CC BY
12
А. В. Пархоменко, Н. А. Коноваленко, Л. В. Поставець: АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ М1КРОЕЛЕКТРОННИХ ПРИСТРО1В ЗА ДОПОМОГОЮ ПРОГРАМИ CIRCUIT MAKER 6 PRO
распространение М.:
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Никольский В.В. Электродинамика радиоволн. - М.: Наука, 1973. - 608 с.
2. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Энергоатомиздат, 1990. -280с.
3. Onufrienko V. On " a -features" of electrical waves above impedance plane// Conference Proceedings 12 International Conference on Microwaves & Radar. - Vol.1. - Krakov (Poland). - 1998. - P.212-215.
4. Онуфр/енко В.М. Ф1зико-геометрична ¡нтерпреташя a -характеристик електромагштного поля // Радиофизика и электроника. - Харьков : Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины . -1999. - 4, № 1. -С. 7-10.
5. Фракталы в физике// Труды 6-го международного симпозиума по фракталам в физике (Триест, Италия, 9-12 июля, 1985 год):Пер. с англ./ Под ред. Л. Пьетронеро, Э. Тозотти. -М.: Мир. - 1988. - 672 с.
Oldham K., Spanier J. The fractional calculus. N.York and London: Academic Press. - 1974.
Самко С.Г., Килбас A.A., Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. - Минск: Наука и техника, 1987. - 688 с. Онуфриенко В.М., Самолчев П.А., Слюсарова Т.И. Деформация однородного поля фрактальным цилиндрическим проводником// Труды 9-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии". - Севастополь: СевГТУ. - 1999. - C. 229-230.
Онуфр/енко В.М., Самолчев П. О., Слюсарова Т.!. Деформашя електричного поля цилшдричним т1лом з фрактальними властивостями поверхш//
"Радюелектрошка, ¡нформатика, управлшня". - Запор1жжя: ЗДТУ. - 1999. - № 2. - С.33-37.
Надшшла 11.02.2000 Шелл доробки 13.03.2000
УДК 621.396.6.001.2:681.3
АВТОМАТИЗАЦ1Я ПРОЦЕСУ ТЕПЛОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ М1КРОЕЛЕКТРОННИХ ПРИСТРО1В ЗА ДОПОМОГОЮ ПРОГРАМИ
CIRCUIT MAKER 6 PRO
А. В. Пархоменко, Н. А. Коноваленко, Л. В. Поставець
В данной работе представлены результаты теплового моделирования интегральной микросхемы с применением программы Circuit Maker 6 PRO. Предложенный подход обеспечивает необходимую точность моделирования.
В цт роботi представлен результати теплового моде-лювання iнтегрально'i мiкросхеми з використанням програми Circuit Maker 6 PRO. Запропонований пiдхiд забезпечуе необхiдну точтсть моделювання.
In this paper were introduced the results of thermal simulation of integrated chip using program Circuit Maker 6 PRO. Proposed approach provide the necessary accuracy of modelling.
Головною причиною розробки та використання систем автоматизованого проектування (САПР) е зростаюча невщповщшсть м1ж вимогами скорочення терм1шв, тдвищення якосп, зниження вартост проектних роб1т та старими методами проектування. Впровадження в шженерну практику метод1в автоматизаци проектування дозволяе перейти вщ традицшного макетування проектовано!' апаратури до i'i' моделювання за допомогою ПЕОМ. Кр1м цього, застосування ПЕОМ дозволяе здшснити весь цикл проектування, що складаеться з наступних етатв:
1. Синтез структури та принципово!' схеми пристрою.
2. Анал1з його характеристик в р1зних режимах з урахуванням розкиду параметр1в компоненив та наяв-ност дестабШзуючих фактор1в, а також параметричну оптим1защю.
3. Синтез топологи, включаючи розмщення елеменив на плат або кристал1 та розведення м1жз'еднань.
4. Верифжащю топологи.
5. BnnycK KOHCTpyKTopcbKoi flOKyMeHTaqii'. 3aBflSKH MO^^HBOCTi flocTyny flo iH^opMaqii b Mepe^i Internet CTa.no mox^hbhm mHpme oxonHTH i npoaHani3yBaTH icHyroni cynacHi nporpaMHi CHCTeMH aBToMaTH3oBaHoro npoeKTyBaHHa paflioeneKTpoHHHx Ta MiKpoeneKTpoHHHx npHCTpoi'B.
Ha qeft nac icHye 6araTo naKeTiB aBToMaTH3oBaHoro cxeMoTexHiHHoro npoeKTyBaHHa: Circuit Maker 6 PRO, P-CAD, OrCAD, PSpice, Micro-CAP, Micro-Logic, ELECTRONICS WORKBENCH, MAEC-n Ta iHrni, ko^hhh 3 aKHx Mae cBoi oco6nHBocTi i Biflpi3HaeTbca yHiBe-pcanbHicTro, eKoHoMiHHicTro i ToHHicTro po3paxyHKiB.
CtoroflHi po3po6HHKH nporpaMHoro 3a6e3neneHHa chc-TeM aBToMaTH3oBaHoro cxeMoTexHiHHoro npoeKTyBaHHa oc-HoBHy yBary npHflinaroTb cTBopeHHro yHiBepcanbHHx MoflenroroHHx nporpaM flna aHani3y xapaKTepHCTHK aHanoroBHx Ta qH^poBHx npHCTpoi'B. CynacHi nporpaMH CAnP npaqroroTb b flianoroBoMy pe^HMi Ta MaroTb BenHKHH Ha6ip cepBicHHx MoflyniB, rn;o 3HaHHo cnpo^yroTb po6oTy Ha nEOM Ta po6naTb ix flpy^HiMH no BiflHomeHHro flo KopHCTyBana.
^na 6inbmocTi eneKTpoHHHx npHCTpoiB ix cTpyKTypa Ta npHHqHnoBa cxeMa b 3HaHHift Mipi 3ane^aTb Bifl rany3i 3acTocyBaHHa Ta BxiflHHx flaHHx Ha npoeKTyBaHHa, rn;o cTBoproe 3HaHHi TpyflHo^i npH cHHTe3i npHHqHnoBoi cxeMH 3a flonoMororo nEOM. B qboMy BHnaflKy nepBHHHHH BapiaHT cxeMH cKnaflaeTbca iH^eHepoM "BpyHHy" 3 HacTynHHM MoflenroBaHHaM Ta onTHMi3aqiero Ha nEOM. B cynacHHx nporpaMax cxeMoTexHiHHoro npoeKTyBaHHa nepefl6aneHe BBefleHHa npHHqHnoBoi cxeMH MoflenboBaHoro
пристрою в граф1чному вигляд1, що значно спрощуе тдготовку вхщних даних та зменшуе юльюсть помилок. Результата моделювання виводяться в зручнш форм1 для сприйняття проектувальником. Недолжом е те, що зазвичай при моделюванш вибираються спрощеш зас-тупш схеми, не повшстю адекватш умовам роботи реального пристрою, тому результати моделювання цифрових пристро'1'в е б1льш в1рог1дними.
Одшею з вщомих та доступних користувачам систем е програма Circuit Maker 6 PRO, призначена для схемо-техшчного складання та моделювання електричних к1л. Вона дозволяе виконувати наступш проектш операцп:
- створення умовних граф1чних позначень елеменив принципово''електрично'' схеми ;
- граф1чне введення креслення принципово'' електрич-но' схеми i конструктив1в проектованого пристрою;
- аналогове i цифрове моделювання електронних пристро'в;
- визначення напруг, струмiв, потужностi елементiв принципово' схеми;
- визначення залежностi напруг, струмiв i миттевих потужностей елеменпв принципово' схеми вiд часу, час-тоти i т.i.
Вхiдними даними програми Circuit Maker е елек-тричнi принциповi схеми модельованих пристрой, пред-ставленi у графiчному вигляд^ з використанням бiблiо-течних елеменпв.
Вихiдними даними програми Circuit Maker 6 PRO е:
- зображення електричних принципових схем;
- результати аналiзу характеристик схем, наведенi в сучасному графiчному виглядi.
До найбтьш вiдомих серед впроваджених на тдпри-емствах СНД програмних засобiв, як здiйснюють теп-лове проектування, належать АСОНИКА-Т, ПРАМ-9, ТРАП-1, ТЕПЛОТА, ТЕРМ-4. Серед зарубiжних систем теплового моделювання радiоелектронних та мжроелек-тронних пристро'в можна вiдзначити: mS-THERMANAL, THERMODEL, TULSOFT, SISSSI, SUNRED, TULTH-ERM, THERM. Система теплового проектування електронного пристрою повинна дозволяти в штерактив-ному режимi аналiзувати, синтезувати та оптимiзувати вiдповiднi тепловi характеристики.
Деякi програмш системи теплового проектування дозволяють крiм моделювання температурних полiв аналiзувати i теплоелектричнi характеристики, наприклад APLAC, SMODTHERM, ATLAS, DF/Ther-max, FIDAP, FloTHERM, Flow-3D, Flunt, Flux-chip, PAFEC, PC-3D, PHOENICS, Sauna, SINDA,TAK III, TULSoft 2, Visula [1].
Одшею з вiдомих вiтчизняних систем e програма моделювання теплових процеив методами теплоелек-трично'' аналоги STEA [ 1 ]. Система призначена для теплового моделювання конструкцш мжроелектронних пристро!в, забезпечуе формування теплоелектрично! схеми (ТЕС) прямим та редукцшним методами. При
реалiзацil прямого методу можливi такi види аналiзу лшшних теплоелектричних схем: аналiз стацiонарного режиму, аналiз нестацiонарного режиму.
Редукцiйний метод формування дозволяе виконання бтьшо1 юлькоси видiв моделювання як для лшшних, так i для нелiнiйних схем:
- аналiз стацiонарного режиму;
- аналiз нестацiонарного режиму;
- аналiз параметрично''' чутливостi;
- однопараметричний синтез.
Система мштить пiдсистему формування теплоелектрично''' схеми, яка виконуе формування ТЕС прямим методом на основi заданого опису конструкци пристрою, та тдсистему моделювання, яка вiдповiдаe за моделювання ТЕС, створених у першш тдсистем^ а також забезпечуе реалiзацiю редукцiйного пiдходу до побудови ТЕС.
Аналiз особливостей функцюнування системи STEA, порiвняльний аналiз функцiональних можливостей систем Circuit Maker та STEA, а також вщомий принцип електротеплово'' аналогГ'' (табл. 1) дозволив зробити припущення про можлившть використання системи схемотехшчного проектування Circuit Maker для моделювання теплових процеив в електронних пристроях.
Для порiвняння результаив роботи цих програм використовувались результати теплового моделювання типово'' конструкцГ' мiкроелектронного пристрою -штегрально1 схеми (1С) за допомогою програми STEA, наведеш в [1], а також виконувалося i'i' моделювання за допомогою програми Circuit Maker.
Таблица 1 - Bidnoeidnicmb м1ж характеристиками електричного й теплового noлiв
Параметр електричного поля Параметр теплового поля
Потенщал Ф, [В] Температура Т, [К]
Сила струму I, [А] Тепловий потiк Р, [Вт]
Напруга (7=Ф1-Ф2, [В] Рiзниця температур Т=Т1 - Т2, [К]
Тестова теплоелектрична схема, що побудована на ос-новi редукцшного пiдходу, наведена на рисунку 1. Основною частиною схеми е кристал (3-й вузол), який зак-ршлений на вивщнш рамцi, що мiстить 8 виводiв (вузли - 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14), яю з'еднуються з натвпро-водниковим кристалом. Схема е лшшною, мiстить 18 лiнiйних теплових опорiв, 9 лiнiйних теплових емностей та одне динамiчне джерело теплового потоку.
А. В. Пархоменко, Н. А. Коноваленко, Л. В. Поставецъ: АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ М1КРОЕЛЕКТРОННИХ ПРИСТРО1В ЗА ДОПОМОГОЮ ПРОГРАМИ CIRCUIT MAKER 6 PRO
високу адекватшсть реальнiй конструкцп 1С i може бути використана для теплового моделювання дано'' 1С.
Для визначення температурного стацюнарного режиму 1С був виконаний статичний аналiз теплоелектрично'' схеми. За допомогою функци Multimetеr було виконано розрахунок потенцiалiв в вузлах схеми та порiвняння з результатами статичного аналiзу (стацiонарний режим) у STEA. У таблиц 2 наведенi результати статичного аналiзу - температури в центрi кристалу та в мiсцях з'еднання виводiв з платою. Температура оточуючого середовища була прийнята 20 °С.
Таблица 2 - n()pieHnHHn резyльmаmiв
Рисунок 1 - Тестова теплоелектрична схема конструкцп 1С
Джерело теплового потоку Is 1 в1дпов1дае тепло-вид1ленню в кристал^ його величина залежить в1д розиювано!' кристалом електрично'' потужность Для коректного проведення динам1чного анал1зу це джерело повинне мати нульове значення в першш часовш точщ i встановлене стацiонарне значення у вих наступних точках. Тепловий опiр Ri моделюе стiк теплоти в оточуюче середовище вiд кристалу через поверхню мщного тепловiдводу. Тепловий отр R2 вiдображаe вiдвiд тепла вщ кристалу в оточуюче середовище через передню та боковi поверхш пластмасово!' оболонки. Теплова eмнiсть С9 вiдповiдаe теплоeмностi закрш-леного на вивщнш рамцi кристалу. Тепловi опори R4, Rg, R§, Rio, R11, R13, R15, R17 вiдображають стiк теплоти в друковану плату вщ кристалу через всi виводи. Тепловi опори R3, R5, R7, R9, R12, R14, Rig, R18 враховують вiдвiд теплоти, перенесено!' i-им виводом з плати в оточуюче середовище, 1'х величина залежить вщ розмiрiв плати, вiд товщини й конфйураци провiдного шару, вiд умов охолодження. Тепловi eмностi Ci - С8 вiдповiдають теплоeмностi мiсця контакту г-го виводу з друкованою платою. Елементи Ci - С9 введет в схему для яюсно!' тюстрацп теплових перехiдних процесiв в 1С. Наведена теплоелектрична схема мае достатньо
STEA Circuit Maker
Частина схеми Температура,°С Вузол Напруга, В
Кристал 57.289 3 57.289
Вивщ i 30.460 i4 30.460
Вивщ 2 3i.792 i3 3i.792
Вивщ 3 33.5i3 i2 33.5i3
Вивщ 4 35.0i2 ii 35.0i2
Вивiд 5 35.0i2 i0 35.0i2
Вивiд g 33.5i3 9 33.5i3
Вивщ 7 3i .792 8 3i.792
Вивiд 8 30.460 7 30.460
Для дослщження нестацюнарного теплового режиму 1С був проведений динамiчний аналiз за допомогою функцГ' Transient Analysis та порiвняння з результатами динамiчного аналiзу (нестацiонарний тепловий режим) в STEA. Задаш наступнi параметри аналiзу: початковий момент часу - 0.0 с, кшцевий момент часу - 20.0 с, крок - 0.5 с. Результати аналiзу перех^ного теплового режиму кристалу в графiчнiй формi наведенi на рисунку 2. Аналопчш залежностi були побудованi для вих виводiв. З аналiзу одержаних результаив випливае, що приблизно через 5с тсля включення кристал переходить в усталений температурний режим. Виконаш досл^ження свiдчать, що вiдповiднiсть результатiв моделювання в Circuit Maker та в STEA досить висока.
Рисунок 2 - Результаты моделювання перех1дного теплового режиму кристалу
Таким чином, за допомогою пакета Circuit Maker е можлив1сть моделювати як електричш, так i теплов1 процеси в схемах та конструкщях мжроелектронних приладiв. Значною перевагою пакета е його доступнiсть, зручний iнтерфейс, широю функцiональнi можливостi, в тому чи^ можливiсть представлення вхiдних та вих^них даних у наочному графiчному виглядь
ПЕРЕЛ1К ПОСИЛАНЬ
1. Федасюк Д.В. Методи та засоби теплового проектування мтроелектронних пристроТв. - Льв1в: Видавництво Державного ушверситету "Льв1вська пол1техшка", 1999. -228с.
Надшшла 10.01.2000 Шсля доробки 07.02.2000
УДК 621.314.6
ВРАХУВАННЯ ПАРАМЕТРА ЕЛЕМЕНТ1В СХЕМИ В РЕЖИМ1 П1ДВИЩЕННЯ НАПРУГИ 1МПУЛЬСН0Г0 РЕГУЛЯТОРА
В. Д. Флора
Предложено учитывать параметры источника и элементов схемы импульсного регулятора в режиме повышения напряжения методом энергетического баланса.
Запропоновано врахування параметрiв джерела та еле-ментiв схеми iмпульсного регулятора в режимi тдвищення напруги методом енергетичного балансу.
It is offered to take into account parameters of a source and circuit elements of an impulse regulator in the mode of rise of voltage by a method of energy balance.
Перетворювачi постшно!' напруги в постшну ефектив-но застосовуються з такими джерелами первинного електроживлення, як сонячш батаре!', паливш елементи, термоелектричш генератори i т. i. Вони е основною складовою частиною бтьшоси систем безперервного електропостачання для живлення виконавчих пристро'в з електродвигунами, для узгодження постшних напруг джерела та навантаження [1,2,3].
Одним з найбтьш вживаних у радюелектроннш апа-ратурi е iмпульсний регулятор для тдвищення напруги
