ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ задания на выпускную квалификационную работу 5
1.1 Обзор существующих аналогов 5
1.2 Формулирование задания на ВКР 7
1.3 Выводы к главе 1 9
2 Разработка модели реконфигурируемого радиационно-стойкого АЦП на базе
ПАИС 5400ТР035 11
2.1 Описание средства автоматизированного проектирования ПАИС
5400ТР035 11
2.2 Моделирование устройства выборки и хранения 14
2.3 Моделирование модуля параллельного аналого-цифрового
преобразователя 20
2.4 Приоритетный шифратор 25
2.5 Выводы к главе 2 28
3 Создание рабочего места инженера-исследователя 29
3.1 Проверка работоспособности собранного рабочего места инженера-
исследователя 32
3.2 Выводы к главе 3 35
4 Исследование возможностей ПАИС 5400ТР035 с помощью нескольких
готовых решений 37
4.1 Инвертор 37
4.2 Логический элемент «2И-НЕ» 40
4.3 Аналоговый сумматор 43
4.4 Выводы к главе 4 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А 54
Современные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) находят применение в самых различных областях. Существует несколько основных типов архитектуры АЦП, поскольку для различного измерительного оборудования необходимы различные типы АЦП. Например, в одних приборах используется высокая частота дискретизации, но не требуется высокая разрешающая способность, в других необходимо большее разрешение, но можно пожертвовать скоростью измерения и т.д. Поэтому АЦП делятся на пять основных типов архитектуры, такие как: параллельные АЦП, АЦП последовательного приближения, сигма-дельта АЦП, конвейерные АЦП и АЦП последовательного счета.
В настоящее время больше всего востребованы приборы и устройства, принимающие аналоговый сигнал и преобразующие его в цифровой, от которых требуется высокая скорость работы. Самую большую скорость преобразования имеет АЦП параллельного типа.
АЦП параллельного типа осуществляют квантование сигнала одновременно с помощью набора операционных усилителей, включенных параллельно источнику входного сигнала. Скорость преобразования в таких АЦП может достигать 5Г (5*109) отсчетов/сек для стандартных устройств и 20Г отсчетов/сек для оригинальных разработок.
В том числе такие АЦП востребованы в космической и военной сфере, в приложениях где необходима высокая скорость и точность работы приборов. Но для таких приложений характерно функционирование в условиях дестабилизирующих факторов окружающей среды, например, проникающей радиации.
Существует два основных эффекта воздействия радиации - накопление полной поглощенной дозы и эффекты, связанные с воздействием одиночных ионизирующих частиц.
Микросхемы и любые другие устройства поглощают, а тем самым накапливают дозы излучения. Полная поглощенная доза излучения обуславливает дрейф ряда параметров микросхемы, вызывающих отказы.
Под действием ионизирующего излучения в микросхеме происходит образование электронно-дырочных пар. В технологиях с толстыми подзатворными диэлектриками сдвиг порогового напряжения n-канальных транзисторов мог быть достаточно большим для того, чтобы транзистор полностью переставал закрываться, что естественным образом приводило к потере работоспособности схемы.
Считается, что основная радиационная угроза современным электронным приборам - это единичные события (Single Event Effects, SEE), вызванные воздействием высокоэнергетических частиц. Вносимые в результате единичного события неисправности делятся на устойчивые (hard error) и исправимые (soft error) отказы. Наиболее часто исправимые отказы рассматривают как одиночные сбои. Они проявляются в изменении логических элементов устройства. Единичные события могут вызвать нестационарные токи малой длительности и большой амплитуды, которые способны разрядить узлы системы, приводя к потере информации или инициированию режима защелкивания, и тем самым - к устойчивому отказу.
Поэтому в выпускной квалификационной работе будет разработана модель элементов и узлов радиационно-стойкого параллельного быстродействующего АЦП с заданными параметрами, предназначенного для эксплуатации в области военных и космических технологий.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы выполнен анализ предметной области, исследованы предоставленные программные и аппаратные средства разработки. При исследованиях реализованы следующие узлы параллельного аналого-цифрового преобразователя: УВХ, блок преобразования.
Полученные результаты при исследовании УВХ на базе ПАИС 5400ТР035 оказались частично не удовлетворительными: разработанное устройство демонстрировало достаточно точные данные на выходе, но показатели быстродействия оказались неудовлетворительными для разрабатываемого устройства быстродействующего АЦП. Из этого следует, что на базе исследуемой ПАИС УВХ вполне реализуемо, но такое устройство не применимо в скоростных системах.
Разработанный блок параллельного АЦП на базе ПАИС 5400ТР035 показал достаточно большую скорость преобразования, а также высокую точность преобразованных данных, это доказывает то, что такие устройства реализуемы на исследуемой микросхеме.
Также в ходе выпускной квалификационной работе было доказано то, что для разработки быстродействующего АЦП, требующийся шифратор на базе ПАИС «КомПАС-1» реализовать не рационально, необходимо использовать внешнее устройство.
На следующем этапе данной работы произведены описание и сборка рабочего места инженера-исследователя, для моделирования разработанных устройств на реальном оборудовании. Так же, с помощью готового решения на базе исследуемой ПАИС, проверен стенд на работоспособность. В ходе проверки было подтверждено, что собранное рабочее место инженера- исследователя действительно можно использовать для разработки и моделирования различных устройств.
Так же, следующим этапом работы, выполнено моделирование имеющихся готовых решений в САПР Electric на базе исследуемой ПАИС «КомПАС-1» и сравнение полученных результатов с заявленными параметрами компанией АО «ДИЗАЙН ЦЕНТР «СОЮЗ». Произведенные исследования показали, что моделирование в САПР Electric недостаточно точно, в отличие от результатов на реальном оборудовании, но имеющиеся неточности не критичны, и данное ПО подходит для реализации моделирования.
В заключение отметим, что схемами на основе ПАИС 5400ТР035 можно заменить существенную часть схем обработки аналоговых сигналов. При этом разработчики устройств получают гибкое решение, которое учитывает их потребности и позволяет с минимальными временными и аппаратными затратами создавать специализированные схемы, в том числе для эксплуатации в жестких условиях. Но, для улучшения характеристик получаемых схем нужно учитывать особенности этой микросхемы.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
