Введение к работе
Актуальность темы
Развивающаяся радиоэлектронная промышленность требует постоянного совершенствования компонентой базы. При этом все более высокие требования предъявляются не только к параметрам отдельного электронного компонента, но и технологичности всего процесса производства радиоизделий. Разработка конструкции отдельного компонента, позволяющая создать технологическое и надежное изделие в целом, становится немаловажной задачей.
Разработка современной СВЧ аппаратуры практически невозможна без использования систем автоматизированного проектирования (САПР), которые в свою очередь требуют корректных моделей отдельных электронных компонентов, описывающих зависимости частотных параметров при различных условиях использования. Описанные в отраслевых стандартах методы определения частотных параметров электронных компонентов устарели и не отвечают современным требованиям [1]. Актуальной задачей является разработка новых подходов к построению моделей с расширенным набором параметров, необходимых для использования в САПР.
Параметры реальных образцов могут отличаться от заявленных, для каждого конкретного производителя, из-за сложности учета технологических разбросов в процессе производства резисторов. Поэтому при изучении и построении моделей СВЧ компонентов необходимо выполнять дополнительные исследования в области:
построения моделей, учитывающих статистические параметры компонентов (технологические разбросы);
- уточнения закономерностей, описывающих влияние погрешностей входных параметров моделей на погрешности выходных параметров.
В настоящее время представлено множество вариантов построения подробных моделей электронных СВЧ компонентов [2]. Такие модели содержатся в различных библиотеках, предназначенных для встраивания в программы автоматизированного проектирования. Однако, большинство из этих моделей описывают активные элементы: транзисторы, делители, фильтры и т.д. Модели, описывающие параметры пассивных компонентов, в основном представляют собой усредненные S-параметры. Решение данной проблемы состоит в построении поведенческих, или бесструктурных моделей (описывающих связь выходных данных с входными с помощью математических функций, систем дифференциальных уравнений или специальных преобразований формальным образом, т.е. независимо от внутренней структуры и реальных процессов в приборе).
В настоящее время отсутствуют базы, содержащие качественные модели отечественных пассивных компонентов для гибридных интегральных СВЧ схем.
Цель работы
Цель работы состоит в проведении анализа частотных характеристик серийно выпускаемых СВЧ резисторов на основе измерений и электромагнитного анализа и построение их поведенческих моделей.
Для реализации поставленной цели необходимо:
-
провести анализ существующих приборов, оснастки и методов измерения собственных параметров СВЧ чип резисторов;
-
разработать способ оценки погрешности измерительно-вычислительного процесса при определении параметров СВЧ чип резисторов;
-
провести анализ способов построения поведенческих моделей резистивных компонентов и поиск оптимальных моделей;
-
оценить влияние погрешностей измерения, технологических допусков и окружающих цепей на частотные и статистические характеристики чип резисторов;
-
построить библиотеки моделей серийной продукции для систем автоматизированного проектирования (AWR MWO и ADS) СВЧ устройств.
Основные положения, выносимые на защиту
способ расчета погрешности косвенных измерений и результаты его
использования на примере калибровки TRL-методом;
способы построения поведенческих моделей на основе искусственных
нейронных сетей и их сопоставительный анализ;
статистический анализ разброса частотных характеристик СВЧ чип резисторов в условиях технологических разбросов;
результаты построения поведенческих моделей резистивных СВЧ чип компонентов;
программная реализация поведенческих моделей отечественных чип резисторов для гибридных интегральных СВЧ схем.
Методы исследования
При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Результаты теоретических исследований базируются на теории СВЧ цепей, теории функций комплексного переменного, методах компьютерного моделирования (включая электромагнитное моделирование и идентификацию параметров моделей), теорию искусственных нейронных сетей. Выводы, полученные с помощью экспериментальных методов, основываются на обширных статистических оценках.
Научная новизна
Новизна заключается в проведении комплекса теоретических и экспериментальных исследований, направленных на получение точных моделей СВЧ чип резисторов, не требующих значительных вычислительных затрат.
1. Предложены и исследованы различные факторы оказывающие влияние на частотные параметры. Рассмотрены не только собственные паразитные параметры СВЧ чип резисторов, но исследованы технологические факторы как в
процессе проектирования, производства резисторов, так и при использовании их в определенных СВЧ цепях.
-
Реализован измерительно-вычислительный процесс, связывающий погрешности на входе измерительного процесса и его выходе. Разработанный математический аппарат внедрен в состав модели СВЧ чип резистора для описания его статистических характеристик.
-
Предложен и реализован метод построения поведенческой модели СВЧ чип резистора.
-
Построены поведенческие модели СВЧ чип резисторов, пригодные для современных пакетов САПР.
Практическая ценность
Результаты проведенных исследований применялись при анализе разрабатываемых СВЧ чип резисторов. Разработанные поведенческие модели легли в основу библиотек отечественных резистивных СВЧ компонентов для различных систем автоматизированного проектирования (ADS и AWR).
Практическое использование
Работа выполнялась в соответствии с планом кафедры "Компьютерные технологии в проектировании и производстве". Полученные в диссертации результаты использованы при выполнении ОКР «Разработка серии СВЧ чип резисторов для поверхностного монтажа с нормированными частотными параметрами» и ОКР «Разработка полосковых СВЧ резисторов с диапазоном рабочих частот до 3 ГГц, с диапазоном мощностей от 30 до 800 Вт», при испытаниях характеристик резисторов и построения их моделей.
Обоснованность и достоверность результатов работы
Все положения, выносимые на защиту, прошли проверку на соответствие с теорией на модельном уровне. Адекватность предлагаемых в работе моделей подтверждается сравнением результатов теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты работы реализованы в библиотеках моделей СВЧ резистивных компонентов для САПР.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях:
XIV Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки, Нижний Новгород - 2010;
V-я Международная научно-техническая конференция «Наука и современность-2010», 2010;
1Х-я Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», 2010;
П-я Международная научная конференция «Актуальные вопросы современной техники и технологии», 2010;
17-я Международная научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии" ИСТ-2011, Нижний Новгород, 2011;
Международная заочная научная конференция «Актуальные вопросы технических наук», Пермь, 2011;
V-я Международная научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии», 2011;
IV Международная научно-практическая конференции «Современное состояние естественных и технических наук», 2011;
18 Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии", Нижний Новгород - 2012;
19 Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии", Нижний Новгород - 2013.
Публикации
По тематике диссертации в соавторстве опубликованы 22 работы, из них 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК.
Личный вклад автора.
Основные результаты представленной диссертации получены лично автором или при его непосредственном активном участии.
Структура и объем диссертации
