Современная электроника 2018 №5

Реклама



ЖУРНАЛ 5/2018 CONTENTS THE ISSUE PERSON Журнал «Современная электроника» 4 Inertial MEMS Sensors Manufactured by JSC GYROOPTICA Издаётся с 2004 года Alexander Bekmachev, Natalia Popova Главный редактор А.А. Смирнов Заместитель главного редактора Д.А. Карлов MARKET Редакционная коллегия А.Е. Балакирев, В.К. Жданкин, 8 Russian Market News С.А. Сорокин, А.Н. Туркин, Р.Х. Хакимов 12 The Expectations of the Employer do not Always Coincide with Reality. Литературный редактор/корректор О.И. Семёнова Вёрстка А.М. Бабийчук Experts Told what Kind of Personnel Required for Russian Electronics Обложка Д.В. Юсим Распространение И.С. Лобанова ([email protected]) ROBOTICS Реклама И.Е. Савина ([email protected]) 16 Basics of Probabilistic SLAM in Robotics Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» Andrey Antonov Генеральный директор К.В. Седов Адрес учредителя и издателя: MODERN TECHNOLOGIES ул. Чертановская, д. 50, корп. 1, г. Москва, 117534 22 Design and Technology Features of Power MOSFETs for Space Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 Тел.: (495) 232-0087 • Факс: (495) 232-1653 Electronics [email protected] • www.soel.ru Vladimir Kotov, Vladimir Tokarev Производственно-практический журнал Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная 28 Open-Frame Metallization of Ceramic Substrates. Part 1 Журнал зарегистрирован в Федеральной службе Yuriy Nepochatov по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия TOOLING AND EQUIPMENT (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) 32 About Programs and Techniques of Certification of the Test Equipment Свидетельство № 00271-000 о внесении в Реестр надёжных партнёров ТПП РФ Development Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». Evgeniy Nikolaev, Mikhail Ragozin Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан Тел./факс: (499) 903-6952 38 Technological Equipment for Incoming Inspection of Electronic Components Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание Denis Royev, Sergey Byzov рекламы несут рекламодатели. Ответственность за со- держание статей несут авторы. Материалы, переданные DEVICES AND SYSTEMS редакции, не рецензируются и не возвращаются. Мнение 42 Automotive Ethernet Debugging редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала наименования Ernst Flemming продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. 46 The Smart Way to Test the Onboard Charger for HEV/EV © СТА-ПРЕСС, 2018 Giacomo Tuveri МОБИЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 50 Simplifying Complex Measurements with a Source Measure Unit «СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА» можно скачать в Google Play в разделе «Приложения/ Tom Ohlsen Бизнес» (пользователям устройств на платформе Android) и в App Store в разделе «Бизнес» (пользователям iOS). DESIGN AND SIMULATION С помощью этого приложения можно бесплатно читать 54 Analog-to-Digital Converters with Decreasing Frequency. Part 2 с экрана номера наших журналов. К новым номерам журнала доступ в приложении платный. Viktor Alexeev ПОДПИСКА 2018 60 Synthesizing MIMO Antennas for Compact Devices with AntSyn 64 Interactive Routing in Altium Designer. Part 3. Rules and Editing Концепция распространения журнала – БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ. Alexey Yakubenko Предусмотрена подписка на печатную или электронную версию журнала. Условие сохранения такой подписки – 70 BoardAssistant – a Universal Document Creation Tool своевременное её продление каждый год. in the Altium Designer Environment ПЛАТНАЯ ПОДПИСКА С ГАРАНТИРОВАННОЙ ДОСТАВКОЙ Vadim Ivanov, Ilya Levin Преимущества: • гарантированная доставка журнала, тогда как при бес- 74 Efficient Management of Project Data on Printed Circuit Boards Based on PADS and Teamcenter платной подписке редакция гарантирует только отправку, но не доставку журнала; Alexander Evgrafov • подписка доступна любому желающему по всему миру. 76 Working in JTAG Maps for Altium Designer ОФОРМЛЕНИЕ ПЛАТНОЙ ПОДПИСКИ В любом почтовом отделении России, Alexey Ivanov подписное агентство «Роспечать»: Тел.: (495) 921-2550. Факс: (495) 785-1470 2 WWW.SOEL.RU Индексы на полугодие – 46459, на год – 36280. Подписное агентство «Урал-Пресс»: Тел.: (495) 961-2362 • http://www.ural-press.ru Дальнее зарубежье: «МК-Периодика» • [email protected] Тел.: +7 (495) 672-7012 • Факс: +7 (495) 306-3757 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

СОДЕРЖАНИЕ 5/2018 РЕКЛАМОДАТЕЛИ ПЕРСОНА НОМЕРА AdvanteX . . . . . . . . . . . . . 11 4 Инерциальные МЭМС-датчики производства АО «ГИРООПТИКА» Александр Бекмачев, Наталия Попова AVD Systems . . . . . . . . . .9, 10 РЫНОК CRANE . . . . . . . . . . . . . . 73 EREMEX (Delta Design) . . . . . . 63 8 Новости российского рынка EUROTECH . . . . . . . . . . . . 45 12 Ожидания работодателя не всегда совпадают с реальностью. Fastwel . . . . . . . . . . . . . . 53 Glavkon . . . . . . . . . . . . . . 71 Эксперты рассказали, какие кадры необходимы российской электронике JTAG . . . . . . . . . . . . . . . 77 Litemax . . . . . . . . . . . . . 8, 9 РОБОТОТЕХНИКА 16 Основы вероятностного метода SLAM в робототехнике Андрей Антонов СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 Особенности конструкции и изготовления силовых МОП-транзисторов для космической электроники Владимир Котов, Владимир Токарев 28 Бестрафаретная металлизация керамических подложек. Часть 1 Юрий Непочатов Mentor . . . . . . . . . . . . . . 79 ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ MPS. . . . . . . . . . . . . . . . 37 National Instruments. . . 2-я стр. обл. 32 О разработке программ и методик аттестации ProChip . . . . . . . . . . . . . . 36 испытательного оборудования Raystar Optronics . . . . . . . 10, 11 Swissbit . . . . . . . . . . . . . . 31 Евгений Николаев, Михаил Рагозин TDK-Lambda . . . . . . . . . . . 41 Wolfspeed. . . . . . . . . . . . . 58 38 Технологическая оснастка для проведения входного контроля ЭКБ АРБЕЛОС . . . . . . . . . . . . . 15 ДОЛОМАНТ. . . . . . . . . . . . 59 Денис Роев, Сергей Бызов МИКРАН . . . . . . . . . . . .8, 80 НАНОСОФТ (Mentor®) . . . . .1, 10 ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ПЛАНАР . . . . . . . . . . . . . .8 Радиоавтоматика . . . . . . . . 39 42 Комплексный анализ для быстрой отладки автомобильных сетей Ethernet Роде и Шварц . . . . .4-я стр. обл. ТЕСТПРИБОР . . . . . . . . . . . 33 Эрнст Флемминг Фаворит-ЭК . . . . . . . . . . . .5 46 Эффективный метод испытаний бортового зарядного устройства для электромобиля Джакомо Тувери 50 Упрощение сложных измерений с помощью источника-измерителя (SMU) Том Ольсен ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 54 Аналого-цифровые преобразователи с понижением частоты. Часть 2 Виктор Алексеев 60 Синтез антенн MIMO для компактных устройств в AntSyn 64 Интерактивная трассировка в среде Altium Designer. Часть 3. Правила и редактирование Алексей Якубенко 70 BoardAssistant – универсальный инструмент формирования документации в среде Altium Designer Вадим Иванов, Илья Левин 74 Эффективное управление проектными данными о печатных платах на базе PADS и Teamcenter Александр Евграфов 76 Работа в JTAG Maps для Altium Designer Алексей Иванов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 3

ПЕРСОНА НОМЕРА Инерциальные МЭМС-датчики производства АО «ГИРООПТИКА» Александр Бекмачев ([email protected]), За счёт изменения процесса монтажа Наталия Попова ([email protected]) составных частей габаритные размеры были снижены на 10% по сравнению с На предприятии АО «ГИРООПТИКА» освоен полный цикл производства выпускавшимися ранее. Излишне гово- микроэлектромеханических (МЭМС) чувствительных элементов рить, что таким образом было достигну- для изготовления преобразователей линейного ускорения то не формальное, а подлинное импор- (акселерометров) и угловой скорости (гироскопов). На базе тозамещение в наиболее чувствитель- преобразователей разрабатываются и собираются инерциальные ных областях отечественной техники. измерительные модули, которые, в зависимости от конечного назначения, могут быть комплексированы с приёмниками сигналов История миниатюризации инерци- спутниковых навигационных систем. альных измерительных и навигацион- ных модулей АО «ГИРООПТИКА» про- АО «ГИРООПТИКА» ознаменовало журналах. Показателем продуктивно- иллюстрирована на рисунке 1. Приве- своё 26-летие созданием замкнуто- сти выбранного подхода служит и весо- дённые данные отражают состояние го конструкторско-технологическо- мый объём технологических и инже- изделий для жёстких условий эксплу- го комплекса по разработке и произ- нерных решений компании, защищён- атации, имеющих механически проч- водству микросистемной техники. Это ных патентами РФ. ные корпуса. Самый миниатюрный одно из ведущих отечественных пред- блок, предлагаемый сегодня компани- приятий, чьи компетенции сосредото- К 2014 году за счёт освоения ключе- ей, весит не более 50 г и по своему объ- чены в области разработки и производ- вых компетенций на единой научно- ёму не превышает 37 см3. Встраиваемые ства МЭМС-преобразователей линей- производственной площадке в г. Санкт- OEM-блоки имеют ещё более компакт- ного ускорения и угловой скорости, Петербурге компанией была реализова- ные размеры и меньший вес. инерциальных измерительных при- на концепция производства „in-house боров и навигационных систем. production“. Совершив ряд технологи- В соответствии с планом развития ческих прорывов, АО «ГИРООПТИКА» АО «ГИРООПТИКА» системно наращи- Выбранный в 1997 г. вектор разви- продолжает совершенствовать процес- вает продуктовый портфель с целью тия компании подразумевал под собой сы и наращивает на собственном про- расширения присутствия на перспек- отказ от аутсорсинга и интеграцию изводстве количество операций, ана- тивных рынках. Ряд измерительных основных технологических операций логов которым нет в России. блоков и навигационных систем был внутри предприятия. Ключом к успе- адаптирован или разработан заново для ху стало сочетание научной, проектно- Тенденции развития современных применения в беспилотных летатель- конструкторской и производственной МЭМС-систем целиком соответству- ных и наземных аппаратах, на коммер- деятельности в творческом коллективе. ют концепции „More Than Moore“, ког- ческом автомобильном и железнодо- 25% сотрудников предприятия имеют да потребность в уменьшении разме- рожном транспорте, в дефектоскопах, кандидатские или докторские степени ров одновременно требует и расши- в буровых машинах и в робототехнике. в области технических наук. На счету рения их интеллектуальных функций. АО «ГИРООПТИКА» более 150 научно- В 2017 г. были выпущены первые МЭМС- Краткое описание назначения моду- технических публикаций в отраслевых системы, предназначенные для эксплу- лей, характеристики которых приведе- атации в малогабаритных устройствах. ны в таблице 1: ● БИЧЭ (блок инерциальных чувстви- Объём, см3 IMU/INS 2004–2008 тельных элементов) – миниатюрное IMU решение для определения линейных 2002–2006 ускорений и угловых скоростей объ- екта для дальнейшего вычисления его 1100 IMU/(INS+GPS) положения в пространстве и стаби- 398 лизации в системах более высокой 1482006–2010IMU/(INS+GPS) интеграции; 125 ● гировертикаль – решение для опре- 115IMU/(INS+GPS/ деления направления истинной вер- 105 тикали места или плоскости горизон- 372011–2013IMU/(INS+GPS)GLONASS/та, а также измерения углов наклона (крена и тангажа) объекта относи- 2013–2014 IMU/(INS+GPS) GALILEO/ тельно этой плоскости; Magnetometers BeiDou/NAVIC/ ● курсовертикаль – мобильное ре- шение, которое позволяет, помимо 2014–2015 QZSS+Luch)/ углов наклона (крена и тангажа), из- мерять курс объекта; Magnetometers 2015–2018 1,8 0,7 0,36 0,2 0,16 0,14 0,05 Вес, кг Рис. 1. Динамика миниатюризации инерциальных измерительных и навигационных модулей АО «ГИРООПТИКА» за период 2002–2018 гг. 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

ПЕРСОНА НОМЕРА ● БИНС (бесплатформенная инерци- Таблица 1. Комбинации характеристик специализированных инерциальных и навигационных альная навигационная система) – модулей для различных отраслей система для решения сложных задач навигации, ориентации и стабилиза- Характеристики Функциональное назначение модуля БИНС (INS) ции подвижных объектов. Обеспечи- БИЧЭ (IMU) Гирогоризонт (VRU) Курсовертикаль (AHRS) вает непрерывную выработку инфор- мации о курсе, координатах, скоро- Характеристики гироскопов: ±9000 °/с ±499 °/с ±499 °/с ±3000 °/с сти движения и параметрах угловой - диапазон измерения 10 °/ч 2 °/ч 2 °/ч 2 °/ч ориентации объекта. Возможно ком- - нестабильность нуля в запуске плексирование со спутниковой нави- (девиация Аллана), не более 0,2 °/с/√Гц 0,083 °/с/√Гц 0,083 °/с/√Гц 0,083 °/с/√Гц гационной системой (СНС) и магне- - случайный угловой уход 0,3% 0,3% 0,3% тометрическими преобразователями (девиация Аллана), не более 0,5% по тесно связанному алгоритму. - погрешность масштабного Конструктивной особенностью рас- коэффициента в температурном диапазоне, не более сматриваемых изделий является при- менение в преобразователях капсули- Характеристики акселерометров: ±30g ±30g ±30g ±30g рованных микромеханических чув- - диапазон измерения 50 мкg 30 мкg 30 мкg 30 мкg ствительных элементов в сочетании - нестабильность нуля в запуске со специализированной сверхболь- (девиация Аллана), не более 0,3% 0,2% 0,2% 0,2% шой интегральной схемой (СБИС СнК) - погрешность масштабного многофункционального назначения, коэффициента в температурном - без коррекции по СНС: 0,6° с коррекцией по СНС: 0,3° обрабатывающей цифровую и анало- диапазоне, не более - без коррекции по СНС: 1° с коррекцией по СНС: 0,7° говую информацию в одном кристал- ле. Благодаря применению нанотехно- Точность определения углов без коррекции по с коррекцией по с коррекцией по логий при формировании слоёв газо- тангажа и крена (1σ) поглотителей, технологий травления - при прямолинейном движении - СНС/магнитометрам магнитометрам СНС/магнитометрам и анодной сварки пластин стекло– - в динамике кремний–стекло, капсулированные 1,5° за 30 с 1,5° 1,0° микромеханические чувствительные Точность определения угла курса (азимута) (1σ) - с коррекцией по Точность определения - -без коррекции -без коррекции по СНС СНС координат (2σ) по СНС -50 м за 30 с -5 м в горизонтальной Рабочая температура, °С -50 м за 30 с плоскости, -8 м по высоте –55...+60 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 5

ПЕРСОНА НОМЕРА аб тации и может быть выполнен в двух Рис. 2. БИЧЭ-100-мини: а) корпусное исполнение IP67; б) бескорпусное исполнение габаритных исполнениях: ● корпусное исполнение IP67: габарит- Таблица 2. Основные характеристики Таблица 3. Основные характеристики преобразователей угловой скорости из состава преобразователей линейного ускорения из ные размеры 67,9×51×31,5 мм, масса БИЧЭ-100-мини состава БИЧЭ-100-мини 150 г, разъём – вилка МР1-19-1-В; ● бескорпусное исполнение: габа- Характеристика Значение Характеристика Значение ритные размеры 39,4×40,4×22 мм, Диапазон измерения, м/с2 (g) ±294 (±30) масса 50 г, разъём – розетка Harwin Диапазон измерения, °/с ±300 M80-8980705. Погрешность масштабного 0,2 БИЧЭ-100-мини можно использо- Погрешность масштабного 0,5 коэффициента (1σ), %, не более вать как в корпусе, т.е. с крышкой и коэффициента (1σ), %, не более основанием, так и в бескорпусном исполнении. Функциональное назна- Нестабильность нуля («не нуль»), в том 0,2 чение остаётся прежним – определе- числе в условиях хранения, °/с, не более, ние линейного ускорения и угловой Нестабильность нуля («не нуль»), в скорости объекта с целью вычисления Чувствительность к линейному том числе в условиях хранения, не 10 его местоположения и стабилизации. ускорению, °/с/g, не более, более, mg Общие для всех исполнений 0,02 БИЧЭ-100-мини технические харак- теристики: элементы изготавливаются полностью СнК, позволяют обеспечивать режимы ● напряжение питания 12 В; по групповой технологии с сохране- самотестирования и контроля текущего ● ток потребления 0,2 А; нием требуемого уровня вакуума на значения параметров при долгосрочном ● интерфейс RS-232; протяжении всего жизненного цик- хранении и эксплуатации в составе аппа- ● время готовности 5 с; ла изделия. ратуры высшего уровня интеграции. ● диапазон рабочих температур от –55 до +60°С; Гибкая, быстро переналаживаемая Из новейших разработок осо- ● частота выдачи данных до 1 кГц; система автоматического проектиро- бого внимания заслуживает блок ● полоса пропускания до 300 Гц; вания микромеханических структур и БИЧЭ-100-мини (см. рис. 2). В отли- ● ударопрочность 100g в течение широкая номенклатура функциональ- чие от других изделий, этот прибор 3–4 мс. ных возможностей, заложенная в СБИС универсален с точки зрения эксплуа- Подтверждённые функциональные показатели преобразователей угло- вой скорости и линейного ускорения из состава БИЧЭ-100-мини приведены соответственно в таблицах 2 и 3. НОВОСТИ МИРА OFC 2018. Данные решения стали неотъем- Также Keysight Ixia K400 продемонстриро- лемой частью более чем двадцати демон- вал передачу и приём данных по полноду- НОВЕЙШИЕ РЕШЕНИЯ страций на этом мероприятии. плексному каналу 400G Ethernet из павиль- она EA с помощью транспортной техноло- В ОБЛАСТИ ОПТИЧЕСКИХ Кроме того, нагрузочный модуль Keysight Ixia гии для соединения оптики Finisar QSFP-DD И ФОТОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ K400 QSFP-DD 400GE был использован для де- с Juniper 400G. Аналогичным образом ши- монстрации проверки совместимости новейших рокополосные осциллографы Keysight DCA Keysight Technologies представила ре- технологий в павильоне Альянса Ethernet (EA), а были использованы для проверки совмести- шения для когерентного тестирования и также для создания оптического канала 400GE мости в павильоне OIF. измерения параметров оптических ком- между павильоном EA и павильоном 5525 Фо- понентов сетей группы стандартов 400G/ рума оптических коммуникаций (OIF). www.keysight.com PAM4, охватывающие весь цикл создания изделия – от проектирования до измере- ния характеристик и тестирования на всех уровнях сети вплоть до производственных испытаний. Модули нагрузки Keysight Ixia K400 QSFP-DD впервые в отрасли проде- монстрировали передачу данных по се- ти 400G Ethernet на основе модуляции PAM4 с помощью оптических трансиверов QSFP-DD LR8 компании Source Photonics. Контрольно-измерительные решения ком- пании Keysight для измерений в оптическом диапазоне применялись в ходе исследова- ний и разработки новых устройств, которые были продемонстрированы на конференции 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

Реклама

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИСПЫТАНИЯ ВЕКТОРНЫХ КОМПАНИЯ «МИКРАН» динении элементов набора в комплекте предусмотрены тарированные и поддер- РЕФЛЕКТОМЕТРОВ СЕРИИ ПОЛУЧИЛА СВИДЕТЕЛЬСТВА живающие ключи. Корпуса и гайки нагру- ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ТИПА СРЕДСТВ зок и аттенюаторов изготовлены из нержа- CABAN ИЗМЕРЕНИЙ веющей стали, а центральные проводники – из закалённой бериллиевой бронзы. Все В ФБУ «Ростест-Москва» проведены Федеральным агентством по техниче- центральные проводники покрыты износо- работы по экспериментальной части ис- скому регулированию и метрологии (Рос- стойким золотом. Применяемый изолятор пытаний в целях утверждения типа век- стандарт) выдано новое свидетельство об обладает низкой диэлектрической проница- торных рефлектометров «CABAN R60» и утверждении типа средств измерений, ут- емостью и повышенной прочностью. Приме- «CABAN R180». На основании положи- верждённое приказом Министерства про- нение износостойких материалов гаранти- тельных результатов и полностью под- мышленности и торговли Российской Фе- рует долговечность набора и стабильность тверждённых метрологических и тех- дерации от 28 марта 2018 г. № 565, на на- результатов калибровки. нических характеристик оформлена и боры мер серии Н3М. скорректирована сопроводительная до- www.micran.ru кументация. Наборы мер серии Н3М предназначе- Тел.: +7 (3822) 42-18-77 ны для настройки, калибровки и поверки В ближайшее время для данных реф- скалярных и векторных анализаторов це- ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ лектометров планируется получение сви- пей в коаксиальных трактах 7,0/3,04 мм и LITEMAX детельств об утверждении типа. 3,5/1,52 мм. Компания Litemax (Тайвань), лидер в про- Технические характеристики рефлекто- В состав наборов мер входят рассогла- изводстве полосковых дисплеев, приобрела метра CABAN R60: сованные нагрузки и аттенюаторы. Каждая компанию WynMax, разработчика промыш- ● диапазон частот от 1 МГц до 6 ГГц; из нагрузок может использоваться как мера ленных компьютерных систем. Теперь в ли- ● измеряемые параметры: S11, потери в ка- КСВН или как мера отражения в качестве нейке Litemax появились компьютеры для рабочего эталона. Аттенюаторы применяют- индустрии. В продуктовой линейке промыш- беле / S11, |S21|, |S12|, S22 (при исполь- ся в качестве мер коэффициента передачи. ленных компьютеров представлены самые зовании двух рефлектометров); разнообразные модели: от обычных одно- ● динамический диапазон измерений (при Номинальные значения элементов набо- платников до безвентиляторных защищён- полосе фильтра ПЧ 100 Гц) 109 дБ (тип.); ров мер выбраны для обеспечения пове- ных. ● диапазон регулирования выходной мощ- рок широкого спектра измерителей. Каждый ности от –40 до 0 дБ/мВт (тип.); элемент набора имеет индивидуальное та- Безвентиляторные компьютеры – это мо- ● время измерения на одной частоте 100 мкс; бличное описание – зависимость коэффи- дельная линейка IBOX. В неё входит пять ● потребляемая мощность 3,5 Вт. циента передачи или коэффициента отра- типов – от A до E. Отличаются они разме- Технические характеристики рефлекто- жения от частоты. Файлы с описаниями со- рами, встроенным процессором и интер- метра CABAN R180: держатся на прилагаемом к набору диске фейсами. ● диапазон частот от 1 МГц до 18 ГГц; и/или USB-накопителе. ● измеряемые параметры: S11, потери в ка- Первой новинкой, представленной Litemax беле / S11, |S21|, |S12|, S22 (при исполь- Для достижения высокой повторяемо- на рынке, стал компьютер IBOX-BSW1. зовании двух рефлектометров); сти результатов измерений при подсое- Анонсируемая модель характеризуется не- ● динамический диапазон измерений большими размерами (164×106×31 мм), но 110 дБ (<6 ГГц) / 94 дБ (>6 ГГц) (тип.); впечатляющей функциональностью. ● диапазон регулирования выходной мощ- ности от –15 до 0 дБ/мВт (тип.); У безвентиляторного компьютера ● время измерения на одной частоте 100 мкс; IBOX-BSW1 запроектировано 2 видеоин- ● энергопотребление 8 Вт. терфейса (HDMI и DP), при этом поддержи- вается одновременная работа двух монито- www.planarchel.ru 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РЫНОК На правах рекламы ров. На выбор в компьютер можно устано- БЕЗВЕНТИЛЯТОРНЫЙ стать оптимальным решением для многих при- вить один из четырёх процессоров: Pentium® ложений. В этом компьютере для защиты сде- N3710 1.6GHz quad-core SoC (6W), Celeron® ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЬЮТЕР лано всё: корпус IP68 из стали и алюминия, N3160 1.6GHz quad-core SoC (6W), Celeron® оптический бондинг между стеклом и диспле- N3060 1.6GHz dual-core SoC (6W) или IPPS-2118-SKL2-WP ем, защищённые цилиндрические разъёмы. Celeron® N3010 1.04GHz dual-core SoC (4W). С ЗАЩИТОЙ IP68 На выбор доступно четыре процессо- Компьютер поддерживает операционные Тайваньская компания Litemax, прочно за- ра: Intel® Core™ i7-6600U 2.6GHz dual core, системы Windows (7, 8.1, 10) и Linux. нимающая позиции лидера в производстве Intel® Core™ i5-6300U 2.4GHz dual core, Intel® полосковых ЖК-дисплеев, выходит на рынок Core™ i3-6100U 2.3GHz dual core или Intel® IBOX-BSW1 подходит для уличной экс- защищённых промышленных компьютеров. Celeron® 3955U 2.0GHz dual core. плуатации. Рабочая температура от –20°C (может быть расширена до –40°C). Безвен- Новая разработка – IPPS-2118-SKL2-WP – Краткие характеристики панельного ком- тиляторное исполнение. это безвентиляторный панельный компьютер, пьютера IPPS-2118-SKL2-WP: компактный и универсальный. Он будет востре- ● размер дисплея по диагонали 21,5\"; Краткие характеристики компьютера бован как в промышленности, так и в других от- ● габаритные размеры 544×43,5×335,5 мм IBOX-BSW1: ветственных применениях, например, в порту. ● процессор: Celeron® N3010/ N3160/ N3060 (Ш×Г×В); На рынке не так много устройств, способных ● разрешение 1920×1080; или Pentium® N3710; работать при температуре –30°С, в условиях ● яркость 1600 кд/м2 (опционально 250 кд/м2); ● память: 1×204-pin DDR3L 1600 МГц прямого солнечного освещения и в любую по- ● углы обзора 170°/160°; году, поэтому тайваньский компьютер может ● сенсорный экран – проекционно-ёмкост- SDRAM, до 8 Гб; ● интерфейсы: 1×HDMI, 1×DP, 3×USB, ной, 10 точек; ● память: SDRAM 1 × 260-pin DDR4 2133 МГц 1×COM, 2×LAN; ● питание DC 9 В ~ 36 В; (до 16 Гбайт); 1 × 2,5\" HDD, 1 × mSATA; ● рабочая температура –20…+50°C (опци- ● интерфейсы: 2 × RS-232, 2 × USB 2.0, онально от –40°C); 2 × LAN, защищённые. ● габариты 164×106,5×30 мм (Ш×Г×В). www.prochip.ru www.prochip.ru Тел.: (495) 232-25-22 Тел.: (495) 232-25-22 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ VECTOR INFORMATIK И SYSGO ошибка в одном приложении не влияла на Vector Informatik. Новый комплекс будет на- работоспособность другого приложения. зываться MICROSAR Adaptive и будет по- СОВМЕСТНО РАЗРАБОТАЮТ ставляться через Vector Informatik как инте- АВТОМОБИЛЬНУЮ ПРОГРАММНУЮ Новая архитектура AUTOSAR Adaptive грированная платформа для разработки при- предполагает построение ECU на базе микро- ложений ECU, поддерживающих AUTOSAR ПЛАТФОРМУ AUTOSAR контроллеров с устройством управления вир- Adaptive и сертифицируемых по стандарту ADAPTIVE туальной памятью MMU (Memory Management безопасности ПО ISO 26262 вплоть до макси- Unit) и основана на операционной системе, мального уровня критичности для безопасно- Открытая Автомобильная Системная Архи- обеспечивающей изоляцию путём исполне- сти ASIL D (Automotive Safety Integrity Level). тектура AUTOSAR (AUTomotive Open System ния приложений в раздельных виртуальных ARchitecture) разработана консорциумом с адресных пространствах. Чтобы избежать В рамках деловой программы 12-й междуна- аналогичным названием (www.autosar.org), путаницы, предыдущая однофункциональ- родной выставки информационных технологий который был создан в 2003 г. автопроизводи- ная архитектура ECU с единым физическим и электроники для пассажирского транспорта и телями и их поставщиками – производителя- адресным пространством AUTOSAR была пе- транспортной инфраструктуры «Электроника- ми электроники и программного обеспечения. реименована в AUTOSAR Classic. Транспорт 2018», которая пройдёт 16-17 мая 2018 г. в Москве в КВЦ «Сокольники», состо- Целью разработки данной платформы была Немецкие компании Vector Informatik и ится доклад «SYSGO PikeOS – ОСРВ и гипер- унификация программных интерфейсов меж- SYSGO объявили о создании совместного визор, сертифицированные по стандартам без- ду системным ПО электронных блоков управ- предприятия, которое разработает реали- опасности ПО для рельсового (EN 50128) и до- ления (ECU) и прикладным ПО. Это позволило зацию архитектуры AUTOSAR Adaptive на рожного (ISO 26262) транспорта». разработчикам автомобильных приложений базе операционной системы реального вре- создавать приложения, переносимые (повтор- мени PikeOS компании SYSGO и комплек- www.avdsys.ru/pikeos но используемые) не только внутри модель- са средств разработки MICROSAR компании Тел.: (916) 194-42-71 ного ряда, но даже между моделями автомо- билей различных производителей. В современном автомобиле десятки ECU, каждый исполняющий свою функцию и со- ответствующее функциональное ПО. Но- вые задачи, такие как автоматизация во- ждения, предъявляют новые требования – ECU должны стать многофункциональными, т.е. способными исполнять несколько про- граммных приложений одновременно. Для этого базовое системное ПО ECU должно обеспечить изоляцию приложений, чтобы СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 9

РЫНОК На правах рекламы ПО НА ЯЗЫКЕ ADA УПРАВЛЯЕТ го обеспечения высоконадёжных, крити- ● GNATstack – средство статического ана- ческих для безопасности встраиваемых лиза ПО на отсутствие ситуаций перепол- ИСКУССТВЕННЫМ СЕРДЦЕМ компьютерных систем, подлежащих сер- нения стека. Большинство больных с сердечной недо- тификации по стандартам безопасности, Дистрибьютор компании AdaCore в Рос- таким как DO-178 (авионика), EN 50128 статочной четвёртой степени, нуждающи- (железнодорожные системы), ISO 26262 сии – компания АВД Системы – поставщик еся в трансплантации сердца, не дожива- (автоэлектроника) и IEC 62304 (медицин- средств разработки программного обеспе- ют до операции из-за длительного срока ская техника). В Российской Федерации чения критически важных для безопасности ожидания донорского органа. Искусствен- действует ГОСТ Р МЭК 62304-2013 «Из- сертифицируемых встраиваемых компью- ное сердце позволяет таким больным до- делия медицинские. Программное обе- терных систем. ждаться операции. спечение. Процессы жизненного цикла», идентичный международному стандарту www.avdsys.ru/ada Шведская компания Scandinavian Real IEC 62304. Язык Ada является междуна- Тел.: (916) 194-42-71 Heart AB ведёт разработку искусственного родным стандартом ISO 8652. сердца нового поколения TAH (Total Artificial Heart), которое полностью повторяет алго- Для разработки ПО управления искус- ритм работы сердца и позволит больным ственным сердцем TAH применены следу- вести нормальный образ жизни за преде- ющие инструментальные средства компа- лами клиники. нии AdaCore: ● GNAT Pro Ada for ARM – компилятор и К контроллеру, управляющему насосами TAH, и к его программному обеспечению комплекс средств разработки на языке предъявляются высочайшие требования по Ada для микропроцессоров с архитекту- надёжности. В качестве языка программи- рой ARM; рования этого контроллера был выбран ● SPARK Pro – комплекс средств верифика- язык Ada и инструментальные средства ции ПО на языке SPARK (формально-ве- компании AdaCore. рифицируемое подмножество языка Ada); Язык программирования Ada пред- назначен для разработки программно- УНИКАЛЬНЫЕ ЦЕНЫ снизить затраты и значительно ускорить по- ● Rigid-Flex Design – проектирование гиб- лучение готового образца. ко-жёстких печатных плат; НА ПРОДУКТЫ Программные решения PADS могут ● RF Design – проектирование ВЧ-плат; MENTOR GRAPHICS быть дополнены специальными моду- ● HyperLynx DDR – анализ тайминга и це- лями: ЗАО «Нанософт», официальный дистри- ● HyperLynx DRC – проверка правил проек- лостности сигналов DDRx; бьютор компании Mentor Graphics, объявля- ● Multi-Trace High-speed (HSD) Routing/ ет о старте специального предложения на тирования на проблемы электромагнит- приобретение мощного пакета программ- ной совместимости, анализа целостности Tuning – быстрая трассировка/тюнинг ных решений для разработки электрони- сигналов и питания; высокоскоростных цепей и шин; ки – PADS. ● HyperLynx DC Drop – анализ падения на- ● PADS FloTHERM XT - Анализ поведения пряжения в цепях питания; воздушного потока и теплопередачи для Для разработки, анализа и верифи- устройств со сложной геометрией; кации печатных плат любой сложности ● DFMA – поиск технологических ошибок предлагаются профессиональные мас- до начала производства; штабируемые программные решения ● FPGA-PCB Co-Design – синтез и оптими- PADS и HyperLynx. Они включают в себя зация ПЛИС. все необходимые инструменты, поддер- Подробную информацию об акции мож- живающие сквозной маршрут проекти- но получить у специалистов компании «На- рования при разработке сложных печат- нософт» или на сайте: http://cad-expert.ru/ ных плат с высокоскоростными интер- promo-mentor/ (промокод: Padssoel2018). фейсами. http://cad-expert.ru/ PADS и HyperLynx позволяют устранить Тел.: (495) 645-8626 доб. 1138 ошибки на любой стадии проектирования, ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 2,23″ OLED-ДИСПЛЕЙ Изображение на дисплее весьма удоб- вательный интерфейс Serial Peripheral но для считывания, благодаря высокой Interface (SPI). Напряжение питания для С КРИСТАЛЛОМ ДРАЙВЕРА контрастности (2000:1) и большому раз- логической части дисплейного модуля НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ меру экрана. от 3 до 5 В. Компания Raystar Optronics, Inc выпусти- Для управления применяется микро- Дисплей REP012832A имеет 20 металли- ла графический OLED-дисплей REP012832A схема драйвера SSD1305Z, которая обе- ческих контактов и монтажные отверстия с кристаллом драйвера, установленного на спечивает работу через: параллельный для монтажа на плату. В качестве заказ- печатной плате. 6800/8080-совместимый 8-разрядный ных частей предлагается звуковой и вибра- интерфейс, I2C и 4-проводный последо- ционный сигнализаторы. Дополнительно Размер диагонали нового дисплея 2,23 дюйма, формат – 128×32 пикселей. 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РЫНОК На правах рекламы предлагаются модели с различными спосо- ● шаг пикселя 0,43×0,41 мм; ● интерфейсы: 6800/8080, SPI, I2C; бами соединения внешних сигналов к дис- ● цвет свечения экрана – белый; ● размер экрана по диагонали 2,23\". плейному модулю: плоский гибкий кабель ● коэффициент мультиплексирования строк с соединителем или соединение пайкой. www.prosoft.ru 1/32; Тел.: (495) 234-06-36 Новый OLED-дисплей предназначен для применений в системах управления интел- лектуальным домом, медицинских прибо- рах, приборах с интеллектуальным управ- лением и др. Предлагается модель с белым цветом свечения экрана. Диапазон рабочей температуры от –40 до +80°C, диапазон температур хранения от –40 до +85°C. Основные параметры REP012832A: ● габаритные размеры 66,5×35×9 мм; ● видимая область экрана 55,018×13,098 мм; ● размер пикселя 0,408×0,388 мм; 1,71\" OLED-ДИСПЛЕЙ ● цвет свечения экрана – белый; ● интерфейсы: SPI и I2C; ● коэффициент мультиплексирования строк ● размер экрана по диагонали 1,71\". С РАЗРЕШЕНИЕМ 1/32 (32 – число адресуемых строк); www.prosoft.ru 128×32 ПИКСЕЛЕЙ ● микросхема драйвера SSD1307ZD; Тел.: (495) 234-06-36 Компания Raystar Optronics, Inc объявила Реклама о начале выпуска графического дисплейно- го модуля OLED REX012832G с форматом 128×32 пикселей. Интегральная микросхема драйвера SSD1307ZD обеспечивает работу через интерфейсы I2C и четырёхпроводный по- следовательный интерфейс SPI. Достоин- ством последовательного интерфейса явля- ется меньшее число сигналов управления, упрощается соединение «дисплей – кон- троллер» за счёт меньшего числа прово- дников. Напряжение питания логической части дисплея составляет 3 В. Конструкция «кристалл на стекле» (Chip- on-Glassm, COG) представляет собой разме- щение управляющей микросхемы непосред- ственно на подложке дисплея, что позволяет уменьшить габариты и стоимость прибора. Новый 1,71\" дисплейный модуль наилуч- шим образом подходит для применения в портативных устройствах, испытательном оборудовании, медицинских переносных приборах и пр. В настоящее предлагается модель с бе- лым цветом свечения. Модели с другими цветами свечения экрана будут выпущены в ближайшее время. Дисплейный модуль REX012832G может работать в диапазоне температур от –40 до +80°C, диапазон температуры хранения от –40 до +85°C. Основные параметры REХ012832G: ● габаритные размеры 50,5×15,75×2,01 мм; ● видимая область экрана 42,22×10,54 мм; ● размер пикселя 0,308×0,388 мм; ● шаг пикселя 0,33×0,33 мм; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 11

РЫНОК Ожидания работодателя не всегда совпадают с реальностью Эксперты рассказали, какие кадры необходимы российской электронике Динамично меняющийся мир диктует свои правила. К ним вынужден стратегией развития отрасли, но и со приспосабливаться как рынок в целом, так и специалисты отрасли, стратегиями компаний. АРПЭ пытает- которым приходится, демонстрируя профессиональную гибкость, ся заполнить этот вакуум: в настоящее подстраиваться под новые обстоятельства. Однако, по мнению время дорабатывается проект отрас- экспертов, даже с течением времени базовые профессии не потеряют левой стратегии, где будут отражены своей ценности и будут востребованы, а значит, при приёме такие аспекты, как вовлечение ведущих на работу нового сотрудника не стоит делать ставку на его умение экспертов отрасли в подготовку моло- приспосабливаться к обстоятельствам. Специалист должен, прежде дых кадров, обеспечение наставниче- всего, понимать ценность своей профессии, видеть чёткие цели и иметь ства и помощь в планировании карье- высокую мотивацию для их достижения. ры, корреляция программы подготов- К такому выводу пришли участники московской конференции «Кадры ки в вузах с адекватными требованиями российской электроники». Мероприятие организовал Информационно- работодателей. Выход стратегии разви- аналитический центр cовременной электроники совместно тия отрасли запланирован на октябрь с Ассоциацией разработчиков и производителей электроники 2018 года. и НП «РУССОФТ». Сложнее с компаниями – большин- РЫНОК ТРУДА ДОЛЖЕН БЫТЬ смежные области. Оставаясь в профес- ство из них сейчас работают в модели сии, можно развиваться и быть востре- ситуативного управления. При этом ПРОЗРАЧНЫМ бованным всю жизнь, в другой же сфере можно выделить два подхода: интегра- «Проблематика профессионального есть риск того, что работодатель, поэк- торы технологий фокусируют внима- сплуатировав сотрудника некоторое ние на определённом рынке, потреб- развития в отрасли, несомненно, край- время, заменит его на более молодого ностях заказчика и делают продукт под не важна, – отмечает исполнительный и энергичного». него, а у разработчиков технологий в директор Ассоциации разработчиков приоритете развитие конкретной тех- и производителей электроники (АРПЭ) Спикер подчеркнул: молодые люди, нологии и расширение области её при- Иван Покровский. – Мы регулярно про- которые приходят в электронику, хотят менения. Таким образом, молодой спе- водим семинары в технических вузах, иметь представление об отрасли на циалист, выбирая направление своей цель которых – рассказать старшекурс- ближайшие 10–20 лет и видеть перспек- деятельности, должен ориентироваться никам о том, что если после универ- тивы компаний, работающих в выбран- на один из этих профилей и «на берегу» ситета они останутся в профессии, то ном ими технологическом направле- решить, чем он хочет заниматься – раз- получат гораздо больше возможностей нии. Однако сегодня наблюдаются работкой технологий или участвовать в для реализации, нежели если перейдут большие проблемы не только с общей их интеграции. Другое дело, что совре- работать не по специальности, даже в менный инженер в любом случае дол- жен обладать широким набором ком- Татьяна Степанова Иван Покровский петенций не только в области разработ- ки, исследований, эксплуатации, но и в управлении проектами, маркетинге, экономике, иметь широкий кругозор и уметь вести переговоры. По мнению Ивана Покровского, важ- нейшей задачей является создание про- зрачного структурированного рын- ка труда. Для этого, в первую очередь, необходимо сформировать обширную базу актуальных вакансий, выровнять зарплатные ожидания и реальные пред- ложения, представить соискателям про- зрачную картину заработных плат по специальностям, квалификационным уровням и регионам. В этом направ- лении активно работает кадровый комитет АРПЭ, в числе задач которо- го: организация работы предприятий 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РЫНОК с отраслевыми вузами и техникумами, ваний по цифровой электронике, ана- Анна Филатова разработка профессиональных стан- логовой прецизионной электронике, дартов, создание отраслевого Совета радио и СВЧ-электронике, силовой ля подняла директор по персоналу GS по профессиональным квалификаци- электронике и оптоэлектронике. Nanotech Анна Филатова. ям в области разработки и производ- ства электроники, а также привлечение В 2018 году кадровый комитет АРПЭ «Средний возраст сотрудников наше- профессиональных кадров на предпри- планирует утвердить стандарт «Инже- го предприятия не превышает 30 лет, ятия, входящие в состав Ассоциации. нер-схемотехник электронной аппа- мы открыты для выпускников вузов. В частности, что касается организации ратуры» (в октябре 2017-го Министер- Однако, как и большинство работода- работы с отраслевыми вузами: на 2018 ство труда и социального развития РФ телей, принимающих на работу моло- год запланировано десять семинаров в одобрило заявку АРПЭ на разработку дых специалистов, сталкиваемся с про- московских и крупнейших региональ- этого стандарта), опубликовать стан- блемой их недостаточной готовности к ных вузах: МИФИ, МИРЭА, МАИ, НГТУ, дарт и запустить процесс его интегра- профессиональной трудовой деятель- ТПУ, ЮРГПУ, УФИ, ВГТУ; будет органи- ции с образовательными стандарта- ности, – комментирует она. – Разуме- зована проработка курсовых и диплом- ми в профильных вузах. Параллельно ется, хороший работодатель настраи- ных работ с работодателями, пройдут будет вестись разработка двух базовых вает новичка на работу через систему конкурсы проектов и гранты; к препо- профессиональных стандартов «Инже- обучения, адаптации, мотивации, зна- давательской деятельности планируют нер-конструктор электронной аппара- комит его с особенностями техноло- пригласить экспертов компаний; будет туры» и «Технолог производства элек- гий, стандартами, методами работы, но организована практика для студентов. тронной аппаратуры». ведь и у компаний есть определённые потребности, ожидания относительно Координатор кадрового комитета «Также планируем собрать необходи- базовых знаний и определённых ком- АРПЭ Татьяна Степанова подробно мые рекомендации и подать докумен- петенций. Зачастую эти ожидания не рассказала о работе в области разра- ты на регистрацию Совета по профес- совпадают с реальностью: наш опыт ботки профстандартов. В частности, сиональным квалификациям в области позволяет утверждать об отсутствии она упомянула, что в диалоге с пар- разработки и производства электрони- необходимых знаний и компетенций тнёрами на первом этапе определе- ки; подготовить страницу сайта АРПЭ, у студентов и выпускников вузов по но три базовых стандарта: «Инженер- которая будет представлять собой нави- ряду направлений производственной схемотехник электронной аппарату- гатор с ссылками, где будут размеще- деятельности. Этот пробел затрудняет ры», «Инженер-конструктор электрон- ны рекомендации и обобщены лучшие работу со студентами на практике, не ной аппаратуры» и «Технолог произ- практики по привлечению и професси- даёт возможности новым сотрудникам водства электронной аппаратуры». На ональному развитию специалистов», – правильно стартовать и эффективно, втором этапе: «Инженер-схемотехник уточнила Татьяна Степанова. быстро развиваться». аналоговых/цифровых микросхем», «Инженер-конструктор аналоговых/ НЕ ГОТОВЫ В числе наиболее проблемных цифровых микросхем» и «Технолог направлений, где особенно остро ощу- полупроводникового производства». К ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ щается нехватка компетенций: система На третьем – стандарты по направле- ДЕЯТЕЛЬНОСТИ менеджмента качества и инструменты ниям с опциями специальных требо- качества; менеджмент, основы марке- Важный вопрос о восполнении про- тинга и экономики; охрана труда и про- бела между компетенциями выпуск- мышленная безопасность, экологиче- ников и потребностями работодате- ская безопасность; трудовое и граждан- ское законодательство. Это не новая проблема, но с годами она только обостряется, тем более сей- час с введением профстандартов речь идёт о переходе на новый уровень. Госу- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 13

РЫНОК Татьяна Вальдес «Мы неоднократно задавались Пока это не сделано, GS Nanotech сво- вопросом: может быть, у нас слишком ими силами пытается восполнить про- дарство работает в этом направлении: высокие требования к выпускникам? белы, включая теоретический матери- с 1 июля 2016 года вступила в силу ч. 7 Оказалось, это проблема не конкрет- ал в программы прохождения практи- ст. 11 Федерального закона № 273-ФЗ ного вуза, а в целом учебных заведений ки для студентов и реализуя обучающие «Об образовании в Российской Феде- по стране, – говорит спикер. – Тогда программы для действующих сотрудни- рации», где говорится, что федераль- мы посмотрели ФГОСы по интересую- ков. Всего за пять лет в компании прош- ные государственные образовательные щим нас направлениям: «Электрони- ли практику более 50 студентов КГТУ, стандарты должны готовиться с учётом ка и наноэлектроника» (уровень бака- БФУ им. И. Канта, ПетрГУ, ТУСУР, МГТУ профстандартов. Кроме того, согласо- лавриата), «Конструирование и техно- им. Н.Э. Баумана. За шесть лет трудоу- ваны «Методические рекомендации по логия электронных средств» (уровень строены более 30 выпускников вузов актуализации действующих федераль- бакалавриата), «Электроника и нано- из Калининграда, Санкт-Петербурга, ных государственных образователь- электроника» (уровень магистратуры), Петрозаводска, Мурманска, Томска, ных стандартов высшего образования «Конструирование и технология элек- Ростова-на-Дону, что ещё раз подтверж- (ФГОС ВО) с учётом принимаемых про- тронных средств» (уровень магистра- дает: работодатели заинтересованы в фессиональных стандартов». В 2017 году туры) и выявили несоответствие при- привлечении молодых кадров. пересмотрен ряд ФГОС по направлени- мерных основных образовательных ям «Электроника, радиотехника и систе- программ высшего образования ФГОС Этот посыл поддержала ведущий эко- мы связи» и «Нанотехнологии и матери- ВО, а также несоответствие ФГОС ВО номист ООО Научно-производственная алы» с учётом профстандартов. потребностям работодателей и про- фирма «Спецсистемы» (г. Тверь) Татья- фессиональным стандартам. На наш на Вальдес, которая заметила, что для взгляд, для решения проблемы необ- малого бизнеса проблема привлечения ходимо актуализировать федераль- квалифицированных специалистов ные государственные образователь- стоит ещё более остро. В целях стиму- ные стандарты высшего образования лирования эффективного труда, обе- и программы высшего образования спечения единства в оценке трудово- на основе профстандартов. Очевид- го вклада рабочих, специалистов, слу- но, чтобы сформировать актуальные жащих, руководителей представляемое образовательные программы, учебные ею предприятие разработало и внедри- заведения должны проанализировать ло систему материального премирова- профстандарты и рынок труда. Кроме ния. За основу принята многоступенча- того, не последнюю роль играет коо- тая система оплаты труда, и даже моло- перация государства, бизнеса и обра- дым специалистам предоставляются зовательных учреждений с целью под- гарантии, материальные компенсации. готовки квалифицированных специ- алистов для высокотехнологичного «Мы делаем большой акцент на рабо- сектора российской экономики». те с молодёжью, поскольку для успеш- ного функционирования в услови- ях многономенклатурного, серийного производства кадровый состав малого предприятия должен включать, в основ- ном, специалистов-универсалов. То есть каждый сотрудник должен уметь выпол- нять несколько видов работ на высоком профессиональном уровне, поэтому большую роль играет обучение специ- алистов в процессе работы, повышение профессионального уровня за счёт осво- ения новых видов работ и опыта в про- изводстве, – говорит Татьяна Вальдес. – Дефицит кадров на рынке труда со спе- циальным образованием приводит к необходимости конкурировать с други- ми предприятиями. Поэтому мы заин- тересованы в максимальном сокраще- нии сроков подготовки специалистов к решению актуальных для предприя- тия задач». ГЛАВНОЕ – НАЛАДИТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Исполнительный директор Ассоциа- ции вузов ЭКБ, доцент кафедры Инте- гральной электроники и микроси- 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РЫНОК стем МИЭТ, к.т.н. Антон Козлов согла- выпускников 66 направлений (спе- Антон Козлов сился с тем, что необходимо наладить циальностей) по истечении одного, взаимодействие между предприятия- трёх и пяти лет. Выяснилось, что не ориентированной на решение задач ми и вузами. Разумеется, точки сопри- менее 40% трудоустроенных выпуск- отечественной радиоэлектронной косновения есть и сегодня. Особен- ников продолжают работать на пред- промышленности; обеспечение тес- но востребованы такие направления приятиях РЭП даже спустя пять лет, ного взаимодействия с предприяти- сотрудничества, как: целевой приём и а в большинстве регионов – более ями-лидерами в области разработки целевое обучение; сетевые образова- 70%. При этом процент выпускников и создания электронно-компонент- тельные программы; дополнительные вузов, работающих на предприяти- ной базы гражданского и специаль- образовательные программы; органи- ях РЭП, зависит от региона (вузов); ного назначения. Кроме того, ведёт- зация практик и последующее трудоу- с годами процент падает, но не более ся работа в области совершенствова- стройство; формирование тем курсо- чем на 30% к пяти годам работы, а в ния кадровой и научной поддержки вых работ и выпускных квалификаци- Москве и Нижегородской области развития процессов импортозамеще- онных работ; подготовка совместных даже возрастает. Среди опрошен- ния и повышения экспортных воз- дистанционных онлайн-курсов для ных вузов наиболее востребован- можностей России на основе инте- программ магистратуры; выступле- ными направлениями подготовки грации научного, образовательного ния представителей компаний на Днях у работодателей сейчас являются: и инновационного потенциала орга- открытых дверей в вузах. «Электроника и наноэлектроника», низаций – членов Ассоциации. «Микроэлектроника и твердотель- Антон Козлов убеждён: к проекти- ная электроника», «Радиотехника» Проблематика выстраивания взаимо- рованию основной образовательной и «Конструирование и технология действия между вузами и предприятия- программы в вузах нужно привлекать электронных средств». ми отрасли стала лейтмотивом многих потенциальных работодателей – в выступлений. В ходе дискуссии сторо- таком случае удастся определить соци- Докладчик также упомянул о дея- ны выразили готовность активизиро- альный заказ и требования компа- тельности Ассоциации вузов, осу- вать сотрудничество, ведь именно от ний к выпускникам предполагаемого ществляющих подготовку кадров в этого зависит будущее отрасли. профиля подготовки, а также сфор- области РЭП. География Ассоциа- мулировать цель программы и обо- ции, куда входят 17 членов (16 рос- Материал подготовила значить желаемые результаты обуче- сийских вузов и одно предприятие) Елена Восканян ния. К тому же тогда станет понятно, действительно обширна: Москва какой конкретный «продукт» предпо- (МИЭТ, МАИ, МЭИ, МИФИ), Воро- лагается получить по окончании обу- неж (ВГТУ, ВГУ), Нижний Новго- чения; к каким видам деятельности и род (НГТУ им. Р.Е. Алексеева; НГУ к решению каких профессиональных им. Н.И. Лобачевского), Рязань задач будет подготовлен выпускник, (РГРТУ), Самара (СГАУ им. С.П. Коро- какие профессиональные действия лёва); Саратов (СГУ им. Н.Г. Черны- и на каком уровне он будет способен шевского), Санкт-Петербург (СПбГЭУ совершать. (ЛЭТИ), АО «Концерн «ЦНИИ «Элек- троприбор»), Ростовская область В качестве иллюстрации текущей (ЮФУ), Омск (ОмГТУ), Ярославль ситуации спикер привёл результаты (ЯрГУ им. Демидова) и Томск (ТУСУР). анализа трудоустройства выпускни- Среди ключевых задач Ассоциа- ков вузов на предприятиях радиоэ- ции – совершенствование подготов- лектронной промышленности (РЭП) ки высококвалифицированных спе- РФ. Эксперты опирались на данные циалистов для осуществления науч- 11 вузов из 7 регионов страны, рас- ной и инновационной деятельности, смотрели данные по трудоустройству СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 15

РОБОТОТЕХНИКА Специальный проект журнала «Современная электроника» и сайта robotosha.ru Р О Б О Т ОША Основы вероятностного метода SLAM в робототехнике Андрей Антонов ([email protected]) гом, являясь причиной общей ошибки в расчётах местоположения транспортно- В статье излагаются основы метода одновременного определения го средства. Полученные выводы имели местоположения мобильного робота и построения карты (SLAM) (данный большое значение. Оказалось, что пол- метод активно развивается и широко используется при создании ное решение комплексной задачи опре- автономных мобильных платформ), а также рассматриваются решения деления местоположения и построения задачи SLAM с использованием расширенного фильтра Калмана (EKF- карты требует совместного определения SLAM) и с применением частичного фильтра (FastSLAM). состояния системы, включающего в себя положение транспортного средства и SLAM (Simultaneous Localization and дов в задачах создания карты и опре- каждого ориентира. При этом состоя- Mapping) можно перевести c англий- деления местоположения. В их числе ние системы изменяется после каждо- ского как «одновременное определение были Питер Чизман, Джим Кроули и го наблюдения за ориентиром. Решение местоположения и построение карты». Хью Дюрант-Уайт. В ходе конференции данной задачи потребовало бы исполь- Задача SLAM возникает в случаях, когда широко обсуждалось последовательное зования огромного вектора состояния и мобильный робот, помещённый в неиз- создание карты окружающей среды. большого объёма вычислений. вестное место с неизвестной окружа- ющей средой, постепенно строит пол- В результате дискуссий было реше- Важно отметить, что в рамках этой ную карту местности и одновремен- но, что последовательное вероятност- работы не преследовались цели обе- но определяет своё местоположение ное создание карты является фунда- спечения сходимости карты или усло- в пределах построенной карты. Дан- ментальной проблемой в робототех- вий её стационарного поведения. Было ный метод позволяет сделать робота нике с серьёзными концептуальными принято считать, что ошибки оценки по-настоящему автономным. проблемами и сложными вычислитель- карты не сходятся, а вместо этого ими- ными задачами. В течение следующих тируют процесс «случайного блужда- Задача SLAM была сформулирована нескольких лет работы Смита и Чиз- ния» с неограниченным ростом ошиб- теоретически и решена на практике мана [3] и Дюранта-Уайта [4] заложили ки. Таким образом, учитывая вычисли- несколькими способами, что явилось статистическую основу для описания тельную сложность задачи построения одним из наиболее заметных успехов отношений между различными ориен- карты, не зная о сходимости карты, в области робототехники за последние тирами на карте и решения задачи гео- исследователи сосредоточились на при- два десятка лет. Методики SLAM были метрической неопределённости. Про- ближённом решении задачи последова- реализованы для роботов, работающих деланная учёными работа показала, что тельного построения карты, что подраз- внутри и вне помещений, под водой, а между оценками расположения различ- умевало минимизацию или устранение также для летающих робототехнических ных ориентиров на карте должна быть корреляций между ориентирами [9]. По систем. В качестве примеров современ- высокая степень корреляции и что, на тем же причинам теоретическая работа ных роботов, в которых используется самом деле, эти корреляции растут при по решению комбинированной задачи SLAM, можно привести самоуправляе- проведении последующих наблюдений. определения местоположения и постро- мые автомобили Google [1] и роботы- ения карты была временно приостанов- пылесосы от Neato Robotics [2]. В это же время Аяч и Фоджерас опу- лена, и исследования часто сосредота- бликовали работы в области визуальной чивались либо на построении карты, ИСТОРИЯ ЗАДАЧИ SLAM навигации [5], Кроули, Чатила и Ламонд либо на определении местоположения. работали над навигацией мобильных Впервые вероятностная задача SLAM роботов, основанной на ультразвуко- Концептуальный прорыв произошёл была представлена в 1986 году на кон- вых датчиках с использованием филь- с осознанием того, что комбинирован- ференции Robotics and Automation, тровых алгоритмов Калмана [6, 7]. Дан- ная задача построения карты и опре- проводимой Институтом инженеров ные исследования имели много общего, деления местоположения, сформули- электротехники и электроники (IEEE) результатом чего стала обобщающая ста- рованная как единая задача, была на в Сан-Франциско (США). В то время тья Смита [8]. В этой работе было показа- самом деле сходящейся. Было призна- вероятностные методы только начи- но, что, если мобильный робот движет- но, что корреляции между ориентирами, нали внедряться в области робототех- ся в неизвестной среде, производя отно- которые большинство исследователей ники и искусственного интеллекта. Ряд сительные наблюдения за ориентирами, пытались минимизировать, были крити- исследователей искали способы при- то все оценки местоположения ориенти- ческой частью задачи, и что, наоборот, менения теоретико-оценочных мето- ров обязательно коррелируют друг с дру- с ростом корреляций решение получа- 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РОБОТОТЕХНИКА ется более точным. Структура задачи m х SLAM, сходящееся решение и аббреви- j k+2 атура SLAM были впервые представле- ны в работе, посвящённой исследова- z u нию мобильной робототехники, в 1995 k,j году на Международном симпозиуме по исследованию робототехники [10]. k+2 После этого несколько групп учёных, работавших над задачами построения х карты и определения местоположения, k+1 начали серьёзно работать над SLAM. u На этот раз усилия специалистов k+1 были сконцентрированы на повышении эффективности вычислений и решении х проблемы «закрытия петель». Междуна- k родный симпозиум по исследованию робототехники 1999 года (ISRR’99) [11] х uk стал важным мероприятием, в рамках k–1 которого была проведена первая конфе- ренция по SLAM. Себастиан Тран пред- z ставил свою работу [12], в которой сое- k–1,i динил воедино методы SLAM, основан- ные на применении фильтра Калмана, m Робот Ориентир вероятностное определение местопо- i ложения и методы построения кар- ты. Проводившийся в 2000 году семи- Оценка нар по SLAM в рамках Международной конференции по робототехнике и авто- Фактически матизации IEEE (ICRA) привлёк полто- ра десятка исследователей и был посвя- Примечание: истинные позиции ориентиров неизвестны и не могут быть прямо измерены щён таким вопросам, как алгоритмиче- Рис. 1. Одновременная оценка местоположения робота и ориентиров ская сложность, сопоставление данных и проблемы реализации метода. В 2002 ● xk – вектор состояния, описывающий ентиров и состояния робота (в момент году семинар по SLAM на конференции местоположение и ориентацию ро- ICRA привлёк уже 150 специалистов в бота; времени k), определяемую данными различных областях. В последующие годы появилось большое количество ● uk – вектор управления, приложен- наблюдений и управляющих входов. научных работ, позволивших решить ный в момент времени k−1 для при- многие проблемы, возникающие в SLAM. ведения робота в состояние xk ; В подобных случаях предпочтитель- ФОРМУЛИРОВКА И СТРУКТУРА ● mi – вектор, описывающий местопо- но использовать рекурсивные методы ЗАДАЧИ SLAM ложение i-го ориентира, чьё истин- ное местоположение предполагает- решения задачи. Оценка распределе- SLAM является процессом, в рамках ся постоянным; которого мобильный робот может ния в момент времени построить карту окружающей среды и ● zik – наблюдение i-го ориенти- одновременно использовать эту карту, ра, полученное роботом в момент k−1 в соответствии с управляющим воз- чтобы сделать выводы о своём место- времени k. При наличии несколь- положении. Траектория движения ких наблюдений ориентира в мо- действием uk и наблюдением zk вычис- мобильной платформы и расположе- мент времени k или когда конкрет- ляется с помощью теоремы Байеса. Эти ние всех ориентиров в SLAM оценива- ный ориентир не относится к рас- ются в реальном времени, без необхо- сматриваемым, наблюдение будет вычисления требуют, чтобы модели димости какого-либо априорного зна- записываться просто как zik. ния о местоположении. Также определены: перехода состояния и наблюдения опи- Предварительные положения ● – история сывали воздействие управляющего вхо- Рассмотрим мобильного робота, дви- местоположений робота; да и наблюдение соответственно. жущегося в некоторой окружающей ● – история среде и получающего данные о ней управляющих входов; Модель наблюдения описывает веро- посредством наблюдения ряда неиз- вестных ориентиров с помощью датчи- ● – множество всех ятность наблюдения zk при известном ка (см. рис. 1). В момент времени опре- ориентиров; местоположении робота и ориентиров: делены следующие величины: ● –множество . (2) всех наблюдений ориентиров. Резонно предположить, что как толь- Вероятностный метод SLAM ко местоположение робота и карта В вероятностной форме задача одно- определены, наблюдения становятся условно независимыми для данной кар- временного определения местополо- ты и текущего состояния робота. жения и построения карты (SLAM) тре- бует, чтобы распределение вероятно- Модель движения для робота может сти быть описана в терминах распределе- ния вероятности перехода состояния (1) в форме было вычислено для всех моментов вре- . (3) мени k. Это распределение вероятно- сти описывает совместную апостери- Предполагается, что переход состоя- орную плотность местоположения ори- ния является марковским процессом, в котором следующее состояние xk зави- сит только от предшествующего состоя- ния xk−1 и приложенного управляющего воздействия uk и не зависит от наблю- дения и карты. Алгоритм SLAM реализован в стан- дартной двухшаговой рекурсивной форме предсказания (временно′е СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 17

РОБОТОТЕХНИКА Оценка местоположения робота В вероятностной терминологии это озна- Оценка местоположения ориентира чает, что совместная плотность вероятно- Корреляции сти для всех ориентиров P(m) становит- ся более остроконечной с ростом числа Примечание: при движении робота вперёд и назад в окружающей среде жёсткость пружины произведённых наблюдений. (корреляция) увеличивается – красные соединения становятся толще Рис. 2. Аналогия с сетью пружин Такая сходимость является следстви- ем того, что наблюдения, произведён- обновление) коррекции (обновление орная плотность вероятности для кар- ные роботом, могут рассматриваться как «почти независимые» измерения относи- измерения). ты и местоположения робота будет обо- тельного месторасположения между ори- Временно′е обновление: ентирами. Снова вернёмся к рисунку 1 и значаться или даже (в рассмотрим робота в позиции xk, наблю- дающего два ориентира: mi и mj . Отно- некоторых случаях). сительное расположение наблюдаемых ориентиров, очевидно, независимо от . (4) Модель наблюдения (2) делает оче- координат робота, и последовательные наблюдения из этого фиксированного видной зависимость наблюдений и месторасположения дадут дополнитель- ные независимые измерения относитель- Обновление измерения: от местоположения робота, и от рас- ного расположения ориентиров. Теперь, когда робот перемещается в местополо- положения ориентиров. Из этого сле- жение xk+1, он вновь наблюдает ориен- тир mj. Это позволяет обновить оценён- дует, что совместная апостериор- ное местоположение робота и ориентира по отношению к предыдущему местопо- . (5) ная плотность вероятности не может ложению xk. В свою очередь, это справед- ливо и для обновления местоположения быть разделена обычным способом ориентира mi, пусть даже ориентир и не наблюдается из нового местоположения. Уравнения (4) и (5) описывают рекур- . Так происходит из-за того, что два ориен- тира сильно коррелированы (их относи- сивную процедуру для вычисления Тем не менее, задача SLAM имеет тельное местоположение хорошо извест- но) с предыдущими измерениями. Кроме совместной апостериорной плотности более сложную структуру, чем кажется. того, тот факт, что те же самые измерения используются для обновления данных вероятности (1) для состояния робота xk и Обратившись снова к рисунку 1, мож- двух ориентиров, делает их ещё более карты m в момент времени k, основываясь коррелированными. Термин «почти неза- но увидеть, что ошибка между оценён- висимое измерение» является уместным, потому что ошибки наблюдений будут на всех наблюдениях Z0:kи всех управляю- ным и истинным местоположениями коррелированными из-за последователь- щих входах U0:kвплоть до момента време- ных перемещений робота. Также стоит ни k. Рекурсия является функцией моде- ориентира обуславливается в основ- обратить внимание на то, что в позиции xk+1 робот наблюдает два новых ориенти- ном ошибкой в определении текущего ра относительно mj. Эти новые ориенти- ры, таким образом, сразу же связывают- ли робота (3) и модели наблюдения (2). местоположения робота. Это означает, ся или коррелируют с остальной картой. Последующие обновления этих ориенти- Стоит отметить, что задача построе- что ошибки в оценках местоположения ров будут также обновлять ориентир mi и через него mj, и так далее. Таким образом, ния карты может быть сформулирована ориентиров являются сильно коррели- все ориентиры в конечном счёте обра- зуют сеть, связывающую относитель- как задача вычисления условной плот- рованными. На практике это приводит ные местоположения или корреляции, точность которых увеличивается каж- ности вероятности . При к тому, что относительное местополо- дый раз при произведении очередного наблюдения. этом предполагается, что местоположе- жение между любыми двумя ориенти- Данный процесс может быть пред- ние робота xk известно (или, по край- рами mi-mj может быть известно с высо- ставлен в виде сети пружин, соединяю- ней мере, определено) для всех момен- кой точностью, несмотря на то что абсо- щих все ориентиры вместе (см. рис. 2). Наблюдение за соседним звеном дей- тов времени. Карта m строится путём лютное местоположение ориентира mi ствует как смещение в пружинной систе- в некоторой степени неопределённо. ме таким образом, что его эффект явля- объединения данных наблюдений из ется значимым для ближайших звеньев различных местоположений. С другой В вероятностной форме это означает, что стороны, задача определения местопо- совместная плотность вероятности для ложения может быть сформулирована пары ориентиров P(mi , mj ) имеет высо- кий пик даже в случаях, когда граничные как вычисление распределения той же вероятности. При этом предполагает- плотности вероятности P(mi ) обладают достаточно большой дисперсией. ся, что местоположение ориентиров известно достоверно, и цель состоит в Наиболее важным выводом в тео- том, чтобы оценить местоположение рии SLAM является то, что корреляции робота относительно этих ориентиров. между оценками ориентиров моно- тонно возрастают с увеличением чис- Структура вероятностного метода ла произведённых наблюдений. Дру- SLAM гими словами, знание относительного Для упрощения в данном разделе опущены исторические переменные месторасположения ориентиров всег- в формуле (1) и совместная апостери- да улучшается и никогда не расходит- ся, независимо от движения робота. 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РОБОТОТЕХНИКА и в зависимости от локальной жёстко- 2,5 сти (корреляции) уменьшается с рассто- янием до других ориентиров. По мере 2 движения робота в окружающей сре- де и наблюдения за ориентирами, пру- Среднеквадратичное отклонение x, м 1,5 жины становятся всё более жёсткими, причём монотонно. В конечном итоге 1 получается жёсткая карта ориентиров или точная относительная карта окру- 0,5 жающей среды. Как только карта постро- ена, точность местоположения робота 0 ограничена только качеством карты и 40 50 60 70 80 90 100 110 относительным измерением датчика. В теоретическом пределе точность отно- Время, с сительного местоположения робота ста- новится равной точности определения Примечание: ориентир изначально наблюдается с неопределённостью, унаследованной местоположения, достижимого для дан- от местоположения робота и наблюдения; с течением времени среднеквадратичные отклонения ной карты. монотонно убывают до нижней границы Рис. 3. Схождение неопределённости ориентиров РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ SLAM ной некоррелированной гауссовой Данное решение задачи EKF-SLAM, Решения вероятностной задачи SLAM ошибкой с нулевым средним и кова- его преимущества и недостатки хоро- включают в себя нахождение соответ- риацией Rk. шо известны. Необходимо обратить ствующего представления для модели внимание на ключевые особенности наблюдения (2) и модели движения Таким образом, стандартный метод этого метода. (3), которые позволяют эффективно и EKF [14] может быть применён для 1. В задаче EKF-SLAM сходимость карты полно вычислять предыдущие и после- вычисления среднего дующие распределения (4) и (5). Без- проявляется в виде монотонной схо- условно, наиболее полным представ- и ковариации совместного апостери- димости к нулю определителя ковари- лением является модель пространства орного распределения плотности веро- ационной матрицы Pmm,kкарты и всех состояний с аддитивным гауссовым ятности (1) подматриц пар ориентиров. Отдель- шумом, что приводит к необходимости ные дисперсии ориентиров сходятся использования расширенного филь- Используемые временно′е обновле- к нижней границе, определяемой на- тра Калмана (EKF). Одним из важных ние и обновление наблюдения записы- чальной неопределённостью в поло- альтернативных подходов к решению ваются следующим образом. Временно′е жении робота и наблюдения. Типич- является описание модели движения обновление: ная сходимость дисперсий положения робота в (3) в виде выборок из более ориентиров показана на рисунке 3 [14]. общего, отличного от нормального , (8) 2. После каждого наблюдения все ори- распределения вероятности. В таком , (9) ентиры и совместная ковариацион- случае для решения задачи использует- ная матрица обновляются. Это озна- ся частичный фильтр (фильтр частиц) где ∇f – якобиан f, вычисляющий оцен- чает, что объём вычислений растёт или алгоритм FastSLAM. В то время как ку . Для стационарных ориенти- квадратично c ростом числа ориен- EKF-SLAM и FastSLAM являются наибо- ров временно′е обновление обычно не тиров. лее важными методами решения, были выполняется, однако оно необходимо 3. Стандартное решение EKF-SLAM предложены и другие современные при наличии подвижных объектов. очень чувствительно к ошибочному методы, обладающие большим потен- сопоставлению наблюдений с ори- циалом [13]. Обновление наблюдения: ентирами. Особенно сложной явля- ется задача «закрытия петли», когда Метод EKF-SLAM ,(10) робот возвращается для повторного В основе метода EKF-SLAM лежит опи- наблюдения ориентиров после дли- , (11) тельного «путешествия». Проблема сание движения робота в форме сопоставления усугубляется в окру- где ,а жающей среде, где ориентиры не яв- , (6) ∇h– якобиан вычисляющий и. ляются точечными объектами, а за- метно отличаются при рассмотре- где f(…) описывает кинематическую нии с различных углов обзора. модель робота и wk является аддитив- 4. Метод EKF-SLAM использует линеари- ным, некоррелированным возмущени- зованные модели нелинейных пере- ем гауссовского движения с нулевым средним и ковариацией Qk. Модель наблюдения описывается формулой , (7) где h(…) описывает геометрию наблюдения, а vk является аддитив- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 19

РОБОТОТЕХНИКА u uu Большая размерность пространства 1. Для каждой частицы вычисляется за- k k+1 k+2 состояний задачи SLAM делает пря- явленное распределение, обусловлен- мое использование частичных филь- ное историей конкретной частицы, x x xx тров сложно реализуемым с точки зре- и получается выборочное значение: k–1 k k+1 k+2 ния вычислительных затрат. Одна- (13) ко, возможно сократить выборочное z z zk–1, i k, i k+1, i множество, разделив его на части в Полученная новая выборка являет- соответствии с правилом умножения ся (неявно) присоединённой к исто- m P(x1, x2 )=P(x2 | x1 ) × P(x1 ), и если P(x2 | x1 ) рии частицы. i может быть представлена аналитиче- 2. Выборки взвешиваются в соответ- ски, то только P(x1) должна быть сэм- Рис. 4. Графическая модель алгоритма SLAM плирована – x1(i)~P(x1). Следовательно, ствии с функцией важности: совместное распределение представляет собой множество {x1(i), P(x2 | x1) × P(x1 )} и (14) статистически предел Члены в числителе этого выражения вычисляется с большей точностью, чем представляют собой модели наблюде- при выборке совместного пространства. ния и движения соответственно. Пер- вый отличается от (2) вследствие того, Совместное состояние SLAM может что частичный фильтр требует ограни- быть факторизовано в компонент робо- ченности на карте. та и компонент условной карты: . (15) Примечание: эллипсами показаны заявленные , (12) 3. В случае необходимости формируется распределения для каждой стадии обновления, новая выборка. В одних реализациях из которых производятся выборка позиций Здесь используется распределение повторная выборка делается на каж- робота и обновление наблюдений ориентиров; плотности вероятности по траектории дой итерации, в других – после фикси- множество таких траекторий представляет собой X0:k , а не в единственном положении xk, рованного числа итераций, в третьих – вероятностную модель местоположения робота т.к. в случае траектории карта ориентиров если вес дисперсии превышает неко- Рис. 5. Реализация траектории робота становится независимой (см. рис. 4). Это торое пороговое значение. Повторная в алгоритме FastSLAM ключевое свойство алгоритма FastSLAM и выборка осуществляется путём выбора является причиной высокой скорости его частиц с удалением их из множества мещений и модели наблюдения. Нели- работы. Карта представляется в виде мно- , включая связанные с ними кар- нейность может быть существенной жества независимых гауссиан с линейной ты, с вероятностью выбора, пропор- проблемой в EKF-SLAM и приводит к сложностью, а не совместной картой кова- циональной wk(i).Выбранные частицы неустойчивому решению. Сходимость риации с квадратичной сложностью. равно взвешиваются на величину 1/N. и устойчивость могут быть гаранти- рованы только для линейного случая. Фундаментальная структура FastSLAM 4. Для каждой частицы выполняется об- представляет собой состояние, где траек- новление EKF на наблюдаемых ориен- Частичный фильтр тория представлена взвешенной выбор- тирах, т.е. производится построение Алгоритм FastSLAM, представленный кой и карта вычисляется аналитически. карты с известной позицией робота. Так, совместное распределение в момент В литературе описаны две версии Монтемерло и коллегами [15], стал кон- времени k представляется множеством ,цептуальным прорывом в разработке FastSLAM – версии 1.0 [17] и 2.0 [18]. рекурсивного вероятностного мето- , где карта, сопут- Они различаются только членами в да SLAM. Предыдущие усилия были ствующая каждой частице, состоит из форме их заявленного распределения направлены на повышение произ- независимых нормальных распределений (шаг 1) и, следовательно, в весах важ- водительности EKF-SLAM, сохраняя ности (шаг 2). Версия FastSLAM 2.0 явля- при этом необходимость в линейных Частичная фильтрация для состоя- ется более эффективным решением. гауссовских предположениях. Метод ний положения выполняется рекурсив- FastSLAM, основанный на рекурсив- но, затем для состояний карты применя- Для FastSLAM 2.0 заявленное распре- ной выборке по методу Монте-Карло ется EKF. Каждый наблюдаемый ориен- деление включает текущее наблюдение или частичной фильтрации, был пер- тир обрабатывается индивидуально как вым алгоритмом, работающим с нели- обновление измерения EKF из известной (16) нейной моделью процесса и отлич- позиции (см. рис. 5). Положение наблю- ным от нормального распределени- даемых ориентиров не изменяется. где ем. Несмотря на то, что FastSLAM так же линеаризует модель наблюдения, Рассмотрим обобщённую фор- и С является нормализованной кон- это, как правило, является допусти- му частичного фильтра для SLAM. стантой. Распределение весов в зависимо- мым приближением для азимутально- В момент времени k−1 совмест- сти от важности в соответствии с (14) есть диапазонных измерений, когда пози- ное состояние представляется как wk(i)= wk-1(i)С. Преимуществом FastSLAM 2.0 ция робота известна. является то, что его заявленное распреде- . Затем выпол- ление является локально оптимальным. няются следующие действия: Для каждой частицы это даёт наимень- 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

РОБОТОТЕХНИКА шую возможную дисперсию в значимом ны для множества языков програм- 11. Hollerbach J., Koditscheck D. Robotics мирования, а также в специализиро- Research, The Ninth International взвешивании wk(i), зависящую от доступ- ванной операционной системе для Symposium (ISRR’99). New York: Springer- роботов ROS. Реализации различных Verlag, 2000. ной информации и. алгоритмов SLAM c использованием различных языков программирования 12. Thrun S., Fox D., Burgard W. A pro- Статистически обе версии FastSLAM и программных сред, а также наборы babilistic approach to concurrent данных, полученные с реальных датчи- mapping and localization for mobile подвержены вырождению из-за их неспо- ков, можно найти в свободном досту- robots. Mach. Learning, vol. 31, no. 1, пе [25]. Реальные данные являются цен- pp. 29–53, 1998. собности «забыть прошлое». Ограниче- ным ресурсом для оценки и сравнения с эталоном различных алгоритмов SLAM. 13. Thrun, S., Liu, Y., Koller, D., Ng, A., Durrant- ние карты в (15) зависит от истории поло- Whyte, H. Simultaneous localization and ЗАКЛЮЧЕНИЕ mapping with sparse extended information жения и измерения и при повторной filters. Int. J. Robot. Res., vol. 23, no. 7–8, pp. В настоящее время, помимо пред- 693–716, 2004. выборке истощает эту историю, статисти- ставленных в статье базовых мето- дов, используются усовершенствован- 14. Dissanayake G., Newman P., Durrant- ческая точность теряется. Тем не менее, ные алгоритмы, позволяющие повы- Whyte H.F., Clark S., Csobra M. A solu- сить точность и сократить требуемые tion to the simultaneous localization эмпирические результаты FastSLAM 2.0 в вычислительные затраты. В последую- and mapping (SLAM) problem. IEEE щих публикациях планируется рассмо- Trans. Robot. Automat., vol. 17, реальных условиях внешней среды [18] треть различные особенности метода no. 3, pp. 229–241, 2001. SLAM, широко применяемого в авто- показали, что алгоритм способен генери- номных мобильных робототехниче- 15. Montemerlo M., Thrun S., Koller D., ских системах. Wegbreit, B. Fast-SLAM: A factored solution ровать достаточно точную карту. to the simultaneous localization and ЛИТЕРАТУРА mapping problem. Proc. AAAI Nat. Conf. РЕАЛИЗАЦИЯ SLAM Artif. Intell., 2002, pp. 593–598. 1. http://robotosha.ru/robotics/how-it- Эксперимент «исследуй и возвращай- works-driverless-car-google.html 16. Doucet A. On sequential simulation-based ся», проведённый Ньюманом с группой methods for Bayesian fil- tering. Dept. Eng., исследователей [19], являлся среднемас- 2. www.neatorobotics.com Cambridge Univ., Tech. Rep.,1998. штабной реализацией метода внутри 3. Smith R., Cheesman P. On the representation помещения, который подтвердил нерас- 17. Montemerlo V., Thrun S., Koller D., ходимость свойств EKF-SLAM возвраще- of spatial uncertainty. Int. J. Robot. Res., Wegbreit B. Fast-SLAM: A factored solution нием робота точно в исходную точку. vol. 5, no. 4, pp. 56–68, 1987. to the simultaneous localization and Эксперимент был примечателен тем, что 4. Durrant-Whyte H.F. Uncertain geometry in mapping problem. Proc. AAAI Nat. Conf. возвращение было полностью автоном- robotics. IEEE Trans. Robot. Automat., vol. 4, Artif. Intell., 2002, pp. 593–598. ным. Робот управлялся вручную в иссле- no. 1, pp. 23–31, 1988. довательской фазе, хотя и без визуаль- 5. Ayache N., Faugeras O. Building, registrating, 18. Montemerlo V., Thrun S., Koller D., Wegbreit B. ного контакта с оператором, который and fusing noisy visual maps. Int. J. Robot. Fast-SLAM 2.0: An improved particle filtering полагался исключительно на построен- Res., vol. 7, no. 6, pp. 45–65, 1988. algorithm for simultaneous localization and ную в реальном времени роботом кар- 6. Crowley J. World modeling and position mapping that provably converges. Proc. Int. ту. На обратном пути робот планировал estimation for a mobile robot using Joint Conf. Artif. Intell., 2003, pp. 1151–1156. маршрут и возвращался в исходную точ- ultrasonic ranging. Proc. IEEE Int. Conf. ку без вмешательства человека. Гайвант и Robot. Automat., 1989, pp. 674–681. 19. Newman P.M., Leonard J.J., Neira J., Tardos J. Небот [20] впервые применили SLAM на 7. Chatila R., Laumond J.P. Position Explore and return: Experimental validation большом открытом пространстве. В дан- referencing and consistent world modeling of real time concurrent mapping and ной работе были изучены вопросы про- for mobile robots. Proc. IEEE Int. Conf. localization. Proc. IEEE Int. Conf. Robot. ведения вычислений в реальном времени Robot. Automat., 1985, pp. 138–143. Automat., 2002, pp. 1802–1809. при работе с высокоскоростным движе- 8. Smith R., Self M., Cheesman P. Estimating нием транспортного средства по пересе- uncertain spatial relationships in robotics. 20. Guivant J.E., Nebot E.M. Optimization of the чённой местности с динамическими пре- Autonomous Robot Vehicles, I.J. Cox and simultaneous localization and map-building пятствиями. Представленные результа- G.T. Wilfon, Eds. New York: Springer-Verlag, algorithm for real-time implementation. ты особенно интересны, поскольку они pp. 167–193, 1990. IEEE Trans. Robot. Automat., vol. 17, no. 3, сопровождаются точными координата- 9. Renken W.D. Concurrent localization and pp. 242–257, 2001. ми, полученными с помощью техноло- map building for mobile robots using гии RTK-GPS, и показали практическую ultrasonic sensors. Proc. IEEE Int. Workshop 21. Deans M., Hebert M. Experimental работоспособность алгоритма. Intell. Robots Syst. (IROS), 1993. comparison of techniques for localization 10. Durrant-Whyte H., Rye D., Nebot E. and mapping using a bearing-only sensor. В настоящее время приложения SLAM Localization of automatic guided vehicles. Proc. Int. Symp. Experimental Robot., задействованы в самых различных Robotics Research: The 7th International 2000, pp. 395–404. областях и используют такие методы Symposium (ISRR’95), G. Giralt and G. зондирования, как «только азимут» [21] Hirzinger, Eds. New York: Springer-Verlag, 22. Leonard J.J., Rikoski R.J., Newman P.M., и «только расстояние» [22]. pp. 613–625, 1996. Bosse M.C. Mapping partially observable features from multiple uncertain vantage Также следует упомянуть и о методе points. Int. J. Robot. Res., vol. 21, no. 10–11, последовательной оценки положения pp. 943–975, 2002. (Consistent Pose Estimation, CPE) [23], который представляет собой другую 23. Konolig K. Large-scale map-making. Proc. парадигму SLAM, основанную на топо- Nat. Conf. AI (AAAI), 2004, pp. 457–463. логическом построении карты и вырав- нивании данных. Данный метод пока- 24. www.ros.org зывает отличные результаты внутри 25. www.openslam.org больших помещений. Библиотеки, реализующие алгорит- мы SLAM, на сегодняшний день доступ- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 21

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Особенности конструкции и изготовления силовых МОП-транзисторов для космической электроники Владимир Котов ([email protected]), ными смещениями атомов), что также Владимир Токарев ([email protected]) может приводить к ионизации веще- ства. В результате воздействия ОИЧ на В статье рассмотрены особенности технологических процессов мощный МОП-транзистор может прои- изготовления и конструкции мощных МОП-транзисторов, используемых зойти катастрофический отказ, вызван- в космической силовой электронике. ный перегоранием транзистора (SEB – Single Event Burnout) или пробоем под- Электронные приборы и системы, протонов (ТЗЧ – тяжёлых заряжен- затворного диэлектрика (SEGR – Single работающие в космическом простран- ных частиц). Event Gate Rupture) [3]. Чтобы избежать стве, подвергаются непрерывному воз- Эффекты накопленной дозы связа- отказов мощных МОП-транзисторов, действию дестабилизирующих излуче- ны с ионизацией вещества излучением, вызванных воздействием ОИЧ, прово- ний (ДИ): протонов, электронов и тяжё- т.е. с образованием под действием ДИ дится оценка их устойчивости к дан- лых ионов. Радиоактивное облучение свободных носителей заряда [2], захват ным воздействиям путём соответству- этих систем создаёт серьёзные пробле- которых на ловушках в объёме облучае- ющих испытаний, например согласно мы в бортовой электронике, состав- мого материала может привести к нако- методу 1080 стандарта MIL-STD-750 [4]. ной частью которой являются мощ- плению заряда в различных областях При этом данная оценка может носить ные МОП-транзисторы с изолирован- приборных структур (как правило, это приблизительный характер ввиду ным затвором (MOSFET – Metal-Oxide различные диэлектрические слои) и сложного реального энергетического Semiconductor Field-Effect Transistor), вызвать деградацию параметров тран- спектра космического пространства. используемые в качестве основных зисторов. Кроме того, вследствие иони- ключевых элементов в электронных зационных эффектов в активных и пас- Создание современных мощных преобразовательных системах, вклю- сивных областях транзисторов могут МОП-транзисторов, менее чувствитель- чая системы бортового питания. Основ- возникать импульсы ионизационных ных к ДИ космического пространства, ными преимуществами мощных МОП- токов, которые могут привести к раз- сочетает в себе как технологические, транзисторов по сравнению с други- личным эффектам как обратимого так и конструктивные методы повыше- ми ключевыми элементами являются (импульсные сигналы помех на выво- ния стойкости, а также моделирование высокое быстродействие, а также низ- дах транзисторов), так и необратимого влияния дестабилизирующих излуче- кие сопротивление в открытом состо- характера (вторичный пробой, пробой ний на этапе разработки технологии янии и потребляемая мощность в цепи подзатворного диэлектрика). производства и конструкции транзи- управления [1]. Воздействие одиночных ионизиру- сторов с помощью модуля моделиро- ющих частиц (ОИЧ) приводит как к вания воздействия ТЗЧ, встроенного Можно выделить два основных клас- ионизации вещества вдоль трека оди- в программу двухмерного технологи- са радиационных эффектов, которые ночной частицы, так и к эффектам сме- ческого и приборного моделирования могут произойти в мощных МОП- щения из-за прямого взаимодействия TCAD Synopsys. транзисторах во время или после воз- с атомом материала транзисторов и действия ДИ (см. табл.): выбивания его из узла решётки при К технологическим методам относят- 1. Эффекты накопленной дозы (TID сообщении ему некоторой энергии, ся как разработка специализированных а также вторичного взаимодействия техпроцессов изготовления транзисто- effects). выбитого атома с соседними (при этом ров, так и улучшение радиационных 2. Эффекты, вызванные воздействием может иметь место каскад атомных соу- свойств слоёв и материалов, входящих дарений, сопровождающийхся вторич- в их конструкцию. В настоящее время одиночных ионизирующих частиц это технология «кремний на карбиде (SEE – Single Event Effects) – высоко- кремния», специализированные опера- энергетических тяжёлых ионов и ции создания диэлектрических слоёв и, в особенности, подзатворного ди- Классификация радиационных эффектов в мощных МОП-транзисторах электрика и т.п. К конструктивным спо- собам повышения стойкости относят- Класс радиационного Тип воздействия Особенности воздействия ся использование специальных корпу- эффекта сов, методов локальной защиты и т.п. ● эффект накопления деградации электрических Накопленная доза Изменение поверхностных параметров структур; Целью данной статьи является обсуж- свойств, ● воздействие на всю площадь транзистора; дение особенностей технологических появление импульсов ● характеризуется максимальным изменением процессов производства и конструкции ионизационных токов параметра (критерием отказа) мощных МОП-транзисторов космиче- ской силовой электроники, большин- Воздействие Изменение проводимости ● вероятностное во времени событие; одиночных полупроводника, ● короткое время воздействия (<1 нс); ионизирующих частиц изменение свойств ● воздействие на небольшую часть элемента диэлектриков транзистора (позиция трека ОИЧ); ● характеризуется вероятностью/частотой эффекта 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ство из которых используется в транзи- 160 t =150 нм сторах как 4-го, так и 5-го и 7-го поколе- 140 ний, разработанных компанией «СКТБ 120 OX „Микроника“» совместно с ООО «Тан- 100 дем Электроника» (г. Воронеж, офици- t =100 нм альный представитель СКТБ «Микрони- ка» в РФ) [5]. OX t =70 нм OX tOX=50 нм t =30 нм OX ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ V ,В 80 gs_кр К НАКОПЛЕННОЙ ДОЗЕ В большинстве случаев эффекты 60 накопления заряда в мощных МОП- транзисторах проявляются в посте- 40 пенном ухудшении его электрических параметров из-за увеличения заряда в 20 подзатворном диэлектрике, что приво- дит к изменению порогового напряже- 0 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ния и увеличению токов утечки тран- Атомный номер ТЗЧ зистора. Рис. 1. Зависимость критического напряжения на затворе V от атомного номера ТЗЧ gs_кр Для всех типов технологий мощных для разной толщины подзатворного окисла МОП-транзисторов ключевыми момен- тами техпроцесса, увеличивающими стойкость к накопленной дозе, явля- ского напряжения Vgs_кр (измеряется Исток в В), определяемого по формуле Titus- ются: Затвор Wheatley [11] для диэлектрика из SiO2, JFET- ● уменьшение толщины подзатворно- при условии воздействия ТЗЧ перпен- область го оксида tOX . Сдвиг порогового на- дикулярно поверхности подзатворно- N+ N+ пряжения в результате накопления Р-база го окисла: заряда в окисле и на границе разде- ла «оксид кремния – кремний» со- ставляет t 1,5∼1,8 для оксидов, исполь- , (1) OX зуемых в коммерческих технологи- ях, причём для пирогенного окисла где EBD – напряжённость электри- ческого поля, В/см; tOX – толщина под- сдвиг, обусловленный накоплением затворного окисла, см; Z – атомный N -эпитаксия номер ТЗЧ. N+ -подложка заряда в окисле, в 1,5…2 раза меньше, Зависимость критического напря- Сток чем для окисла, выращенного в сухом жения Vgs_кр от атомного номера ТЗЧ Рис. 2. Упрощённое поперечное сечение ячейки для разной толщины подзатворного VDMOS кислороде [6]; окисла, рассчитанная с использова- нием выражения (1), представлена на Затвор ● уменьшение температуры отжига в рисунке 1 [11]. V атмосфере азота подзатворного ок- Когда ТЗЧ пересекает эпитаксиаль- gs ный слой в JFET-области (между обла- сида кремния, которая должна быть стями P-базы (см. рис. 2)) планарно- Шунт, го вертикального МОП-транзистора инициированный не более +850…+875°С [7] с целью (VDMOS – Vertical Diffusion Metal Oxide Seniconductor), созданный ею ионизи- ТЗЧ предотвращения создания допол- рованный трек шунтирует JFET-область и тем самым подсоединяет границу раз- V нительных ловушек заряда, а также дела «подзатворный диэлектрик – эпи- COUPLED таксиальный слой» к более высокому уменьшение температуры и време- напряжению стока VCOUPLED (см. рис. 3). Сток Электрическое поле, вызванное этим V ни высокотемпературных обрабо- напряжением, суммируется с уже име- ющимся, что при превышении предела ds ток после создания подзатворного для используемого диэлектрика приве- дёт к его пробою. Рис. 3. Упрощённая модель шунтирования диэлектрика; JFET-области транзистора при воздействии ТЗЧ Эмпирическая зависимость напряже- ● использование альтернативного ния VCOUPLED от линейной потери энер- ной 7 мкм и глубиной Р-базы 2 мкм гии (ЛПЭ, LET – Linear energy transfer) (см. рис. 4) представлена в работе [12]. подзатворного диэлектрика: пере- ТЗЧ для мощного МОП-транзистора Утверждается, что данная зависимость с эпитаксиальным слоем толщи- окисленного азотированного оксида (RNO – Reoxidized Nitrided Oxide) [8] или оксида гафния [9, 10]. ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ К SEGR Для создания мощного МОП- транзистора, устойчивого к эффек- ту пробоя подзатворного диэлектри- ка при воздействии ТЗЧ, необходимо выполнение следующего условия: паде- ние напряжения на подзатворном ди- электрике вдоль ионизационного тре- ка ТЗЧ должно быть меньше критиче- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 23

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 70 ке стремится к насыщению, тогда как 60 для сотовой структуры затвора харак- тер этой зависимости не изменяется. V , % от напряжения стока 50 COUPLED Для МОП-транзисторов с большой 40 длиной затвора уменьшить вероят- ность наступления SEGR-отказа позво- 30 ляет удаление (вырезание) централь- ной части затвора, которая не участву- 20 ет в работе транзистора (см. рис. 5) [14]. t =100 нм Причём для области подзатворно- го диэлектрика, над которой удалён OX затвор, по данным работы [14], кри- тическое напряжение увеличивается, 10 например с 17 до 27 В. Следует отме- тить, что данный способ усложняет тех- 0 нологический процесс, так как требует 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 защиты открытой части подзатворного ЛПЭ, МэВ⋅см2/мг окисла от нежелательных воздействий технологического процесса. Рис. 4. Эмпирическая зависимость напряжения VCOUPLED в % от напряжения сток – исток от ЛПЭ (LET) В мощных МОП-транзисторах с кана- Затвор Исток вочной структурой увеличение устой- чивости к SEGR достигается за счёт Исток использования толстого окисла на дне канавки, причём граница этого окисла N+ N+ N+ N+ должна быть как можно ближе к грани- Р-база Р-база це P-базы (см. рис. 6). JFET- Затвор область Существенное улучшение стойкости к SEGR достигается в горизонтальных N-эпитаксия N-эпитаксия мощных МОП-транзисторах на КНИ- N+-подложка N+-подложка подложке (SOI LNDMOS-транзисторы), в которых ионизированный трек от Сток Сток воздействия ТЗЧ физически не может проходить через подзатворный ди- Рис. 5. Вид ячейки VDMOS с удалённой частью Рис. 6. Вид ячейки trench-МОП с утолщённым электрик и бо′льшую часть стока тран- затвора окислом на дне канавки зистора. В такой структуре (см. рис. 7) STI-изоляция (Shallow Trench Isolation, Исток Сток изоляция мелкими канавками) играет N+ роль дополнительного «экрана» и пре- Затвор рывает ионизированный трек от ТЗЧ, NLDD2-область летящих под углом к поверхности под- P+ N+ STI затворного диэлектрика. Транзисторы Р-база NLDD1-карман данного типа с рабочим напряжением 150 В, изготовленные по 0,35 мкм техно- P+ скр.слой BOX логии, имеют на 10–15% большее значе- ние сопротивления канала в открытом N-подложка состоянии, чем классические вертикаль- ные МОП-транзисторы, изготовленные Рис. 7. Поперечный разрез структуры SOI LNDMOS-транзистора по радиационно стойкой технологии, но в то же время они устойчивы к SEGR будет определяться шириной (расстоя- (Strip Cell) вместо сотовой (гексаго- во всём рабочем диапазоне напряжений нием между P-базами) и уровнем леги- нальной, квадратной и пр.) [13] и опти- стока и затвора и у них на порядок мень- рования JFET-области, глубиной и кон- мизация ширины JFET-области транзи- ше заряд затвора и время восстановле- центрацией примеси в базе, параметра- стора в сторону уменьшения. Причём ния [15]. Основным недостатком данной ми эпитаксиальной структуры. преимущества полосковой структуры структуры является снижение пробив- наиболее проявляются для напряжений ного напряжения сток – исток от нако- Одним из первых способов уве- сток – исток выше 40 В, при которых пленной дозы по причине накопления личения стойкости мощных МОП- зависимость критического напряже- заряда в скрытом окисле (BOX – Buried транзисторов к SEGR является исполь- ния на затворе от напряжения на сто- OXide ) и STI-изоляции. В связи с тем что, зование полосковой структуры затвора по данным работы [16], основной вклад в снижение пробивного напряжения вносит накопление заряда в скрытом окисле, использование SiC-подложки 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ N-типа вместо SOI-структуры значи- Исток Исток тельно увеличивает стойкость LNDMOS- Затвор транзисторов к TID. N+ N+ N+ Затвор N+ P++ Р-база P++ P+ N-эпитаксия P+ ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ К SEB N-эпитаксия P+ P+ Р-база Известно, что стойкость к SEB для МОП-транзисторов определяется их N+-буферный слой N+-буферный слой устойчивостью к вторичному про- N+-подложка N+-подложка бою [17], который происходит при вклю- чении паразитного NPN-транзистора а Сток б Сток (N-сток – P-база – N-исток). Когда тран- зистор находится в нормальном закры- Рис. 8. Вид ячейки МОП-транзистора с повышенной стойкостью к вторичному пробою: том состоянии, при напряжении, пре- а) планарного; б) с канавочной структурой вышающем напряжение вторичного пробоя, ток, образующийся вследствие ● оптимизация топологии N+ -истоко- T1<T2=2×T1<T3=3×T1<T4=4×T1 напряже- рассасывания зарядов ионизированно- вых областей. ние вторичного пробоя составляет 430, го трека после воздействия ТЗЧ, может Если уменьшение паразитного сопро- 520, 545, 555 и 565 В соответственно. быть достаточным для включения пара- Зависимость напряжения вторичного зитного NPN-транзистора и тем самым тивления Р-базы широко используется лавинного пробоя от удельного сопро- перевода транзистора из нормально для коммерческих приборов с целью тивления (R) N+-буферного эпитакси- закрытого состояния в состояние вто- увеличения их стойкости к лавинному ального слоя имеет максимум, что вид- ричного пробоя и его выгорания. Вто- пробою, то применение N+-буферного но из анализа данных, представленных ричный пробой хорошо моделирует- эпитаксиального слоя позволяет допол- на рисунке 11: максимальное напряже- ся программой TCAD Synopsys, в связи нительно существенно увеличить ние 520 В получено для условия 1,25×R1. с чем значительно упрощается разра- напряжение вторичного пробоя. Из ботка технологического процесса и кон- рисунка 9 видно, что для ячейки 600 В Оптимизация топологии и техпро- струкции МОП-транзистора, устойчи- планарного МОП-транзистора исполь- цесса формирования N+-истоковых вого к SEB. зование N+-буферного эпитаксиально- областей также предназначена для го слоя увеличивает напряжение вто- снижения влияния паразитного NPN- К основным практическим и экспе- ричного пробоя с 320 до 550 В. транзистора за счёт уменьшения риментально подтверждённым приё- паразитного сопротивления Р-базы и мам, увеличивающим напряжение вто- Следует отметить, что толщина и кон- эффективности коллектора паразитно- ричного пробоя мощных вертикальных центрация примеси в N+-буферном эпи- го транзистора. Она обычно включа- МОП-транзисторов для космической таксиальном слое зависят от рабочего ет в себя формирование шунтов между электроники, относятся: напряжения транзистора. По резуль- областями контакта с Р-базой и обла- ● уменьшение паразитного сопротив- татам моделирования исследованной стью Р-базы под затвором (см. рис. 12), ячейки 600 В МОП-транзистора с уве- а также уменьшение дозы легирования ления Р-базы посредством создания личением толщины (Т) N+-буферного N+-истоков [18]. глубокого P+-слоя в области контак- эпитаксиального слоя напряже- та к базе и P++-слоя под областью N+ ние вторичного лавинного пробоя Следует отметить, что все описан- истока (см. рис. 8); увеличивается и стремится к насы- ные методы, в том числе использование ● выращивание N+-буферного эпи- щению (см. рис. 10): при условии N+-буферного эпитаксиального слоя, таксиального слоя между низко- омной подложкой и приборным N-эпитаксиальным слоем (см. рис. 8) [17, 18]; аб абвг log(l ), А/(длина ячейки, мкм) d -12 -10 -8 -6 -4 -2 log(l ), А/(длина ячейки, мкм) d -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 VВ VВ d, d, Примечание: I – ток стока, V – напряжение стока Примечание: I – ток стока, V – напряжение стока dd dd Рис. 9. Вид характеристики лавинного пробоя ячейки планарного МОП- Рис. 10. Вид характеристики лавинного пробоя ячейки планарного МОП- транзистора: а) без N+-буферного эпитаксиального слоя; б) с N+-буферным транзистора с различной толщиной (Т) N+-буферного эпитаксиального эпитаксиальным слоем слоя: а) T1; б) 2×T1, в) 3×T1, г) 4×T1 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 25

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ log(l ), А/(длина ячейки, мкм) Затвор (темн.) d Область шунта -12 -10 -8 -6 -4 -2 а Контакт б в N+-исток г (темн.) д Рис. 12. Фрагмент топологии n-МОП-транзистора с оптимизацией слоя 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 N+-истока Vd×103, В Примечание: I – ток стока, V – напряжение стока dd Рис. 11. Вид характеристики лавинного пробоя ячейки планарного МОП- транзистора с различным удельным сопротивлением (R) N+-буферного эпитаксиального слоя: а) 42×R1, б) 4,2×R1, в) 2,1×R1, г) 1,25×R1, д) R1 увеличивают сопротивление транзи- in vertical power MOSFETs. IEEE Trans. vertical power MOSFETs // IEEE Trans. Nucl. стора в открытом состоянии, поэтому Nucl. Sci. Apr. 1996. V. 43. Sci. Dec. 1998. V. 45. № 6. разработчики приборов всегда вынуж- 4. Method 1080.1. Single-Event Burnout 12. Wheatley C.F., Titus J.L., Burton D.I. Single- дены находить компромисс между тре- and Single-Event Gate Rupture, Defense event gate rupture in vertical power буемым уровнем стойкости к SEB, элек- Logistics Agency (DLA) Land and Maritime MOSFETs: An original empirical expression трическими параметрами и площадью MIL-STD-750F. Jan. 3. 2012. // IEEE Trans. Nucl. Sci. Dec. 1994, V. 41. № 6. кристалла. 5. Сайт ООО «Тандем Электроника»: http:// 13. Savage M.W., Burton D.I., Wheatley C.F., te.vrn.ru/index.html Titus J.L., Gillberg J.E. An improved stripe- ЗАКЛЮЧЕНИЕ 6. Schwank J.R., Shaneyfelt M.R., Fleetwood D.M., cell SEGR hardened power MOSFET Felix J.A., Dodd P.E., Paillet P., Ferlet-Cavrois technology // IEEE Transactions on Nuclear Рассмотренные ключевые приёмы, V. Radiation effects in MOS oxides // IEEE Science. Dec. 2001. V. 48. № 6. используемые в технологии изготов- Trans. Nucl. Sci. Aug. 2008. V. 55. № 4. 14. Allenspach M., Dachs C., Johnson G.H. et ления и в конструкции мощных МОП- 7. Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. al. SEGR and SEB in N-Channel Power транзисторов, позволяют повысить их Радиационные эффекты в кремниевых MOSFETs // IEEE Transactions on Nuclear стойкость к воздействию ДИ космиче- интегральных схемах космического при- Science. Dec. 1996. V. 43. № 6. ского пространства. Применение моде- менения. – М.: Лаборатория знаний, 2012. 15. Shea P.M., Shen Z.J. Numerical and лирования воздействия ТЗЧ на крити- 8. Lucovsky G., Fleetwood D.M., Lee S. et al. Experimental Investigation of Single Event ческие области транзистора на этапе Differences between charge trapping states Effects in SOI Lateral Power MOSFETs // его разработки с помощью специаль- in irradiated nano-crystalline HfO and non- IEEE Trans. Nucl. Sci., Dec. 2011. V. 58. № 6. ного программного модуля, встроен- crystalline Hf silicates // IEEE Trans. Nucl. 16. Ali K.B., Gammon P.M., Chan C.W. et al. Single ного в TCAD Synopsys, позволяет суще- Sci. Dec. 2006, V. 53. № 6. event effects and total ionising dose in 600V ственно сократить цикл разработки 9. Manchanda L., Weber G.R., Kim Y.O., Si-on-SiC LDMOS transistors for rad-hard space изделия. Feldman L.C. et al. A new method to applications // Solid-State Device Research fabricate thin oxynitride/oxide gate Conference (ESSDERC). 2017 47th European. ЛИТЕРАТУРА dielectric for deep submicron devices // 17. Liu S., Boden M., Girdhar D.A., Titus J.L. Microelectron. Eng., Aug. 1993. V. 22. № 1–4. Single-event burnout and avalanche 1. Силовые полупроводниковые приборы. / 10. Dunn G.L., Wyatt P.W. Reoxidized nitrided characteristics of power DMOSFETs // IEEE Пер. с англ. под ред. В.В. Токарева. – Воро- oxide for radiationhardened MOS devices // Trans. Nucl. Sci. Dec. 2006. V. 53. № 6. неж: Элист, 1995. IEEE Trans. Nucl. Sci. Dec. 1989, V. 36. № 6. 18. Liu S., Titus J.L., Boden M. Effect of Buffer 11. Titus J.L., Wheatley C.F., Tyne K.M. et Layer on Single-Event Burnout of Power 2. Schwank J. Total Dose Effects in MOS al. Effect of ion energy upon dielectric DMOSFETs // IEEE Trans. Nucl. Sci., Dec. Devices // Radiation Effects – From Particles breakdown of the capacitor response in 2007. V54. № 6. to Payloads. IEEE NSREC Short Course. 2002. 3. Titus J.L., Wheatley C.F. Experimental studies of single event gate rupture and burnout НОВОСТИ МИРА нальных роботов-ассистентов, логистических и Они должны за это время найти точки роста коллаборативных промышленных роботов-ма- бизнеса и каналы привлечения новых кли- «СБЕРБАНК» ЗАПУСКАЕТ нипуляторов, беспилотных автономных транс- ентов, сфокусироваться на самых прибыль- портных средств, промышленных экзоскелетов. ных сегментах, а также подготовить MVP АКСЕЛЕРАТОР В СФЕРЕ (Minimum Viable Product). При наличии спро- РОБОТОТЕХНИКИ Команды стартапов из разных регионов са бизнес-подразделений «Сбербанка» на России в течение 3 месяцев смогут дораба- продукт команды смогут реализовать пилот- «Сбербанк» в партнёрстве с Фондом разви- тывать прототипы своих решений в мастер- ный проект прямо в «Сбербанке». тия интернет-инициатив (ФРИИ) разрабатыва- ских профильной лаборатории «Сбербанка». ет программу акселерации проектов в сфере интеллектуальной робототехники. Программа сфокусирована на проектах: создание персо- 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Бестрафаретная металлизация керамических подложек Часть 1 Юрий Непочатов ([email protected]) ния ленты, позволившая металлизи- ровать керамику [6, 7]. Преимущества В статье представлены результаты исследований в сфере разработки металлизации с помощью ленты заклю- толстоплёночной технологии получения рисунков на керамических чаются в том, что лента получается подложках бестрафаретным методом с использованием ленты однородной по толщине, плотности, для металлизации. Разработанная технология получения рисунков при этом исключается возможность схем позволяет исключить ряд трудоёмких операций, упростить растекания пасты по поверхностям, технологический процесс, сократить себестоимость и длительность не подлежащим металлизации. С помо- рабочего цикла изготовления платы. щью ленты можно получить более каче- ственное покрытие керамики и вакуум- ВВЕДЕНИЕ В большинстве случаев на поверх- но-плотные спаи повышенной механи- ность керамики наносят пасту из ческой прочности. Керамические материалы исполь- порошков тугоплавких металлов и зуются в различных областях совре- вжигают их. Металлизация вжигани- Для изготовления ленты в работах, менной науки и техники и особенно ем находит широкое применение в указанных выше, были использованы широко применяются при изготов- радиоэлектронном производстве, она лабораторные установки с движущей- лении электронных приборов в каче- позволяет получить надёжный и проч- ся несущей плёнкой. Смесь, состоящая стве изолирующего материала. Кера- ный рисунок печатной схемы, исклю- из наполнителя, биндера, пластифика- мика имеет относительно высокую чающий опасность обрыва [1]. Тех- тора и растворителя, заливалась в слив- механическую и электрическую проч- нология металлизации весьма разно- ной сосуд, из которого выливалась на ность, низкие диэлектрические поте- образна, но в общем сводится к двум несущую плёнку и разравнивалась спе- ри при высокой температуре, обла- основным методам [2]: циальным ножом. Однако метод изго- дает термостойкостью, вакуумной 1. Нанесение на поверхность керамики товления плёнки на установке с помо- плотностью, способностью образо- щью разравнивающего ножа не являет- вывать вакуумно-плотные соедине- пасты, состоящей из смеси металли- ся технологичным, поскольку при этом ния с металлами. Значительная часть ческих порошков на органической требуются частые перерывы в работе технической керамики в радио- и элек- связке, с последующим вжиганием. установки для очистки ножа от налип- тронной технике подвергается метал- 2. Нанесение суспензий из смеси ме- шей суспензии. Данный недостаток лизации. Металлизационное покры- таллических порошков на органиче- был устранён при разработке спосо- тие наносят на керамику для создания ской связке на движущуюся с задан- ба изготовления ленты для металлиза- токопроводящего слоя на определён- ной скоростью полимерную плёнку ции керамических изделий [8]. Новый ной части детали, к которой присое- с последующим переносом получен- способ позволил значительно ускорить диняют полупроводниковый кристалл ного металлизационного слоя с по- процесс получения металлизирующей и выводы. Металлизация может также лимерной плёнки на поверхность ке- ленты с одновременным улучшением выполнять функцию электродов кон- рамического изделия с дальнейшим качества металлокерамических спаев. денсаторов, витков катушек индуктив- вжиганием. Усовершенствования были произве- ности и промежуточного слоя для сое- В первом случае металлизацион- дены за счёт того, что суспензия, при- динения керамики с арматурой при ные покрытия на керамические дета- меняемая для получения металлизи- помощи пайки. Металлизационный ли наносятся пульверизацией, намазы- рующей ленты, выливалась непосред- слой создаёт смачивающуюся припо- ванием кисточкой или роликом, оку- ственно через фильеру на движущуюся ем поверхность и позволяет получить нанием и трафаретной печатью. При с заданной скоростью органическую прочное вакуум-плотное герметичное использовании второго метода метал- подложку, при этом суспензия для поли- соединение керамических деталей лизационные покрытия переносятся на ва органической подложки состояла из между собой или с металлом методом керамику с помощью металлизацион- смеси металлических порошков с бин- пайки. Существуют различные методы ной ленты. Известны способы изготов- дером, растворителем и пластификато- металлизации: плакирование, нанесе- ления ленты для металлизации керами- ром. Приготовленная смесь подавалась ние покрытия из жидкого металличе- ческих изделий путём нанесения на в фильеру и через узкую щель прямо- ского расплава, диффузия, осаждение органическую подложку суспензий из угольного сечения выливалась на дви- из паровой фазы, плазмохимический смеси металлических порошков с рас- жущуюся с заданной скоростью органи- способ, испарение и конденсация в творителем и пластификатором, кото- ческую подложку. Толщина получаемой вакууме, химическое осаждение метал- рые первоначально применялись для ленты задавалась расстоянием между лов из раствора, термическое разложе- покрытий кернов катодов щёлочнозе- основанием фильеры и подложкой, раз- ние солей, электрохимический способ, мельными карбонатами [3–5]. Позднее мером щели фильеры и скоростью про- вжигание пасты и др. была разработана технология получе- тяжки органической подложки. Подле- 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ жащая металлизации поверхность кера- высокую стоимость при малых сери- аб в мических изделий предварительно ях изготавливаемых изделий и требует смачивалась смесью ксилола и толуола больших временны′ х затрат. В данной Рис. 1. Полимерные плёнки: а) ПЭТ (лавсановая, в соотношении 1:1, после чего осущест- статье представлена более простая, без- майларовая); б) фторопластовая; в) полиимидная влялось соприкосновение с металлизи- опасная, быстрая и дешёвая толстоплё- рующей лентой. Вжигание нанесённо- ночная технология получения рисун- Таблица 1. Стойкость органических материалов го слоя металлизации производилось в ков различной конфигурации на кера- к воздействию высоких температур водородных печах. мических подложках бестрафаретным методом с использованием ленты для Тип органического Максимальная рабочая Указанный способ позволяет повы- металлизации. материала температура, °С сить производительность, обеспечить автоматизацию процесса, равномер- МАТЕРИАЛЫ Полиэтилен высокого 80 ность толщины и плотности покрытия, давления, полиуретаны, однако он имеет определённые недо- При разработке технологии исполь- поливинилхлорид 90 статки. Данным способом невозмож- зовались полимерные плёнки из фто- (винипласт) 105 но получить сложные топологические ропласта, ПЭТ (лавсана, майлара) и 105 рисунки, он пригоден лишь для нане- полиимида (см. рис. 1), подложки, Полипропилен, полиэтилен 140 сения металлизационного слоя на тела выполненные из керамики на основе высокой плотности 150 вращения и для создания малых по раз- оксида алюминия (Al2O3), нитрида алю- 180 мерам полей металлических покрытий миния (AlN) размером 30×29×0,38 мм, а Радиационно отверждённый 200 с простым рисунком. Кроме того, пред- также металлизационная паста, состо- поливинилхлорид варительное смачивание подлежащих ящая из смеси металлических порош- металлизации поверхностей керамиче- ков молибдена, марганца и кремния с Капролактамы: капрон, ских изделий смесью ксилола и толуо- добавлением органического связующе- нейлон и др. ла, являющихся вредными веществами, го вещества (биндера). требует особых мер по обеспечению Поликарбонат безопасных условий труда для работ- Основным критерием выбора поли- ников, выполняющих данную техно- мерных плёнок для металлизацион- Полиэтилентерефталат ПЭТ логическую операцию. ной ленты являлась стойкость орга- (лавсан, майлар) нических материалов к воздействию Более безопасными способами пере- высоких температур, поскольку при Полиимиды носа металлизационного слоя с поверх- тепловом переносе слоя металлизации ности полимерной плёнки на поверх- на керамическую подложку полимер- Политетрафторэтилен ность керамического изделия явля- ная плёнка нагревается до температу- (фторопласт, тефлон), ются приклеивание к керамической ры +130°С. силиконы детали и тепловой способ переноса. В последнем случае детали нагревают- Как видно из таблицы 1, наиболее му), которая сопровождается наруше- ся до температуры +90…+100°С и плот- термостойкими органическими мате- нием их геометрической формы из-за но прижимаются к полимерной плёнке риалами являются ПЭТ (лавсан, май- неизбежных неоднородностей в сырье, со стороны металлизационного слоя, в лар), полиимид и фторопласт (тефлон), гранулометрическом составе, плотно- результате чего данный слой под воз- которые и были выбраны с целью опро- сти после формообразования, сушки, действием температуры прикрепляется бования в качестве материала поли- обжига и т.д. После окончательного к поверхности керамики, чётко повто- мерной плёнки для теплового пере- обжига такие подложки имеют непло- ряя след соприкосновения с деталью. носа металлизационного слоя с неё на скостность до 500 мкм. Необходимые После этого производится вжигание поверхность керамического изделия. допуски размеров и формы могут быть перенесённого металлизационного В перечень органических материалов достигнуты только путём дополни- слоя в керамику [2]. для изготовления металлизационной тельной обработки. Одним из важных ленты вошли: моментов в формировании металлиза- ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ● плёнка фторопластовая Ф-4, ГОСТ ционного покрытия на керамике явля- ется подготовка поверхности. Качество Металлизация керамических деталей 24822-80; изготовления плат с толстоплёночной с помощью металлизационной ленты ● плёнка ПЭТ (лавсановая, майларо- металлизацией зависит от плоскостно- возможна, в основном, на торцевых сти и шероховатости поверхности под- поверхностях деталей цилиндрической вая), ГОСТ 24234-80; ложек. Керамические подложки перед формы с малой площадью поверхности ● плёнка полиимидная, ГОСТ 28026-89. металлизацией подвергались механи- покрытия. Создание сложных металли- ческой шлифовке для выравнивания зационных рисунков на плоских изде- В состав металлизационной пасты плоскости и достижения шероховато- лиях из керамики с большой площадью вошли металлические порошки молиб- сти поверхности со средним арифме- поверхности покрытия перечисленны- дена, марганца и кремния и органиче- тическим отклонением профиля (Ra), ми способами с использованием метал- ское связующее вещество. равным 0,2…0,63 мкм. После шлифов- лизационной ленты невозможно. Полу- ки подложки тщательно промывались чить сложные топологические рисунки ШЛИФОВАНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ в кипящем трихлорэтилене, затем под- на подложках можно только с исполь- вергались ультразвуковой обработке в зованием методов фотолитографии ПОДЛОЖЕК ПЕРЕД деионизированной воде и сушились в или трафаретной печати, что имеет МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ ацетоне. Полученные после обжига керами- ческие подложки из оксида и нитри- да алюминия претерпевают довольно значительную усадку (до 30% по объё- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 29

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 2. Рецептура изготовления суспензии металлизационной пасты Наименование материала Количество Смесь молибденового, марганцевого и кремниевого порошков в соотношении 75/20/5% 1500 г Ангидрид молибденовый Толуольный раствор сополимера ВБМ 75 г Пластификатор дибутилфталат (ДБФ) 580–630 г Ацетон 80–120 мл Шары стальные, ∅8–15 мм 180–230 мл Шары стальные, ∅16–20 мм 800–1050 г 800–1050 г Время перемешивания 48±2 ч Рис. 2. Установка литья плёнки ГМ 975 Удельная поверхность 5500–6000 см2/г Подложки из оксида алюминия перед ке из металлизационной ленты пу- порошков переливается в молибдено- металлизацией проходили трёхразо- тём лазерной резки. вую очистку в деионизированной воде Все операции разделены во времени. вый лоток и производится естествен- в ультразвуковой (УЗ) ванне при темпе- Из источников [8, 9] известны спосо- ратуре +50°С, затем на них наносился бы изготовления ленты для металли- ная сушка в вытяжном шкафу в тече- рисунок из металлизационной ленты. зации керамических изделий путём литья непосредственно через филье- ние не менее 12 ч, после чего следует А подложки из нитрида алюминия ру суспензий из смеси металлических после шлифовки оксидировались для порошков с растворителем и пласти- просев порошка через сито с последу- формирования на их поверхности слоя фикатором на органическую подложку окиси алюминия толщиной 10…20 мкм. из фторопласта, движущуюся с задан- ющей сушкой при температуре +60±5°С С целью защиты объёма керамики из ной скоростью. Фильера представляет нитрида алюминия от окисления во собой воронку, нижняя часть которой в течение не менее 12 ч. время дальнейшего вжигания пасты выполнена в виде щели с полирован- и предотвращения пузырения метал- ными краями, при этом зазор между Изготовление суспензии металлиза- лизационного покрытия перед нане- валом и щелью воронки определяет сением рисунка из металлизирующей толщину металлизирующей плёнки ционной пасты заключается в переме- ленты подложка очищалась от загряз- и может регулироваться с помощью нений, после чего проводилось окси- микровинтов. шивании смеси порошков, пластифи- дирование. Очистка также трижды Изготовление металлизирующей лен- проводилась в УЗ-ванне, заполненной ты осуществлялось на установке ГМ катора, сополимера и растворителя. деионизированной водой, нагретой 975, в которой используется принцип до температуры +50°С. Оксидирование полива суспензии из смеси металличе- Часть смеси порошков и молибденовый осуществлялось в водородной электро- ских порошков и органических компо- печи ЦЭП-214 при температуре +1100°С нентов (пасты) на полимерную плён- ангидрид помещаются в сито с шара- в среде влажного формиргаза. ку. Установка позволяет изготавливать металлизационную ленту шириной до ми согласно рецептуре (см. табл. 2) и ТЕПЛОВОЙ ПЕРЕНОС 150 мм со слоем пасты заданной тол- щины – от 10 до 180 мкм. устанавливаются на вибростенд. Остав- ТОПОЛОГИЧЕСКОГО РИСУНКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ шаяся взвешенная часть смеси порош- МЕТАЛЛИЗИРУЮЩЕЙ ЛЕНТЫ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ка помещается в барабан вместе с пла- Метод теплового переноса с исполь- МЕТАЛЛИЗИРУЮЩЕЙ ЛЕНТЫ зованием металлизирующей ленты стификатором, толуольным раствором состоит из четырёх операций: Технологический процесс изготовле- 1. Приготовление суспензии металли- ния металлизирующей ленты включает сополимера и ацетоном. После просе- в себя три основных стадии: изготовле- зационной пасты. ние смеси порошков заданного соста- ивания смесь порошков добавляется в 2. Изготовление равномерного метал- ва, изготовление суспензии металлиза- ционной пасты, получение металлизи- барабан, и осуществляется перемеши- лизационного слоя в виде ленты на рующей ленты. полимерной плёнке с использова- вание пасты на валках. Необходимая нием специальной установки ГМ На первом этапе производится взве- 975 (см. рис. 2) с движущейся несу- шивание порошков молибдена, мар- вязкость готовой пасты достигается в щей основой из полимерной плёнки. ганца и кремния и изготавливает- 3. Вырезание заготовок необходимой ся смесь этих компонентов в соотно- течение промежутка времени, равно- конфигурации из металлизационной шении 75/20/5%. Затем производится ленты с помощью лазера. помол и смешивание согласно рецеп- го 35–50 с. 4. Формирование рисунка на подложке туре (см. табл. 2) в стальном бараба- за счёт переноса на нагретую кера- не на валковой мельнице. Далее смесь Получение металлизирующей ленты мическую подложку топологическо- го рисунка, полученного на заготов- осуществляется методом литья суспен- зии металлизационной пасты на дви- жущуюся фторопластовую, майларо- вую (ПЭТ) или полиимидную плёнку на установке литья плёнки ГМ 975. Внеш- ний вид плёнок с нанесённым слоем металлизации показан на рисунке 3. Суспензия металлизационной пасты переливается в бачок (литье- вую коробку) установки литья, затем отливается металлизирующая плёнка с требуемой толщиной, которая зада- ётся посредством регулировки зазора между движущейся основой из фто- ропласта, майлара или полиимида и ракелем. Толщина металлизирующей плёнки составляет 30…40 мкм. После этого металлизирующая плёнка, нане- сённая на полимерную основу, разре- зается вместе с основой при помощи лезвия на полосы длиной 50 см, кото- рые складываются в стопку высотой 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ аб в Рис. 3. Плёнки с нанесённым металлизационным слоем: а) ПЭТ (лавсановая, майларовая); Рис. 4. Разрезанная и сложенная в стопку б) полиимидная; в) фторопластовая металлизирующая плёнка 8…10 см или весом не более 1,5…2 кг ческие подложки, рихтовки подложек 4. Патент США 2.843,517, 1958. (см. рис. 4). Стопки с металлизирую- с металлизационным подслоем, а так- 5. Патент ФРГ 1.063.717, 1959. щей плёнкой на полимерной осно- же представлен анализ достигнутых 6. Применение металлизирующей ленты ве помещаются в полиэтиленовый результатов. пакет и выдерживаются под грузом для получения надёжного спая между при комнатной температуре в тече- ЛИТЕРАТУРА металлом и керамикой. IRE Transaction ние 20–24 ч. В результате металлизи- on Electron Devices, 1961. IX. № 5. рующая плёнка получается плоской 1. Батыгин В.Н., Метёлкин И.И., Решет- 7. IRE International Convection Record, 1961. и готовой для переноса на керамиче- ников А.М. Вакуумно-плотная керами- NV 9. скую подложку в течение 30 суток при ка и её спаи с металлами. – М.: Энергия, 8. Способ приготовления ленты для металли- условии её хранения при температу- 1973. 408 с. зации керамических изделий. Авторское ре +3…+5°С. свидетельство № 165106, 1963. Бюллетень 2. Глинка С.Б. Металлизация алюмооксид- изобретений и товарных знаков. 1964. № 17. Во второй части статьи будут рас- ной керамики с помощью металлизаци- 9. Гликина С.Е., Золотова И.Н. Металли- смотрены технологии лазерной резки онной ленты. Вакуумплотная керамика и зирующая лента для металлокерамиче- металлизирующей плёнки, нанесения её спаи с металлами. Вып. 2(5). – ЦНИИ ских спаев. Электронное приборостро- рисунка с помощью ленты на керами- Электроника,1972. С. 39–41. ение. 1967. Вып. 3. С. 206–210. 3. Патент ФРГ 1.012.700, 1957. INDUSTRIAL MEMORY SOLUTIONS Серия S-40: карты памяти SD и MicroSD для эффективных промышленных применений • 4–32 Гбайт (MLC NAND Flash) • SD 3.0 (2.0), SDHC, Class 6 • Передача данных до 24 Мбайт/с • Автономная система управления данными • Защита от пропадания напряжения • Долгое время хранения данных при экстремальных температурах • Резервирование встроенного программного обеспечения • Сложный механизм распределения нагрузки и управления сбойными блоками • Обновление параметров и встроенного программного обеспечения • Контроль изменений в комплектации • Инструменты для диагностики Надежные, прочные, экономичные ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 31

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ О разработке программ и методик аттестации испытательного оборудования Евгений Николаев (ФГУП «ВНИИФТРИ»), листов, владеющих навыками и знани- Михаил Рагозин (АО «ТЕСТПРИБОР) ями в данной области. В статье анализируются типичные ошибки, возникающие при разработке Опыт, полученный специалистами программ и методик аттестации испытательного оборудования, ФГУП «ВНИИФТРИ» и АО «ТЕСТПРИ- рассматриваются конкретные примеры и предлагаются рекомендации БОР» при выполнении работ по атте- по устранению выявленных недостатков. стации ИО, позволяет провести квали- фицированную оценку проектов ПМА, Испытания продукции являются важ- ● метрологическую экспертизу про- разработанных сотрудниками сторон- ным и сложным процессом получения ектов программ и методик аттеста- них предприятий, и выявить недостат- информации о характеристиках объек- ции (или разработку программ и ме- ки, возникающие вследствие отсут- та и служат основой для объективной тодик аттестации – по решению за- ствия опыта выполнения данных работ оценки технического уровня и каче- казчиков); и знаний государственных стандартов. ства испытуемых изделий на всех ста- диях её жизненного цикла. Условием ● согласование и утверждение про- В приведённой ниже схеме отражены получения достоверной информации граммы и методики аттестации при основные критерии оценки правиль- о характеристиках испытуемых изде- положительных результатах метро- ности структурного построения доку- лий с гарантируемой оценкой точно- логической экспертизы; ментов и изложения в них метрологи- сти является применение современных ческих и методологических вопросов средств измерений (СИ) и испытатель- ● исследование основных точностных аттестации ИО. Рассмотрим основные ного оборудования (ИО), предназна- характеристик ИО; недостатки и ошибки, выявленные в ченного для воспроизведения усло- проектах ПМА в ходе оценки соответ- вий испытаний. ● оформление соответствующих до- ствия критериям, указанным в схеме на кументов по результатам исследо- рисунке 1. Более подробно остановим- ИО подвергают процедуре аттеста- вания характеристик, т.е. прото- ся на критериях № 1 и 4. ции в соответствии с требованиями кола аттестации и аттестата (при государственных стандартов. В резуль- положительных результатах атте- КРИТЕРИЙ № 1 тате аттестации определяется пригод- стации). ность данного оборудования для при- Действующим законодательством 1. В ПМА отсутствуют численные зна- менения при испытаниях продукции. чения диапазонов параметров, их до- Согласно требованиям стандартов, про- установлены определённые требова- пустимых отклонений (погрешно- цедура аттестации должна включать в ния к организации и порядку прове- стей измерений), вследствие чего не- себя следующие мероприятия: дения метрологической экспертизы, возможно определить объём работ, ● разработку проектов программ и ме- но стоит отметить, что при этом про- обоснованность выбора средств из- екты программ и методик аттестации мерений (СИ) для контроля харак- тодик аттестации ИО; (ПМА) могут разрабатываться на тер- теристик ИО и провести оценку точ- ритории любого предприятия, эксплу- ности измерений. атирующего ИО, при наличии специа- Правильный выбор параметров ИО и Оценка обоснованности Оценка соответствия Оценка их допустимых границ является одним выбора и достаточности точности измерений и обоснованности из важнейших этапов построения ПМА. обработки измерительной выбора средств Именно при решении этого вопроса у состава параметров, измерений для специалистов при разработке ПМА воз- их значений и допускаемых информации при проведения аттестации никает больше всего проблем. Основ- отклонений, контролируемых аттестации требуемым ными техническими параметрами характеристикам ИО ИО ИО, требующими определения и под- при аттестации, для тверждения при аттестации, должны определения характеристик ИО 2 3 являться воспроизводимые параме- 1 тры, которые непосредственно созда- Контроль выполнения ются для испытаний изделий. Состав требований государственных Основные воспроизводимых параметров, а также их допустимых отклонений, как пра- стандартов и ДСОП к 8 критерии оценки Оценка соответствия вило, должен определяться в соответ- отчётным документам по правильности 4 методик выполнения ствии с техническими условиями или результатам аттестации ИО программами испытаний изделий, экс- разработки ПМА измерений положениям плуатационной документацией на ИО Контроль правильности (например, паспорт или техническое применения в ПМА ИО ГОСТ Р 8.563-2009 описание), государственными стандар- терминов, определений, наименований величин 7 и их единиц, полноты и 65 правильности изложения Проверка установления в Оценка правильности ПМА ИО требований к установления требований к поверке используемых средств измерений порядку обработки и представлению в протоколах аттестации результатов измерений Рис. 1. Структурная схема критериев оценки разработанных ПМА 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

Реклама

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ тами (в которых могут быть изложены ную документацию на аппарат. Далее, дукции, т.к. государственные стандар- требования к оборудованию, применя- в разделе «Метрологическое обеспече- ты этого не запрещают. емому при испытаниях изделий) и др. ние аттестации» указано СИ «термометр лабораторный» с описанием основных КРИТЕРИЙ № 2 Следует учитывать, что, кроме вос- метрологических характеристик. В свя- производимых параметров, у ИО име- зи с отсутствием информации о номи- Не обеспечивается требуемая точность ются также иные технологические нальном значении и допустимом откло- измерений при определении основных параметры, отвечающие требовани- нении параметра невозможно сделать точностных характеристик ИО. ям техники безопасности и обеспе- вывод о правильности выбора данного чивающие функционирование ИО. термометра, так как непонятно, удов- Пример. При определении выходно- К таким технологическим параметрам летворяет термометр требованиям к го напряжения с допустимым откло- можно отнести: диапазону и погрешности измерений нением ±1 В, установленным в ЭД на ● характеристики питающей сети, та- или нет. ИО, используется вольтметр с абсо- лютной погрешностью измерений кие как напряжение и частота пере- Рекомендации: ±0,5 В. При оценке точности измере- менного тока; ● изучить эксплуатационную докумен- ний рассчитывается коэффициент ● геометрические размеры составных точности измерений (КТ), равный частей ИО, если они не используют- тацию (ЭД) на все типы аппаратов, отношению допустимого отклонения ся при расчётах воспроизводимых под которые подходит данная ПМА, напряжения к погрешности использу- параметров и не требуют контроля и записать для каждого из них свой емого вольтметра. После проведения с применением СИ; диапазон температуры каплепадения расчётов установлено: фактический ● давление в системе подачи жидкого и допустимое отклонение; КТ равен 2, что не соответствует тре- азота в испытательную камеру хо- ● проанализировать диапазон темпе- бованиям документов, согласно кото- лода, контролируемое по индика- ратуры каплепадения для каждого из рым фактический КТ должен быть не торным устройствам с целью оцен- аппаратов и определить общий диа- менее 3. ки правильности работы насосной пазон указанного параметра, а затем системы; оценить, перекрывает ли используе- Рекомендации: ● сопротивление изоляции токоведу- мый при аттестации термометр об- ● выбрать СИ, обеспечивающее тре- щих систем и др. щий диапазон параметра. Следующим этапом после опреде- 2. Наименование параметров, их зна- буемый коэффициент точности не ления состава, диапазона и допусти- чения, допустимые отклонения (по- менее 3; мых отклонений параметров являет- грешности измерений), приведён- ● скорректировать ЭД на ИО, расширив ся выбор СИ для контроля этих пара- ные в ПМА, могут не соответствовать границы допустимого отклонения. метров. СИ следует выбирать исходя из данным, указанным в эксплуатаци- его метрологических характеристик, онной документации, ГОСТах, ме- КРИТЕРИЙ № 3 позволяющих провести измерения тодиках испытаний, технических параметра в требуемом диапазоне. При условиях. 1. Выбор СИ для контроля параме- этом пределы погрешности выбранно- Пример. В ПМА на климатическую тра ИО не является обоснованным, го СИ должны обеспечивать необходи- камеру тепла-холода, разработанную т.к. оно не обеспечивает достовер- мую точность измерений. При выборе в соответствии с государственными ность измерений указанного в ПМА СИ его точность должна быть достаточ- стандартами на проведение испыта- параметра. но высокой по сравнению с допусти- ний изделий, в диапазоне воспроизво- Пример. В ПМА камеры тепла и холо- мым отклонением измеряемого пара- димых камерой температур от –50 до метра. +50°С установлено допустимое откло- да объёмом 1 м3 в качестве применяе- Для оценки точности измерений нение ±3°С, что не соответствует тре- мого СИ указан измеритель температу- используется величина, называемая бованиям ГОСТов, устанавливающих ры с возможностью подключения 8 тер- коэффициентом точности, которая рас- допустимое отклонение к данному диа- мометров сопротивления, что является считывается как отношение допустимо- пазону температур ±2°С. недостаточным условием для проведе- го отклонения параметра к погрешно- Рекомендации: ния аттестации согласно требованиям сти измерений, основной составляющей ● так как ПМА ссылается на комплекс ГОСТ Р 53618-2009, где изложены мето- которой является суммарная погреш- государственных стандартов на про- дические рекомендации по определе- ность СИ. Для обеспечения приемлемой ведение испытаний изделий, необхо- нию характеристик температурного точности и достоверности измерений димо руководствоваться требовани- воздействия в 9 точках полезного объ- следует выбирать средства измерений ями этих стандартов, т.е. установить ёма камеры. исходя из значения коэффициента точ- допустимое отклонение ±2°С к диапа- ности, равного 3. зону воспроизводимых камерой тем- Рекомендации: Пример. В ПМА аппаратов горю- ператур от –50 до +50°С; ● подобрать измеритель температуры че-смазочных материалов в табли- ● исключить из ПМА ссылки на дан- це основных точностных характери- ные ГОСТы; с возможностью подключения боль- стик приведён параметр «Температура ● текст ПМА необходимо дополнить шего количества термометров сопро- каплепадения контрольного образ- примечаниями о том, что допусти- тивления; ца», при этом в графах «Номинальное мое отклонение может быть указано ● убедиться в том, что измеритель тем- значение» и «Допустимое отклоне- исходя из требований ЭД на данную пературы внесён в Федеральный ин- ние» даны ссылки на эксплуатацион- камеру или методик испытаний про- формационный фонд по обеспече- нию единства измерений (ГРСИ РФ); ● провести оценку точности измере- ний выбранного СИ. 2. В разделе «Метрологическое обеспе- чение аттестации» ПМА отсутствуют СИ для контроля основного параме- 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ тра ИО или характеристики условий измерений, подтверждающей правиль- испытательного режима к погрешно- проведения аттестации. ность расчётов суммарной погрешно- сти СИ или об отношении требуемой Пример. В ПМА на стенд гидравли- сти измерений первичного преобразо- погрешности измерений к фактиче- ческих испытаний отсутствует СИ для вателя и АЦП. ской при наличии параметров с одно- контроля температуры окружающей 2. В ходе рассмотрения ПМА установле- сторонним допуском в виде «не более» среды, что недопустимо, т.к. при атте- и «не менее». Это не позволяет оценить стации используется образцовый мано- но отсутствие методики измерений точность измерений и провести атте- метр, основная погрешность которого параметра, рассчитываемого в ПМА стацию ИО. подтверждена в узком диапазоне тем- косвенным методом с использовани- ператур окружающей среды. Если не ем СИ разноимённых величин. Рекомендации: установить в ПМА тре- измерить эту температуру, то невоз- Пример. В ПМА на специфическое бования к используемым СИ при атте- можно провести оценку достоверно- ИО (стенд с кривошипно-шатунным стации ИО в соответствии с государ- сти измерений воспроизводимого стен- механизмом) присутствует характери- ственными стандартами. дом давления. стика «Скорость перемещения ползу- Рекомендации: подобрать СИ темпе- на», которую невозможно проконтро- КРИТЕРИЙ № 7 ратуры окружающего воздуха, внесён- лировать методом прямых измерений ное в ГРСИ РФ и обеспечивающее точ- в связи с отсутствием необходимых В тексте ПМА применяются некор- ность измерений. СИ, занесённых в ГРСИ РФ. При этом ректные термины и определения, име- на момент разработки ПМА с исполь- ются ошибки в оформлении, орфогра- КРИТЕРИЙ № 4 зованием расчёта скорости переме- фии и пунктуации, например: щения через частоту вращения вала ● в тексте ПМА приведена запись ди- 1. В ходе рассмотрения ПМА установ- и номинальное перемещение пол- лено, что измерительный канал, ис- зуна не была разработана и аттесто- апазона частот колебаний синусои- пользуемый для контроля одного вана методика выполнения измере- дальной вибрации в виде «от 5 Гц до из параметров объекта испытаний ний, обеспечивающая необходимый 3000 Гц», что является некорректной и состоящий из первичного пре- результат с установленными и под- записью диапазона в соответствии с образователя, коаксиального кабе- тверждёнными показателями точно- п. 4.2.11 ГОСТ 2.105-95; ля и вторичного аналого-цифрово- сти. ● в тексте ПМА при указании значе- го преобразователя (АЦП), поверен Рекомендации: разработать и про- ния пониженного давления с пре- поэлементно. вести аттестацию методики выпол- дельным отклонением приведена При аттестации ИО специфического нения измерения в соответствии с запись «1333 ± 133,3 Па», которая яв- ГОСТ Р 8.563-2009 до разработки ПМА ляется некорректной записью в со- назначения часто применяются изме- и проведения её экспертизы. ответствии с п. 8.5 ГОСТ 8.417-2002; рительные системы, включающие в ● в тексте ПМА некорректно приведена себя измерительные каналы, состоя- КРИТЕРИЙ № 5 запись числовых значений и обозначе- щие из следующих компонентов: ний единиц величин «10А», «мм. рт. ст.», ● первичный преобразователь, фор- В ПМА отсутствует раздел «Обработ- «±2%», что является нарушением тре- ка, анализ и оценка результатов атте- бований ГОСТ 8.417-2002; мирующий аналоговый сигнал (си- стации», что является нарушением тре- ● в ПМА оформлена таблица с обозначе- ла тока, сопротивление, напряже- бований государственных стандартов. нием и наименованием «Таблица 1. Ха- ние и т.п.); рактеристики ИО, определяемые при ● кабель подключения первичного пре- Пример. В ПМА на климатическую аттестации», что является нарушением образователя к модулю ввода данных камеру тепла и холода отсутствует требований п. 4.4.1 ГОСТ 2.105-95. Пра- АЦП; вышеуказанный раздел, который содер- вильное написание наименования та- ● АЦП. жит формулы для расчётов средних блицы в соответствии с ГОСТ 2.105-95 При этом, помимо контроля воспро- значений температуры, действитель- выглядит следующим образом: «Та- изводимых параметров ИО, такие кана- ных отклонений, градиентов, вариа- блица 1 – Характеристики ИО, опре- лы применяются для измерений пара- ции, колебаний температуры и т.д. Эти деляемые при аттестации». метров изделий при испытаниях. Если данные используются впоследствии Рекомендации: перед разработ- для измерений воспроизводимых пара- при аттестации на этапе составления кой проектов ПМА необходимо изу- метров применения измерительных протокола и проведения расчётов. чить требования ГОСТ 2.105-95 и каналов, поверенных поэлементно ГОСТ 8.417-2002 и применить их на (первичное и вторичное СИ поверяет- Рекомендации: дополнить ПМА раз- практике. ся по отдельности), достаточно, то для делом, включающим формулы расчётов использования этих каналов для кон- характеристик климатической камеры. КРИТЕРИЙ № 8 троля характеристик объекта испыта- ний требуется провести испытания в КРИТЕРИЙ № 6 В тексте ПМА отсутствуют ссылки на целях утверждения типа и последую- государственный военный стандарт, щую поверку измерительного канала В ПМА отсутствуют требования к при- регламентирующие форму отчётных целиком. Так как процедура утвержде- меняемым при аттестации СИ. документов по результатам аттеста- ния типа измерительной системы требу- ции ИО. ет много времени и средств, оптималь- Пример. В ПМА ИО не указано, что ным решением проблемы соблюдения применяемые при аттестации СИ долж- Пример. ПМА по наименованию требований законодательства может ны быть поверены в соответствии с распространяется на первичную и стать разработка и аттестация методики действующим законодательством, а периодическую аттестацию, однако также не приведены положения об в разделе «Требования к отчётности» отношении допускаемого отклоне- отсутствуют положения об оформ- ния воспроизводимого параметра СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 35

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ лении результатов при проведении ЗАКЛЮЧЕНИЕ комендации, при разработке ПМА и периодической аттестации со ссыл- последующем проведении исследо- кой на конкретные пункт или при- Во избежание возникновения пере- ваний характеристик ИО на момент ложение государственного военно- численных выше проблем специали- аттестации; го стандарта. стам метрологических отделов орга- ● применению при разработке ПМА низаций следует уделять больше вни- практических навыков работы с Рекомендации: раздел «Требования к мания: ИО, знаний о целях применения отчётности» должен полностью отра- ● изучению ГОСТов, в которых изложе- такого ИО, рабочей конструктор- жать требования государственного ской и эксплуатационной докумен- военного стандарта в части требова- ны требования к организации и по- тации, методик проведения испы- ний к оформлению результатов атте- рядку разработки ПМА; таний. стации и отчётных документов. ● изучению нормативных докумен- тов, содержащих методические ре- НОВОСТИ МИРА Тематика и формат мероприятия были зидент РФ отметил: «Основной задачей выбраны неслучайно. 24 января 2018 го- российской промышленности является ос- В ЗОНЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ: да Владимир Владимирович Путин в рам- воение производства современной и конку- БИЗНЕС-СТРАТЕГИИ ДЛЯ ках рабочей поездки посетил ПАО «Объ- рентоспособной гражданской продукции». единённая двигателестроительная корпо- РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА рация – Уфимское моторостроительное Учитывая реалии современного рынка и ГРАЖДАНСКОЙ ПРОДУКЦИИ производственное объединение», где ос- плановый характер государственного обо- мотрел детали и узлы перспективных вер- ронного заказа (ГОЗ), посыл Президента вы- 17 апреля 2018 года в рамках выставки толётных двигателей и ознакомился с про- звал множество толкований и обсуждений. «ЭкспоЭлектроника 2018» состоялась от- дукцией гражданского назначения. На пло- При том что приказы главнокомандующего крытая пленарная дискуссия на тему ди- щадке предприятия прошло совещание по не обсуждаются, в данном случае речь идёт версификации производства «В зоне тур- вопросам диверсификации производства пока только о рекомендациях. Следователь- булентности: бизнес-стратегии для разви- продукции гражданского назначения ор- но, есть время и на обсуждение проблемати- тия производства гражданской продукции». ганизациями ОПК, в ходе которого Пре- ки, и на обдумывание стратегии и тактики, и на принятие взвешенного решения. Соорганизатором данного мероприятия выступил журнал «Современная электро- ника», а модератором дискуссии стал глав- ный редактор журнала Алексей Смирнов. 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ В этом ключе прошедшая дискуссия мо- сия Григорьева, директор по маркетингу на Покровского о том, что диверсифициро- жет оказаться весьма полезной для всех АО «Авангард». вать ОПК не нужно, спровоцировало шквал игроков данного сектора, поскольку на од- комментариев со стороны представителей ной площадке встретились представители Прозвучавшие доклады вызвали немало государственных регуляторов. бизнес-структур и государственных учреж- вопросов из зала. Аудитория пыталась ра- дений. зобраться не только в актуальности самой Подробный материал о данной откры- диверсификации, но и, собственно, в необ- той дискуссии читайте в следующем номе- На открытую трибуну поднялись Миха- ходимости этих действий. Заявление Ива- ре «Современной электроники». ил Фельдман, руководитель аппарата ге- нерального директора АО «ЦНИИ „Электро- ника“»; Иван Покровский, исполнительный директор АРПЭ и генеральный директор Информационно-аналитического центра современной электроники; Антон Больша- ков, директор по маркетингу группы компа- ний «ОСТЕК»; Максим Кузюк, генеральный директор АО «РТИ»; Михаил Павлюк, гене- ральный директор АО «ПКК Миландр», и Владимир Зайцев, генеральный директор КП «Корпорация развития Зеленограда». Их оппонентами стали Павел Куцько, ди- ректор ФГУП «МНИИРИП»; Алёна Фомина, генеральный директор АО «ЦНИИ „Элек- троника“»; Татьяна Львова, руководитель Управления взаимодействия с органами государственной власти АО «Росэлектро- ника»; Вадим Лысов, директор по произ- водству НПФ «ДОЛОМАНТ», и Анаста- МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ ДРАЙВЕРОВ Светодиодные драйверы с интегрированным силовым МОП-ключом и активным ККМ ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 37

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ Технологическая оснастка для проведения входного контроля ЭКБ Денис Роев ([email protected]), и стоимость материалов и комплек- Сергей Бызов ([email protected]) тующих, используемых в процессе её изготовления. Сегодня каждый из специализированных испытательных центров использует специальную технологическую оснастку для проверки Существует несколько стандартных электронной компонентной базы (ЭКБ). В статье описаны типы решений в этой области. применяемых технологических оснасток с их достоинствами и недостатками. Самым очевидным может стать покупка готовой оснастки непосред- Современная аппаратура, создавае- соисполнителей современные испыта- ственно у производителей ЭКБ либо мая на российских предприятиях при- тельные центры, силами которых про- у специализированных организаций. боростроения, содержит в себе сотни и водятся сертификационные и ресурс- На практике такой способ себя дис- тысячи электронных компонентов. Тре- ные испытания ЭКБ иностранного кредитирует. Импортные производи- бования, предъявляемые заказчиками к производства, а также дополнитель- тели в условиях современных реалий, предприятиям-изготовителям данной ные отбраковочные испытания ЭКБ а также с учётом санкционной поли- аппаратуры, ставят в основной прио- отечественного производства. Рабо- тики западных государств, либо не ритет её высокую надёжность и макси- та испытательных центров в данном предоставляют на российском рын- мально возможный срок эксплуатации. направлении позволяет практически ке подобных услуг, либо их предо- Эти характеристики имеют прямую исключить установку в аппаратуру ставление носит крайне ограничен- зависимость от применения в составе потенциально ненадёжных электрон- ный характер. Отечественные изго- изделий высоконадёжных электрон- ных компонентов. товители ЭКБ вовсе не поддерживают ных компонентов. данных потребностей испытательных Проведение испытаний ЭКБ на эта- центров. Также следует отметить, что На сегодняшний день существует пе входного контроля в части параме- сроки производства при заказе техно- вероятность выявления дефектов в трических измерений не представля- логической оснастки по разработан- партиях ЭКБ, поступающих в порядке ется возможным без применения спе- ной КД в специализированных орга- комплектования к изготовителю аппа- циальной технологической оснастки. низациях составляют от 2-х до 6-ти ратуры. Данная вероятность обуслов- месяцев. Во всех случаях немаловаж- лена как наличием заводского брака, Создание технологической оснаст- ным фактором стоит считать эконо- так и присутствием на рынке ЭКБ кон- ки представляет собой комплекс меро- мическую составляющую, так как трафактной низкокачественной про- приятий от разработки конструктор- покупка готовой технологической дукции. ской документации (КД) до изготов- оснастки на стороне всегда приводит ления готового к использованию к многократному увеличению стои- В рамках решения проблем по обе- образца. От сложности проверяе- мости и сроков проведения испы- спечению своего производства высо- мого элемента зависит в целом как таний в целом, что является недопу- конадёжными электронными компо- сложность разработки самой оснаст- стимым для клиентов испытательных нентами предприятия-изготовители ки, требующей высокой квалифика- центров. аппаратуры привлекают в качестве ции инженеров-разработчиков, так Именно поэтому испытательный Рис. 1. Специальные ZIF-панели для проверки ЭКБ центр ООО «РАДИОАВТОМАТИКА» в рамках исполнения обязательств по договорам с заказчиками максималь- но задействует собственные кадро- вые, научные и производственные ресурсы. Наиболее доступным вариантом техно- логической оснастки является печатная плата со специальным контактирующим устройством, в частности ZIF-панелью (от англ. Zero Insertion Force – нулевое усилие вставки) (см. рис. 1) Данный вид разъё- мов оборудован подвижной планкой с управляющим ею рычагом, с помо- щью которой проверяемые изделия, имеющие множество выводов, сое- диняются без применения усилия к ним. Это позволяет осуществлять мно- 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

Реклама

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ Рис. 2. Технологическая оснастка для проверки изделий в BGA-корпусах Рис. 3. Простые печатные платы без контактирующих устройств гократную их замену с исключением При наличии специального фре- устройств и ZIF-панелей для BGA- возможности повреждения контактов. зерного станка для печатных плат корпусов. данная технологическая оснастка Данное решение позволяет прово- с высокой точностью исполнения Для разработки технологической дить быстрый монтаж и демонтаж может быть изготовлена на месте, оснастки, предназначенной для про- проверяемых микросхем и с помо- без обращений к сторонним орга- верки СВЧ-изделий, необходимо щью выводов технологической оснаст- низациям. Минусом такого реше- использовать или специальные ZIF- ки контролировать необходимые элек- ния является невозможность провер- панели, или простые печатные пла- трические параметры. ки сложных микросхем, например, в ты без контактирующих устройств BGA-корпусе. Также имеется вероят- (см. рис. 3). Самым дорогим, но при этом ность случайного смещения изделия самым эффективным представите- относительно контактных площадок, Возможные варианты исполне- лем технологической оснастки явля- что может привести к потере рабо- ния технологической оснастки так- ются специальные комплексы авто- тоспособности изделия и является же дополняются различными цепями матизированной проверки электри- критичным при проверке давальче- защиты и индикации. Это позволяет ческих параметров. Такие комплексы ской продукции в виду ограниченно- максимально оптимизировать про- позволяют в максимально сжатые го количества и возможной высокой цесс проверки изделий в части просто- сроки получить полный набор про- её стоимости. ты использования и сокращения вре- веряемых характеристик с мини- менных затрат. мальным участием человека в изме- Компромиссным вариантом изготов- рениях. Оператору требуется только ления специальной технологической Каждый испытательный центр фиксировать полученные значения оснастки является сочетание печат- использует наиболее подходящие для и осуществлять операцию загруз- ной платы с трафаретом из оргстек- себя решения в области изготовления ки/выгрузки проверяемого изделия. ла, который используется для позици- технологической оснастки. Основным Основными и самыми критичными онирования испытуемого изделия и критерием выбора является безуслов- недостатками являются высокая сто- исключает возможность случайного ное выполнение требований заказчи- имость и полная технологическая сдвига. Крепление трафарета к печат- ка в части жёстко заданных времен- «зависимость» от поставщика дан- ной плате осуществляется с помощью ных рамок, обусловленных непре- ных комплексов в виду невозможно- винтов или клея. Данное решение тре- рывным циклом производства на сти осуществления самостоятельной бует наличия специальных средств для предприятиях-изготовителях аппа- разработки и внедрения устройств изготовления трафарета из оргстекла ратуры и экономической целесо- для проверки новых типов изделий. нужной формы. образностью. С учётом постоянного форсирован- ного развития и обновления рынка Наиболее трудоёмкими техноло- Специалистами испытательного электронных компонентов, в обяза- гическими оснастками в части раз- центра ООО «РАДИОАВТОМАТИКА» тельном порядке должен проводить- работки КД и изготовлении являют- при проведении испытаний ЭКБ при- ся экономический анализ с целью ся оснастки для проверки изделий в меняется дифференцированный под- оценки целесообразности приме- BGA-корпусах (см. рис. 2) и изделий ход к выбору решения по изготовле- нения и оснащения испытательных СВЧ-диапазона. нию технологической оснастки, что центров данными автоматизирован- позволяет прийти к компромиссу с ными комплексами. Изделия в BGA-корпусе могут иметь заказчиком, определяя максимально свыше 1000 выводов, что влечёт за выгодное соотношение между необхо- Наименее затратным вариантом собой большие трудозатраты на трас- димой полнотой проверки исследуе- является печатная плата без контакти- сировку печатной платы техноло- мых параметров, удобством и универ- рующего устройства – контакт прове- гической оснастки и на её сборку. сальностью использования оснастки ряемого изделия осуществляется путём Также необходимо учитывать высо- во время проведения работ, а также прижима его к плате. кую стоимость контактирующих стоимостью и сроками её разработ- ки и изготовления. 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

Серия PFE модульных AC/DC-преобразователей: • Диапазон входных напряжений: ~ 85-265 B • Коэффициент мощности: 0,95 • Ряд выходных напряжений: 12, 28, 48 B • Выходная мощность: 300-1000 Вт • КПД: до 90% • Напряжение пробоя (вход-выход): 3000 В (DC) • Тип корпуса: BRICK c металлическим основанием • Диапазон рабочих температур: –40...+100 °С АВТОРИЗОВАННЫЙ СЕРВИСНЫЙ ЦЕНТР • ПРОРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ • ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ • СКЛАД ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Комплексный анализ для быстрой отладки автомобильных сетей Ethernet Эрнст Флемминг (Rohde & Schwarz) щей передачи данных в целях обеспе- чения надёжной передачи сигнала с Разработчики электронных блоков управления (ECU) теперь могут одновременной минимизацией утеч- использовать осциллограф также и для отладки автомобильных ки на ВЧ через кабель. По сравнению со сетей Ethernet. Для неинтрузивного доступа к сигналу требуется стандартом Ethernet 100BASE-Tx, кото- соответствующая опция синхронизации и декодирования блоков рый не требует использования эквалай- данных, а также измерительная плата. зеров, сигналы систем 100BASE-T1 зна- чительно искажены из-за применения Разработчикам электронных бло- ленности был разработан 100BASE-T1 функции предыскажения. Как след- ков управления (ECU) с автомобиль- Ethernet-интерфейс, работающий на ствие, разработчики не могут оцени- ным Ethernet-интерфейсом необхо- основе технологии BroadR-Reach® и вать сигнал на основании одного лишь димо выполнять проверку работоспо- стандартизированный рабочей груп- анализа уровней сигналов электриче- собности своих устройств. Однако пой IEEE 802.3bw. ских шин. если проблемы возникают в ходе передачи сигнала, простого анали- Технология 100BASE-T1 использу- На рисунке 1 для сравнения пред- за Ethernet-протокола, как правило, ет Ethernet с полнодуплексной пере- ставлены сигналы 100BASE-Tx (а) и оказывается недостаточно. Опти- дачей данных по неэкранированной 100BASE-T1 (б) в автомобильных сетях. мальным решением этой проблемы витой паре. Сигналы 100BASE-T1 моду- На рисунке 1а чётко видны три уровня является новая опция синхрониза- лированы по схеме PAM-3 (амплитуд- сигнала и крутые фронты при переклю- ции и декодирования блоков данных но-импульсная модуляция), где уров- чении уровней. На рисунке 1б три уров- для осциллографов, представленная ни дифференциального сигнала нахо- ня сигнала PAM-3 не всегда чётко раз- компанией Rohde & Schwarz. Опция дятся в диапазоне от –1 до +1 В. При личимы из-за выполненных эквалай- позволяет разработчикам выпол- этом скорость передачи данных (до зером предыскажений. нять запуск по передаваемым данным 100 Мбит/с) значительно выше, чем Ethernet-протокола, декодировать в традиционных шинных системах, ИСПЫТАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ содержимое и соотносить времен- таких как CAN. ETHERNET-ИНТЕРФЕЙСОВ ные интервалы с таймингами сигна- лов электрических шин. Всё это зна- Передатчик преобразует частотные Характеристики интерфейсов чительно ускоряет анализ проблем в характеристики сигналов 100BASE-T1 100BASE-T1 определены специфи- ходе отладки. для обеспечения надёжной передачи кацией IEEE. С помощью стандарти- с минимальной утечкой на ВЧ через зированных испытаний на соответ- Автомобильный Ethernet обретает неэкранированный кабель. Стандарт ствие разработчики могут измерять всё большую популярность в качестве 100BASE-T1 требует наличия эквалай- электрические характеристики интер- быстрой шинной системы для автомо- зера в передатчике. После установле- фейса с использованием осциллогра- бильных приложений, таких как систе- ния соединения интегральные схемы фа и анализатора цепей в лаборатор- мы содействия водителю и информаци- PHY 100BASE-T1 измеряют амплитуд- ных условиях. Инструменты для ана- онно-развлекательные системы. В этих но-частотную характеристику (АЧХ) лиза Ethernet-протокола, такие как целях для автомобильной промыш- кабеля. Эквалайзеры выполняют пре- Vector CANoe или Wireshark, обыч- дыскажение сигналов для последую- но используются для проверки элек- аб Рис. 1. Дифференциальный сигнал 100BASE-Tx (а) и сигнал стандарта 100BASE-T1 (б) в автомобильных сетях 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ тронного блока управления (ECU) на В этих целях измерительная Ethernet- Рис. 2. Измерительная плата R&S RT-ZF5 предмет правильности передачи дан- плата R&S RT-ZF5 (см. рис. 2) оборудо- для Ethernet ных. Инструменты такого типа позво- вана соответствующими направленны- ляют записывать весь поток Ethernet- ми ответвителями. После подключения ными адресами источника и приём- данных и предоставляют возможности в линию Ethernet измерительная плата ника. для проведения комплексного анали- позволяет разделять потоки данных для за. Однако ошибки передачи проявля- неинтрузивной записи передаваемых АНАЛИЗ ОШИБОК В БЛОКАХ ются исключительно в виде ошибок в данных стандарта 100BASE-T1 с помо- блоках данных, поэтому выполнение щью осциллографа. ДАННЫХ углублённого анализа причин их воз- Временны′ е соотношения между никновения невозможно. Как прави- На рисунке 3 показано декодирова- ло, для этого необходим осциллограф ние обоих потоков данных стандар- данными, передаваемыми по шине, и с опцией синхронизации и декодиро- та 100BASE-T1 при полнодуплексной другими сигналами могут быть выяв- вания блоков данных. передаче данных. MAC-кадр представ- лены в ходе декодирования данных лен в цвете, тогда как непрерывно пере- 100BASE-T1. Например, в целях отлад- С помощью новой опции синхрони- даваемые пустые кадры отображают- ки пользователи могут определить вре- зации и декодирования блоков данных, ся серыми. мя начала работы ECU, настроив запуск представленной компанией Rohde & осциллографа по напряжению пита- Schwarz для шины 100BASE-T1, разра- Тем не менее, записанные сигна- ния 12 В и измерив время, прошедшее ботчики ECU смогут наконец непосред- лы значительно искажаются эквалай- до получения первого действительного ственно соотносить электрические сиг- зером, используемым в передатчи- блока данных. Стабильность передачи налы с содержимым переданных бло- ке 100BASE-T1. Перед последующей данных по шине также может быть лег- ков данных в ходе анализа. Например, обработкой сигналы проходят пред- ко проверена: разработчик настраива- ошибки шины, которые возникают в варительное выравнивание с приме- ет прибор на запуск по кратковремен- автомобильных приложениях Ethernet, нением сложных алгоритмов и затем ным прерываниям напряжения пита- теперь могут быть устранены так же декодируются. Осциллограф восста- ния и затем анализирует прерывания, просто, как и в случае традиционных навливает блоки данных в ходе декоди- возникающие при обмене данными шин CAN (для которых также представ- рования и отображает все переданные по шине. Большое количество преры- лены высокопроизводительные опции блоки данных и пустые кадры. Декоди- ваний сигнализирует о значительном синхронизации и декодирования бло- рованные блоки данных отображают- ухудшении стабильности передачи ков данных). ся в виде сигналов шины с цветовым данных. кодированием, а также в табличном СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ формате. Это позволяет разработчи- С помощью осциллографа, обору- кам соотносить фактические сигналы дованного опцией синхронизации и СИНХРОНИЗАЦИИ 100BASE-T1 с переданными данными И ДЕКОДИРОВАНИЯ БЛОКОВ протокола для выполнения подробно- ДАННЫХ В АВТОМОБИЛЬНЫХ го анализа. ПРИЛОЖЕНИЯХ ETHERNET На рисунке 4 представлено декоди- рование уровней сигнала 100BASE-T1 При обмене данными в рамках стан- электрической шины: чётко видны два дарта 100BASE-T1 оба потока данных уровня дифференциального сигнала передаются по витой паре одновре- 100BASE-T1 и содержимое декодиро- менно. Если пользователь регистриру- ванного блока данных. ет уровень сигнала шины с помощью осциллографа, для обеих шин измеря- Благодаря расширенным возмож- ются наложенные потоки данных. Без ностям синхронизации разработчи- разделения этих потоков выполне- ки могут также, например, отображать ние требуемого анализа невозможно. отдельные блоки данных с конкрет- Рис. 3. Декодирование обоих потоков данных стандарта 100BASE-T1 при Рис. 4. Декодирование уровней сигнала 100BASE-T1 электрической шины полнодуплексной передаче данных WWW.SOEL.RU 43 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Рис. 5. Структура измерений на всех семи уровнях сетевой модели OSI Рис. 6. Анализ спорадических прерываний при обмене данными по шине с использованием сочетания функций протокольного и частотного анализа Рис. 7. Готовое решение на базе осциллографа R&S RTO2044 декодирования блоков данных, мож- вается. На нижней диаграмме постро- измерительную плату для неинтрузив- но выполнять измерения на всех семи ен частотный спектр сигнала помехи ного доступа к сигналу. Разработчи- уровнях сетевой модели OSI, что обе- (серая область). На частоте 2 МГц чётко ки могут использовать комплексные спечивает широкий спектр возможно- виден пик сигнала. Очевидно, что этот функции синхронизации и отображе- стей для проведения испытаний и ана- сигнал помехи вызвал прерывание на ния для переданных блоков данных лиза (см. рис. 5). шине. Использование функций декоди- на этапе наладочных работ. Отобра- рования в сочетании с другими инстру- жаемая декодированная информация Устранение спорадических оши- ментами анализа, представленными в коррелируется по времени с электри- бок шины, возникающих в резуль- осциллографе (например, частотный ческим сигналом, что позволяет поль- тате взаимного влияния источников анализ), значительно упрощает выпол- зователям выполнять анализ данных помех, может оказаться трудной зада- нение такой отладки. Например, осцил- протокола в ходе отладки и оператив- чей без использования дополнитель- лограф позволяет моментально обна- но выявлять причины возникновения ных возможностей анализа. Декоди- руживать помехи, которые было бы любых ошибок шины. руя передаваемые данные 100BASE-T1, непросто выявить с помощью других разработчики могут выполнять ана- методов. Помимо рассмотренной в статье лиз обмена данными по шине на опции синхронизации и декодирова- всех протокольных уровнях с соот- ЗАКЛЮЧЕНИЕ ния блоков данных 100BASE-T1, ком- ветствующей временной корреляци- пания Rohde & Schwarz предлагает ей для определения взаимного влия- Компания Rohde & Schwarz пред- готовые решения (см. рис. 7) для про- ния источников помех. лагает разработчикам электронных ведения испытаний на соответствие блоков управления (ECU) с автомо- автомобильных Ethernet-интерфейсов Например, в случае измерения, пред- бильными Ethernet-интерфейсами требованиям стандартов 100BASE-T1 и ставленного на рисунке 6, MAC-кадр и полнофункциональную опцию син- 1000BASE-T1, а также испытаний кабель- пустые кадры правильно передают- хронизации и декодирования блоков ных сегментов с использованием осцил- ся в начале записи. Однако в середине данных 100BASE-T1, включающую лографа и анализатора цепей. записи поток данных внезапно преры- 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

Облачные технологии 35% Eurotech для автоматизации 15% КорпоративнАынеаплриизлотженедниеянций 15% ЭнерПгорпогнозируемое техни 15% КонтМроолньиотсовреищнегнрнаобсотитоспособности ческое обслуживание Контроль доступа отреблениТеехобслуживание Контроль окружающей ср еды по запросу Решения Eurotech позволяют заказчикам удобно и безопасно подключать оборудование и датчики к корпоративным программным приложениям с помощью Everyware CloudTM — M2M-платформы. Выполняемые функции • Простая интеграция с корпоративными приложениями • Управление устройством • Сбор потоков данных с различных устройств • Приложение для устройства и управления в реальном времени жизненным циклом • Анализ данных в реальном времени, • Контроль состояния устройства/связи их хранение и предоставление в режиме реального времени исторических данных • Поддержка промышленных протоколов ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Эффективный метод испытаний бортового зарядного устройства для электромобиля Джакомо Тувери, (Keysight Technologies) В статье представлено компактное двухквадрантное решение для тестирования преобразователей мощности с регенерацией энергии и встроенными функциями защиты. Предлагаемое решение позволяет сократить время измерений и обеспечивает безопасность персонала и тестируемых устройств. Электрификация транспортных ние и мощность должны быть доста- переменного тока, такие как двигатель средств продолжает активно разви- точно высокими, чтобы обеспечить и генератор. Постоянный ток аккуму- ваться благодаря растущей популяр- электромобилю запас энергии для даль- лятора для питания двигателя преоб- ности «зелёной» энергии и повыше- них поездок. Преобразователи электро- разуется в переменный. Аналогичным нию надёжности электрических ком- энергии необходимы для получения образом переменный ток, получаемый понентов. высоковольтного напряжения посто- при регенеративном торможении, пре- янного тока от аккумулятора и после- образуется в постоянный ток, который Наиболее существенным изменением дующего его преобразования в напря- накапливается в аккумуляторе. в данной отрасли является появление жение и ток, необходимых для питания высоковольтных высокомощных акку- различных систем ГЭМ/ЭМ (см. рис. 1). Коэффициент преобразования энер- муляторов в платформе, которая тради- гии показывает, насколько эффективно ционно использовала 12 В. Примене- Не все системы автомобиля потребля- одна форма энергии преобразовывается ние высоковольтных и высокомощных ют то напряжение, которое обеспечива- в другую. Эта эффективность вычисля- аккумуляторов в гибридных электро- ет аккумулятор. Фары, информацион- ется как отношение выходной мощно- мобилях и электромобилях (ГЭМ/ЭМ) но-развлекательные системы и система сти к входной и выражается в процен- с напряжением 300 В и выше значи- помощи водителю работают от напря- тах. Обычно коэффициент преобразова- тельно увеличивает расходы и риски жения 12 В. Энергоёмкие нагрузки, ния энергии превышает 90%. Чем выше при проведении испытаний. В связи с такие как обогрев, электро- и гидрав- коэффициент преобразования энергии, этим возникла необходимость в прин- лическая система рулевого управления тем меньше потери энергии, которая ципиально новой концепции испыта- (EPS/EHPS) и поперечная стабилизация очень дорога. Высокий коэффициент ний высоковольтного и высокомощно- работают с напряжением 48 В. преобразования энергии ведёт к сниже- го оборудования ГЭМ/ЭМ. нию затрат на потребляемую энергию, Бортовое зарядное устройство (БЗУ), позволяет быстрее и реже заряжать акку- НЕОБХОДИМОСТЬ которое заряжает аккумулятор ГЭМ/ЭМ мулятор, увеличить дистанцию, кото- от электросети, является системой, пре- рую может проехать автомобиль, а так- ПРЕОБРАЗОВАНИЯ образующей переменный ток в посто- же позволяет сделать сам автомобиль ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ янный в соответствии с потребностя- более компактным и экологичным. ми аккумулятора. Кроме того, в автомо- Аккумулятор – это сердце электро- биле имеются компоненты и нагрузки Стремительное развитие рынка ГЭМ/ мобиля. Генерируемые им напряже- ЭМ ведёт к росту спроса на техноло- гии, обеспечивающие более высокие <40 кВт Станция зарядки AC= 120–208 В коэффициенты преобразования энер- DC= 200–500 В гии. В результате растёт потребность в точном измерении и контроле рас- <25 кВт Бортовое хода электроэнергии проектируемого зарядное устройства. Точное измерение коэффи- 60–180 кВт 60-150 кВт устройство циента преобразования энергии явля- ется ключевым фактором для снижения Двигатель/ DC/AC– DC/DC– 280-500 В Li–Ion её потребления и повышения эффек- генератор преобразователь преобразователь аккумуляторы тивности её преобразования. высокого ТРУДНОСТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ напряжения ПРИ ТЕСТИРОВАНИИ 280-800 В DC/DC– Система ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ <3,6 кВт преобразователь управления питанием Применение в ГЭМ/ЭМ современных 12/24 В полупроводников с широкой запрещён- ной зоной, таких как карбид кремния и Низковольтная Аккумулятор нитрид галлия, позволяют работать при нагрузка низкого высоком напряжении и высоком уровне напряжения Рис. 1. Схема преобразования электрической энергии в типичном ГЭМ/ЭМ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ <40 кВт Станция зарядки AC= 120–208 В DC= 200–500 В Анализатор мощности <25 кВт Бортовое зарядное 60–180 кВт 60–150 кВт устройство Двигатель/ DC/AC– DC/DC– 280–500 Li–Ion Эмулятор генератор преобразователь преобразователь аккумуляторы аккумулятора DC/DC– высокого с системой Keysight <3,6 кВт преобразователь напряжения защиты EV1003A 280-800 В 12/24 В Система управления питанием Низковольтная Аккумулятор нагрузка низкого напряжения Рис. 2. Использование комплекса EV1003A для тестирования БЗУ в ГЭМ/ЭМ мощности. Как и с любыми новыми тех- го сценария тестирования. Из-за неспо- EV1003A состоит из трёх элементов: нологиями, в данном случае возникают собности выполнения задач испытаний ● двухквадрантный источник пита- новые проблемы, которые необходимо в полном объёме, многие из существую- решать. Инженеры должны учитывать щих решений ограничиваются исполь- ния с регенерацией энергии серии особенности работы с высоким напря- зованием отдельных устройств для RP7900 выполняет роль аккумуля- жением и высоким уровнем мощности источника и потребителя, например, тора; и проводить испытания с целью мини- источников питания и электронных ● анализатор мощности IntegraVision мизации затрат, предотвращения воз- нагрузок постоянного тока. серии PA2200; никновения пробоя цепи, электромаг- ● устройство аварийного отключения нитных помех, температурных проблем Такой подход довольно сложен в реа- SD1000 контролирует сбои и обеспе- и т.п. Большое значение имеет соблю- лизации. Кроме того, в данном случае чивает безопасность на выходе. дение правил безопасности. возникают проблемы при управлении и Источник питания RP7900A может сборе данных, получаемых с приборов. работать в качестве нагрузки с мощ- Высоковольтное измерительное обо- При переходах от режима генерации к ностью 10 кВт и размещается в стой- рудование, как правило, значительно режиму потребления могут возникать ке высотой 3U, в то время как обычные дороже низковольтного. Кроме того, воз- неравномерности, создающие потен- устройства с мощностью 6 кВт требу- растают и эксплуатационные расходы, циальную «мёртвую зону» при подклю- ют форм-фактора 4U, а с мощностью так как при работе на полной мощно- чении источника постоянного тока и 12 кВт – 6U. сти количество электроэнергии, потре- электронной нагрузки для испытания На рисунке 3 показана выходная бляемой источником мощностью 10 кВт, двунаправленных устройств. В некото- характеристика источника питания будет в десять раз больше, чем источни- рых случаях, для того чтобы предотвра- RP7900 с автоматическим выбором ком 1 кВт. Вся эта энергия выделяется в тить обратное течение тока к источни- диапазона. В данном случае отпадает виде большого количества тепла, кото- ку постоянного тока во время активно- необходимость в нескольких источ- рое необходимо отводить. Система го потребления электроэнергии, может никах питания, так как пользователь охлаждения помогает уменьшить выде- потребоваться использование блоки- может выбирать любую комбинацию ляемое тепло, однако при этом увеличи- рующего диода для защиты источника напряжения и тока под кривой посто- вается занимаемая аппаратурой пло- питания, что усложняет контроль над янной мощности, используя всего один щадь. Большое значение для безопас- измерениями и снижает их точность. источник. Если потребуется большая ной работы с высоким напряжением мощность, при помощи параллельного имеет система аварийного отключения. КАК ПОВЫСИТЬ соединения можно легко создать систе- му мощностью до 150 кВт. Преобразователи энергии в ГЭМ/ЭМ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕСТИРОВАНИЯ Источник питания RP7900 является работают с двунаправленным потоком ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ основой комплекса EV1003A и может энергии. Для испытания двунаправлен- использоваться в качестве эмулятора ных и регенеративных энергетических Новый метод тестирования преоб- аккумулятора. С помощью данного при- систем требуется двухквадрантное разователей энергии должен решать бора можно испытывать электрические решение для источника и потребите- все вышеперечисленные проблемы. системы автомобиля, например, рабо- ля, такое как аккумулятор. Однако при Примером эффективного средства ту в двухквадрантном режиме при про- выполнении НИОКР и на стадии испы- для проведения испытаний может слу- граммируемом выходном сопротивле- таний аккумулятор не является эффек- жить решение для тестирования преоб- нии. RP7900 можно использовать как в тивным контрольно-измерительным разователей энергии EV1003A компа- качестве источника питания для испы- прибором ввиду невозможности уста- нии Keysight, которое идеально подхо- тания систем автомобиля, так и в каче- новки напряжения или других харак- дит для испытания преобразователей стве нагрузки при тестировании бор- теристик для реализации необходимо- энергии для ГЭМ/ЭМ, как, например, БЗУ (см. рис. 2) [1]. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018 WWW.SOEL.RU 47

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ –20 А Напряжение чения. При срабатывании любой из 500 В защит система менее чем за 15 мс без- Сопротивление опасно отключает выходное напря- минимального 10 кВт жение. Сигналы аварийного отклю- потребления кривая чения могут быть сгенерированы постоянной непосредственно в источнике пита- мощности ния RP7900 или пользователем при помощи аварийного выключателя. 250 В Система безопасности соответству- ет требованиям электромагнитной –40 А Ток совместимости и нормативам безо- 20 А 40 А пасности. Рис. 3. Автоматический выбор выходных характеристик для RP7900 с выходной мощностью 10 кВт Компания Keysight разработала аппаратно-программный комплекс, товой системы зарядки автомобиля и те в режиме нагрузки. Помехи от дру- предназначенный для решения задач, рекуперативного торможения. По срав- гих электронных устройств в системе связанных с безопасностью испыта- нению с традиционными методами сведены к минимуму. Гармонические ний систем электропитания ГЭМ/ЭМ. комплексное решение EV1003A обеспе- искажения при регенерации обычно Применение EV1003A позволяет обе- чивает более высокую точность и ско- составляют менее 3% при полной мощ- спечить соответствие систем ГЭМ/ЭМ рость выполнения измерений. Нали- ности. Таким образом, в сеть возвраща- требованиям экологической безопас- чие единой измерительной системы ется «чистая» электроэнергия. ности. Данное решение является един- для всех диапазонов тока значитель- ственной на рынке системой с регене- но повышает эффективность работы. Анализатор мощности IntegraVision рацией энергии, обладающей большим упрощает процесс измерения мощно- количеством встроенных функций для Возможность регенерации энергии сти переменного и постоянного тока обеспечения безопасности персона- в RP7900 позволяет возвращать потре- при испытаниях ГЭМ/ЭМ. Устрой- ла и защиты тестируемых устройств. бляемую электроэнергию в систему ство позволяет измерять мощностные Возможности регенерации позволя- питания. При использовании источ- характеристики любого преобразова- ют возвращать электроэнергию в сеть, ника и нагрузки, которая регенериру- теля энергии в автомобиле, например, сокращая затраты на электроснабже- ет энергию с эффективностью более коэффициент преобразования энергии ние и охлаждение устройств, при этом 85%, издержки и потребление электро- переменного тока в постоянный ток в не оказывая влияния на работу сети. энергии значительно снижаются. бортовом зарядном устройстве. Представленный комплекс наряду с Кроме того, уменьшается и тепловы- технической поддержкой, оказывае- деление, что приводит к снижению В источниках питания Keysight мой по всему миру, способствует вне- потребности в охлаждении при рабо- серии RP7900 предусмотрена специ- дрению и дальнейшему развитию высо- альная система безопасного отклю- ковольтных и высокомощных решений для ГЭМ/ЭМ. ЛИТЕРАТУРА 1. www.keysight.com/ru/pd-2807683- pn-EV1003A/hev-ev-battery-emulator- solution-for-power-converter-test?nid=- 536902253.1208487&cc=RU&lc=rus НОВОСТИ МИРА са. Также будет усилено направление, связанное с кибербезопасностью и мо- В ЦИФРОВУЮ СТРАТЕГИЮ ниторингом угроз. МОСКВЫ ВНЕДРЯТ 5G, IOT Столичные власти приглашают к участию И БЛОКЧЕЙН в проектах инновационные компании. В рамках программы «Умный город» Представители бизнеса будут обсуж- в цифровую стратегию столицы заложат дать стратегию проекта «Умный го- шесть сквозных технологий, которые бу- род» до 2030 года с апреля по июнь дут развиваться во всех отраслях. на площадке отраслевого агрегатора ICT.Moscow. С помощью технологий Интернета вещей и сетей 5G в городскую инфра- Программу планируется принять в 2019 структуру планируется внедрять боль- году. Первую сеть 5G в столице, скорее ше подключённых устройств и датчи- всего, в июне развернёт «Мегафон» на ков. Блокчейн будет использован для Чемпионате мира по футболу. безбумажных контрактов, искусствен- ный интеллект – для анализа данных и Новости Интернета вещей подбора сервисов для физлиц и бизне- 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2018