатной стью 47 мкФ, рассчитанные на 16 В. температуре, эта зависимость несуще- ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ственна. LC-контур характеризуется не только резонансной частотой Fр. Другим важ- В ТКРГ, описанном в [1–3], использо- Зависимость ёмкости от частоты про- ным параметром является его доброт- вались ВЧ резонансный контур, настро- является на высоких частотах от 100 кГц, ность Q, которая определяет форму енный на частоту около 20 кГц, и НЧ-LC- но в звуковом диапазоне частот эта зави- резонансной кривой: чем выше доброт- цепочка, настроенная так, чтобы при симость практически неощутима. ность Q, тем у′же, острее и выше пик частоте резонанса Fр около 20 Гц её кривой резонанса. Форма резонанс- индуктивное и ёмкостное сопротивле- У рассматриваемых конденсаторов ной кривой непосредственно опре- имеется существенная зависимость 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ деляет АЧХ ТКРГ. Резонансная часто- Таблица 1. Применённые кольца та последовательного резонансного контура Fр вычисляется по формуле: Обозначение в тексте Марка кольца Размер, мм (D×d×h) Материал μ A , мкГн/вит2 Производитель R10 B64290L0038X038 10×6×4 r L EPCOS , (1) R13 B64290L0044X038 T38 10000 4,09 EPCOS R16 12,5×7,5×5 T38 10000 5,11 × R20 TX16/9.6/6.3 16×9,6×6,3 3E12 12000 7,73 Ferroxcube T2010 20×10×10 CF199 10000 12,4 Cosmo Ferrites где L – индуктивность, C – ёмкость. Добротность контура Q вычисляет- Таблица 2. Параметры применённых НЧ-LC-цепочек ся по формуле: Кольцо Количество Индуктивность, Сопротивление Ёмкость C2, Частота Добротность, Q витков, W Гн обмотки R, Ом мкФ резонанса F , Гц , (2) 6,2 Р 7,3 где R – сопротивление контура (в 2×R10 430 1,70 32 43,2 7,9 (QR) 2×R13 450 18,6 2,94 198 основном это сопротивление катуш- 2×R16 350 1,81 28 (18+10) 43,2 18,0 6,90 205 2×R10 280 18,0 204 R20 530 1,80 26 43,2 20,04 88 20,6 350 ки индуктивности). 0,7 30 (20+10) 90,1 Из формулы (2) следует, что =. 2,7 51 22,1 Данный параметр НЧ-LC-цепочки, как будет показано далее, играет более суще- ственную роль, чем Q. Индуктивность XinA L1A C1A XinB L1B C1B InA 2 8,2 мГн InB 2 8,2 мГн катушки на кольцевом ферритовом сер- GNDA 1 GNDB 1 7,5н 7,5н дечнике вычисляется по формуле: PSLM-2 PSLM-2 XRgBR XRgB ××, (3) XRgAR XRgA XoutA 11 XoutB l 2 OutA RgB 22 2 OutB × 11 1 GNDA 10K 33 1 GNDB RgA 2 2 PSLM-2 PSLM-2 где μ0 – магнитная постоянная, μr – 10K 3 3 RQB* начальная магнитная проницаемость 0 материала сердечника, S – площадь SIP-3 PSLM-3 R1A R2A R3A SIP-3 PSLM-3 R1B R2B R3B поперечного сечения сердечника, 12K 3,9K 3,9K 12K 3,9K 3,9K l – длина средней линии сердечника (l=π(d+D)/2, где d и D – внутренний и XRcAR XRcA C3A C4A RQА* XRcBR XRcB C3B C4B внешний диаметры сердечника соот- 2,2 1,0 0 2,2 1,0 ветственно), W – количество витков. Формулы (1) и (2) приведены для 1 1 C2A* L2A* RcB 1 1 C2B* L2B* выполнения расчётов, а формула (3) – 2 10K 22 для оценки зависимости индуктивно- RcA 2 3 1,8 Гн 33 1,8 Гн сти от характеристик кольца. 10K 3 47,0 47,0 Наиболее критичным при намотке, как уже отмечалось, является количе- SIP-3 PSLM-3 R4A SIP-3 PSLM-3 R4B ство витков W, поскольку оно опреде- 10K ляет трудоёмкость изготовления катуш- 10K ки. Его можно существенно уменьшить, если использовать кольцо из магнитно- Входной кабель Выходной кабель го материала с наибольшей магнитной проницаемостью μr (например, 10 000 XInK XinAK XinBK XoutAK XoutBK XOutK или 12 000). Отношение S/l также игра- ет заметную роль. Если площади S двух 1 InA 2 OutA 2 OutB OutA1 катушек отличаются незначительно, то 1 GNDA 1 GNDB GNDA OutB2 длина l может отличаться существенно. 2 InB GNDA InA 2 InB 2 GNDB GND 3 В этом случае индуктивность будет боль- ше у катушки с меньшей длиной l, т.е. с 3 GND GNDB GNDA1 GNDB1 меньшим диаметром. Это можно объяс- нить тем, что у такой катушки магнит- 3,5 StereoJack SIP-2 SIP-2 SIP-2 SIP-2 3,5 StereoJack ное поле более «концентрированное», т.е. имеет бо′льшую напряжённость (H). Рис. 1. Принципиальная схема ТКРГ Для эксперимента были выбраны два) между собой, что в дальнейшем точный измеритель LCR, с помощью несколько ферритовых колец раз- обозначено как 2×R10, 2×R13 и 2×R16. которого была определена индуктив- ного размера с наибольшей началь- Для получения резонансной частоты ность кольца R20, составившая 2,7 Гн. ной магнитной проницаемостью μr 20 Гц на кольца были намотаны следу- Все измерения ёмкости и индуктивно- (см. табл. 1). В приведённой таблице ющие провода: ПЭПШО-0,08 – на коль- сти производились при RMS тестового AL – коэффициент одновитковой индук- ца 2×R10, ПЭЛ-0,125 – на кольца 2×R13 и сигнала, равном 0,1 В на частоте 100 Гц. тивности. ПЭЛШО-0,1 – на кольца 2×R16 в соответ- ствии с таблицей 2, в которой также приве- ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА Для увеличения индуктивности вдвое дены полученные параметры LC-цепочек. можно склеить два кольца и тем самым УСТРОЙСТВА в два раза увеличить площадь S. Коль- Последовательно с катушкой индук- Схема устройства (см. рис. 1) представ- ца R10, R13 и R16 были склеены (по тивности на кольцах 2×R13, омическое сопротивление которой составило ляет собой два идентичных ТКРГ левого и 18 Ом, был включён дополнительный правого канала с теми же, что и в [1], дву- резистор номиналом 10 Ом. Такой же мя НЧ-LC-цепочками, настроенными на дополнительный резистор 10 Ом был частоты 20 Гц (L2A-C2A-RQA и L2B-C2B- включён последовательно с катушкой RQB – для левого и правого канала соот- 2×R10, омическое сопротивление кото- ветственно), и резонансными контурами рой составило 20 Ом. Это было сделано 20 кГц (L1A-C1A-R2A-R3A и L1B-C1B-R2B- для предотвращения «защёлкивания» R3B – для левого и правого канала соот- ТКРГ при очень низком сопротивле- ветственно). Как уже отмечалось, НЧ-LC- нии катушки (менее 20 Ом) [1]. цепочка не может считаться полноцен- ным резонансным контуром, поскольку Для измерения индуктивности и она не замкнута, или, другими словами, ёмкости компонентов, приведённых нагрузкой для неё является резонансный в таблице 2, был использован более ВЧ-контур, сопротивление которого на СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 WWW.SOEL.RU 47

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ аб Рис. 2. Разводка плат ТКРГ: а) с одним конденсатором C2; б) с двумя конденсаторами а бв Рис. 3. Внешний вид ТКРГ: а) со стороны дорожек (2×R16); б) со стороны катушек (левая часть 2×R13 – слева, правая часть 2×R10 – справа); в) в составе усилителя (2×R16) три порядка выше. Что касается входно- ния RcA и RcB. Резисторы подключаются Для исключения влияния одного канала го импеданса предварительного усилите- к плате 3-проводными кабелями, кото- на другой, как видно из принципиальной ля, который также является нагрузкой для рые одним концом припаиваются непо- схемы, были разделены общие «земли» ТКРГ, то этот импеданс настолько огро- средственно к резисторам, а вторым – к правого и левого канала (GNDA и GNDB) мен (100 ГОм||2 пФ – входной импеданс 3-контактным цанговым гнёздам с шагом и тем самым исключена связь резонанс- ИУ AD8295[1]), что его вклад в нагрузку 2,54 мм (SIP3), являющимся ответными ных контуров по «земле», в результате чего ТКРГ пренебрежимо мал. частями для цанговых штырей. сигналы GNDA и GNDB стали соединять- ся между собой только в кабелях. RQA и RQB – резисторы, которые могут Для подведения входных сигналов на изменять добротность Q НЧ-контуров. плате установлены 2-контактные цан- РАЗВОДКА ПЛАТЫ ТКРГ В случае их равенства нулю (перемычки) говые штыри с шагом 2,54 мм PSLM-2 в формулу (2) в качестве R следует под- (XinA, XinB). К этим разъёмам подклю- И ЕГО КОНСТРУКЦИЯ ставить сопротивление обмотки катуш- чается входной кабель, на одном кон- Разводка плат (см. рис. 2) была сделана ки индуктивности. Переменный рези- це которого установлен 3-контактный стор, регулирующий общую громкость, 3,5 мм стереоразъём XinK, подключа- с помощью программы Sprint Layout 6.0. номиналом 22 кОм с антилогарифми- емый к источнику звука, а на другом – Два варианта разводки (см. рис. 2а и 2б) ческой (показательной) характеристи- 2-контактные цанговые гнезда SIP2: приведены для того, чтобы можно было кой разбит на два резистора: постоян- XinAK и XinBK. Схема этого кабеля пред- использовать либо один конденсатор ный резистор R1 номиналом в 12 кОм ставлена в пунктирном прямоугольни- C2, например 47 мкФ / 16 В, либо два, (R1A и R1B) и переменный резистор Rg ке в левой нижней части рисунка 1. Для подключённых параллельно, например номиналом в 10 кОм (сдвоенный – RgA снятия АЧХ реализовано подключение 2×22 мкФ / 16 В. Как видно из рисунка, и RgB), но уже с линейной характери- к компьютеру посредством аналогич- разводка достаточно проста и все дорож- стикой. Это позволило сузить диапа- ного кабеля, схема которого показа- ки расположены с одной стороны. Ком- зон регулировки громкости и добиться на в нижней правой части схемы на поненты для поверхностного монтажа её плавности. Сдвоенный переменный рисунке 1. (резисторы и конденсаторы), располо- резистор RcA, RcB номиналом 10 кОм для женные с одной стороны платы, отме- НЧ-коррекции также имеет линейную Если ТКРГ устанавливается в усили- чены синим цветом, а компоненты для характеристику. тель, то подключение к плате предвари- навесного монтажа (разъёмы и катушки тельного усилителя выполняется двумя индуктивности), расположенные с другой Для подключения переменных рези- кабелями, на двух концах которых распо- стороны, отмечены коричневым цветом. сторов к плате на ней установлены 3-кон- ложены цанговые гнёзда SIP-2. Эти кабе- тактные цанговые штыри с расстояни- ли подключаются одним концом к цан- Внешний вид устройства показан на ем между ними 2,54 мм (PSLM-3). XRgA, говым штырям PSLM-2 (XoutA и XoutB), а рисунке 3. Особенности конструкции XRgB – для подключения RgA и RgB соот- вторым – к соответствующим разъёмам заключаются в следующем. После того как ветственно и XRcA, XRcB – для подключе- предварительного усилителя [1]. катушка намотана, к двум концам обмо- точных проводов припаиваются по два 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019