CC BY
75
ВИСНОВОК
Як основну споживчу приваблившть IMC можна видшити надшшсть, тому випробування на надшшсть е найважлив1шою складовою при сертифжованих випробуваннях IMC. На основ1 значень наробки до вщмови i юлькоси вироб1в, що в1дмовили тд час випробувань, запропонована статистична оцшка ос-новних показникiв надiйностi.
Запропонованi плани статистичного контролю для застосовуння при проведенш сертифiкацiйних випробувань на стшюсть IMC до дп зовшшшх чинникiв.
ПЕРЕЛ1К ПОСИЛАНЬ
1. ДСТУ ISO 9000-2001. Системи управлшня яюстю. Ос-HOBHi положення та словник. - [Чинний в1д 2001-0601]. - К. : ДЕРЖСТАНДАРТ УКРА1НИ, 2001. - 33 с.
2. Сергеев А. Г. Сертификация / Сергеев А. Г., Латышев М. В. - М. : Логос, 1999. - 248 с.
3. ГОСТ Р 50779.11-2000. Статистические методы. Статистическое управление качеством. Термины и определения. - [Введ. 2001-07-01]. - М. : Изд-во стандартов, 2003. - 42 с.
4. ГОСТ Р ИСО 2859-4-2006. Статистические методы. Процедуры выборочного контроля по альтернативному признаку. Часть 4. Оценка соответствия заявленному уровню качества. - [Введ. 2006-08-08]. - М. : Стандартинформ, 2006. - 19 с.
Надшшла 29.08.2008 Шсля доробки 21.10.2008
Проведен анализ видов испытаний интегральных микросхем и существующих планов их контроля. Выбраны планы и показатели качества для включения в программу сертификационных испытаний. Предложены адекватные процедуры статистической обработки результатов испытаний.
The analysis of tests of integrated circuits and existing plans of control is carried out monitoring plans and quality indexes for plugging in the program of certifications tests are selected. The adequate procedures of statistical processing of results are offered.
УДК 621.372.852.001.11
А. Ю. Фарафонов, А. Ю. Воропай, Л. М. Карпуков, С. Н. Романенко
СИНТЕЗ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ С ОТВЕРСТИЯМИ В ЭКРАНЕ
На основе микрополосковых структур выполнен синтез полосовых фильтров на связанных линиях с отверстиями в экране. При синтезе топологии использован квазистатический метод расчета и генетический алгоритм поиска оптимальных значений геометрических параметров. Проведено сравнение характеристик синтезированных фильтров с результатами электродинамического моделирования и с характеристиками фильтров без отверстий в экране.
В последние годы наряду с разработкой новых типов микроволновых фильтров, ведется активный поиск топологий фильтров с улучшенными частотными свойствами и сниженными требованиями к точности изготовления. Этим требованиям в значительной мере соответствует конструкция фильтров на связанных линиях с прямоугольными отверстиями в экране, предложенная в [1]. Эта конструкция вносит только дополнительные требования по закреплению платы в экранирующем корпусе и не требует усложнения топологического рисунка. Исследование такой конструкции ППФ показало, что, по сравнению с классической топологией, использование топологии с отверстиями в экране существенно расширяет поле допуска на геометрические размеры связанных линий и толщину подложки и, тем самым, снижает требова-
© Фарафонов А. Ю., Воропай А. Ю., Карпуков Л. М., Романенко С.
ния к точности изготовления фильтра [2]. Кроме того, такая топология позволяет выровнять эффективные диэлектрические проницаемости четной вэф и нечетной вэф волн в линиях и подавить паразитную полосу пропускания фильтра на частоте 2f0. Однако, метода синтеза топологии фильтров на связанных линиях с прямоугольным отверстием в экране вдоль области связи до настоящего момента не предложено.
В работе предлагается способ определения геометрических размеров топологии ППФ на одинаковых связанных микрополосковых линиях с отверстиями в экране методом генетической оптимизации.
1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
МИКРОПОЛОСКОВЫХ ППФ
НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ
При проектировании ППФ на связанных линиях с использованием классического метода синтеза на основе фильтров-прототипов нижних частот (НЧ) необходимо определить количество звеньев фильтра n и параметры элементов схемы замещения фильтра gi. Далее определяются волновые сопротивления четной Zoe и нечетной Zoo волн для каждого звена фильтра,
Н., 2009
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУН1КАЦ11
на основе которых рассчитываются геометрические размеры топологии фильтра.
Количество элементов фильтра прототипа НЧ определяется видом и параметрами частотной характеристики проектируемого фильтра. При этом необходимо учитывать, что число каскадно-включенных звеньев фильтра на связанных линиях на 1 больше числа элементов фильтра-прототипа.
Классический метод синтеза фильтров на основе g-параметров позволяет получить волновые сопротивления звеньев фильтра. Для расчета размеров классической топологии ППФ на связанных линиях используется алгоритм расчета, приведенный в [3], и зависимости, полученные в [4]. Для модифицированной топологии микрополосковых ППФ на связанных линиях с отверстиями в экране прямые зависимости между волновыми сопротивлениями и геометрическими размерами в настоящее время отсутствуют.
В работе предлагается метод определения геометрических размеров модифицированной топологии путем подбора их значений с целью получения заданных волновых сопротивлений, которые могут быть найдены по результатам квазистатического анализа связанных микрополосковых линий.
Рисунок 1 - Топология фильтра на связанных линиях с отверстиями в экране:
^ - ширины связанных линий фильтра; - зазоры между связанными линиями; ¡1 - длины звеньев фильтра; - ширина отверстия в экране; - ширина металлизированных участков между соседними отверстиями, Н - толщина диэлектрической подложки
реализации. Эти зависимости имеют немонотонный и трудно прогнозируемый характер. Параметры генетического алгоритма приведены в табл. 1.
2 СИНТЕЗ ТОПОЛОГИИ ПО ЗАДАННЫМ
ВОЛНОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЯМ
Исходными параметрами для расчета топологии фильтров на связанных линиях являются: равенство 6эф , 6эф - эффективных диэлектрических прони-цаемостей для четного и нечетного типов волн; Zoe, Zoo - волновые сопротивления для четного и нечетного типов волн для каждого звена фильтра.
Задача синтеза - найти такие значения геометрических размеров топологии звена фильтра - Wb Sit Sz{ (рис. 1), при которых полученные волновые сопротивления Z'oe, Z'oo равнялись бы заданным, а полученные эффективные диэлектрические проницаемости еЭф , еЭф были равны друг другу, т. е.:
Таблица 1 - Параметры генетического алгоритма
3'эФов 8W„o
7' = 7 7' = 7
' oe ^ oe' oo ^ o
В рамках квазистатического метода аналитически решить эту задачу невозможно, поэтому в работе используется численный метод оптимизации для нахождения приближенного решения. В этом случае целевая функция будет иметь вид:
Параметр Значение
Размер популяции 60
Максимальное количество популяций 40
Процент элиты в объеме популяции 30 %
Кроссинговер Одноточечный
Вероятность одноточечного кроссин-говера 0,3
Вероятность мутации одного гена 0,01
Количество бит для описания одного индивидуума 75
Следует отметить, что квазистатический анализ также вносит дополнительную немонотонность в указанные зависимости в виде небольшой «ряби». Метод генетической оптимизации позволяет проводить оптимизацию «вглубь» и избежать скатывания в локальный минимум.
Генетический алгоритм реализован с помощью программной системы эволюционных расчетов Open Beagle [5].
д/(е'эф00 - е'эфов)2 + (- гое)2 + (2'00 - 200)2 ^ М1М.
В качестве метода оптимизации выбрана генетическая оптимизация, что обусловлено как особенностями зависимости между волновыми сопротивлениями и топологией фильтра, так и особенностями метода ее
3 РЕЗУЛЬТАТЫ СИНТЕЗА
Исследование выполнено для 5 ППФ с аппроксимацией Батерворта, состоящих из двух одинаковых звеньев, реализованных на подложке с диэлектрической проницаемостью ег =10 и толщиной Н = 0,635 мм.
Толщина металлизации в расчетах не учитывалась (принималась равной нулю). Параметры исследуемых фильтров приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Параметры ППФ
№ фильтра ^— ^ Параметры 1 2 3 4 5
Граничная частота полосы пропускания фильтра /_п, МГц 1800 1900 1950 1750 1600
Граничная частота полосы пропускания фильтра /п, МГц 2200 2100 2050 2250 2400
Граничная частота полосы заграждения f-3, МГц 700 1000 1400 300 100
Граничная частота полосы заграждения /з, МГц 3300 3000 2600 3700 5000
Граничные частоты полосы пропускания фильтров определялись по уровню вносимого затухания ап = = 3 дБ, граничные частоты полос заграждения - по уровню аз = 15 дБ, волновое сопротивление подводящих линий принималось равным 20 = 50 Ом.
В табл. 3 приведены результаты расчета волновых сопротивлений для четного и нечетного типа воз-
буждения и номинальные размеры топологии элементов фильтров с отверстиями в экране. Значения в скобках указывают реальные значения волновых сопротивлений, полученные в результате синтеза с использованием генетического алгоритма. Длина связанных линий для фильтра из [1] скорректирована в результате электромагнитного анализа структуры в программе Microwave Office (в скобках значение из [1]).
Результаты синтеза подтверждаются данными электромагнитного анализа полученных топологий фильтров в программе Microwave Office, которые приведены на рис. 2, где представлены АЧХ ППФ.
Размеры классической топологии фильтра определяют диапазон поиска для генетического алгоритма (осуществляющего синтез модифицированной топологии) с границами, отвечающими условиям Wj.3Wj, 3Wj...12Wj, соответственно для ширины связанных линий звена фильтра, зазора между ними и ширины щели в экране.
Как видно из рис. 2, АЧХ всех проанализированных фильтров соответствуют данным табл. 2.
На рис. 3 приведены результаты электромагнитного анализа фильтра № 1 в диапазоне первой паразитной полосы пропускания.
Таблица 3 - Волновые сопротивления и размеры участков ППФ
№ фильтра ^^^^ ^^^^ Параметры Фильтр 0 [1] 1 2 3 4 5
Ом 77,67 77,6718 (77,8842) 67,9402 (68,0475) 61,8723 (61,2529) 81,9746 (81,3334) 93,7350 (93,8653)
Z00, Ом 38,04 38,0372 (38,3346) 39,9143 (39,1773) 42,0550 (41,6668) 37,6617 (37,3755) 37,6831 (39,0449)
Wi, мм 0,732 0,855 0,900 1,222 0,734 0,587
Si, мм 0,361 0,456 0,625 1,239 0,295 0,212
Szi, мм 1,78 2,138 2,044 3,161 1,715 1,559
li, мм 15,5 (13,83) 15,6 15,25 15,488 15,388 15,48
16ЭВ МНг -3.003 SB
200» MHz -1 750
О -3 -6 ■9
иг
-15 -18 -21 -24 -27 -30
Iii« МИН
-з.мгав |
;
____ vf
\ N Ч.
/ 1919 MHz 2077 MHz I
Z j К
Л
- j
;
;
— DB(|5(2,1)| EM Filtert)
-e-DB(|S(2.1)| EM Falten
DB(|S(2,1)] EM Filter2
-S-DB(|S(2,1)| EM Filter3
-*- DB(|S(2,1)j EM Filtert
-B-DB(|S(2,1)| EM Filters
1500 1600 1700 1800
1900 2000 2100 Frequency (MHz)
2200 2300 2400 2500
Рисунок 2 - АЧХ исследуемых ППФ
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУН1КАЦЛ
-в- DB(|S(2.1}|} ЕМ Filterl
о ¡=--------
-5 =
-ю :
-15 : -20
-зо С
-35 :
-ад :
-45 р
_5Q P.I...I..I . J...I..I.. I...I..I .„.I. .I..I . I...I..J_L.I..-1......1...I...'-1..1 L I, I..I.. I--I...I
3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 Frequency (MHz)
Рисунок 3 - АЧХ фильтра в области первой паразитной полосы пропускания
Как видно из рис. 3, затухание на частоте 4 ГГц составляет 25 дБ, что соответствует данным из работы [1]. Аналогичные результаты наблюдаются и для остальных фильтров, что свидетельствует о значительных преимуществах данной конструкции в сравнении с классической.
ВЫВОДЫ
На основе генетического алгоритма разработан метод синтеза ППФ на связанных линиях с отверстиями в экране. Проведен синтез нескольких микро-полосковых ППФ с различными параметрами. Результаты синтеза подтверждены результатами электромагнитного анализа полученных топологий в программе Microwave Office.
Направление дальнейших исследований связано с исследованием влияния толщины микрополосковой линии на параметры ППФ и разработкой метода синтеза шпилечной конструкции фильтра.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. M. del Castillo Velazquez-Ahumada. Parallel coupled microstrip filters with ground-plane aperture for spurious band suppression and enhanced coupling / J. Martel, F. Medina // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - 2004. -Vol. 52, No. 3. - Pp. 1082-1086.
2. Карпуков Л. M. Назначение допусков при проектировании микрополосковых полосовых фильтров на связанных линиях с отверстиями в экранирующем слое / Карпуков Л. М., Пулов Р. Д, Фарафонов О. Ю. // Ра-дюелектрошка. ¡нформатика. Управлшня. - 2005. -№ 1. - С. 32-38.
3. Проектирование интегральных устройств СВЧ : справочник / Ю. Г. Ефремов, В. В. Конин, Б. Д. Солганик [и др.] - К. : Техника, 1990. - 159 с.
4. Akhtarzad S. The design of coupled microstrip lines / Akhtarzad S., Rowbotham T., Johns P. // IEEE Transaction on microwave theory and techniques. - 1975. -Vol. MTT-23, № 6. - Pp. 486-492.
5. Open Beagle Manual. Evolutionary Computation Framework (Technical report RT-LVSN-2003-01-V300-R1 of Laboratoire de Vision et Systemes Numeriques (LVSN)) [электронный ресурс] / Gagn'e C., Parizeau M. - Электрон. дан. - Портал открытого программного обеспечения «SourceForge.net», 2007. - Режим доступа: http://sourceforge.net/projects/beagle/ свободный. -Загл с экрана.
Надшшла 7.08.2008 Шсля доробки 16.10.208
На баз1 м1кросмужкових структур виконано синтез смугових ф1льтр1в на зв'язаних лМях з отворами в ек-рат. При синтез1 топологИ використано кваз1статич-ний метод розрахунку та генетичний алгоритм пошуку оптимальних значень геометричних параметр1в. Проведено пор1вняння характеристик синтезованих ф1льтр1в з результатами електродинам1чного моделювання та з характеристиками ф1льтр1в без отвор1в у екрат.
On the basis of microstrip structures the synthesis of the band-pass filters on the coupled lines with the holes in screen is accomplished. During topology synthesis, the quasi-static calculation method and genetic algorithm of optimal geometric parameters search are used. Comparison of synthesized filter characteristics with the results of electrodynamic modeling and filter charac-teristics without holes in screen is carried out.
