Электромагнитное излучение от межсоединений печатных плат цифровых электронных средств
Характеристика разработки модели для прогнозирования электромагнитного излучения от межсоединений печатных плат цифровых электронных средств на основе аналитического метода. Изучение учета функционально-логических особенностей схем и межсоединений.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.03.2018 |
Размер файла | 95,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На правах рукописи
Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Электромагнитное излучение от межсоединений печатных плат цифровых электронных средств
Агапов С.В.
Казань 2006
Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им. А. Н. Туполева
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Чермошенцев Сергей Федорович
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Белавин Владимир Алексеевич кандидат технических наук, профессор Петровский Владимир Ильич
Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие «Федеральный научно-производ-ственный центр «Радиоэлектроника» им. В.И. Шимко»
Защита состоится “4” июля 2006 г. в 1400 часов на заседании диссертационного Совета Д212.079.04 при Казанском государственном техническом университете им. А. Н. Туполева по адресу: г. Казань, ул. К. Маркса, 31/7.
Ваши отзывы, заверенные печатью, просим выслать по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10 на имя ученого секретаря совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева.
Автореферат разослан “ ” июня 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент В. А. Козлов
1. Общая характеристика работы
Актуальность темы
Одной из главных тенденций развития современных электронных средств (ЭС) и систем управления является повышение их быстродействия, что достигается увеличением скорости работы применяемой элементной базы. Данное повышение быстродействия вызывает ряд проблем, от успешного решения которых зависит работоспособность ЭС, уменьшение степени негативного их воздействия на обслуживающий персонал, удовлетворение прочих требований, обусловленных спецификой применения ЭС (например, требований по защите информации). В основе многих из этих проблем лежит нарушение требований электромагнитной совместимости (ЭМС).
В проблеме ЭМС ЭС выделяют несколько подпроблем (воздействие внешних электромагнитных полей на ЭС, задержки и искажения сигналов в межсоединениях и др.), среди которых в настоящее время на первое место выходит задача прогнозирования электромагнитного излучения (ЭМИ) от межсоединений печатных плат (ПП) ЭС. Из материалов международных симпозиумов по ЭМС последних лет видно, что вопросом прогнозирования ЭМИ активно занимаются специалисты из США, Китая, Японии, Германии, Швейцарии, Италии, Кореи, Турции и России.
В решение задач, связанных с изучением прогнозирования ЭМИ от различных объектов большой вклад внесли российские ученые и специалисты: Григорьев Ю.Г. - в области изучения негативного воздействия ЭМИ на организм человека; Коровкин Н.В. и Кочетов С.В. - в области изучения ЭМИ от проводных межсоединений; Силин Н.В. - в области моделирования ЭМИ, создаваемого электротехническими устройствами; Кечиев Л.Н. - в области систематизации и классификации явления ЭМИ; Петровский В.И. - в области исследования побочного ЭМИ с целью защиты информации; Кармашев В.С. - в области стандартизации ЭМИ; Дианов В.Н. - в применении явления ЭМИ в качестве средства активной диагностики ЭС и др.
Среди зарубежных авторов необходимо отметить работы Дж. Барнса, Г. Отта, Э. Хабигера, Дж. Уайта, Т. Уильямса и А. Шваба, в которых дано описание отрицательного влияния ЭМИ на работу ЭС и упрощенные, аналитические подходы для прогнозирования ЭМИ. Для большинства перечисленных работ, касающихся задачи прогнозирования ЭМИ, наиболее характерным является экспериментальный метод решения данной задачи, упрощение решаемой задачи, а также склонность к созданию избыточных запасов по величине создаваемого ЭМИ, что негативно сказывается на стоимости разработки и изготовления ЭС.
Применение упрощенных моделей для прогнозирования ЭМИ на этапе разработки ЭС затруднительно из-за сложной геометрии исследуемого объекта. Применение же экспериментальных исследований и испытание ЭС на создаваемое ими ЭМИ не удовлетворяет требованиям сегодняшнего времени из-за большой стоимости необходимого оборудования. Однако даже если разработчик ЭС желает исследовать свое изделие на побочное ЭМИ, он сталкивается с отсутствием инструмента для решения данной задачи. Поэтому разработка методики прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат ЭС актуальна, и использование данной методики позволит улучшить качество проектных решений, снизить материальные затраты на изготовление ЭС и сократить сроки ввода ЭС в эксплуатацию.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка и исследование методики для прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат цифровых ЭС для обеспечения электромагнитной совместимости.
Для достижения данной цели предлагается решить следующие задачи:
1. Исследовать методы прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат.
2. Разработать модель для прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат цифровых ЭС на основе аналитического метода.
3. Провести прогнозирование ЭМИ от межсоединений печатных плат цифровых ЭС численным методом.
4. Разработать подход существенного снижения размерности задач прогнозирования ЭМИ на основе учета функционально-логических особенностей схем и межсоединений.
5. Разработать алгоритм прогнозирования ЭМИ на основе неполных данных об объекте излучения.
6. Провести экспериментальные исследования ЭМИ.
Методы исследований
При решении поставленных задач использовались методы теории электромагнитного поля и анализа электромагнитных процессов, метод конечных элементов, методы логического программирования, генетические алгоритмы, а также экспериментальные исследования.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту
К основным научным результатам, которые получены лично автором, включены в диссертацию и выносятся на защиту, относятся:
- методика прогнозирования электромагнитного излучения от межсоединений ПП цифровых ЭС;
- модель на основе представления проводников ПП диполями Герца;
- решение уравнения Гельмгольца с идеальным согласованным слоем в качестве граничного условия на бесконечности методом конечных элементов;
- подход существенного снижения размерности задач прогнозирования ЭМИ на основе функционально-логических особенностей схем и межсоединений;
- алгоритм прогнозирования ЭМИ на основе эволюционного метода;
- результаты моделирования ЭМИ, создаваемого межсоединениями ПП цифровых ЭС.
Достоверность результатов
Достоверность результатов, представленных в работе, подтверждается согласованностью результатов с известными экспериментальными данными, опубликованными в отечественной и зарубежной литературе, обоснованным выбором методов исследований, адекватностью математических моделей, результатами экспериментальной проверки методики и моделей.
Практическая ценность
Практическая ценность работы заключается в предложенной методике, которая может быть использована на этапе разработки ЭС. В результате ее применения могут быть предложены меры по предотвращению или уменьшению нежелательного ЭМИ, которые позволяют снизить затраты и сократить сроки разработки ЭС с учетом требований ЭМС по индустриальным радиопомехам.
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены на 2 предприятиях, а также используются в учебном процессе по специальности 2205 “Проектирование и технология электронно-вычислительных средств” КГТУ им. А. Н. Туполева, что подтверждается документами о внедрении.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4 Международных, 8 Российских и 2 иных симпозиумах и конференциях. В том числе на: V и VI Международных симпозиумах “Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология” (Санкт-Петербург, 2003; 2005); Международной научно-технической конференции “Автомобиль и техносфера” (Казань, 2005); Международной молодежной научно-технической конференции «XXV Гагаринские чтения» (Москва, 1999); V Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости (Санкт-Петербург, 2002); VII Российской научно-технической конференции “Электромагнитная совместимость” (Санкт-Петербург, 2002); VIII Российской научно-технической конференции “Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность” (Санкт-Петербург, 2004); Всероссийском симпозиуме “Проблемы электромагнитной совместимости технических средств” (Москва, 2002) и т.д.
Публикации
Основные научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 19 печатных работах, в том числе в 2 статьях, 10 научных докладах, 7 тезисах докладов (см. перечень публикаций в конце автореферата).
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Работа выполнена на 146 страницах, которые включают 16 таблиц и 26 рисунков. Библиографический список состоит из 149 наименований.
2. Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность проблемы прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП цифровых ЭС. Формулируются защищаемые научные положения, описывается структура диссертации и ее краткое содержание по главам.
В главе 1 «Задача электромагнитного излучения от электронных средств и их компонентов» рассмотрены явление электромагнитного излучения, его аспекты, а также требования различных норм.
Согласно ГОСТ Р 30372-95 «Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения» ЭМИ - явление, процесс, при котором электромагнитная энергия излучается источником помехи в пространство в виде электромагнитных волн.
В отличие от распространения электромагнитного возмущения по проводам (кондуктивная эмиссия), при котором в основном происходит влияние на работу самой системы, распространение электромагнитных помех через излучение оказывает влияние и на саму систему, и на ее окружение. Являясь одной из составных частей проблемы ЭМС, ЭМИ оказалось наименее изученным из всех остальных. Это обусловлено относительной закрытостью этой темы до последнего времени, а также необходимостью применения для прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП ЭС сложного математического аппарата и специализированных программных средств.
В явлении ЭМИ необходимо выделять три аспекта: биологическая ЭМС, защита информации, конструктивная ЭМС. Данные аспекты появляются не на всех конструктивных уровнях электронных средств (табл. 1) и возникли не одновременно, а постепенно: первым появился аспект ЭМС, затем - биоЭМС, затем - защита информации. Для каждого из этих аспектов характерны свои, определенные нормы. В работе приведены сведения об этих нормах, а также об организациях, занимающихся разработкой норм. В диссертации выявлена и показана взаимосвязь между аспектом ЭМИ и уровнем конструкции ЭС.
Таблица 1 Уровни и аспекты ЭМИ
№ п/п |
Условное изображение |
Элементы, его образующие |
Аспекты |
|
1 |
Элемент, межсоединение на печатной плате |
1. ЭМС 2. Защита информации |
||
2 |
Печатная плата, соединение между платами |
1. ЭМС 2. Защита информации |
||
3 |
Устройство |
1. ЭМС 2. Защита информации 3. БиоЭМС |
||
4 |
Помещение |
1. ЭМС 2. Защита информации 3. БиоЭМС |
В диссертации приводятся сведения о моделях, предлагаемых другими авторами для прогнозирования ЭМИ. Общая черта всех этих моделей - каждая из них предназначена для четко определенного типа межсоединений (микрополосковая линия, двухпроводная линия связи и т.д.) и типа элементной базы, и, как результат, ограниченность применения этих моделей для других типов межсоединений.
В работе приведены сведения, касающиеся величины ЭМИ от основных элементов ЭС (например, интегральных схем, разъемов, печатных плат), полученные другими исследователями. Показано отсутствие методики прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП цифровых ЭС и приведена классификация ПП, применяемых при разработке ЭС. При классификации цепей ЭС на цифровые и аналоговые следует отметить, что в общем случае для аналоговых цепей не характерны высокие скорости изменения тока di/dt, типичные для цифровых цепей, поэтому они обладают меньшим уровнем помехоэмиссии.
В настоящее время в отечественной практике конструирования ЭС практически не применяются программные методы расчета ЭМИ, крайне редко используются специализированные средства контроля ЭМИ в процессе конструирования. В отечественной нормативной документации приводится лишь экспериментальный способ определения величины ЭМИ, что сопряжено с большими материальными затратами.
На основе анализа литературы, проведенного автором, сформулированы цель и задачи исследования.
Глава 2. «Методы прогнозирования электромагнитного излучения от межсоединений печатных плат» включает выбор и обоснование методов и системы исследования, разработку моделей для прогнозирования ЭМИ.
Среди существующих методов прогнозирования ЭМИ различают: аналитические, численные и экспериментальные.
Аналитические методы по моменту возникновения относятся к числу первых. Большинство существующих моделей, основанных на аналитических методах, не учитывают механизм возвратного проводника. Подходом, учитывающим возвратный проводник и диэлектрическую проницаемость ПП, является подход на основе представления печатного проводника в виде диполя Герца (или их совокупности), расположенного над поверхностью Земли. Особенностью этой модели является то, что каждому «основному диполю Герца» (или, в случае платы, сигнальному проводнику) соответствует так называемый зеркальный диполь (теневой или возвратный проводник). Поле, создаваемое диполем Герца, находится решением интегралов типа Фурье-Бесселя, получивших известность как интегралы Зоммерфельда - . Приближенное вычисление данных интегралов сопряжено с вычислительными трудностями, из-за произведения функции - решения дифференциального уравнения на функцию Бесселя , которая при больших является быстроосциллирующей. Наличие быстроосциллирующего ядра предполагает использование специальных приемов вычисления несобственных интегралов. Кроме того, подынтегральная функция f в интеграле зависит еще и от частоты источника поля, мощности каждого слоя, проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемости всех слоев. В работе приводятся достоинства и недостатки существующих методов решения интегралов Iн: на основе быстрого преобразования Фурье, аппроксимации Чебышева, разложения в ряд Тейлора и др.
В работе разработана математическая модель на основе представления печатных проводников диполями Герца и предлагается использовать метод седловой точки. Приводятся зависимости ЭМИ от толщины основания ПП и от величины диэлектрической проницаемости основания. Расхождение с известными экспериментальными результатами не превышает 12%. Однако применение аналитических методов невозможно в случаях, когда форму и взаимное расположение элементов конструкции ЭС нельзя описать в аналитическом виде, в случаях неидеальной плоскости земли, разрывов в ее земляном слое, а также в случае проводников сложной конфигурации.
В связи с этим предлагается использовать для прогнозирования ЭМИ численные методы (конечных разностей, конечных и граничных элементов, матрицы линии передач, частичных эквивалентных источников и метод моментов) и проводится их сравнительный анализ. Показывается, что метод конечных элементов (МКЭ) способен анализировать структуры со сложной геометрией (в отличие от метода конечных разностей), с большим количеством источников (в отличие от метода граничных элементов), получаемая матрица уравнений разрежена (в отличие от метода моментов). При численном решении задачи ЭМИ возникают трудности, связанные с постановкой граничных условий в открытой области, где напряженность поля неизвестна. В работе предлагается в качестве граничного условия, наиболее подходящего для прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП, использовать идеальный согласованный слой (в английском языке PML).
Для решения задачи ЭМИ методом конечных элементов используется уравнение Гельмгольца: , где: вектор электрического поля; тензор относительной диэлектрической проницаемости материала; относительная магнитная проницаемость воздушного пространства; относительная магнитная проницаемость материала; волновое число в вакууме; циклическая частота; плотность тока источника возбуждения.
Численные методы требуют большого количества вычислений, поэтому для ускорения процесса прогнозирования на базе данных методов создано большое количество пакетов электромагнитного моделирования. В работе приводятся сведения о 23 пакетах электромагнитного моделирования, реализующих различные численные методы; и показывается, что условием для выбора необходимого пакета является численный метод, лежащий в основе пакета, а также граничные условия. В диссертации показана типовая структура пакета электромагнитного моделирования для решения задачи прогнозирования ЭМИ. В работе приводятся результаты моделирования ЭМИ от различных вариантов ПП в диапазоне частот до 1 ГГц. Расхождение между полученными результатами и результатами, полученными применением метода моментов (IEEE on EMC, 1996), не превышает 14 % и позволяет сделать вывод о допустимости применения МКЭ для прогнозирования ЭМИ.
В главе 3 «Методика прогнозирования электромагнитного излуче-ния» предлагаются подход снижения размерности задач прогнозирования ЭМИ на основе учета функционально-логических особенностей схем, алго-ритм прогнозирования ЭМИ на основе эволюционного метода, а также методика прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП ЭС.
В работе отмечается, что при прогнозировании ЭМИ в процессе проектирования печатной платы не выделяется тот момент, что не все межсоединения являются активными в каждый момент времени, вследствие чего наблюдается создание излишних запасов по требованию к ЭМИ, что негативно сказывается на качестве разработки ЭС. Для снижения размерности задачи прогнозирования ЭМИ предлагается использовать язык логического программирования Visual Prolog. В универсальной программе в виде совокупности фактов описываются таблицы истинности всех типов логических элементов, которые входят во фрагмент ПП. Затем вся логическая схема описывается в виде правила - отношение между переменными на выходе и входах схемы. Решение (входной набор сигналов), приводящее к ЭМИ наибольшей величины, может быть получено с помощью пошагового процесса, в котором каждый шаг соответствует новому сочетанию значений искомого вектора. При согласовании последовательности описания фактов и логических элементов в правиле со стратегией поиска решения, возможно отыскание критического набора сигналов всего за несколько шагов. Результатом применения данного подхода является снижение количества исследуемых проводников на 60-90% от общего количества межсоединений.
Недостаток существующих способов прогнозирования ЭМИ: все они опираются на то обстоятельство, что известны все параметры исследуемого объекта, а это на практике зачастую недостижимо. Кроме того, при проведении экспериментальных исследований ЭМИ от ЭС, исследователь ограничен размерами помещения (например, таких как безэховые камеры), а также ему необходимо знать величину поля на расстоянии, превышающем данные размеры. Алгоритм прогнозирования ЭМИ с применением эволюционного метода формулируется следующим образом:
1. Определяются значения электрической напряженности (значений Е) от тестируемого устройства в k различных точках окружающего пространства.
2. Делается предположение о возможности моделирования заданного объекта небольшим набором из N эквивалентных элементарных излучателей - диполей (рис.1) и о том, что при совпадении электромагнитного поля ближней зоны, картина излучаемого поля совпадет и в дальней зоне. В качестве объекта исследования выступает печатная плата (но может и ЭС целиком).
Рис. 1. Представление объекта набором эквивалентных излучателей
3. Осуществляется поиск набора N эквивалентных диполей, производящих то же поле в точках измерения, что и тестируемое устройство. Поле, создаваемое этими диполями эквивалентного набора, в измеряемой точке находится согласно принципу суперпозиции. Для вычисления поля, создаваемого одиночным диполем, используются известные аналитические выражения. Параметрами диполя из набора, определяемыми генетическим алгоритмом, являются геометрические размеры диполя, его координаты и ток. Так как согласно нормативной документации, действующей на территории РФ, в диапазоне от 30 МГц до 1800 МГц нормируется только электрическая напряженность электромагнитного поля, то и в данном алгоритме осуществляется прогнозирование только этой составляющей поля.
4. На основе полученных параметров излучателей эквивалентного набора вычисляем поле в любой другой точке пространства. В частности, на большем расстоянии, чем размеры помещения, в котором проводились измерения.
Функция пригодности, чей минимум необходимо найти, представляется следующим образом: , где - измеренное значение напряженности электрического поля в точке i; - значения напряженности излучателей эквивалентного набора в точке i. Ограничения накладываются на следующие параметры генетического алгоритма: расстояние до точки измерения; размеры излучателя; величина тока элементарных излучателей. Хромосома представляется в виде совокупности генов (ток, длина). электромагнитный излучение межсоединение цифровой
В работе на ряде практических примеров приводятся зависимости изменения функции пригодности от количества поколений для набора из одного, трех и пяти эквивалентных диполей в случае разных начальных приближений. При поиске набора эквивалентных диполей генетическим алгоритмом из разных начальных точек значения вектора проектных параметров получаются практически одинаковыми (точность 0,1%); функция пригодности изменяется (убывает) значительно за первые несколько (5-8) поколений, далее ее изменение незначительно.
Проведенные исследования обусловливают необходимость создания методики прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП ЭС. В работе предлагается следующая методика прогнозирования ЭМИ (рис. 2).
I. В данном пункте определяются исходные данные для проектиро-вания ПП по критерию ЭМИ. Такими данными являются, например, тип и конструкция ПП (одно-, двух- или многослойная); тип применяемой элементной базы; аспекты ЭМИ, так как от выбора данного аспекта зависит, какие нормы следует применять для нормирования ЭМИ. Помимо этого следует учитывать, что при прогнозировании ЭМИ с учетом аспекта защиты информации необходимо исследовать лишь потенциально информативные излучатели. Исходные данные также должны включать условия работы проектируемого ЭС.
Рис. 2. Методика прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат
На этом этапе исследователь должен определить: все ли параметры (например, параметры межсоединений и их конфигурация, параметры ПП) объекта исследования известны.
II. Если известны все параметры объекта исследования, то осуществляется определение критического набора сигналов, для чего применяются методы логического программирования с использованием системы логического программирования Visual Prolog.
III. Данный этап выполняется в том случае, если неизвестны все параметры исследуемого объекта; однако в распоряжении исследователя имеется измерительная аппаратура. Требования к средствам измерений приводятся в ГОСТ Р 51319-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний». Точки измерения могут быть расположены произвольно.
IV. Выбор метода исследования (аналитический или численный) осуществляется в зависимости от структуры объекта исследования и от требуемой точности решения задачи. На выбор метода оказывают влияние, например: необходимость учета формы поперечного сечения межсоединения; взаимное расположение проводников; количество слоев ПП и учет их электрофизических параметров и т.д.
V. После проведения измерений ЭМИ осуществляется поиск эквивалентного набора элементарных излучателей генетическим алгоритмом. По окончании поиска возможно прогнозирование ЭМИ в точках, расположенных за пределами помещения, в котором проводились измерения.
VI. В случае выбора аналитического метода осуществляется представление печатных проводников диполями Герца. Задача прогнозирования ЭМИ в этом случае сводится к решению интеграла Зоммерфельда, для решения которого применяется метод седловой точки (табл. 2).
VII. В случае сложной конфигурации проводников, неидеального слоя земли применяется МКЭ с идеальным согласованным слоем в качестве граничного условия. Пакетом электромагнитного моделирования, использующим МКЭ и пригодным для использования в методике прогнозирования ЭМИ, является HFSS (табл. 2).
VIII. На данном этапе проводится сравнение полученных результатов с требованиями Заказчика.
В случае удовлетворения требованиям норм изделие отправляется на изготовление и последующую эксплуатацию. В случае же несоответствия нормам должны приниматься меры: изменение конструкции ПП (увеличение числа слоев, изменение материала ПП); изменение конструкции ЭС (добавление экранов на определенные ПП, изменение положения ПП в ЭС); изменение принципиальной схемы ЭС. После проведения данных мер для проверки их эффективности необходимо повторное использование методики.
Таблица 2 Сравнение результатов, полученных применением методики, с известными данными
№ п/п |
Исходные данные для моделирования |
Приме-няемый метод |
Значение Е, дБ (мкВ/м)/ частота (МГц) |
Метод для сравнения |
Источник сравнения |
Максимальная погрешность,% |
|
1 |
Двусторонняя плата, l=10 см, =6 |
Аналити-ческий |
102 / 700 |
Экспери-мент |
Симпозиум США, 1981 |
12 % |
|
2 |
Двусторонняя плата, l=10 см, толщина платы 1,6мм |
То же. |
93 / 700 |
Экспери-мент |
Симпозиум США, 1981 |
12 % |
|
3 |
Двусторонняя плата, 5 про-водников, =4 |
МКЭ |
49 / 90 |
Метод моментов |
Журнал IEEE on EMC, 1996 |
14 % |
|
4 |
Плата с сетчатым слоем земли |
То же |
54 / 650 |
Метод моментов |
Симпозиум Канада, 2001 |
10 % |
|
5 |
Плата с вырезом в слое земли, =4.7 |
- «- |
90 / 750 |
Метод конечных разностей |
То же |
5 % |
|
6 |
Плата с вырезом в слое земли, =4.7 |
- «- |
90 / 750 |
Экспери-мент |
- «- |
12 % |
|
7 |
Плата с сетчатым слоем земли, =4.7 |
- «- |
58 / 750 |
Метод конечных разностей |
- «- |
5 % |
|
8 |
Плата с сетчатым слоем земли, =4.7 |
- «- |
58 / 750 |
Экспери-мент |
- «- |
8 % |
В качестве конкретного примера использования данной методики на практике проводится прогнозирование ЭМИ, с обоснованным выбором каждого пункта. Результат прогнозирования - распределение поля ЭМИ в окружающем плату объеме.
В главе 4 «Экспериментальные исследования электромагнитного излучения от межсоединений печатных плат» излагаются результаты экспериментальных исследований побочного ЭМИ от межсоединений ПП.
Формулируется цель проведения эксперимента: подтверждение правильности предложенной в данной работе методики прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП ЭС, а также в проверке адекватности моделей, реализованных в методике. Приводится обзор публикаций по экспериментальным исследованиям нежелательного ЭМИ и делается обзор средств, пригодных для использования в качестве измерительной аппаратуры. Эксперимент проводился на тестовых структурах с условиями, преднамеренно повышающими уровень создаваемого ЭМИ. В качестве средств измерения использовались селективный микровольтметр SMV 8.1 и антенна АШП-2.
Сравнение результатов прогнозирования и экспериментальных исследований показывает хорошее согласование величин ЭМИ ( 26%) и позволяет сделать вывод об экспериментальном подтверждении методики прогнозирования, предлагаемой в работе.
III. Основные результаты работы
В диссертационной работе предложена методика прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат ЭС. При разработке методики получены следующие основные результаты:
1. Разработаны модели прогнозирования ЭМИ от межсоединений ПП цифровых ЭС на основе представления проводников диполями Герца. Погрешность моделирования 12 %.
2. Проведено прогнозирование ЭМИ от межсоединений ПП цифровых ЭС методом конечных элементов. Погрешность прогнозирования 14 %.
3. Разработан подход существенного снижения размерности задач прогнозирования ЭМИ на основе системы логического программирования.
4. Разработан алгоритм прогнозирования ЭМИ на основе эволюционного моделирования.
5. Экспериментально проведены исследования ЭМИ для верификации разработанной методики.
6. Результаты работы внедрены в инженерную практику проектирования ЭС, а также в учебный процесс.
Автор благодарит к.т.н., доцента кафедры КиП МЭА КГТУ им.А.Н.Туполева Н.Н.Русяева за консультации по программному комплексу Microwave Office.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Агапов С.В., Чермошенцев С. Ф. Методы и средства анализа и прогнозирования электромагнитных излучений от электронных средств // Информационные технологии. - 2003. - №11. - С. 2-12.
2. Агапов С.В. Прогнозирование электромагнитного излучения, создаваемого электронным средством или его компонентами, при помощи генетического алгоритма // Технологии ЭМС. - 2005. - № 1. - С. 66-70.
3. Агапов С.В. Методика прогнозирования электромагнитного излучения от межсоединений печатных плат цифровых электронных средств // Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология: Сб. науч. докл. V Междунар. симпозиума. - СПб., 2003. - С. 282-284.
4. Агапов С.В., Васильев С.С. Прогнозирование электромагнитного излучения от электронных средств генетическим алгоритмом // Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология: Сб. науч. докл. VI Междунар. симпозиума. - СПб., 2005. - С. 81-83.
5. Агапов С.В. Решение задач электромагнитного излучения от электронных средств // Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология: Сб. науч. докл. VI Междунар. симпозиума. - СПб., 2005. - С. 89-90.
6. Агапов С.В. Методика прогнозирования ЭМИ от межсоединений печатных плат ЭС // Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология: Сб. науч. докл. VI Междунар. симпозиума. - СПб., 2005. - С.228-230
7. Чермошенцев С. Ф., Агапов С. В. Модель электромагнитного излучения цифровых печатных плат // Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов: Сб. докл. V Рос. науч.-техн. конф. - СПб., 1998. - С. 231-233.
8. Агапов С.В., Чермошенцев С. Ф. Моделирование электромагнитного излучения от межсоединений цифровых печатных плат методом конечных элементов // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность: Сб. докл. VII Рос. науч.-техн. конф. - СПб., 2002. - С. 300-304.
9. Агапов С.В. Электронные САПР для моделирования электромагнитных излучений от межсоединений печатных плат // Проблемы электромагнитной совместимости технических средств: Сб. докл. Всерос. симпозиума. - М., 2002. - С. 11-13.
10. Агапов С.В., Павлов В.Ю., Чермошенцев С.Ф. Модель электро-магнитного излучения от межсоединений печатных плат на основе метода моментов // Проблемы электромагнитной совместимости технических средств: Сб. докл. Всерос. симпозиума. - М., 2002. - С. 13-17.
11. Агапов С.В., Павлов В.Ю. Метод моментов для прогнозирования электромагнитного излучения от межсоединений печатных плат // Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология: Сб. науч. докл. V Междунар. симпозиума. - СПб., 2003. - С. 280-282.
12. Агапов С.В., Лыков О.Н. Прогнозирование электромагнитного излучения от электронных средств c помощью генетического алгоритма // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность: Сб. докл. VIII Рос. науч.-техн. конф. - СПб., 2004. - С. 313-316.
13. Агапов С.В. Применение методики прогнозирования электромагнитного излучения от автомобильных электронных средств // Автомобиль и техносфера // Тез. докл. IV Междунар. научн.-практ. конф. - Казань, 2005. - С.102.
14. Агапов С.В. Моделирование электромагнитных излучений от цифровых печатных плат // XXIV Гагаринские чтения: Тез. докл. Всерос. молодеж. научн. конф. - М., 1998. - С.25.
15. Агапов С.В. Побочное электромагнитное излучение от цифровых печатных плат // Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления: Тез. докл. Всерос. научн. конф. студентов и аспирантов - Таганрог, 1998. - С. 339.
16. Агапов С.В. Анализ электромагнитного излучения от печатных плат сверхбыстродействующих электронных средств // XXV Гагаринские чтения: Тез. докл. Междунар. молодеж. науч.-техн. конф. Т.2. - М., 1999. - С. 690-691.
17. Агапов С.В. Электромагнитное излучение от цифровых печатных плат // Актуальные проблемы авиастроения- VIII Всероссийские Туполевские чтения студентов. - Казань, 1998 - С. 127.
18. Агапов С.В. Электромагнитное излучение от межсоединений электронных средств // Университетская науч.-техн. конф. студентов: Тез. докл. - Казань, 1999. - С.40.
19. Чермошенцев С.Ф. Агапов С.В. Анализ электромагнитных излучений цифровых печатных плат электронных средств // Проблемы энергетики: Тез. докл. республ. научн. конф. - Казань, КФ МЭИ, 1997. - С.17-18.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Автоматизация конструирования. Разработка схем цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции. Требования, методы и средства разработки печатных плат. Редактор АСП DipTrace. Требования нормативно-технической документации.
отчет по практике [2,9 M], добавлен 25.05.2014Материалы, используемые при изготовлении однослойных печатных плат. Маркировка печатных плат, контроль и автоматизация технологического процесса изготовления однослойных печатных плат. Система печатных проводников. Длина сигнальных проводников в плате.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.06.2011Условные графические изображения элементов. Правила выполнения принципиальных электрических схем. Требования ГОСТов к чертежам печатных плат, к графическим документам. Порядок выполнения чертежа печатной платы устройства гальванической развязки.
курсовая работа [976,7 K], добавлен 08.12.2011Методы создания печатных плат и характерные размеры элементов. Субтрактивный, аддитивный и полуаддитивный метод. Размеры сетки для отображения печатных плат, контактных площадок и отверстий. Создание макета печатной платы в среде Sprint-Layout 5.0.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 11.01.2016Процесс производства печатных плат. Методы создания электрических межслойных соединений. Химическая и электрохимическая металлизация. Контроль качества химического меднения. Растворы для тонкослойного и меднения. Виды брака на линии химического меднения.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 14.05.2011Логическая схема как совокупность логических электронных элементов, соединенных между собой. Разработка схемы управляющего автомата. Выбор аналоговых элементов. Разработка управляющего автомата и проектирование его. Элементы цифровых электронных схем.
курсовая работа [507,2 K], добавлен 29.01.2015- Программа виртуального синтеза цифровых схем с учётом особенностей эмуляции процессорного устройства
Технические характеристики, описание тела, структура и принцип работы программы виртуального синтеза цифровых схем, а также возможности ее применения в учебном процессе. Анализ проблем эмуляции рабочей среды для построения и отладки электронных устройств.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 07.09.2010 Применение булевой алгебры при анализе и синтезе цифровых электронных устройств. Реализация логических функций в разных базисах. Параметры и характеристики цифровых интегральных микросхем. Структура локальной микропроцессорной системы управления.
книга [3,6 M], добавлен 20.03.2011Характеристика оборудования фирмы LPKF для производства печатных плат в домашних условиях. Исследование набора инструментов для скрайбирования и сверления, конструкции фрезерного станка для высокоточной обработки, оборудования для металлизации отверстий.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.12.2011Понятие моделей источников цифровых сигналов. Программы схемотехнического моделирования цифровых устройств. Настройка параметров моделирования. Определение максимального быстродействия. Модели цифровых компонентов, основные методы их разработки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.11.2014Методы и устройства измерения радиоактивного излучения. Расчет структурной схемы портативного цифрового радиометра. Подготовка производства цифровых электронных устройств для измерения интенсивности радиоактивного излучения гамма- и бета-лучей.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 14.01.2012Основные положения алгебры логики. Составление временной диаграммы комбинационной логической цепи. Разработка цифровых устройств на основе триггеров, электронных счётчиков. Выбор электронной цепи аналого-цифрового преобразования электрических сигналов.
курсовая работа [804,2 K], добавлен 11.05.2015Медико-биологическое обоснование устройства для прогнозирования динамики воспалительного процесса. История создания импедансометрии. Показания и противопоказания проектируемого прибора. Расчет электрических печатных плат и помехоустойчивости прибора.
курсовая работа [335,9 K], добавлен 07.06.2014Проектирование современных электронных средств и характеристика существующих методов их конструирования. Государственные стандарты оформления конструкторской документации, их учет и хранение в бюро технической документации. Виды носителей информации.
контрольная работа [60,0 K], добавлен 15.09.2010Особенности построения генераторов на основе цифровых интегральных схем. Использование усилительных свойств логических инверторов для обеспечения устойчивых колебаний. Расчет активных и пассивных элементов схемы мультивибратора на логических элементах.
курсовая работа [188,5 K], добавлен 13.06.2013Способы поверки пригодности к применению эталона по критерию стабильности. Критерии установления МПИ. Порядок установки и корректировки МПИ эталонов. Требования к исходной информации. Поверка электронных аналоговых и цифровых вольтметров и амперметров.
реферат [31,1 K], добавлен 09.02.2009Климатические особенности региона эксплуатации и методология испытаний электронных средств. Виды и режимы испытаний на влагоустойчивость. Воздействие на изделие солнечного излучения. Испытания на воздействия биологических факторов и оценка роста плесени.
контрольная работа [22,4 K], добавлен 27.05.2012Разработка принципиальных схем синтезатора. Выбор и обоснование элементной базы. Разработка концептуального алгоритма устройства. Разработка, выбор и обоснование конструктивных составляющих синтезатора. Выбор и обоснование методов монтажа и межсоединений.
дипломная работа [249,8 K], добавлен 24.06.2010Характеристики ключевых схем на дополняющих МОП-транзисторах (КМОП), базовых схем логических элементов на основе программы MC8DEMO. Содержание процессов в формирователях коротких импульсов на базе ЛЭ КМОП и проявления гонок (состязаний) в цифровых схемах.
лабораторная работа [2,6 M], добавлен 24.12.2010Логическое моделирование TV-триггера с динамическим управлением и суммирующего счетчика в Orcad. Схемотехническое и топологическое проектирование базисных вентилей в Microwind. Определение межсоединений и паразитных емкостей, потребляемой мощности.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 04.02.2011