автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Алгоритмизация и моделирование надежностного схемотехнического проектирования аналоговых микроэлектронных устройств в рамках интегрированной САПР

> ■

' На правах рукописи

%

питолин Владимир Михайлович

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТНОГО СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ В РАМКАХ. ИНТЕГРИРОВАННОЙ САПР

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации

проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматизированного 1' проектирования и информационные системы" Воронежского < государственного технического университета

' Научный консультант - д-р техн. наук, проф. Крюков В. Г.

Официальные оппоненты: д-р техн. наук, проф. Батищев Д. И.

- ■ д-р техн. наук Воропаев П.В. д-р техн. наук, проф. Кофанов Ю.Н.

Ведущая организация -Научно-исследовательский центр электрон-

" Защита диссертации состоится "14" ноября 1997 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г. Вороне», Московский проспект. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского . государственного технического университета.

Автореферат разослан "14" октября 1997 г.

Ученый секретарь

но-вычислительной техники (г. Москва)

диссертационного совета

Львович Я. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время при проектировании микроэлектронной аппаратуры (МЭА) особую значимость приобретают вопросы прогнозирования и обеспечения надежности и стабильности ее характеристик в условиях воздействия эксплуатационных факторов. Это связано с расширением сфер ее применения, широким использованием в различных областях науки, техники, производства. Требуемые качественные характеристики МЭА и ее компонентов (интегральных схем (ИС) и микросборок (МСВ) должны закладываться на всех этапах проектирования, обеспечиваться при производстве и поддерживаться при эксплуатации. Эта задача в первую очередь должна решаться на этапе схемотехнического проектирования, так как на последующих стадиях разработки МЭА и ее компонентов схемные недоработки могут привести к значительным материальным и временным затратам.

Учитывая, что сложность микроэлектронных устройств (МЭУ) постоянно растет, что требования к качественным характеристикам также повышаются, задача разработки высоконадежной аппаратуры может быть решена при дальнейшем совершенствовании, развитии и внедрении систем автоматизированного проектирования (САПР)., в том числе систем схемотехнического проектирования (ССП) при использовании современной информационной технологии проектирования.

Известные отечественные (ЛИСП-ПК, АСОНИКА, КАПР-3 и др.) и зарубежные (PSpice, Biter, Micro-Cap, Saber) программные комплексы и системы, предназначенные для автоматизированного проектирования электронных схем и МЭУ, не позволяют прогнозировать и обеспечивать в условиях воздействия дестабилизирующих факторов (ДФ) в том числе и ионизирующих излучений (ИИ), надежность схемных функций аналоговых ИС и МСБ, так как не имеют проблемно-ориентированных подсистем с соответствующей информационной базой, математическим и программным обеспечением.

Кроме того,недостаточно отработаны на схемотехническим уровне методы и принципы проектирования аналоговых устройств с повышенной эксплуатационной надежностью в условиях воздействия ДФ. составляющие суть системного подхода, которые, как правило, не доведены до алгоритмической и программной реализации.

Одним из основных применений ССП является их использование при проектировании аналоговой МЭА. в частности ИС, схемотехничес-

кая и конструктивная сложность которых постоянно растет в связи с ' расширением областей их применения, возрастанием уровня решаемых ! задач, увеличением числа внешних дестабилизирующих факторов, оказывающих влияние на их работоспособность. В процессе разработки и изготовления высокостабильной аналоговой МЭА широко применяются специализированные ИС, которые могут существенно отличаться от микросхем общего применения по электрическим параметрам и характеристикам, принципам действия, технологии изготовления, точности и стабильности.

Сложность стоящих перед разработчиком МЭА задач возрастает в связи с тем. что МЭА. выполненная на базе МСВ и ГИС, является неотъемлемой частью различного рода технических устройств и объектов. в том числе и предназначенных для работы в условиях воздействия полей ИИ естественного и искусственного происхождения в течение длительного времени. Воздействие ИИ монет привести к существенному изменению характеристик ЮУ, необратимым изменениям их работоспособности. Поэтому при автоматизированном проектировании должны применяться соответствующие меры по минимизации последствий воздействия ИИ, то есть применяться меры по обеспечению требуемой радиационной стойкости. Для этого необходимо знание физики радиационных процессов в материалах, элементах и компонентах ГИС и МСБ, качественных и количественных характеристик элементов и компонентов, определяющих те или иные параметры МЭУ и МЭА в целом. а также их изменений, вызванных влиянием'ИИ, то есть необходимо иметь математические модели элементов и компонентов, учитывающие влияние ИИ, для разработки подсистемы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых ГИС и МСБ. Для такой подсистемы необходимо также соответствующее математическое, программное и информационное обеспечение.

Если вопросы влияния нерадиационных дестабилизирующих факторов на МЭА и ее компоненты достаточно освежены в литературе и в функционирующих ССП МЭА имеется соответствующее обеспечение, то задача автоматизации проектирования стабильных аналоговых ГИС и МСБ с учетом влияния Ш требует своего решения. Это,в первую очередь, связано с трудностями получения адекватных математических моделей элементов и компонентов, что объясняется естественными сложностями постановки экспериментов и непосредственных измерений

при воздействии ИИ, трудностью выбора и обоснования оптимальных критериев проектирования и, соответственно, недостаточной приемлемостью математического, программного и информационного обеспечения для автоматизированных процедур проектирования радиацион-но стойких аналоговых МЭУ.

Таким образом, в области теории и разработки САПР были выдвинуты актуальные задачи, которые потребовали комплексного подхода к схемотехническому проектированию МЭУ на основе разработки методов, моделей, алгоритмов, программных средств подсистемы надежностного схемотехнического проектирования в рамках интегрированной САПР МЭУ для повышения эффективное™ и качества объекта проектирования.

Тема диссертации разработана в соответствии с координационным планом совместных работ НЭП, АН СССР и Госкомобразования СССР (совместный приказ от 6.04.87 N158) на 1985-1990 гг. и до 2000 г.; координационным планом по КНТП "САПР" Минвуза РСФСР (приказ от 9.04.87) по заданию 9.4.14 "Развитие подсистемы моделирования дискретных компонентов аналоговых электронных схем"; Межвузовской целевой НТП на 1987-1990 гг. и на период до 2000 г. "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения" (Приказ Минвуза РСФСР от 6.07.87 N 485) по заданию 03.21 "Разработка методов оценки надежности, принятия проектных решений на основе экспертных систем": Комплексной программой ГК РСФСР по делам науки и высшей школы "Информатизация науки и образования РСФСР" (задания 2.2.1.1, 2.1.3.3), а также одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Исследование и разработка САПР, роботов и ГАП".

Н а у ч н а я п р о б л е а а. Прогнозирование и оптимизация параметров аналоговых микросхем и микросборок в рамках интегрированных САПР МЭУ для повышения их эксплуатационной надежности.

Цель работ ы и задачи и с с ледова--кия- создание теоретических основ прогнозирования и обеспечения надежности аналоговых МЭУ ка основе принципов и методов проектирования высоконадежных аналоговых схем и практическая реализация этих принципов и методов в подсистеме надежностного схемотехнического проектирования, интегрированной в САПР микроэлектронных устройств.

Основными задачами работы являются: ^

повышение эффективности ССП аналоговых МЭУ за счет учета ДФ! при их интеграции в промышленных САПР;

формирование моделей активных компонентов аналоговых МЭУ, учитывающих влияние ДФ;

разработка алгоритмов автоматизированного моделирования ДК; создание алгоритмов расчета и минимизации чувствительности схемных функций аналоговых МЭУ к воздействию ДФ;

реализация предложенных принципов, алгоритмов и моделей в подсистеме надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ;

разработка информационных и программных средств подсистемы надежностного схемотехнического проектирования, обеспечивающих простой "дружественный" интерфейс и диалоговые формы взаимодействия в интегрированной САПР;

разработка с использованием подсистемы надежностного схемотехнического проектирования принципиально новых схемотехнических решений аналоговых МЭУ с повышенной эксплуатационной надежностью.

М е-т о д ы исследования основываются на теории системного анализа, методах вычислительной математики, структурного и системного программирования, теории цепей и полупроводниковых приборов, а также на новых информационных технологиях.

На защиту выносятся следующие основные научные положения.

1. Методология автоматизированного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с повышенной надежностью в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, основанная на использовании моделирования влияния ДФ, алгоритмов надежностного схемотехнического проектирования и факторно-зависимой обратной связи для повышения стабильности характеристик ИС и МСБ.

2. Модели активных компонентов аналоговых МЭУ. учитывающие влияние дестабилизирующих факторов, с возможностью автоматизированного построения, минимальной информационной избыточностью, высокой степенью адекватности в широком диапазоне частот.

3. Алгоритмические процедуры автоматизированного определения частотных, режимных характеристик моделей активных компонентов аналоговых МЭУ, а также их зависимостей от уровней дестабилизирующих факторов.

4. Модели и алгоритмы надежностного схемотехнического проек-трования аналоговых МЭУ, основанные на минимизации чувствительности схемных функций к дестабилизирующим факторам.

5. Принцип разработки аналоговых электронных схем, для повышения стабильности параметров которых в условиях воздействия дестабилизирующих факторов используется факторно-зависимая обратная

' связь, доведенный до схемотехнической реализации.

Научная новизна состоит в следующем:

1. Развиты методологические основы схемотехнического проектирования аналоговых электронных схем с повышенной радиационной надежностью и предложен принцип, отличающийся использованием факторно-зависимых обратных связей для обеспечения стабильности схемных функций в условиях радиационных воздействий.

2. Сформированы модели чувствительности базовых компонентов МЭУ, отличающиеся учетом обобщенных зависимостей параметров модели от режима и уровней дестабилизирующих факторов: температуры и ионизирующих излучений.

3. Разработаны алгоритмические процедуры анализа и идентификации параметров моделей АК МЭУ. позволяющие учесть влияние режимных. частотных, температурных и радиационных факторов.

4. Предложен алгоритм синтеза при надежностном схемотехническом проектировании аналоговых МЭУ, реализованный на базе общих принципов разработки радиационно стойких схем и отличающийся возможностью настройки на конкретный принцип в зависимости от варианта схемотехнического построения устройства с использованием математических приемов оптимизации.

5. Создана подсистема надежностного схемотехнического проектирования, отличающаяся возможностью разработки аналоговых МЭУ с повышенной эксплуатационной надежностью, основу математического и информационного обеспечений которой составляют предложенные методы, модели и алгоритмы.

П о а к m и -ч q с к а я ценность работы. Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном техническом университете в рамках хоздоговорных и госбюджетных научно-иссле-доватедьских работ по заказам МРП, МЭП, КПСС. Они нашли отражение в 14 отчетах по НИР. в 6 из которых автор был ответственным исполнителем.

Практические результаты выполненных в диссертационной работе ^ исследований можно разделить *на две части, имеющие значение для ! научных, применений и инженерных задач. В научном плане развитые и разработанные принципы; модели и алгоритмы являются основой для развития математического обеспечения САПР аналоговых МЭУ, они нашли применение для разработки программнсго обеспечения подсистемы надежностного схемотехнического проектирования. Прикладное значение работы связано с созданием ряда инженерных методик и программных средств, ориентированных на пользователей-схемотехников с предоставлением им доступных средств оптимального проектирования и позволяющих решать па этапе схемотехнического проектирования задачи разработки аналоговых МЭУ с повышенной эксплуатационной надежностью. В результате решения этих задач разработан ряд схем дифференциальных усилителей с повышенной стабильностью характеристик в условиях радиационных воздействий, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения.

Реализация и внедрение результатов р а б о т ы. Предложенные модели, методы, алгоритмы, программные средства использовались при разработке отечественных аналоговых ГИС и МСБ серий "Радио", "Трель-Рубин", "Артишок" в рамках хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ. Результаты работы внедрены и используются в Рижском НИИ микропри- ' боров. Воронежском НИИ связи, НИИ "Вега" (г. Воронеж). АООТ "ОКБ Процессор". НИИ электронной техники (г. Воронеж), в Московском научно-исследовательском радиотехническом институте. Экономический эффект от внедрения результатов работы в 1990 году составил 60 тыс.р. , и В 1995 году - 106.800 тыс. р.

Научные результаты включены в 4 учебные пособия: "Интерак-тизные графические средства поддержки проектирования МЭА", "Основы эксплуатации САПР", "Проектирование САПР и АРМ изделий элект- . ронной и вычислительной техники", "Техническое обеспечение САПР" и внедрены в учебный процесс ВГТУ по специальностям: 220300 -"Системы автоматизированного проектирования", 200800 - "Проектирование и технология радиоэлектронных средств", 200700 - "Радиотехника".

Л п р о б а и и -я работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались более чем на 40 Международных, Всесоюзных, республиканских, региональных

научно-технических конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах. В том числе: на Всесоюзном научном семинаре по обмену передовым опытом по производству и применению микроэлектронных изделий в радиоаппаратуре (Рига, 1971). республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры на промышленных предприятиях" (Запорожье, 1976), Всесоюзном симпозиуме "Проблемы исследования влияния параметров элементов на технические характеристики РЭА" (Москва, 1976). Всесоюзной школе-семинаре "Чувствительность, оптимизация, проблемы решения" (Воронеж. 1978), Всесоюзной конференции "Прием СНЧ сигналов и устройства для их обработки" (Воронеж, 1983). Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества электронной аппаратуры и приборов" (Воронеж, 1984), 1- й и 2- й Всесоюзных конференциях "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1982, 1986), Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Надежность и качество в приборостроении и радиоэлектронике" (Ереван, 1986). отраслевом семинаре "Создание и развитие систем автоматизированного проектирования" (Воронеж. 1987), Всесоюзной 'научно-методической конференции "Интенсификация учебного процесса в высшей школе на базе микропроцессорных вычислительных систем" (Воронеж, 1987), 2- й Всесоюзной конференции "Прием и анализ сверхнизкочастотных колебаний естественного происхождения" (Воронеж, 1987), 12- й Всесоюзной научной конференции по микроэлектронике (Тбилиси, 1987). 2- й Всесоюзной научно-технической конференции "Технология и конструирование ГИС и вопросы их производства" (Ярославль, 1988), региональной конференции "Методы прогнозирования надежности проектируемой РЭА и ЭВА" (Пенза. 1988), региональной конференции "Методы оценки и повышения надежности РЭА" (Пенза, 1989), Всесоюзном семинаре-совещании молодых ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР и ГАП на базе высокопроизводительных мини- и микрп.ЭВМ (Воронеж, 1969). 11-ом Всесоюзном симпозиуме "Человек-техника" (Воронеж, 1990), 4- й Всесоюзной и Международной школах "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами" (Харьков-Туапсе, 1990, 1992), Российской научно-технической конференции "Методы оценки и повышения надежности РЭС" (Пенза, 1991), Всесоюзном семинаре-совещании "Интерактивное проектирова-

ние технических устройств и автоматизированных систем на персо-^' нальных ЭВМ" (Воронеж, 1991), Международных научно-технических' конференциях "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем" (Пенза, 1992, 1993, 1995), Международной конференции и школе молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнесе" (Гурзуф, 1992), Межгосударственной научной конференции "Экстремальные задачи и их приложения" (Нижний Новгород, 1992), Международном научно-техническом семинаре "Моделирование и контроль качества в задачах обеспечения надежности радиоэлектронных устройств" .(Шау-ляй, 1992), Российском совещании-семинаре "Оптимальное проектирование технических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1992), региональном совещании-семинаре "Компьютеризация управления качеством высшего образования" (Воронеж, 1992), республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования РЭА и ЭВА" (Пенза, 1992), республиканской научно-технической конференции "Опыт разработки и применения приборно-техно-логических САПР в микроэлектронике" (Львов, 1993), региональном совещании-семинаре "Опыт информатизации в промышленности" (Воронеж, 1993). научно-технической конференции "Машинное моделирование и обеспечение надежности электронных устройств" (Бердянск,. 1993), Всероссийском совещании-семинаре "Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1993), Российской научно-технической конференции "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств И' систем" (Саратов, 1994). Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы автоматизированной разработки и производства радиоэлектронных устройств и подготовки инженерных кадров" (Львов, 1994), Всероссийских совещаниях-семинарах "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994, 1995, 1996). Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств п систем" (Пенза, 1996) к других.

Публикации результатов работы. По' теме диссертации опубликовано около 70 печатных работ, в том числе 4 учебных пособия в изданиях, соответствующих перечням издательств и издающих организаций, в которых могут публиковаться ос-

новные научные результаты, включаемые в докторские диссертации.

Разработанный программный комплекс и отдельные процедуры прогнозирования параметров и обеспечения эксплуатационной надежности аналоговых МЭУ зарегистрированы в Государственном и Отраслевом фондах алгоритмов и программ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на 245 страницах машинописного текста, иключая 61 рисунок, 14 таблиц, библиографию из 238 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, приводятся основные положения, выносимые на защиту, излагается краткое содержание глав диссертации.

В первой главе в методологическом аспекте рассмотрены особенности автоматизированного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с повышенной стабильностью параметров в условиях воздействия ДФ. В настоящее время при автоматизации схемотехнического проектирования предполагается использование как универсальных, так и специализированных программных комплексов и систем. Универсальные комплексы предназначены для автоматизированного проектирования схем и устройств широкого класса, для решения задач их анализа и оптимизации. Однако, при схемотехническом проектировании аналоговых ИС и МСБ. стойких к воздействию ДФ, необходимо учитывать ряд требований и особенностей, игнорирование которых может привести к нерациональному использованию и неоправданному усложнению универсальных программ. Основными из них являются: схемотехническое построение аналоговых МЭУ, режимы работы их активных компонентов (АК). широкий частотный диапазон, наличие паразитных связей между элементами на подложке, зависимости параметров элементов и компонентов, а также выходных характеристик схем от уровня ДФ.

Универсальные ССП практически не имеют специализированного математического и информационного обеспечения, ориентированного на проектирование аналоговых МЭУ, стойких к воздействию дестабилизирующих факторов, в частности, к воздействию ИИ.

Комплекс специфических требований по стойкости МЭУ к воздейс- "Т твию дестабилизирующих Факторов, множество параметров, широкая их : номенклатура дела»т целесообразным самостоятельное решение вопроса их автоматизированного проектирования путем создания специализированной подсистемы надежностного схемотехнического проектирования (ПНСП) для решения задач анализа, синтеза и оптимизации электрической схемы с учетом заданных условий.

Анализ составных частей и методов современных ССП, результатов практического их использования, а также методов моделирования и оптимизации интегральных схем, учет их особенностей и требований к ним показывает, что эффективность проектирования аналоговых МЭУ, стойких к воздействию дестабилизирующих факторов, с использованием ССП может быть значительно повышена, а область применения САПР расширена.

Основными путями повышения эффективности автоматизированного проектирования аналоговых МЭУ с учетом влияния дестабилизирующих факторов являются следующие:

разработка, систематизация информационной базы аналоговых МЭУ и их АК с учетом влияния дестабилизирующих факторов;

разработка математического и программного обеспечения ССП аналоговых МЭУ для точного и оперативного построения их моделей и макромоделей, ориентированных на учет влияния внешних факторов. ' автоматизация оптимизационных процедур по критериям стабильности;

развитие набора специализированных программ, проблемно ориентированных на проектирование аналоговых МЭУ, стойких к воздействию ДФ, учитывающих тип элемента, вид схемы, тип ЭВМ;

развитие ССП на базе ПЭВМ в направлении совершенствования форм диалогового взаимодействия, повышение универсализации и гибкости системных и сервисных программ.

Рассматриваются вопросы разработки математического обеспечения для автоматизированного прогнозирования параметров и оптимизации аналоговых МЭУ по критерию радиационной стойкости, отмечается необходимость его совершенствования для использования в ПНСП. Основными путями для этого являются:

исследование и разработка математических моделей элементов и компонентов аналоговых МЭУ, учитывающих влияние ДФ и адекватно описывающих их работу в условиях воздействия ДФ;

разработка методики и процедур автоматизированного расчета режимных, температурных и радиационных характеристик моделей в широком диапазоне частот;

^ выбор и обоснование метода определения функций чувствительности;

разработка алгоритмов минимизации функций чувствительности с обоснованием использования применяемых оптимизационных методов.

В заключение формулируется цель и задачи исследования.

Во второй главе, посвященной формированию структуры надежностного схемотехнического проектирования, на основе анализа существующих промышленных интегрированных САПР МЭУ SL-2000, Mentor Graphics, GDT-Designer. P-CAD, АСОНИКА обосновывается главная концепция построения ПНСП, в рамках которой функционируют проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ (ППП), позволяющие осуществлять прогнозирование параметров МЭУ в условиях воздействия ДФ и их оптимизацию по критерию радиационной стойкости. Основой концепции построения такой подсистемы является методология прогнозирования и обеспечения эксплуатационной надежности аналоговых МЭУ на этапе схемотехнического проектирования, базирующаяся на основе методов и принципов, изложенных в главе. Эксплуатационная надежность параметров МЭУ в условиях воздействия ИИ обеспечивается схемотехническими. конструктивными и технологическими методами. Радиационная стойкость схемных функций МЭУ■ определяется радиационной стойкостью элементов, схемотехническим построением ij электрическими режимами работы: ее повышают схемотехническими методами, основу которых составляют схемные решения, обеспечивающие сохранение параметров МЭУ в соответствии с техническими условиями, при значительной деградации параметров элементов и компонентов схемы.

Отмечается, что развитие средств моделирования и САПР аналоговых МЭУ отстает от САПР цифровых и переключательных схем. Существующие промышленные интегрированные САПР в основном ориентированы на проектирование цифровых ИС и не содержат в своем составе специализированных подсистем прогнозирования параметров и обеспечения эксплуатационной надежности схемных функций аналоговых МЭУ. что значительно снижает их эффективность. Рассмотрены особенности, характеристики и основное функциональное назначение отдельных подсистем в наиболее известных интегрированных САПР МЭУ, обоснован выбор для интеграции разработанной ПНСП и дальнейшего сквозного

проектирования МЭУ системы P-CAD. Выбор САПР P-CAD с целью созда-^ ния интегрированной системы проектирования МЭУ обусловлен возмож- [ ностью реализации сквозного цикла проектирования с применением многоуровневого иерархического1 подхода; наличием универсальнык графических и текстовых средств ввода и редактирования схемы; открытостью системы с точки зрения новых библиотек элементов и компонентов ЮУ, новых программ и подсистем проектирования. Обосновано место проблемно-ориентированной ПНСП в рамках интегрированной САПР P-CAD (рис.1).

На линиях связи указаны стандартные расширения имен файлов, с помощью которых происходит обмен информацией мевду отдельными программными модулями. Наряду с утилитами системы P-CAD, в состав ПНСП включены следующие программные модули: ESXT - формирование файлов эквивалентных схем по постоянным и переменным составляющим; -LGIS.EXE - расчет статического режима; CRELIAB.EXE - прогнозирование и обеспечение схемной надежности; SXPK - формирование библиотеки параметров математических моделей компонентов с учетом влияния ДФ (в файлах с расширением .LIB).

Проведение простейших видов анализа характеристик МЭУ во временной и частотной областях осуществляется с помощью отдельной программы Micro-Cap III, которая интегрируется в систему P-CAD.

В третьей главе рассмотрены вопросы выбора и разработки математических моделей элементов и АК МЭУ, учитывающих влияние ДФ, алгоритмизации их формирования и автоматизации построения. Решен вопрос о получении достоверной информации о параметрах моделей АК. Предпочтение отдано экспериментальным данным как наиболее доступному и достоверному источнику информации о параметрах моделей. На основании анализа требований к математическим моделям, учитывая специфику проектируемых устройств и самой задачи, рассмотрены электрические модели элементов и АК аналоговых ИС и МСБ с точки . зрения автоматизированного их построения и адекватности.

К моделям АК компонентов предъявляются особые требования, так как в основном они определяют точность расчетов, в то же время они должны быть достаточно просты и формализованы для алгоритмического и программного обеспечения ССП.

В диссертации обосновано использование экивалентных схем биполярного (ВТ) и полевого транзиеторов(пт) для малосигнальной модели. В соответствии с этой схемой, состоящей из теоретической

Рис. I. Структура системы надежностного схемотехничес.кого проектирования аналоговых МЭУ

модели и ряда элементов, дополняющих ее до реальной схемы и описываемой системой У-параметров (дающей наибольшее приближение к теории и эксперименту), выражения для высокочастотных параметров биполярного транзистора определяются как

Ге'+Пцб

Рг

+3

- э

Гб*г+Ьц е£ 1Рг 1г I шЬ, 1б2Ск ' I2

+ шСк"

Иця1Рг 1г-г'6(1-<оСоЬ116|Рг |) _

I г6*г^116г|Рг1г

+ и)С„ "

У

21

П116Г6' |РГ |ш(Ск+тк/й,1б)

Чгг = - +■

гб*2+й11б2 |(5Г |2

+ Л -+ оС,

^ г6,2+Ь11б21Ыг

Для расчета У-параметров, исходя из их аналитических выражений, необходимо знание мести параметров модели ро, /|5Г/, Пцб, Ск. тк и гб, задаваемых в технических условиях или определяемых экспериментально. Для использования данной модели при построении автоматазированых процедур прогнозирования схемных функций аналоговых МЭУ в условиях воздействия ДФ и их оптимизации по критерию радиационной стойкости исследовано поведение ее параметров в зависимости от электрического режима, температуры и интегрального потока некоторых видов ИИ. В результате анализа экспериментальных данных определены параметры модели, зависящие от режима, температуры и уровня ИИ. получены их экспериментальные зависимости. Для автоматизированного построения моделей АК режимные зависимости

аппроксимированы показательными функциями, температурные - линейными. а радиационные - квадратичными, коэффициенты которых определены с помощью оптимизационной процедуры, реализующей метод наименьших квадратов. Эти зависимости приведены в таблице.

Таблица

Но- Параметр модели АК Зависимости от

мер тока коллектора температуры ИИ

1 Р онР Р0И (1+0, 006 ЛТ) В0 (1бФ)2+В,Ф+Вг

2 Ни 6 или Яц/ (1+0.003 ЛТ)

3 Со или | (5Г | Сб+СдГ 1 Р г" 111 Со" (1-0.003 ЛТ)

4 Гб - Г6" (1+0, 002 ЛТ) В0'(^ф)г+В1'ф+Вг'

5 Ск - - -

6 «V - - -

7 Б Б- 1к Б" (1-0, 005-ЛТ) +в2" |

Сравнение экспериментальных данных параметров модели АК с расчетными по аппроксимированным зависимостям показывает достаточно малую погрешность "аппроксимации, не превышающую 5 %.

Для построения автоматизированной процедуры определения У-па-раметров и их зависимостей от ДФ выражения для них формализованы и приведены к виду

а1 + ( а5

Уц = - + 32Х{ а4 + -

5 1 + I 4 1 + а,Гг>

) .

где

1, К - могут принимать значения, равные 1 или 2; Г - час-

тота в Гц; а,, параметры модели АК.

а5 - постоянные величины, определяемые через

Для оперативного определения параметров моделей АК аналоговых7 МЭУ разработан алгоритм, реализующий автоматизированную процедуру ' их расчета, программно представленный в виде отдельного модуля.

Разработанные в главе модели АК. алгоритмы их построения и расчета являются составной частью математического обеспечения ПНСП, а значения их параметров, коэффициенты аппроксимирующих функций - основой библиотеки данных.'

Эффективность решения задач оптимального схемотехнического проектирования аналоговых ИС и МСБ с повышенной радиационной стойкостью определяется имеющимся в распоряжении разработчика набором средств решения экстремальных задач и стратегией их использования в процессе оптимизации с учетом предъявляемых требований и общих принципов разработки таких схем. Эти вопросы отражены в четвертой главе . Рассмотрены схемотехнические принципы проектирования стойких к воздействию ИИ схем, которые являются общими для всех видов радиационных воздействий: использование компенсационных схем, оптимизация параметров элементов и режимов АК с целью минимизации чувствительности схемных функций к воздействию ИИ. введение стабилизирующих обратных связей (ОС). Предложен новый принцип, заключающийся во введении факторно-зависимых обратных связей (ФЗОС), изменение глубины которых компенсирует деградацию параметров АК, вызванных влиянием ИИ, и,соответственно, повышает радиационную стойкость схем.

Задача оптимизации аналоговых МЭУ по критерию радиационной стойкости имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при выборе методов анализа и разработке оптимизационных алгоритмов. Основными из них являются: большая сложность модели оптимизируемой схемы и в связи с этим отсутствие аналитического описания, многокритериальный характер задачи оптимизации: сложный многоэкстремальный характер целевой функции <Мв); неодинаковая степень влияния параметров элементов и компонентов схемы на выходные характеристики и заданную целевую функцию; большой диапазон значений параметров элементов «.компонентов; необходимость выполнения условий физической и схемной реализуемости; начальные (до оптимизации) значения параметров элементов и компонентов могут быть далеки от оптимальных, обеспечивающих требуемое значение целевой функции.

"С учетом особенностей задачи оптимизации схем аналоговых МЭУ по критерию радиационной стойкости, когда требования к их характеристикам оговорены в технических условиях, задача определения целевой функции и характера ее ограничений формулируется следующим образом.

Модель схемы имеет вид 3 = (Г(81)} , где -выходные параметры. - ■параметры элементов и компонентов. Параметры компонентов являются функциями воздействия ИИ: = {^(Ю). Параметры СФЛ) и {64} могут принимать значения, определенные для данного класса схем. Необходимо выбрать показатель, характеризующий возможность работы схемы в радиационной среде (К), определить вид целевой функции и ограничений:

ШВи^.^: {фр = {^(0!)}}; (1)

{04} = {^(Е)}; . {в1 > = {Г4 (Эг) 1: (2)

<Флл1п) < < (Ф3тах>: 18..!») < €в4> < {9,так); (3)

где - соотношение между элементами массива показателей стойкости Ш и элементами множества параметров схем и ее компонентов; (2) и (3) - локальные и глобальные ограничения,соответственно.

При схемотехническом проектировании радиационно•стойких аналоговых ЙС и МСБ основным критерием оптимальности является обеспечение минимальной чувствительности схемных функций к изменениям параметров АК, вызванных влиянием ИИ. Параметром АК, который главным образом определяет качественные характеристики аналоговых МЭУ, и который деградирует под влиянием ИИ, является статический коэффициент усиления по току р0. И в качестве целевой

функции Ф(й). значение которой необходимо минимизировать,выбрана чувствительность характеристик ИС и МСБ к параметру АК |30 Б*

Для расчета и минимизации коэффициентов чувствительности ис~ юльзумтся соотношения, связывающие их с проводимостями АК, зави-:ящими от р0 • и элементами матричной модели схемы:

А У,,

= — {[(Лв)о|Ч4в)оз]4У22хЕ(Лв)о12 + (Лв)о13+(Ло2з)П, 11 &

Л У,1

~Т~ {(Ав)оз + У1гхИДв)о1г + <Л8)013 + (Д2 )023 ]>.

с 1 Д

где А - определитель матрицы схемы; Ав - определитель матрицы внешней цепи; (Ав)о1к - определитель матрицы схемы, в которой узлы о и к объединены с базисным узлом 0.

Суммарная чувствительность Б* выходного параметра схемы к проводимости У1Д всех АК будет определяться как

£У 1 ^

где 1 - число усилительных АК в схеме.

' Минимизация значения ЗкЕУ осуществляется покаскадно путем выбора оптимальных параметров пассивных элементов МЭУ и коллекторных токов АК, при которых значение Зк£, будет минимальным. При этом задача оптимизации формулируется как задача безусловной минимизации чувствительности 5кЕУ при линейных ограничениях типа неравенств на варьируемые параметры элементов х3 и токи 1К!:

О:

Х;| ЕЮ, 1К1Е0 .

Ограничения устанавливаются исходя из физической реализуемости значений параметров элементов и обеспечения соотношения ЮКТУ, где Кгу - минимальное значение выходного параметра схемы, указанное в 'технических условиях.

Одним из приемов минимизации многоэкстремальных функций нескольких переменных является сведение задачи к отысканию минимума функции одной переменной. Подобный подход оправдан при числе варьируемых параметров п<3 (в случае покаскадной минимизации чувствительности изменяются параметры одного-двух токозадающих

„к

элементов каскада и ток АК). Задача минимизации Sy сводится к последовательности одномерных задач глобальной минимизации:

к к ^

min S, (х-,, IK1) = min { min t min Syj^ (Xj . x2, IKi) i }

E D. Iri e D хгв1«{хг'х2»а! min ^Kimln ^HlnaJ .

Для обоснованного выбора оптимизационных методов для минимизации !•> (xt ,1К1> проведен анализ статического режима АК МЭУ, который показал, что разброс рабочих токов АК, вызванных влиянием ИИ на ß0 и его деградацией, лежит в пределах 3-6 %. Это позволило сделать вывод о возможности использования для минимизации чувствительности оптимизационных методов; позволяющих определить области допустимых значений рабочих токов АК. из которых они не выйдут при воздействии ИИ, то есть методов, не предусматривающих уточнения точки глобального минимума целевой функции. Для локализации

глобального минимума & используется информационно-статистический ХУ

алгоритм - монотонный алгоритм глобального поиска. Его использование позволило локализовать глобальный минимум целевой функции (ориентировочно 80 итераций), что достаточно, учитывая данные анализа статического режима.

В соответствии с предлагаемым подходом разработан алгоритм схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с повышенной радиационной стойкостью, структура которого приведена на рис.2. Алгоритм состоит из двух основных блоков: блока анализа и блока оптимизации. На первом этапе формируется матричная модель схемы МЭУ. Затем проводится расчет статического режима АК. рассчитываются режимные, частотные, радиационные зависимости проводимостей АК. В блоке анализа определяются схемные функции, моделируется влияние ДФ на них. в нем предусмотрена возможность реализации выбранного схемотехнического принципа повышения радиационной стойкости. При необходимости минимизации чувствительности проводится' ее расчет и в блоке оптимизации осуществляется минимизация чувствительности с выводом вектора оптимальных значений варьируемых параметров и соответствующих значений схемных функций.

?Ърииро5а-ные матрицы схемы

Библиотека параметров элементоб и

Компонентов

г~

Расгёт статцгеакдго режима

расгёт параметров МЭУ

"Л

" I а 1 л I и

/ЬыЬо 3 параметрэЬ МЭУ

Расгёт

гуВстбительнад ти £р1

Ою маснадом)

Г"

Поиск Миниму на коЭф, губстЕшТельню «5р;

~оП к т и N и г а а и я

^ Нонеи ^

Ряс.2. Алгоритм схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с повышенной стабильностью к радиационным возпейитвиям

Пятая глава посвящена разработке информационного (ИО) и программного обеспечения (ПО) проблемно-ориентированной ПНСП в рамках интегрированной САПР МЭУ. Основу организации ИО современных интегрированных САПР составляют" несколько частных 'баз данных (БД), взаимодействующих с помощью специальных программных интерфейсов. Рассматривается одна из таких БД, которая является ядром ПНСП. БД может быть реализована или с использованием существующих стандартных СУБД, или на основе разработки специализированной СУБД. Анализ вида и структуры данных информационной подсистемы ПНСП аналоговых МЭУ и учет того, что ориентированные на широкий спектр применения универсальные СУБД требуют,как правило,большого объема дисковой и оперативной памяти, что в сочетании с большим объемом ПО ПНСП приводит к неэффективному использованию вычислительных ресурсов ЭВМ, позволил сделать вывод о целесообразности и необходимости разработки и использования специализированной СУБД. Предложено использовать в качестве модели базы реляционную модель структуры данных, как наиболее удобную и легкую в реализации.

Для схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ и прогнозирования их характеристик в условиях эксплуатации при воздействии различных ДФ (температура, ИИ и другие) в состав ИО подсистемы доляяа входить специализированная библиотека параметров математических моделей компонентов(ММК). включающая как параметры ММК при нормальных условиях, так и их зависимости от уровней различных ДФ в виде аппроксимирующих функций и коэффициентов. Разработка такой библиотеки, наряду с выбором ММК и разработкой методики получения исходной информации о параметрах модели, является одной из основных задач создания ИО.

Наряду с созданием библиотеки разработана программа "Система управления библиотекой математических моделей компонентов" (СУБ ММК). которая в САПР аналоговых микросборок выполняет Функции системы управления базой данных, предназначена для- создания, модифицирования и поиска данных о ММК электронных схем.

Система предоставляет пользователю удобный дружественный интерфейс: многооконность, многоуровневое меню, "мышь", рассчитана в тервую очередь на пользователя ~ инженера-схемотехника.

Система реализует следующие основные функции:

а) создание и модификацию структур данных;

б) сортировку данных;

в) поиск данных;

г) очистку и удаление данных;

д) копирование данных;

е) получение информации о доступных пользователю ресурсах;

ж) смену текущего каталога.

ПО системы управления библиотекой данных реализовано на языке Turbo Pascal с применением принципов объектно-ориентированного программирования и имеет модульную структуру:

SCL. PAS - головной (управляющий) модуль СУБ. В этом модуле связываются в.единое целое все остальные части программы и в соответствии с заложенной" логикой осуществляется передача управления и обмен данными между различными частями программы;

UTILUNIT.PAS - дополнительный модуль СУБ. В этом модуле содержатся процедуры, которые реализуют некоторые общие функции СУБ. например, переименование файла, запуск внешней программы, стирание файла, очистка распределенной динамической памяти и другие сервисные функции;

GL0BDCL.PAS - модуль глобальных описаний программы. Здесь описываются основные типы данных, используемые в программе, определяются глобальные переменные, константы и др.

Для работы с библиотекой рекомендуется следующий алгоритм:

пользователь описывает структуру библиотеки (выбрав пункт меню-коррекция/описание структуры данных). Определяются типы электронных7 элементов, параметры математических моделей каждого типа элемента, обозначения самих элементов и так далее;

после описания структуры информации производится ввод числовых данных;

выполнение любых сервисных функций: упорядочение информации, поиск нужной информации, формирование файла выборки или отчета и так далее.

Для русификации рекомендуется использовать SDRIVER.СОМ, для поддержки работы с "мышью" должен быть загружен драйвер GM0U-SE. СОМ.

Для реализации основной концепции - концепции прогнозирования и оптимизации параметров аналоговых ИС и ЫСБ по критерию радиационной стойкости на этапе схемотехнического проектирования, рассмотренной.в четвертой главе, и с учетом требований к квалификации проектировщика, разработаны общая, организация и специальное

программное обеспечение подсистемы оптимального проектирования схем в рамках интегрированной САПР микроэлектронных устройств.

ПО ПНСП аналоговых ИС и МСБ имеет несколько иерархических уровней, верхний уровень составляют файлы пользователя с исходйой информацией и результатами проектирования, информационные файлы библиотеки моделей и программа СУБ, обеспечивающая интерактивное управление процессом проектирования. Головным модулем ПО является управляющая программа. С него и начинается структурное кодирование программы. ПО выполнено на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ для ПЭВМ типа IBM PC/AT, содержит 1200 строк, разбитых на 4 файла; основным из них является CRELIAB.PAS - содержит основной модуль. В программном комплексе используется 12 основных процедур и подпрограмм:

1) подпрограмма CAL - предназначена для коррекции номиналов схемных элементов, допусков на разброс параметров активных компонентов, ограничений на функциональные параметры. Данная подпрограмма осуществляет вызов процедуры SCHEM;

2) подпрограмма GENPAS - позволяет генерировать пассивные элементы (R.L.С) микросхемы, осуществляет вызов процедуры GAUSS1;

3) подпрограмма GENTR работает совместно с процедурой GAUSSI и осуществляет генерирование параметров активных компонентов;

4) подпрограмма ACDF функционирует совместно с подпрограммой SCHEM и осуществляет расчет схемных функций в условиях воздействия дестабилизирующих факторов;

5) подпрограмма SENR предназначена для расчета чувствительности схемных функций к параметрам пассивных элементов подложки микросхем;

6) подпрограмма SEHT предназначена для расчета чувствительности схемных функция к параметрам активных компонентов;

7) подпрограмма MSENT предназначена для минимизации коэффициентов чувствительности схемных функций к параметрам яктнв.тах компонентов, деградирующим под влиянием ДФ;

8) подпрограмма ШГ предназначена для подготовки данных для расчета схемы;

9) подпрограмма SCHEM осуществляет расчет схемы, при вызове трех процедур VKPAS, VKTRN, REDUCE;

10) подпрограмма VKPAS производит включение проводимостей пассивных элементов в общую матрицу проводимостей схемы;

11) подпрограмма VKTRN производит включение проводимостей активных компонентов в полную матрицу проводимостей схемы;

12) подпрограмма REDUCE осуществляет редукцию многополюсника и расчет малосигнальных параметров аналоговых микросхем.

Для начала сеанса работы пользователь должен вызвать на исполнение основной загрузочный модуль CRELIAB.EXE, который поддерживает интерактивный диалог с пользователем с помошыо многоуров-него меню.

В полосе меню расположены наименования следующих основных функциональных режимов:

1) "Файл" - для выбора и выполнения операций с файлами или общесистемных функций;

2) "Подготовка" - выполнение процедуры предварительного синтеза и формирования файла - заготовки исходных данных;

3) "Расчет" - функция выбора и исполнения расчетных процедур анализа или синтеза;

4) "Библиотека" - для запуска модуля управления библиотекой;

5) "Установка" - для просмотра ""или изменения установок управляющего модуля, содержащих расширения имен файлов - заготовок и файлов исходных^данных, а также имена исполняемых файлов модулей анализа, синтеза, управления библиотекой, внешнего редактора.

В структуру ПО ПНСП наряду с СУБД входит разработанный пользовательский интерфейс, позволяющий обеспечить реализацию сеансов диалогового взаимодействия с системой при проектировании аналоговых МСБ с повышенной эксплуатационной надежностью.

В шестой главе рассмотрены вопросы схемотехнической реализации алгоритмов моделирования и оптимизации надежностного проектирования аналоговых МЭУ в рамках интегрированной САПР.

Схемотехническое построение аналоговых МЭУ (ГИС и МСБ), которые составляют основу приемоусилительных трактов аппаратуры связи, базируется на использовании каскадов, выполненных как на отдельно функционирующих АК (ВТ и ПТ), так и на их сочетаниях с различными схемами включения: общий эмиттер (ОЭ). общая база (ОБ), общий коллектор (ОК), общий затвор (03). дифференциальный каскад (ДК) и другие.

В качестве основных выходных функциональных параметров для проектируемых МСБ приняты усилителъно-импедансные характеристики на рабочей частоте или в диапазоне частот.

Для. схемотехнического проектирования аналоговых МЗУ с повышенной надежностью в условиях воздействия ИИ используются основные принципы, изложенные в главе 4. На основе этих принципов разработан и проанализирован ряд схем усилительный, устройств, реализованных в виде ГИС и МСБ серий "Радио", "Трель-Рубин". "Артишок".

Для оптимального схемотехнического построения приемных трактов аппаратуры связи проведен сравнительный анализ радиационной стойкости различных типов каскодных схем (КС) в иироком диапазоне частот.

Результаты моделирования поведения различных КС в условиях радиационных воздействий позволяют сделать следующие выводы: наилучшими усилительными свойствами обладают КС ОЭ-ОК и ОЭ-ОЭ, но они сильно зависят от частоты и уровня ИИ (уменьшение Ки под действием Ш при ы/ш^О. 1 для данных типов КС составляет 45 и 40 процентов соответственно); КС ОБ-ОК и ОБ-ОЭ имеют несколько худшие усилительные характеристики, они также деградируют под действием ИИ (при <й/щ=0,1 уменьшение Кц составляет соответственно 30 и 28 процентов); менее яркую зависимость от частоты имеют усилительные параметры КС ОЭ-ОБ и ОК-ОЭ, радиационные изменения Ки при <0/(1^=0,1 составляют для этих КС соответственно 31 и 30 процентов, то есть радиационная стойкость этих КС примерно равна стойкости КС ОБ-ОК и ОБ-ОЗ; наименее яркую частотную зависимость и наибольшую радиационную стойкость имеют КС ОК-ОБ и ОБ-ОБ (при м/шг=0,1), деградация К„ для этих схем составляет соответственно 23 и 24 процента.

С использованием одного из схемотехнических принципов повышения радиационной стойкости параметров МЗУ, а именно, минимизации ксэфициентоа чувствительности схемных функций проведена оптимизация схемы МСБ усилителя радиочастота. Его электрическая схема выполнена на бязе нксготранзнсгорного усилительного элемента,состоящего из четырех биполярных транзисторов, включенных по схеме 0Э-03-0Б-0К. Оптимизация осуществлена покасцадно. Анализ результатов показал, что наиболее чувствительными к деградации параметров АН являюттся каскады, выполненные по схеме с ОЭ. затем идут саскады с ОБ. Каскад с ОК практически не чувствителен к воздействию ИИ. Относительное уменьшение крутизны проходной характерис--ики схемы в результате оптимизации. уменьшилось на 65 %.

Проектирование МСБ рапиационно стойкого усилителя низкой частоты выполнено с использованием схемотехнического принципа повышения стабильности параметров схем к воздействию ИИ, основанного: на использовании отрицательной ОС. Ее введение позволило достигнуть уменьшения относительного изменения коэффициента усиления в три раза.

Введение Ф'ЗОС, составляющей суть предложенного схемотехнического принципа повышения радиационной стойкости МЭУ, легло в основу проектирования ряда схем дифференциальных усилителей (ДУ) с повышенной эксплуатационной напевностью, в том числе радиационной. на которые получены авторские свидетельства lia изобретения. Анализ ДУ. выполненный с использованием ПНСП. показал, что относительное уменьшение коэффициента усиления ДУ, вызванное воздействием ИИ, составляет в срегшем 5-7 %. Отклонения расчетных чанных от экспериментальных результатов находятся в пределах 5-10 %

Приведенные примеры схемотехническогоо проектирования радиа-ционно'стойких аналоговых устройств показывают как правильность построения ПНСП, так и надежность ее информационного и программного обеспечений.

Основные научные результаты работы формулируются следующим образом:

1. Сформулирована основная концепция построения и создания подсистемы надежностного схемотехнического проектирования в структуре САПР аналоговых микроэлектронных устройств - объединение этапов прогнозирования их параметров в условиях воздействия дестабилизирующих факторов и оптимизации по критерию радиационной стойкости для достижения главной цели - повышения эксплуатационной надежности МЭУ.

2. Обоснована необходимость разработки подсистемы надежностного схемотехнического проектирования для прогнозирования параметров и оптимизации аналоговых МЭУ по критерию эксплуатационной надежности. Определены основные пути повышения эффективности автоматизированного схемотехнического проектирования аналоговых ГИС и ЫСБ повышенной надежности в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, заключающиеся:

в разработке и систематизации информационной базы с учетом влияния ДФ;

в разработке математического и программного обеспечений систем схемотехнического проектирования, ориентированных на учет влияния ДФ;

в развитии систем схемотехнического проектирования на базе ПЭВМ в направлении совершенствования форм диалогового взаимодействия, повышения универсализации и гибкости системных и сервисных программ.

3. Исследованы особенности, проведен анализ структурного построения и возможностей промышленных интегрированных САПР МЗУ с позиций их использования для прогнозирования и обеспечения эксплуатационной надежности аналоговых МЭУ на этапе схемотехнического ' проектирования.

4. Предложены и исследованы модели активных компонентов аналоговых ГИС. и МСБ, учитывающие влияние режима по постоянному току. температуры и ионизирующих излучений на их параметры в форме обобщенных зависимостей, описываемых системой высокочастотных У-параметров и отличающихся минимальной информационной избыточностью. высокой степенью адекватнооти в широком диапазоне частот и позволяющих автоматизировать процесс их формирования.

5. Разработан алгоритм расчета высокочастотных параметров модели активных компонентов с учетом влияния ДФ. реализованный на базе следующих автоматизированных процедур: выдачи информации по параметрам моделей из библиотеки исходных данных, расчета режимных, температурных и радиационных зависимостей высокочастотных У-параметров.

6. Развиты принципы схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с повышенной радиационной надежностью и предложен новый принцип, заключающийся в использовании для повышения стабильности схемных функций аналоговых МЭУ в условиях радиационных воздействий факторно-зависимых обратных г.пя.зей. изменение глуоины которых компенсирует деградацию параметров активных компонентов, вызванную влиянием ионизирующих излучений.

7. На основе анализа схемотехнических принципов проектирования МЭУ с повышенной стабильностью в условиях воздействия ионизирующих излучений сформулирована и решена задача оптимизации аналоговых ГИС и МСБ по критерию радиационной стойкости; решение ее сведено к минимизации чувствительности схемных функций к парамет-оам АК, необратимо деградирующим под влиянием ИИ.

8. Разработаны алгоритмы прогнозирования и оптимизации параметров аналоговых МЭУ по критерию радиационной стойкости, реализующие схемотехнические принципы ее обеспечения. Структура оптимизационных процедур основана на использовании для минимизации чувствительности схемных функций к радиационным воздействиям информационно-статистического алгоритма - монотонного алгоритма глобального поиска минимума целевой функции.

9. Предложена методология построения подсистемы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ, структурная схема и программное обеспечение которой представлены в форме проблемно-ориентированных пакетов прикладных программ, специализированного банка данных и инвариантной обслуживающей подсистемы.

10. Сформирована'структура информационного обеспечения процесса надежностного схемотехнического проектирования аналоговых ГИС и МСБ, содержащая файлы библиотеки параметров элементов и компонентов, программные модули управления проектными процедурами и программу работы с файлами библиотеки.

11. Создано программное обеспечение подсистемы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ- для функционирования в среде операционной системы MS-DOS на ПЭВМ типа IBM PC AT, включающее следующие функциональные части: управляющую программную оболочку, обеспечивающую информационные связи "для выполнения проектных процедур и дружественный интерфейс с пользователем на основе многоуровневого меню; набор модулей проектирования; модуль управления библиотекой; библиотечные файлы данных.

12. Разработан ряд схем аналоговых микросборок с повышенной стабильностью характеристик в условиях радиационных воздействий, в том числе схемы дифференциальных усилителей, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Проектирование САПР и АРМ изделий электронной и вычислительной техники: Учеб. пособие / В.Е. Межов, В.М. Питолин, В. В. Плотников, В.Н. Харин. - Воронеж, ВПИ, 1989. - 101 с.

2. Техническое обеспечение САПР: Учеб. пособие / В. А. Дыбой, В.Е. Межов, В.М. Питолин, И.Г. Проценко. - Воронеж: ВПИ, 1990. -92 с.

3. Основы эксплуатации САПР: Учеб. пособие / В. Д. Борисенков. B.C. Лопатин, В.М. Питолин; С.Э. Чулкова. - Воронеж: ВПИ, 1992. - 90 с.

4. Интерактивные графические средства поддержки проектирования МЭА: Учеб. пособие / В.Е. межов, В. М. Питолин, Ю.А. Чевнчелов, H.A. Кононыхина. - Воронеж. ВПИ, 1994. - 105 с.

5. Крюков Ю. Г., Питолин В.М., Шишкин В.М. Функциональный анализ линейной схемы, построенной на базе полупроводниковой интегральной микросхемы // Узлы, приборы-и системы радиоэлектронной аппаратуры и их применение: Сб. науч. тр. - Воронеж. 1973. - С. 107-117.

6. Крюков-К). Г., Питолин В. М., Шишкин В. М. К расчету функциональных параметров микросхем линейных усилителей серии 235 // Генерирование и усиление колебаний: Сб. науч. тр. - Воронеж, 1974.

- Вып. 7. - С. .205-213.

7. Крюков Ю. Г., Шишкин В.М., Питолин В.М. Вероятностный анализ статических характеристик ГИС // Радиотехнические и электронные устройства: Сб. науч. тр. - Воронеж, 1976. - С. 54-57.

8. Питолин В. М., Крюков Л Г., Аникеев Е.З. К расчету Y-параметров бескорпусных транзисторов на ЭВМ // Радиотехнические и электронные устройства: Сб. науч. тр. - Воронеж. 1977. - С, 126-128.

9. Питолин В. И. Анализ ГИС усилителей высокой частоты методом обобщенных чисел // Там же. - С. 99-103

10. Крюков Ю. Г.. Питолин В. М.. Шишкин В.М. К расчету радиационной стойкости низкочастотных гибридных интегральных схем // Методы и устройства передачи информации по каналам связи: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж. 1979. - С. 109-114.

11. Питолин В.М. Сравнительная оценка радиационной стойкости ГИС и МСЕ. выполненных на основе оптимизированных каскодных схем // Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества радиоэлектронной аппаратуры и приборов: Тез. докл. Всесоюз. науч-техн. конф. - М.: Радио и связь, 1984. - С. 26.

12. Крюков ю.Г., Питолин В.М., Шишкин В.М. Прогнозирование радиационной стойкости высокочастотных гибридных интегральных схем // Техника средств связи. Сер.. "Техника радиосвязи". - 1984.

- Вып. 4. - С. 144-148.

13. Питолин В. М., Крюков Ю. Г. Линейная модель биполярного транзистора, учитывающая влияние ионизирующего излучения // Оптимизация и имитационное моделирование сложных систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 1984. - С. 136-140.

14. Крюков Ю.Г.. Питолин В.И., Рындин A.A. Оптимизация параметров аналоговых ГИС по критерию радиационной стойкости // Там же. - С. 96-102. 3

15. Дифференциальный усилитель: A.c. 1166271 СССР, МКИ Н 03 F 3/45 / Домнин Л. П., Питолин В.М. и др. (СССР). -4с.: ил. 3

16. Крюков Ю.Г. , ШИШКИН В.М. , Питолин В.М. П007637. Статистический анализ, прогнозирование и оптимизация параметров аналоговых ГИС // Алгоритмы и программы. - М.: ВНТИЦЕНТР. -3(66). - 1985. - 45 с.

17. Питолин В.М., Шишкин В.М., Горлова З.М. Автоматизированный анализ влияния радиационных воздействий на тараметры транзисторов и интегральных схем // Физические основы едежности и деградации полупроводниковых приборов: Тез. докл. 2-й Всесоюз. конф. - Кишинев, 1986. - С. 124.

18. Схемотехнические методы повышения эксплуатационной на-зежности ГИС и МСБ при их автоматизированном проектировании / 1 Г. Крюков, В.М. Питолин, В.М.Шишкин, А. А. Рындин //Надежность и сачество в приборостроении и радиоэлектронике: Тез. докл. Всесо-

юз. науч. -техн. симпозиума. - М.: Радио и связь. 1986. - • С. 58-59,

19. Крюков Ю.Г., Питолин В. М., Шишкин В.М. Алгоритмизация построения моделей компонентов аналоговых микроэлектронных устройств // Создание и развитие систем автоматизированного проектирования: Тез. докл. отраслевого семинара. - Центр, отрасл. орган науч.-техн. инф. "ЭКОС". - Воронеж. 1987. - С. 58-60.

20. Питолин В.М.. Шишкин В.М. Программный модуль анализа стабильности микросхем низкочастотного диапазона // Прием и анализ сверхнизкочастотных колебаний естественного происхождения: Тез. докл. 2-й Всесоюз. конф. - Воронеж, 1987. - С. 145.

21. Крюков Ю.Г., Питолин В.М., Шишкин В.М. Математическое и программное обеспечение подсистемы статистического моделиоования и оптимизации аналоговых микроэлектронных устройств // 12-я Всесоюз. науч. конф. по микроэлектронике: Тез. докл. - Тбилиси,

1987. - Ч. 5. - С. 39-40.

22. Питолин В.М., Шишкин В.М. Подсистема - прогнозирования надежности и стабильности аналоговых микроэлектронных устройств для интегрированных САПР МЭА // Методы прогнозирования надежности проектируемой РЭА и ЭВА: Тез. докл. региональной конф. - Пенза,

1988. - С.57-58.

23. Питолин В.М.. Шишкин В.М. Анализ и прогнозирование аботоспособности аналоговой МЭА в условиях воздействия внешних акторов // Методы оценки и повышения надежности РЭА: Тез. докл.

региональной конф. - Пенза, 1989. - С. 58-59.

24. Питолин В.М., Шишкин В.М., Дубровский Ю. В. Аппроксимация зависимостей параметров компонентов МСБ от уровня дестабилизирующих факторов ортогональными многочленами // Модели и алгоритмы оптимизации в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж. 1989. - С. 40-43.

25. Крюков Ю:Г., Питолин В.М., Шишкин В.М. Алгоритмы оптимального схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с учетом влияния внешних факторов // Алгоритмы моделирования и оптимизации автоматизированных систем:- Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж. 1990. -С. 136-141;

26. Крюков Ю.Г., Питолин В. М., Коваленко М. П. Информационное обеспечение подсистемы прогнозирования надежности и стабильности аналоговых МЭУ // Методы сценки и повышения надежности РЭС: Тез. докл. Российской науч.-техн. конф. - Пенза, 1991. - С. 106-108.

27. Структура специализированной библиотеки данных для подсистемы схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ / Ю.Г.Крюков, В.М.Питолин, М.П.Коваленко. В.М.Шишкин // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 1991. - С. 79-85.

28. Крюков Ю.Г., Питолин В.М.. Шишкин В.М. Программно-методический комплекс оценки и обеспечения надежности аналоговых МЭУ на этапе схемотехнического проектирования // Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем: Тез. докл. - Международной-науч.-техн. конф. -Пенза, 1992. - С. 81-83.

29. Питолин В.М. Использование факторно-зависимой ОС для повышения надежности аналоговых МЭУ на этапе схемотехнического проектирования // Там же. - С. 137-138.

30. Питолин В.М. Принципы схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ с повышенной радиационной надежностью // САПР-92: Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнесе:

Тез. докл. Международной конф. и школы молодых специалистов. -Воронеж-Гурзуф, 1992. - С. 124.

31. Питолин В.М. Оптимизационные проблемы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ // Экстремальные задачи и их приложения: Тез. докл. Межгосударственной науч. конф. - Нижний Новгород, 1992. - С. 61-62. л

32. Питолин В.М.. Шишкин В.М. Организация математического обеспечения ПМК оценки и обеспечения радиационной надежности аналоговых МЭУ // Моделирование и контроль качества в задачах эбеспечения надежности радиоэлектронных устройств: Тез. докл. {еждународного науч.-техн. семинара. - Шауляй, 1992. - С. 11-12.

33. Питашн В.М. Инструментальные средства схемотехнического фоектирования аналоговых МЭУ с повышенной эксплуатационной идежностью // Проектирование автоматизированных систем контроля I управления сложными объектами: Программа и аннотации докладов ?еждународной школы. - Харьков-Туапсе. 1992. - С. 30.

34. Питолин В.М. Схемотехническая реализация принципов фоектировашш радиационно стойких аналоговых МСБ // Оптимальное 1роектирование технических устройств и автоматизированных систем: "ез. докл. Российского совещания-семинара. - Воронеж, 1992. - С. Ю.

35. Питолин В.М. Алгоритм минимизации чувствительности :хемных Функций аналоговых МСБ к внешним воздействиям // Там же.

■ С. 74.

36. Питолин В.М. Моделирование эксплуатационных воздействий ¡ри оптимизации надежностного схемотехнического проектирования шалоговых МЭУ // Там же . - С. 75.

37. Питолин В.М. Моделирование влияния внешних факторов при штимальном схемотехническом проектировании аналоговых МЭУ // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. ;б. науч. тр. - Воронеж.' 1992. - С. 158-163.

38. Питолин В.М.. Шишкин В.М. Автоматизированная оценка влития ионизирующего излучения на статический режим аналоговых !СБ // Материалы, элементы и устройства функциональной злектрони-ш: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 1992. - С. 113-118.

39. Питолин В.М. Оптимизация схемотехнического надежностного гроектирования аналоговых МСБ // Опыт разработки и применения фиборно-технологических САПР в микроэлектронике: Тез. докл. 1ауч-техн. конф. - Львов: ПО "Полярон". 1993. - С. 51.

40. Питолин В.М. Автоматизация моделирования компонентов при [адежностном схемотехническом - проектировании аналоговых икросборок // Методы и средства оценки и повышения надежности ¡риборов. узлов и систем: Тез. докл. Международной науч.-техн. :онф. - Пенза. 1993. - С. 44-46.

41. Питолин В.М. Информационная технология надежностного хемотехнического проектирования аналоговых 1'ИС и МСБ // Опыт нформатизации в промышленности: Тез. докл. регионального овещания-семинара. - Воронеж, 1993. - С. 92.

42. Питолин В.М. Модели и алгоритмы обеспечения надежности налоговых МСБ на этапе схемотехшческогр проектирования // ашинное моделирование и обеспечение надежности электронных стройств: Тез. докл. науч. -техн. конф. - Бердянск, 1993. - С. В.

43. Питолин В. М. Разработка аналоговых МСБ с повышенной здиационной надежностью // Там же. - С. 39.

44. Питолин В.М. Структура программного обеспечения системы адежностного схемотехнического проектирования аналоговых МСБ //

Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара. - Воронеж, 1993. - С. 97-98.

45. Питолин В.М. Особенности схемотехнического проектирования аналоговых МСБ с повышенной эксплуатационной надежностью // Там же. - G. 98-99.

46. Питолин В.М. Организация диалогового взаимодействия в системе надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МСБ // Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара. - Воронеж, 1994. - С. 8.

47. Питолин В.М. Оптимальный выбор схемотехнических вариантов радиационно стойких аналоговых МСБ // Там же. - С. 32.

48. Питолин В.М. Организация пользовательского интерфейса системы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МСБ // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 1994. - С. 105-111.

49. Питолин В.М. Система обеспечения схемной надежности аналоговой МЭА // Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем: Тез. докл. Международной науч.-техн. конф. - Пенза. 1995. - С. 92-93.

50. Питолин В.М. Анализ высоконадежностных аналоговых ИС с факторно-зависимыми обратными связями // Там же. - С. 94-95.

51. Питолин В.М,- Компоненты системы схемотехнического проектирования аналоговых МСБ с повыиенной эксплуатационной надежностью // Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара. - Воронеж, 1995. - С. 31-32.

52. Питолин В.М. Методология разработки системы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МСБ в рамках интегрированной САПР // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Тез. докл. Международной науч. -техн. конф- - Пенза. 1996. - С. 145-146.

53. Питолин В.М. Организация системы надежностного схемотехнического проектирования аналоговых МЭУ // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине. - Воронеж, 1996. - Ч. 1.- С. 64-65.

54. Питолин В. М. Схемотехническое моделирование аналоговых микросборок с факторно-зависимыми обратными связями // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж. 1996. - С. 100-105. Л

ЛР К 020419 от 12.02.92. Подписано к печати 10.10.37. Объем 2.0 усл. печ. л.. Тираж 100экз. Заказ N &&!> Воронежский государственный технический университет 394026, Воронеж, Московский проспект, 14

Участок оперативной полиграфии Воронежского государственного технического университета