Введение к работе
Актуальность темы. Широкое использование микроэлектронных устройств (МЭУ) в аппаратуре, предназначенной для работы в условиях комплексного воздействия различных видов дестабилизирующих факторов (ДФ), определяет особую значимость вопросов обеспечения стабильности их характеристик. Эта задача в первую очередь должна быть решена на этапах схемотехнического и конструкторско-топологического проектирования. Основной проблемой при этом, учитывая все возрастающую сложность МЭУ, неоднозначность изменения их параметров при воздействии различных видов ДФ, является реализация возможности моделирования их поведения и обеспечения стабильности их характеристик в условиях комплексного влияния ДФ. Она может быть решена при дальнейшем развитии систем автоматизированного проектирования (САПР).
Известные отечественные и зарубежные программные комплексы,и системы, предназначенные для автоматизированного проектирования аналоговых МЭУ, или не позволяют прогнозировать поведение и обеспечивать стабильность МЭУ в условиях комплексного воздействия таких ДФ, как ионизирующие излучения (ИИ), температура, нестабильность режима, или прогнозируют их не достаточно адекватно, что определяет необходимость разработки проблемно-ориентированных подсистем с соответствующими математическим и программным обеспечением и информационной базой.
Одной из областей применения САПР в микроэлектронике является проектирование на их основе аналоговых МЭУ, в частности аналоговых микросборок (МСБ), которые по номенклатуре и точности электрических параметров, области использования, принципу действия, технологии изготовления, требованиям стабильности могут существенно отличаться от МЭУ общего применения.
Следует отметить, что вопросы влияния различных видов ДФ, в том числе радиационных, на параметры МЭУ в последнее время нашли отражение в литературе, и в функционирующих САПР имеются соответствующие инструментальные средства. Но задача автоматизации проектирования и обеспечения стабильности характеристик аналоговых МЭУ, выполненных в виде МСБ, в условиях комплексного влияния ДФ в рамках специализированной подсистемы, в которой должны быть реализованы разработанные модели, алгоритмы и программные средства, требует своего решения, что определяет ее актуальность.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «САПР и системы автоматизации производства» и в рамках ГБ НИР 2004.01 «Автоматизация проектирования электронных и электротехнических устройств с учётом эксплуатационных воздействий».
Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке комплекса методов, моделей, оптимизационных алгоритмов и программных средств проектирования аналоговых МЭУ с повышенной стабильностью в условиях комплексного влияния ДФ и практическая их реализация в виде специализированной подсистемы, ориентированной на использование в составе промышленной САПР.
Для ее достижения необходимо решение следующих задач:
провести анализ и обзор современного состояния методов и средств автоматизации проектирования МЭУ, учитывающих комплексное влияние ДФ с обоснованием возможности их доработки и использования;
разработать обобщенные модели элементов и компонентов аналоговых МЭУ, учитывающие влияние ДФ, для различных диапазонов частот;
разработать комплекс алгоритмов, реализующих автоматизированные процедуры формирования обобщенных моделей компонентов МЭУ и расчета их параметров в условиях комплексного влияния ДФ и различные этапы проектирования МЭУ: прогнозирование характеристик, их оптимизацию по критерию стабильности;
сформировать состав, структуру и осуществить разработку программного обеспечения специализированной подсистемы проектирования МЭУ с повышенной стабильностью параметров в условиях комплексного влияния ДФ, ориентированной на интеграцию в промышленную САПР;
провести экспериментальную проверку адекватности разработанных инструментальных средств проектирования МЭУ и оценить их эффективность.
Методы исследования. При решении поставленных задач использован аппарат теории системного анализа; методы вычислительной математики, математического моделирования и оптимизации; структурного программирования; элементы теории электрических цепей и полупроводниковых приборов; физические методы исследования поведения МЭУ в условиях комплексного влияния
ДФ.
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
обобщенная модель активных компонентов МЭУ, отличающаяся учетом комплексного влияния ДФ на ее параметры и позволяющая моделировать характеристики устройств в этих условиях в широком диапазоне частот;
алгоритм автоматизированного построения модели активного компонента МЭУ и расчета ее параметров, отличающийся возможностью учета как одного из видов ДФ, так и их комплексного влияния;
алгоритм оптимизации параметров МЭУ по критерию стабильности, отличающийся использованием и реализацией схемотехнического принципа повышения стабильности, основанного на выборе оптимальных режимов активных компонентов и обеспечивающих их конструктивно-топологических параметров элементов;
специализированное программное обеспечение подсистемы анализа аналоговых МЭУ, отличающееся возможностью расчета и оптимизации их параметров в условиях комплексного влияния ДФ, и в котором реализованы предложенные методы, модели и алгоритмы.
Практическая значимость работы. На основе предложенных математических моделей, алгоритмов разработано информационное и программное обеспечение подсистемы моделирования комплексного влияния ДФ на параметры аналоговых устройств и оптимизации их по критерию стабильности, ориентированной на интеграцию в промышленную САПР МЭУ Design Lab
Результаты внедрения работы. Результаты исследований используются в практике проектных работ в научно-исследовательском институте электронной техники (ФГУП НИИЭТ) г. Воронежа и в учебном процессе кафедры САПРИС ВГТУ при подготовке студентов по специальности 220300 «Системы автоматизированного проектирования».
Апробация работы. Основные научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийских конференциях «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2004, 2005, 2006), Международных научно-технических конференциях «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва-Сочи, 2004, 2005, 2006), Всероссийских конференциях «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2005, 2006), X Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (Воронеж, 2005); Международной школе-конференции «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж, 2005) и научно-методических семинарах кафедры САПРИС ВГТУ (2004 - 2007).
Публикации результатов работы. По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, соискателем разработаны модели активных компонентов МЭУ, учитывающие комплексное влияние ДФ [1,2,4]; обосновано использование расчетно-экспериментального метода моделирования на основе системного подхода [6,9,11]; сформирована задача оптимального проектирования аналоговых МЭУ с учетом комплексного влияния ДФ и предложены алгоритмы ее решения [3,10,13]; обоснован выбор базовой системы для моделирования поведения МЭУ [5] и разработаны структура и программное обеспечение специализированной подсистемы моделирования комплексного влияния ДФ [14].
