автореферат диссертации по электронике, 05.27.05, диссертация на тему:Монолитные широкополосные делители частоты СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 на арсениде галлия

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ «САТУРН»

На правах рукописи

КИЗЕЕВ Александр Анатольевич

МОНОЛИТНЫЕ ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ ЧАСТОТЫ СВЧ ДИАПАЗОНА С КОЭФИЦИЕНТОМ ДЕЛЕНИЯ 2 НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

Специальность 05.27.05 — «Интегральные радиоэлектронные устройства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев — 1994

Работа выполнена в научно-исследовательском институте «Сатурн» г. Киева.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Калниболотский Ю. М.

Официальные оппоненты — доктор физико-математических

наук Чайка В. Е.,

кандидат технических наук доцент Москалюк В. А.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного совета.

Защита диссертации состоится « » /и^^ге, 1994 г. в часов на заседании специализированного совета

К 068.14.17 Киевского политехнического института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке научно-исследовательского института «Сатурн».

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря специализированного совета по адресу 252056, г. Киев-56, проспект Победы, 39, КПИ.

Автореферат разослан « ^ » 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук, доцент КОБЦЕВ Ю. Д.

Обода характеристика работы

Актуальность проАнпш.

Делители частоты (ДЧ) СВЧ диапазона вироко применяются в системах фазовой авт* подстройки частоты ( ФАПР ) задающих генераторов и гетеродинов приемников, в синтезаторах частоты (С1!), являющихся основой современных систем свяди, РЛС и РРЛ, в частотомерах непосредственного счета и в другк измерительных системах. ДЧ СВЧ диапазона, как правило, определяют диапазон рабочих частот высокостабильных генераторов сигналов вышеуказанных систем.

Необходимость роста скоростей передачи информации в область гигабитовых потоков и занятость метрового и низкочастотной части сантиметрового диапазона длин волн современными радиоэлектронными системами диктует необходимость расширение частотного диапазона современных систем связи, РЛЗ и РРЛ в область единиц и десятков гигагерц. Решение этой технической задачи в значительной степени определяется наличием в арсенале разработчика систем сверхбыстродействупцих широкополосных ДЧ СВЧ диапазона.

В связи с вывэ изложенным разработка широкополосных ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом детения 2, удовлетворяющих комплекс/, повышенных требований к электрическим и эксплуатационно« характеристикам является важной научно-технической задачей. На важность задачи создания создания вирокопстосных ДЧ СВЧ диапазона указывает большое число публикаций в зарубежной литературе, большое'число заказов на широкополосные ДЧ БЧ диапазона предприятий и организаций, занимающихся разработкой современных радиоэлектронных систем.

Задача разработки широкополосных ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 была поставлена в рамках НИР и ОКР выполняемых по Комплексным целевым программам Украины:

1) "технология на базе (ЗаДв для СВЧ электронной тех.ики"

2) "Воспроизводство -элементной баэч для организации замкнутого цикла производства вооружений и военной техники".

Цель работы.

Развитие методологии проектирования широкополосных ДЧ СБ.Ч диапазона на уро&не функциональных и электронных схем, разработка методик

оценки предельного и минимального быстродействия ДЧ, методик схемотехнического построения функциональных элементов и ИС ДЧ СЕЧ диапазона вцедом с учетом конструктивно-технологических ограничений coai змеиной технологии монолитных КС и ПТШ на арсени-

»

де галлия.

Основные задачи исследования.

Общая научно-техническая вадача работы заключается враа-работке методологии проектирования интегральных схем монолитных широкополосных ДЧ СВЧ диапазона с.коэффициентом деления 2 на арсениди галлия, Удовлетворяющих Комплексу повышенных электрических и эксплуатационных.требований.

Для решения общэй вадачи решаются следующие Научные подзадачи:

1. Разработка научной методики функционального построения широкополосных ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2.

2. Раеработка методики оценки предельного быстродействия широкополосного ДЧ СВЧ диапазона, созданного по раэработанной, функциональной схеме.

3. Разработка научной методики синтеза ..электронной схемы широкополосного ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2.

4. Разработка методики схемотехнического построения функ-» циональных элементов ИС мошлитных широкополосных ДЧ СВЧ диапазона на основе полевых транзисторов Шотки ( ПТШ ) с учетом kohl, .'руктивно технологических ограничений монолитных ИС на ар-сениде галлия.

В. Разработка методики схемотехнического построения ЙС широко олосного ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 с учетом конструктивно-технологических ограничений .монолитных ИС на! арсениде галлия.

R. Разработка методики оценки минимальной рабочей частоты ДЧ СВЧ диапазона.

7. Разработка и исследование монолитных широкополосных ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 на основе ПТШ на арса= ниде галлия с повышенными характеристиками по комплексу элект-' рических и эксплуатационных параметров.

Методы исследований.

В работе используется методы теории множеств, методы теории нечетких множеств, методы теории графов', методы машинного моделирования электрических цепей. Основные теоретически!, результаты работы подтверждены моделированием на ЭВМ типа IBM PC, сравнением расчетных и экспериментальных Даниле, исследования экспериментальных и опытных образцов ДЧ СВЧ диапазона

' На"чкая новизна pafitm*.

1. Разработана методика синтеза структурной схемы широкополосных ДЧ СВЧ диапазона на основе обобщенной теории синтеза электронных схем с применением теории множеств и теории графов.

2. Разработана научная методика синтеза электронных схем широкополосных ДЧ СВЧ диапазона на основе теории нечетких множеств и теории графов.

• 3. Разработаны методики оценки минимального и максимального быстродействия ДЧ и получены обобщенные аналитические выражения для. оценки максимальной и минимальной рабочих частот широкополосного ДЧ.СВЧ диапавона.

. 4. Разработана методика схемотехнического построения функциональных элементов и широкополосного ДЧ СВЧ диапазона вцелом на основе ГОШ с учетом конструктивно-технологических ограничений монолитных ИЙ .на арсениде галлия.

Практическая ценность.

1. Разработана методология проектирования широкополосных ДЧ СВЧ диапазона на основе ПГШ на арсениде галлия, удовлетворявших комплексу повышенных электрических и эксплуатационных требований. •

2. На основе методологии разработаны, изготовлены и экспериментально исследованы ИС широкополосных ДЧ в диапазоне частот 0,25..,4,0 и 4...8 ГГц, не имеющие по совокупности параметров отечественных аналогов. По совокупности параметров разработанные ИС ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 не уступают ДЧ СВЧ диапазона, выпускаемым ведущими зарубежными фирмами Японии, США, Литвы в эаданных диапазонах частот.

- 4 - .

Реалвация и внедрение научных результатов.

Результаты работы использованы в трех научно-исследова-• тельских и двух опытно-конструкторских работах, выполненных и выполняемых в настоящее.время в НИИ " Сатурн " г. *иев в рамках двух Комплексных целевых программ Украиныы.

Апробация работ.

Результаты работы докладывались на ряде научно-технических семинаров НТОРЭС им. Попова ( г. Севастополь, г. Ленинград 1988 - 1Э92г.г.. ), а гакже на двух Всесоюзных научно-технических конференциях ( г. Звенигород, 1984г. и г. Киев, 1990г. ).

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в восьми печатных работах и двух отчетах по научно-исследовательским работам.

Объем и структуре работ.

Диссертационная работа изложена на 177 страницах машинописного текста. Работа состоит из четырех глав, заключения, 14 приложений и списка литературы,, включающего 64 наименования.

В диссертационной работе аацицажгся:

1. Научная методика линтеэа функциональной схе>«ы широкополосного ДЧ ЗВЧ диапазона с коэффициентом деления £.

2. Науч ная методика синтеза электронной схемы широкополосного ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2.

3. Методика оценки предельного быстродействия ИС широко- . полосного ДЧ СВЧ. диапазона, созданного по разработанной функци- ■ ональной схеме. х

4. Методика схемотехнического построения функциональных элементов ИС широкополосного ДЧ СВЧ диапазона на основе ПТШ на арсениде галлия с учетом конструктивно-технологических ограничений монолитных к: на арсенчде галлия.

5. Методика схемотехнического построения ИС широкополосного ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 с учетом коне-тру "ивно-технологических ограничений монолитных ИС на арсениде галлия.

6. Методика оценки минимальной рабочей часто-гн ДЧ СВЧ ди

- б -

апазона.

7. Схемы широкополосных ДЧ СВЧ диапазона в диапазоне частот до . 8 ГГц на основе' ГТТШ на арсениде галлия.

Оэдцшнп раАиш.

В первой главе обсуждается актуальность постановки задачи создания вирокополосных ДЧ СВЧ диапазона для применения в системах ФАПЧ еадаивдх генерь.оров, гетеродмах приемников, СЧ современных радиоэлектронных систем связи и локации. Анализируется состояние разработок ДЧ СВЧ диапазона ведущих зарубежных фирм, методы их построения и технология, изготовления, основные достигнутые параметры. Исходя из требований.радиоэлектронных систем и современного состояния технологии создания ИС на арсе-ниде галлия формулируются технические требования к широкополосным ЯЧ СВЧ диапазона В заключение главы на основе технических требований сформулированы цель работы, основная научно-техническая задача и ее подзадачи.

Во второй главе рассматривается методика синтеза функциональной и электронной схемы ДЧ СВЧ диапазона. Синтез функциональной схемы ДЧ СВЧ диапазона включает в себя следующие основные этапы:

Этап 1. Определение множества вадан'тых и результирукиих переменных устройства ёвх и ' бвых.

. Этап 2. Выделение функциональной части технического задания (ТЗ).

Этап & Определение частных задач и соответствую?« частных алгоритмов'технического вадания ( ЧАТЗ ).

Этап 4. Определение множеств входных и выходных перемет ных каждого ЧАТЗ ввх<, ввых£ (¿•1, 2....1. ).

Этап б. Синтез алгоритма функционирования на уровне ЧАТЗ.

, Этап 6.. Анализ и классификация элементов множеств евх£ и 9вых;( £ «1, 2,...Ь ).

Этап 7. Синтез ЧАТЗ.'

Этап 8. Оценка дополнительных требований, не входящих в функциональную часть ТЗ. Если эти требования не удовлетворяются, то возвращаются к этапу 6 и производят корректировку клас-

' - б-

У V»

сифккации элементов множеств 9вхг и ввых^ для некоторых значений I.

Этап 9. Оценка качества алгоритма функционирования. Обычно этап 9 сводится к вычислению некоторой целевой функции, которая зависит от качества Частных алгоритмов, асли целевая фикция достигает экстремума процесс синтеза алгоритма заканчивается. В противном случае производится возврат к ^этапу 6 и корректировка классификации элементов множеств ввх^ и ёвых£ для некоторых значений С.

В? первом э.г-пе синтеза из общего перечня величин, характеризующих сигналы, параметры и характеристики устройств, выделяются такие величины, которые могут быть отнесены к заданным и результирующим переменным проектируемого ДЧ СВЧ диапазона. Таким образом формируются множества 9вх и §вых.

На втором этапе синтбг.г из общего перечня требований, предъявляемых к устройству, выделяются те, с помощью которых производится синтеэ функциональной схемы устройства. Они составляют функциональную часть ТЗ ( ФЧТЗ ) и в текстуальной, графической, формализованной или смешанной форме определяют- комплекс вопросов переработки, хранения, передачи и отображения< информации, для выполнения которых предназначена проектируемая схема. Эта часть ТЗ связана с вопросами преобразования сигналов. . ■

Содержанием третьего этапа синтеза является представление . требований ФЧГЗ в виде множества 3 - <3г> (£-1, ) от-

дельных (частных) задач, которые должны решаться проектируемым устройством. Этому множеству ставится в соответствие изоморфное, множество частных алгоритмов А - <А^> (£- 1,2,...I ) технического задания ЧАТЗ, каждый из которых обеспечивает выполнение соответствующей частной задачи. Разбиение общей совокупности требований и правил ФЧГЗ на частные задачи и изоморфные им алгоритмы позволяет ,на четвёртом этапе синтеза связать с каждым частным алгоритмам А г пару множеств его исходных и результирующих переменных ввх£И 9вых£ Таким образом множеству А ставится . в соответствие система пар множеств 4(бвх(_ , фвых£ )}.

На пятом этапе -осуществляется синтез искомого алгоритм* функционирования на уровне частных алгоритмов ТВ. Этот процесс

заключается в построении графа,, в качестве вершин которого используются отдельные ЧАТЗ й^А. Граф строится в ярусно-параллельной форме, при этом принадлежность некоторого частного ал. горитма А ¿ множеству частных алгоритмов первого яруса Ап определяется условием ввх«. с ввх. Для принадлежности А ¿ 'множеству частных алгоритмов второго яруса должны выполняться • условия > ,

* V/ »/ V'

^ 0ВХ£ £ {©ВХ, евыхя(

. где ввых^ объединение множеств результирующих переменных Ч^ТЗ, . принадлежащих первому ярусу искомого графа. В общем случае условие принадлежности ЧАТЗ 1-тому ярусу имеет вид:.

§ВХ££{ ввх, ввыхя<.....вВЫХд^ . >.

Таким образом устанавливается принадлежность каждого ЧАТЗ некоторому ярусу, графа.

Содержанием шестого этапа, синтеза функциональной схемы ДЧ 'является анализ множеств тех г и Ог ыхг и осуществление классификации их элементов по принципу принадлежности некоторому подмножеству переменных электронных схем. Основой для проведения такой классификации служит структура множеств заданных и результирующих переменных. - Основными классами переменных мно-„ жвства § являются: а) сигнальные переменные; б) па; ^метрические переменные; в) сигнально-параметрические переменные; г) компонентные переменные.

На седьмом этапе синтеза алгоритма функционирования ДЧ выполняется реализация ЧАТЗ, входящих ь состав операторных вервия графа. Исходными данньми для синтеза ЧАТЗ являются:

а) множества входных и выходных переменных установленных классов вв^ф» ввыХ|£),где числа в круглых скобках указывают кол -чество переменных рассматриваемого множества;

б) множество реализуемых алгоритмов

?р - .< ©а.чС-) (•) ■>;

где и О^хС') - множества входных и выходных переменных

реализуемого алгоритма А1.

в) множество реализуемых функциональных огораторов

- <(ефц (•) =>> еф)2 (•))>,

где 9ф^(») и вф1г(») - множества входных и выходных переменных реализуемого функционального оператора Р1.

- 8 - :

г) множество уоловий функционирования реализуе"чх алгоритмов," операторов и искомого ЧАТЗ •

■й- ■{(»*«<$;«)}.

где 9л1^(») - множество входных переменных, а вл1^ •) и еодС») множества вых-дных переменных, соответствующих истинности и ложности логического оператора Fi.

Формализованные метод» синтеза ЧАТЗ сводятся к разработке системы правил построения графа G^ , . где в качестве ■ вершин в нем используются алгоритмы Ai. Алгорит : построения графа состоит в следующем:

..а основ« свойства частичности естественных й допустимых операций для каждого i-того и j-того ( i/j ) реализуемого алгоритма и оператора строится сист лв. пар пересекающихся множеств, соответствующих областям определения деременных одинаковых классов. В результате получаем множество Н, элементы которого, состоят из -ар: w v

< hz О), ¿c.)iiСОI й 6) П fyj j46) /ф]

»/ V v V

С помощью множеств Ар, Ёф, Рл и Н строится направленный граф отображений G^ , ве; линами которого являются ,•£(.), ОдРг (•). а ветвями соединяются пары соответствующих верин 6w;t(*)) или (©6)U(.), (.)) и направлены от

96);t(.) к 9W;!(«), если пара принадлежит множествам Ар,, Fty или Ь, и наоборот, если пара принадлежит множеству Н. В первом случае зес ветви принимается равным Ai, Fi или Fi в зависимости' от принадлежности к указанным множествам, а во втором случао -единице.

Далее на графе отображений достраиваются вершины и ветви второго типа, соответствующие входным неременным ЧАТЗ, путем дополнения множества Н пара*..;

* „ V V V V

Hex « {^к('), n 0O)U0) * ф\

V V V V • V

причем ©w¡j(«) с (Ар. Рл>, a 9WK (.) соответствует входным переменным ЧАТЗ к-го класса. Выбирается некоторая выходная переменная 6w,j и на графе отображений добавляется cootbotcj вую-п^я ей вериина, а сакже ветвь второго типа Это эквивалентно дополнению Н парой иа множества

Ньш «.{(%»6),'etí¡i^fí0MK¿-) * ftf],

где %)U(*) £ (Ар, F4>,

Затем на графе отображений отыскивается такой путь ив некоторой входной вершины в выходную, у которого для каждой ветви равны мощности (количества'элементов) множеств соответствующей ей пар.:. Если такой путь отсутствует, то отыскивается совокупность путей из входных вершин в выходную с равными мощностями множеств; Согласно найденному пути (или совокупности путей) графа отображений строится фрагмент искомого г^афа ЧАТЗ.

Рассмотренный процесс.повторяется для всех выходных переменных синтезируемого ЧАТЗ.

Пэсле синтеза алгоритмов функционирования на уровне ЧАТЗ осуществляется построение функциональной схемы ДЧ. Для этого на подмножестве вершин Va графе которые соответствуют части, м. алгоритмам и логическим операторам вводится отношение принадлежности одному блоку структурной схемы RA. В результате множество Va преобразуется в фактор-множегтво .Va/Ra по отношению к Ra Такое разбиение множества Va характеризуется выбранными представителями (эталонными критериями) в кзждом классе эквивалентности. В качестве эталонов используются следующие критерии объединения Al и Ft в блок:

а)"наличие одинаковой совокупности переменных, связанных с некоторыми Al и Fl;

б) наличие участков объединения или произведения отдельных Al и I i, входящих в состав реализуемого блока;

в) наличие в составе одного реализуемого блок-:, нескольких ЧАТЗ. . ,

Приведенные выше этапы были применены при разработке функциональных элементов ДЧ и функциональной ■ схемы ДЧ СВЧ диапазона вцелом. Разре.Зотаны схемы функциональных элементов и

- 10 -

функциональная схема ДЧ СВЧ диапазона вцелом.

Во второй главе рассмотрен алгоритм функционирования -ДЧ СВЧ диапазона и исходя иа общих предположений сформулированы требования и получены- аналитические выражения, определящие предельное быстродействие ДЧ СВЧ диапазона.

Из анализа условий монтажа и с учетом теплового сопротив-м. ¡ия конструкции сформулированы требования по энергопотребление отдельных функциональных элементов (49) и ДЧ СВЧ диапазона в целом.

В заключение второй, главы приведена методика синтеза электро! ой схемы /П С^Ч диапазона В качестве , исходной информации ~)1я создания методики использована следующая инфгпмация: разработанная структурная схема, сформулированные требования по быстродействию и энергопотребле-чю для ДЧ СВЧ диапазона в целом и его 48, множество, содержащее информацию о параметрах и ха-рш еристиках цходящих структурную схему ДЧ. Это множество разделено на ряд непересекающихся множеств, в каждом из которых содержится информация об узлах, подобранных по функцио-. нальному признаку.

Допустим, что быстродействия 40 структурной схемы ДЧ не зависят друг от друга, а их численные значения лежат в допустимых интервалах. Следовательно, можно указать степень, предпочтения выбора значений в эти> интервалах, то есть отношение порядка сводится : интервал допустимых значений.

В качес-ве отношения порядка введем следующее правило: значение задержки.иэ указанного интервала следует выбирать возможно меньшим.

^усть для структурной схемы ДЧ СВЧ диапазона имеется ин-. формация для каждого 40 о вариантах его исполнения, где J -количество 40 в структурной схеме. Необходимо определить для каждого ФЭ такой вариант исполнения, чтобы структурная схема н целом наилучшим образом удовлетворяла ТЗ на ДЧ СВЧ диапазона С увеличением количе тва 40 и вариантов их исполнения существенно возрастает время нахождения необходимого решения. Определим алгоритм, который позволяет осуществить поиек необходимого решения целенаправленно. ■

Поставим в соответствие каждому варианту исполнения яюбо-

' - 11 - '.

го 50. единственную вершину графа." Две вершины графа соединены между собой, когда соответствующие им <Ю соединены между собой. Число-узлов графа рагчо количеству вариантов исполнения 40, умноженному на количество ФЭ в структурной схеме. Припишем каждой дуге графа некоторое положительное числоуу - стоимость соединения, причем чем лучше согласуются выходные характеристики 1-го варианта ^го та со входными характеристиками к-го варианта (^+1)-го № и совместные характеристики такого соединения лучше удовлетворяют ТЭ на ДЧ СВЧ диапазона, тем меньше будет значение •^ . В этом случае задачасинтеза электронной схемы ДЧ СВЧ диапазона формулируется как задача оптимизации на графах, . то есть нахождение пути или путей от начала графа к его концу_ с оптимальным вначенг м стоимости 2Построение числовой фут дии на графе является проблемой многокритериального выбора интернатив, имеющих оценки по нескольким критериям. Рассматривая последовательно альтернативы можно определить оценку каждой . альтернативы по каждому критерию и представить ее точкой в п-мерном пространстве. Для определения оптимальной альтернативы необходимо ввести в данное пространство отношение порядка.

В общем виде функция решения записывается следующим образом: . '

3>'шА?П А? 0)

где А1 - множество альтернатив, удовлетворяющих 1-ой цели; ак -важность 1-ой цели. Основываясь на функции решения (1) строится отображение ее в числовую целевую Функцию Г, которую в общем виде можно записать так

где ©-бинарная оперция "свертки": И - численное значение ¡-ой цели из ТЗ; - функция приведения численного значения ¡-ой

цели к единой шкале целей, указанных в ТЗ. Функцию Г необходимо строить так, чтобы можно было получить числовую характеристику на промежуточных этапах синтеза, то есть на этапе по/:сое;г>'нениЯ электронных узлов. Тогда общий вид функции будет иметь аид

гае О , О - операции "свертки", которь^ в общем случае .могут различаться между србой; - численное вначение. 1-ой цели на J -ом уровне графа; ^М}" функция приведения численного значения 1-ой цели к единой шкале на ;)-ом уровне графа. Такое построение фущсции Г можно осуществить только, с .помогаю эмпирической ин-. Формации по каждому классу 49 структурной схемы.

. Рассмотрим процесс декомпозиции целей .ТЗ по уровням поис- ' нового графа. Как правило для любой электронной системы, и в частности ДЧ, можно построить и построены аналитические вависи- . мости, с помощью которых конечное значение цели количественно выражается через соответствующие значения ' электронных узлов, представленных вершинами в графе: Однако точное численное значение, которое могло бы соответствовать данной вершине определить сложно, можно лишь указать, исходя из эмпирического опыта, доверительные интервалы, н которых оно может лежать, то есть примерное процентное отношение вклада ¡-го варианта 40 в З-ую цель ТЗ. На'основе эмпирического. опыта указывается и отношение порядка в данном доверительном интервале. Таким образом процесс

декомпозиции можно выразить 'так:.

1

где , I*- нечеткие подмножества множества целей с функциями принадлежности Г2; и Г^ ; О - операция свертки; причем для раа,-личных целей они имеют различный вид; т - количество уровней графа (количество 48).

Каждый вариант выполнения электронного узла описывается набором характеристик, аналогичным целям ТЗ.. Причем любая характеристика представляется не точным значением, ,а в виде нечеткого подмножества. Вводя понятие доверительного интервала, в котором лежат значения характеристики электронного узла и отнеся эти значения к идеальному значению, достижимому в этом 49, приходим к построению функции принадлежности этого нечеткого подмножества, # Таким образом результирующее нечеткое подмножество по 1-ой цели на }-ом уровне поискового графа определяется

следующим образом

где 9; -, результирующее нечеткое подмножество на ¿-ом уровне графа; С^- нечеткое подмножество, соответствующее 1-ой подцели на ¿-ом уровне графа; нечеткое подмножество, соответствующее 1-ой входной характеристике (,1+1)-го уровня графа.

Для определения числовой функции на дугах графа используем векторно-пространственный подход. Поставим в соответствие каждой вершине графа вектор, элементами которого являются функции принадлежности различных целей

. V,/.. £.«¿0): «¿(х);..,. ¿,*(х)1т (<)/

где V - к-ый вариант «0 на ¿-ом уровне графа; Я (х) - Функшя принадлежности к-го варианта ®Э на ¿-ом уровне по 1-ой цели; Т

- операция транспонирования. При таком подходе .используем

. ¿Р ■ (»

где А(х> - линейная функция'принадлежности. Величина р-сопз1, причем чем выше р, тем меньше существует компенсационных связей между ними. С помощью соотношения (7) строится числовая функция стоимости соединения ФЭ структурной схемы.

Приведенный выше алгоритм применен при- синтезе электрической схемы ДЧ СВЧ диапазона. Отбор ФЭ для построения ДЧ СБЧ проведен по двум целям - быстродействию и энергопотреблению. Исходя из сформулированных требований по быстродействию и энергопотреблению <Х9 в рассмотрение включены два варианта исполнения фазовращателя , два варианта исполнения инвертора, два ари-анта исполнения первого электронного ключа Анализ, проведенный с использованием вышеприведенного алгоритма, показал, что для ДЧ в диапазоне до 4 ГГц наиболее целесообразно использовать следующие варианты исполнения Ид: фазовращатель в монолитном исполнении; инвертор в схемотехническом базисе буферизованной логики; первый электронный ключ на основе одного транзистора.

На основе предложенного алгоритма был проведен цеденап-

равленный отбор вариантов исполнения <ВЭ ДЧ СВЧ диапазона в диапазоне частот до 8 ГГц. Проведенный анаш^ показал, что в отли-чм от схемы ДЧ в диапазоне частот до 4 ГГц в этом случае наиболее оптимальным является выбор фазовращателя в гибридном исполнении.

Отобранные в соответствии с предложенной методикой варианты схемотехнических решений Ф8 ДЧ были испрль80ваны при разработке электрических схем делителей частоты СВЧ диапаеона с рабочими частотами 0.2Б... 4,0 ГГц и 4... 8 ГГц.

В третьей главе приведена методика проектирования Ю и ДЧ ОВЧ диапазона в . целом с учетом конструктивно-технологических ограничений современной технологии монолитных ИС' на. арсениде галлия на основе ПТШ и ограночений по энергопотреблению, приведен способ учета емкостей транзисторной структуры ПТШ и элементов разводки монолитных ИС. Приведен анализ схемотехническо о базиса буферизованной логики и способ выбора геометрических размеров ИЛИ в составе инвертора и фазовращателя. Описан способ определения геометрических размеров ПТШ в составе электронных аналоговых ключей. Приведены методы проектирования схем цепей согласования и-смещения ДЧ. Наложена методика оценки минимальной рабочей частоты ДЧ СВЧ диапазона . .

На основе спроектированных ЮЭ и проведенных исследований разработаны и изготовлены опытные образцы и экспериментальные образцы.широкополосных ДЧ СВЧ диапазона, удовлетворяющих комплексу повышенных требований по электрическим и эксплуатационным характеристикам. ' % '

Проведенные исследования и полученные результаты подтверждают правильность отдельных методик синтеза функциональной и электронных схем и ее элементов и практическую эффективность предложенной методологии проектирования ИС . широкополосных ДЧ СВЧ диапазона Разработанные методики синтеза функциональной и электронной схемы ДЧ СВЧ диапазона и оценки ее предельно]о быстродействия инвариантны по отношению к используемому элементному базису и могут быть использованы для создания более высокочастотных ДЧ с коэффициентом деления 2 на любой элементной базе. Разработанные методики схемотехнического построения 'Ьунктн-'налъных элементов и ИС ДЧ СВЧ диапазона в целом с учетом

; - 16' -

конструктивно-технологических ограничений современной техноло--. гии И0 на основе ПТШ на арсениде галлия и оценки минимальной рабочей частоты ДЧ инвариантны по отношению к структуре ПТШ и могут быть использованы при создании более высокочастотных. ДЧ на основе технологии ИС' средней степени интеграции на основе более высокочастотного активного элемента , например ПТШ на арсениде галлия с длиной затвора 0,2... О,3 мкм, ' или ПТ с высокой подвижностью носителей (НЕМГ структуры),.

В приложений 1 приведены таблица включающая функции при- • надлежности ФЭ, суммарные функции принадлежности, доверительные интервалы и веса дуг поискового графа, использованного при синтезе функционально? схемы широкополосного ДЧ СВЧ диапазона

В приложении 2 приведены а*- иштическое описание модели ПТШ большого сигнала, которая была' использована для анализа схемотехнических решений ФЭ и ДЧ СВЧ диапазона в целом во временной и частотной областях.

В приложении 3 приведены перечни и величины параметров модели ПТШ большого сигнала с пороговыми напряжениями -1,5 и -2.0 В.

В приложении 4 приведены Б-параметры ПТШ различной конфигурации,. полученные экспериментальным путем.

В приложении 5 приведены параметры эквивалентной схемы• входа ПТШ, полученные на основе параметров, приведенных в приложении 4. '

В таблице приложения 6 приведена зависимость величин от соотношения геометрических размеров ПТШ в схемах ДО. Эти величины использованы для оценки минимальной рабочей частоты ДЧ.

В таблице приложения 7 приведен перечень параметров схемы электрической принципиальной ИС широкополосного ДЧ СВЧ диапазона. . '

В приложении 8 приведены' топологии двух кристаллов ДЧ СВЧ диапазона в диапазонах частот 0,25... 4,0 и 4. ..8ГГц.

В приложении 9 приведены расчетные временные диаграммы работы ДЧ СВЧ диапазона на частотах 1,2,3 и 4 ГГц.

В приложении 10 приведены расчетные временные диаграммы работы ДЧ на частотах 5,6,7 и 8 ГГц.

В приложении 11 показаны фотографии экспериментальны* ос-

• - 16 -

циллограмм входного и выходного сигналов ДЧ СВЧ диапазона на ; частотах 1,2,3 и 4 ГГц.

В приложении 12 показаны фотографии экспериментальных осциллограмм входного и выходного сигналов ДЧ СВЧ диапазона .на частотах 6,7 и 8 ГГц. '

В приложении 13 приведены фотографии микросхем ДЧ в див' иазонах частот 0,26.., 4,0 и 4... в ГГц.

• В приложении 14 приведен акт внедрения результатов диссертационной работы.

Основ»» результаты работы м мх значение.

1. Ц>едложена методология проектирования монолитных ииро- '. (юполосных ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 на арсениде.галлия комплексу повышенных технических и эксплуатационных требований. '1 ' '■

2. Разработана методология синтеза функциональных схем широкополосных ДЧ.СВЧ диапазона на основб теории .множеств и теории графов.

3. Разработана научная методология синтева . электронных схем широкополосных ДЧ СВЧ диапазона с применением теорци. нечетких множеств и теории графов.

4. Разработана методика схемотехнического построения Функциональных элементов ИС ДЧ СВЧ диапазона на основе ПТШ .с учетом конструктивно-гтехнологичеоких ограничений монолитных ИС на арсениде галлия.

б. Разработала методика схемотехнического построения монолитной ИС широкополосного. ДЧ СВЧ диапазона с коэффициентом деления 2 на основе ПГШ с учетом конструктивно-технологических ограничений монолитных ИС на арсениде галлия.

6. - Разработана методика оценки минимальной рабочей частоты широкополосного ДЧ СВЧ диапазона на основе ПГШ на арсениде галлия. ' '

7. Выполнены разработка схем, расчет, теоретические и экспериментальные исследования;широкополосных ДЧ СВЧ диапазона на основе ПТШ на арсениде галлия в диапазонах частот 0,25. ..4;0 ГГц и 4. . . 8 ГГц, удовлетворяющих комплексу повышенных требова-

■ ;. * '-.17- " ний по электрическим и эксплуатационным характеристикам.

Предложенные мгтодики синтеза функциональной, электронной схем "широкополосного ДЧ СВЧ диапазона и оценки его предельного быстродействия инвариантны по отношению к элементной базе и могут быть использованы для построения широкополосных ДЧ СВЧ диапазона на другой более высокоскоростной элементной базе.

Разработанные инженерные методики схемотехнического построения функциональных элементов ДЧ СВЧ диапазона и ДЧ вцелом на основе ПГШ на арсениде галлия инвариантны по отношению к структуре ПТ и могут быть использованы при проектировании более высокочастотных широкополосных ДЧ на ПТШ о проектными нормами 0,2...0,3 мкм на IT НЕМГ-структуры.

По материаллам диссертации опубликованы следующие основные работы.

1. Киэеев A.A., Резник И.Т., Ильин И.Ю. Научно-технический отчет по НИР " Разработка МИС делителя частоты с коэффициентом деления 2 (4) в. диапазоне частот 1...5 ГГц • шифр " Элерон - 1 "- Киёв. Библиотека НИИ "Сатурн", инв. N 2410, 1989 - с. .168.

2; Ки8еев А. А., Цыба А. R , Постоенко R Г., Вураченко В. И., Лытова Т.. Н. , Шабанов А. а Научно-технический отчет по НИР " Исследование путей совдания спецпроцессоров параллельной обработки сложных многофункциональных сигналов .", шифр "Эбеко". -Киев. Библиотека НИИ "Сатурн" инв. N 1053, 1990. - с. 220.

3. Семенко А. И., Симаков Е А., Киэеев A.A. Делитель частоты с переменным коэффициентом деления для систем ФАПЧ / Электроника СВЧ: Тез'исы докл. Всесоюэн. научи, -техн. конф. Звенигород, 1984 - с. 35-40.

4. Кизеев А. А., Курэанов С. А. , Резник И. Т. Микросхема делителя частоты СВЧ диапазона / Изв. вузов. Радиоэлектроника. Статья принята к публикации после рецензирования и.доработки 23. 06. 93г.

5. Киэеев А. А. , Курэанов С. А. , Резник И. Т. Проектирование ИС делителя частоты СВЧ диапазона / Республикам;;кий научно-технический сборник. Автоматизация проектирования ъ электронике. - КИИ. Киев. Статья принята к публикации после рецензирования и доработки я апреле 1993г.

6. Кизеев А. А. Проектирование сверхскоростных ИС на apeé- ' киде галлия. / Республиканский научно-технический сборник и Автоматизация проектирования в электронике - КПИ. Киев. Статья принята к публикации после рецензирования и доработки в апреле 1993г. • ..i

7. Семенко А.И.,' Симаков RA., Киаеев А.А. Цифровой смеситель частот для двухконтурной ФАПЧ / Изв.. вузов. Радиоэлектроника. - 1684. - N3 - с. 71-72..

8. Кизеев А.А., Заболотиый Н. Е, РегникИ. Т., Лостоенко Е Г. Интегральная схема делителя частоты СВЧ диапазона на арсе-ниде галлия / Тезисы докладов краткосрочного семинара п Перспективные элементы СВЧ " - Ленинград:" ДЦНТП, 19Й1". - с. 79-84.

9.. Кизеев А. А.. Резник И. Т., Заболотный Н. Е . • Постоенко IIР. ГИС делителя частоты на два в диапазоне* частот 3...8 ГГц / Тезисы докладов Всесоювной научно-технической конференции " Твердотельная электроника СВЧ " Киев: КПИ, 1990. - с. 2Б7-250. .

10. Кизеев А.А:, Чмиль E1L Микросхема делителя частоты СВЧ диапазона / Электронная промышленность. 1993. - N4 - с. 68.