Математическое моделирование паразитных электромагнитных эффектов в электронных модулях

Дальнейшая отбраковка паразитных параметров проводников должна производиться по их радиусу зоны электромагнитного влияния (РЗЭВ). Для получения значения РЗЭВ необходимо приравнять полученное в работе (и соответствующее моделируемой конструкции) выражение для коэффициента передачи канала паразитной связи его допустимому значению и решить одним из известных численных методов полученное трансцендентное уравнение на верхней граничной частоте спектра полезного сигнала; решением уравнения будет искомый РЗЭВ. Для сигналов с неограниченным спектром находится эффективная граничная частота, как это принято в радиотехнике. Решение проводится для трёх значений длины проводников, имеющихся на плате, и по ним определяются коэффициенты степенного многочлена второй степени, аппроксимирующего зависимость РЗЭВ от длины проводника; с помощью этого многочлена результат решения корректируется для каждого проводника конкретной длины. Допустимый коэффициент передачи является величиной, обратной требуемому коэффициенту переходного затухания помехи, значение которого разработчик схемы может назначать обоснованно и квалифицированно, учитывая особенности функционирования разрабатываемого устройства. Описанная двухступенчатая отбраковка во многих случаях позволяет значительно понизить размерность математической модели (разумеется, в ущерб её точности); однако, эта размерность может всё ещё оставаться слишком большой.

После описанной редукции нередко требуется адаптация математической модели устройства к возможностям технического обеспечения (к ресурсам машинного времени и оперативной памяти). Адаптация проводится за счёт отбраковки дополнительных элементов схемы, отражающих влияние тех ПЭМЭ, которые, как правило, наименее существенно влияют на нормируемые выходные электрические характеристики (отказ от учёта наименьших задержек и наиболее слабых паразитных связей), поэтому очевидно, что указанная адаптация проводится в ущерб точности моделирования. Строго говоря, критическими могут оказаться любые пути сигналов, длинные и короткие, а также как сильные, так и слабые связи. Тем не менее, основанием для проведения адаптации может явиться тот факт, что разработчик часто оказывается перед выбором: использовать упрощённую математическую модель, сознательно не учитывая часть информации о проектируемом устройстве, либо, в лучшем случае, решить лишь часть задачи, получив промежуточные результаты, состав и ценность которых будут определяться отведёнными ресурсами времени.

Оценить время счёта, рассчитав число необходимых вычислительных операций (пример такого расчёта имеется), можно не всегда и не для всех методов интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающих состояние схемы, и тогда предпочтительно использовать регрессионную модель, параметры которой определяются по результатам предыдущих сеансов моделирования схем данного класса. Параметрами такой модели могут быть число узлов, суммарное количество элементов, количество реактивностей, средняя связность, число обусловленности системы дифференциальных уравнений, описывающих состояние схемы, и т.д.

Предлагаемые решения в значительной степени отвечают противоречивым требованиям по размерности моделей, их точности и универсальности. Как показывает вычислительный эксперимент, предлагаемые математические модели и методы обеспечивают приблизительно ту же точность моделирования фронта и амплитуды помехи, что основанные на строго динамическом подходе и требующие пространственной дискретизации на мелкой сетке (например, основанные на методе FDTD), но значительно (на 2-3 десятичных порядка) превосходят их по быстродействию, хотя и уступают им по точности моделирования второстепенных параметров переходного процесса, в частности по точности моделирования мелких осцилляций.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах, основные из которых следующие:

63-я научно-техническая конференция научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова (Санкт-Петербург, апрель 2008 г.); научная сессия Государственного университета аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, 10-14 апреля 2008 г.); 7-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии (Санкт-Петербург, 26-29 июня 2007 г.); третья международная научно-практическая конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности". (Санкт-Петербург, 14-17 марта 2007); 62-я научно-техническая конференция научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова (Санкт-Петербург, апрель 2007 г.); научная сессия Государственного университета аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, 9-13 апреля 2007 г.); межвузовская конференция по научному программному обеспечению “Практика применения научного программного обеспечения в образовании и исследованиях” (Санкт-Петербург, 5-7 февраля 2007 г.); XXXVI научная и учебно-методическая конференция профессорско-преподавательского и научного состава Университета информационных технологий, механики и оптики (С.-Петербург, 30 января 2 февраля 2007 г.); девятая Российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности (Санкт-Петербург, 20-22 сентября 2006 г.); Х Международная научная конференция “Решетневские чтения” (Красноярск, 8-10 ноября 2006 г.); научная сессия Государственного университета аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, 10-14 апреля 2006 г.); семинар “Прогрессивные методы конструирования и гибкое автоматизированное производство микроэлектронной аппаратуры” в Московском доме научно-технической пропаганды (Москва, 1986 г.); семинар “Автоматизация проектирования электронной аппаратуры” в Республиканском доме экономической и научно-технической пропаганды (Севастополь, 28-30 октября 1980 г.); конференция ”Автоматизация конструкторского проектирования РЭА и ЭВА” в Пензенском доме научно-технической пропаганды (Пенза, 26-28 сентября 1979 г.); VII научно-техническая конференция “Технология и машинное проектирование изделий электронной техники” (Москва, 23-24 мая 1979 г.); 33-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Ленинградского института авиационного приборостроения (Ленинград, 2-4 января 1979 г.); семинар “Машинные методы проектирования электронно-вычислительной аппаратуры” в Ленинградском доме научно-технической пропаганды (Ленинград, 1979 г.); XXXIX научно-техническая конференция по узловым проблемам радиотехники, электроники и связи научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. Попова (Ленинград, 8-12 апреля 1974 г.) и др.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Конников, И. А. Схемотехническое моделирование линии с распределёнными параметрами // И.А. Конников / Электричество. 2009. №3. С. 50-53. 2. Конников, И. А. Плёночный проводник как источник электромагнитного излучения // И. А. Конников / Вестник МЭИ. 2009. №1. С. 163-170.

3. Конников, И. А. Метод расчёта поля излучателя в слоистой среде // И. А. Конников / Радиотехника и электроника. 2008. №1. C. 70 72.

4. Конников, И. А. Вычисление поля вертикального источника в слоистой среде // И. А. Конников / Инженерная физика. 2008. №2. C.11 14.

5. Конников, И. А. Расчёт взаимных помех выводов микросхемы // И. А. Конников / Вопросы радиоэлектроники. Cер. ОТ. 2008. Bып. 1. C. 58 73.

6. Конников, И. А. Моделирование электромагнитных наводок в САПР электронных модулей // И. А. Конников / Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Cер. Приборостроение. 2007. №4(69). C. 3 20.

7. Конников, И. А. Вычисление параметров переходного процесса в канале электромагнитной связи // И. А. Конников / Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. № 11. C. 52 60.

8. Конников, И. А. Вычисление квазистационарного поля в слоистой среде // И. А. Конников / Журнал технической физики. 2007. № 4. C. 138 140.

9. Конников, И. А. Ёмкость прямоугольной плёнки в слоистой среде // И. А. Конников / Судостроение. 2007. № 4. C. 57 59.

10. Конников, И. А. Использование САПР для математического моделирования электромагнитного поля // И. А. Конников / Известия вузов. Cep. Приборостроение. 2007. № 7. C. 57 62.

11. Конников, И. А. Моделирование паразитных электромагнитных эффектов при автоматизированном проектировании электронных модулей // И. А. Конников / Информационные технологии. 2007. № 5. C. 9 17.

12. Конников, И. А. Вычисление функции Грина для уравнения Лапласа // И. А. Конников / Журнал технической физики. 2007. № 1. C. 15 20.

13. Конников, И. А. Использование метода Элмора для расчёта электромагнитных полей в радиолокации и микроэлектронике // И. А. Конников / Судостроение. 2007. № 2. C. 40 43.

14. Конников, И. А. Влияние плотности распределения заряда на ёмкость прямоугольной плёнки в слоистой среде // И. А. Конников / Электричество. 2007. №3. C. 37 41.

15. Конников, И. А. Математическая модель конструкции микросхемы // И. А. Конников / Математическое моделирование. 2007. T. 19. № 4. C. 37-44.

16. Конников, И. А. Два способа вычисления функции Грина для уравнения Лапласа // И. А. Конников / Прикладная физика. 2007. № 2. C. 17 24.

17. Конников, И. А. Расчет сопротивления заземляющего вывода // И. А. Конников / Технологии электромагнитной совместимости. 2007. №1(20). C. 11-16.

18. Конников, И. А. Моделирование электромагнитных наводок в САПР электронных модулей / И. А. Конников // Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 10. C. 2 9.

19. Конников, И. А. Метод вычисления функции Грина для слоистой среды / И. А. Конников // Известия вузов. Сер. Физика. 2007. № 7. С.7076.

20. Конников, И. А. Моделирование распределённых RLC-структур // И. А. Конников / Известия вузов. Cep. Приборостроение. 2006. №12. C. 38 44.

21. Конников, И. А. Ёмкость тонкого проводника прямоугольного сечения // И. А. Конников / Авиакосмическое приборостроение. 2006. № 11. C. 19 25.

22. Конников, И. А. Оценка точности вычисления функции Грина в слоистой среде // И. А. Конников / Вычислительные технологии. 2006. № 5. C. 55 62.

23. Конников, И. А. Помехи элементарного источника электромагнитного поля в радиоэлектронном модуле // И. А. Конников / Технологии электромагнитной совместимости. 2006. №4. C. 18 26.

24. Конников, И. А. Расчёт индуктивности прямоугольного печатного проводника // И. А. Конников / Известия вузов. Cep. Приборостроение. 2006. № 7. C. 52 56.

25. Конников, И. А. Расчёт индуктивности плёночного элемента коммуникатора // И. А. Конников / Судостроение, 2005. № 6. C. 35 37.

26. Конников, И. А. Ранжирование электромагнитных связей в коммуникаторах микросборок судовой РЭА // И. А. Конников, С. А. Соколов, Е. С. Янчук / Судостроение. 1986. № 10. C. 32 34.

27. Конников, И. А. Индуктивность плёночных проводников в слоистых средах // И. А. Конников / Судостроение. 1981. № 11. C.27-28.

28. Конников, И. А. Расчёт емкостей прямоугольных плёночных проводников с произвольным коэффициентом формы // И. А. Конников / Судостроение. 1980. № 8. C. 32 33.

29. Конников, И. А. К расчёту ёмкости плёночных элементов микросборок / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1984. Bып. 1. C. 24 29.

30. Конников, И. А. Квазистационарные математические модели проводников, резисторов и катушек индуктивности / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1984. Bып. 1. С. 47 55.

31. Конников, И. А. Принципы организации подсистемы учёта конструктивно-технологических факторов при автоматизированном проектировании микросборок / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1982. Bып. 3. С. 8 12.

32. Конников, И. А. Исследование собственных электрических параметров проводников перспективных коммутационных плат / И. А. Конников// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1982. Bып.1. C. 3 9.

33. Конников И. А. Универсальные математические модели плёночных элементов микросборок / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1981. Bып. 2. C. 28 32.

34. Апушкинский, Е. Г. К расчёту параметров полосковых линий / Е. Г. Апушкинский, Э. К. Вилькс, И. А. Конников, О. A. Нестеров // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1980. Bып. 3. C. 11 14.

35. Конников, И. А. О влиянии конструкции микросборки на её выходные электрические характеристики / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1980. Bып. 3. C. 24 28.

36. Конников, И. А. Расчёт паразитных реактивностей плёночных проводников при автоматизированном проектировании микросхем и микросборок / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1980. Bып. 1. C. 69 74.

37. Конников, И. А. О принципах учёта паразитных электромагнитных эффектов при автоматизированном проектировании микросхем и микросборок / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1979. Bып. 3. C. 18 22.

38. Конников, И. А. К расчёту индуктивностей проводников круглого сечения / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1979. Bып. 3. C. 15 18.

39. Конников, И. А. О математическом обеспечении учёта конструктивно-технологических факторов при автоматизированном проектировании микросборок / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1979. Bып. 3. C. 12 15.

40. Конников, И. А. Расчёт паразитных реактивностей плёночных резисторов / И. А. Конников // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1979. Bып.2. C.45 53.

41. Конников, И. А. Интеграл Зоммерфельда в расчётах помех. Получение эквивалентной схемы / И. А. Конников // Петербургский журнал электроники. 2009. №1. C. 67 76.

42. Конников, И. А. Интеграл Зоммерфельда в расчётах помех. Расчёт эквивалентной постоянной распространения / И. А. Конников // Петербургский журнал электроники. 2008. №1. C. 74 84.

43. Конников, И. А. Интеграл Зоммерфельда в расчётах помех. Методы вычисления / И. А. Конников // Петербургский журнал электроники. 2007. №4. C. 61 68.

44. Конников, И. А. Схемотехническое моделирование проводников микросхем / И. А. Конников // Петербургский журнал электроники. 2007. № 3. C. 93 97.

45. Конников, И. А. Расчёт электромагнитного поля в электронных модулях с использованием интеграла Зоммерфельда / И. А. Конников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2007. № 5. C.22-28.

46 Конников, И. А. Моделирование распределённых RLCG-структур в САПР / И. А. Конников // Сборник докладов “Научная сессия ГУАП. Технические науки”. Ч.2. ГУАП: СПб, 2007. С. 124 127.

47. Конников, И. А. Метод моделирования электромагнитного поля в микроэлектронике / И. А. Конников // 62-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2007. Tруды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2007. С. 17 18.

48. Конников, И. А. Специфика использования методов радиотехники при решении задач микроэлектроники / И. А. Конников // 62-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2007. Tруды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2007. С. 18 19.

49. Конников, И. А. Метод вычисления параметров математической модели конструкции электронного модуля / И. А. Конников // 62-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2007.

Tруды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2007. С. 14 15.

50. Конников, И. А. Моделирование линий с распределёнными параметрами / И. А. Конников // 62-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2007. Tруды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2007. С. 15-17.

51. Конников, И. А. Моделирование поля при оценке внутренней электро-магнитной совместимости электронных модулей / И. А. Конников // 7-й международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии 26-29 июня 2007. Tруды симпозиума. СПб., 2007. С. 304 305.

52. Конников, И. А. Проектирование электронных модулей с учётом паразитных электромагнитных эффектов / И. А. Конников // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т. 9. Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности". 14-17 марта 2007. / СПб.: Издательство Политехнического университета, 2007. C. 117 118.

53. Конников, И. А. Паразитные ёмкости элементов коммуникатора / И. А. Конников // Петербургский журнал электроники. 2007. № 2. С.90-96.

54. Конников, И. А. Программный продукт для моделирования паразитных электроманитных эффектов в электронных модулях / И. А. Конников // Труды межвузовской конференции по научному программному обеспечению "Практика применения научного программного обеспечения в образовании и исследованиях". 5-7 февраля 2007 г. / СПб.: Издательство Политехнического университета, 2007. С. 97 98.

55. Конников, И. А. Взаимовлияние объектов малых размеров в микросхеме / И. А. Конников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2006. № 6. С. 9 14.

56. Конников, И. А. О расчёте поля излучателя в слоистой среде в квазистационарном приближении / И. А. Конников // Материалы Х Международной научной конференции "Решетневские чтения". 8 10 ноября 2006 г. / Мин. образования и науки РФ; Федеральное космическое агентство. Красноярск. 2006. С. 91 92.

57. Конников, И. А. Характеристический размер конструкции микросхемы / И. А. Конников // Сб. докладов девятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. 20-22 сентября 2006 г. / РАН; ЛЭТИ; ВИТУ. Спб. 2006. С. 268 271.

58. Конников, И. А. Математическая модель конструкции микросхем и печатных плат / И. А. Конников // Сб. докладов девятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. 20-22 сентября 2006 г. / РАН; ЛЭТИ; ВИТУ. Спб. 2006. С. 266 268.

59. Конников, И. А. Расчёт матрицы емкостей элементов коммуникатора / И. А. Конников // Сб. докладов девятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. 20-22 сентября 2006 г. / РАН; ЛЭТИ; ВИТУ. Спб. 2006. С. 263 265.

60. Конников, И. А. Поле элементарного источника в слоистой среде / И. А. Конников // Сб. докладов девятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. 20-22 сентября 2006 г. / РАН; ЛЭТИ; ВИТУ. Спб. 2006. С. 524 529.

61. Конников, И. А. Математическая модель конструкции микро-электронного модуля / И. А. Конников // Сборник докладов “Научная сессия ГУАП. Технические науки”. Ч.2. ГУАП: СПб, 2006. С. 111 115.

62. Конников, И. А. Ёмкость тонкого проводника прямоугольного сечения в микросхеме / И. А. Конников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2006. №4. C. 18 23.

63. Конников, И. А. Экономичный расчёт ёмкости прямоугольного плёночного проводника / И. А. Конников // Петербургский журнал электроники. 2005. №3. C. 102 107.

64. Конников, И. А. Емкостные наводки полупроводниковых микросхем / Петербургский журнал электроники. 2005. № 4. С. 73 76.

65. Конников, И. А. О проблеме учёта конструктивно-технологических факторов при разработке микроэлектронной аппаратуры / И. А. Конников // Прогрессивные методы конструирования и гибкое автоматизированное производство микроэлектронной аппаратуры. Материалы семинара / М.: МДНТП, 1986. C. 41 45.

66. Конников, И. А. Некоторые вопросы математического обеспечения учёта паразитных электромагнитных эффектов / И. А. Конников // Технология и машинное проектирование изделий электронной техники. Тезисы докладов и рекомендации научно-технических конференций / Сер. 3 "Микроэлектроника". 1980. Bып. 1 (145). М.: ЦНИИ "Электроника", 1980. C.45 47.

67. Конников, И. А. Расчёт ёмкости плёночных проводников в микросхемах и многослойных печатных платах / И. А. Конников, В. И. Чернявский // Обмен опытом в радиопромышленности. 1980. Bып. 10. C. 16 20.

68. Конников, И. А. Исследование алгоритмов вычисления паразитной ёмкости плёночных резисторов / И. А. Конников, Ю. С. Мишин, А. С. Сё-мин // Физика полупроводников и микроэлектроника: Межвуз. сб. науч. тр./ Рязанский радиотехнический институт. 1979. Bып. 6. C. 92 94.

69. Конников, И. А. Математическая модель плёночных элементов микросборок / И. А. Конников; под ред. Г. А. Петухова // Машинные методы проектирования ЭВА. Материалы краткосрочного семинара 5 6 июля / Л.: ЛДНТП, 1979. С. 68 72.

70. Конников, И. А. Метод эквивалентной постоянной распространения для моделирования электромагнитного поля в микроэлектронике / И. А. Конников // Научная сессия ГУАП. Сб. докл.: В 3 ч. Ч. II. Технические науки. / СПб ГУАП: СПб., 2008. С. 109 110.

71. Конников, И. А. Область корректного использования метода эквивалентной постоянной распространения / И. А. Конников // Научная сессия ГУАП. Сб. докл.: В 3 ч. Ч. II. Технические науки. / СПб ГУАП: СПб., 2008. С. 111 115.

72. Конников, И. А. Метод эквивалентной постоянной распространения для моделирования электромагнитного поля в слоистых средах / И. А. Конников // 63-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2008. Труды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2008. С. 25 27.

73. Конников, И. А. Использование методов радиотехники при решении задач микроэлектроники / И. А. Конников // 63-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2008. Труды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2008. С. 23 25.

74. Конников, И. А. Метод получения эквивалентной схемы канала электромагнитной связи в слоистых средах / И. А. Конников // 63-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2008. Труды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2008. С. 27 28.

75. Конников, И. А. Область корректного применения метода эквивалентной постоянной распространения / И. А. Конников // 63-я научно-техническая конференция, посвящённая дню радио. Апрель 2008. Труды конференции / СПб.: СПб ГТУ “ЛЭТИ”, 2008. С. 28 30.

Размещено на Allbest.ru