Ви є тут

Аналогові біполярні інтегральні схеми для сенсорної техніки

Автор: 
Голяка Роман Любомирович
Тип роботи: 
Дис. докт. наук
Рік: 
2002
Артикул:
0502U000441
129 грн
Додати в кошик

Вміст

Розділ II
ПРИНЦИПИ МОДЕЛЮВАННЯ, ПРОЕКТУВАННЯ ТА ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ
СЕНСОРНОЇ ТЕХНІКИ
2.1. Загальна характеристика
Ефективність процесу розробки нової техніки в значній мірі визначається рівнем
розвитку засобів моделювання, автоматизованого проектування та відповідного
програмного забезпечення. Різноманітність, універсальність та широке
розповсюдження сучасного професійно-орієнтованого програмного забезпечення
моделювання та автоматизованого проектування поставило проблему його адаптації
до задач мікроелектронної сенсорики. Спектр цих задач є широким – математичний
аналіз проблеми, розробка та моделювання елементної бази, і в тому числі
первинних перетворювачів, схемотехнічне та топологічне проектування ІС тощо.
Постає питання вибору наявних універсальних програмних засобів чи розробки
власних спеціалізованих програм. Очевидно, що на даному етапі розвитку
комп'ютерної техніки та програмного забезпечення такі задачі, як схемотехнічне
моделювання, топологічне проектування чи тепловий розрахунок, можуть успішно
бути вирішені з допомогою універсальних пакетів прикладних програм (ППП).
Вирішеними можна вважати проблеми моделювання діодних та транзисторних
структур, більшості первинних перетворювачів, температурних режимів. Очевидно,
що для цих задач розробка власних програмних засобів є недоцільною. Так, в ході
виконання дисертаційної роботи застосовувались універсальні ППП, і зокрема:
* схемотехнічного моделювання – SPICE (версія «PSpice»);
* топологічного проектування ІС – Graph Layout Editor (GLE) ;
* математичного аналізу – MathCAD.
Серед задач розробки ІС сенсорної техніки, вирішення яких традиційними
засобами є неможливим, відзначимо:
* моделювання первинних перетворювачів сенсорних пристроїв довільного типу в
ППП «PSpice»;
* електро-теплове моделювання температурно-градієнтних перетворювачів та ІС з
гістерезисною температурною характеристикою.
Взаємозв'язок між традиційними універсальними програмними засобами та власним
програмним забезпеченням, що охоплюють весь процес розробки ІС сенсорної
техніки, наведений на діаграмі.
Автоматизоване проектування ІС сенсорної техніки
Я
Математичний
аналіз задачі
ЬЮ
Розробка еле-ментної бази
ЬЮ
Схемотехнічне
моделювання
ЬЮ
Топологічне
проектування
MathCAD
ACAD, GLE
Spice
GLE
Э Я
Э Я
Э Я
Э Я
Власне програмне забезпечення ( PASCAL )
Призначення
Приклад
* адаптація моделей первинних перетворювачів сенсорних ІС для “SPICE”
Sensor_lib
* моделювання функції перетворення акселерометра на фотоелементах
Sensor_foto
* моделювання потужних транзисторів та діодів Шотткі актюаторних ІС
Transistor_pow;
Diod_Shot
* оптимізація топології потужних транзисторів та діодів актюаторних ІС
Transistor_pow;
Diod_Shot
* моделювання температуро-градієнтних ІС
ThermoSPICE_1
* моделювання ВІС з тепловим гістерезисом
ThermoSPICE_2
На прикладі конкретних задач в даному розділі дисертаційної роботи розкрита
можливість наскрізного моделювання та проектування елементів спеціалізованих ІС
сенсорної техніки. В останньому підрозділі на прикладі інтелектуального
магнітосенсорного пристрою розглядається новий принцип самодіагностики, що
забезпечує високу точність вимірювання в екстремальних умовах експлуатації.
2.2. Моделювання перетворювальних елементів механіки
На першому етапі проводять дослідження впливу компонентів конструкції сенсорних
пристроїв на їх параметри. Особливої актуальності таке дослідження набуває при
розробці пристроїв з складною механічною конструкцією. Дану проблему розглянемо
на прикладі моделювання характеристики механічного вузла первинного
перетворення фотоелектричного акселерометра.
Фотоелектричного акселерометр призначений для вимірювання вектора прискорення
автомобілів, літаків чи інших рухомих об’єктів. В його склад входять (рис.2.1)
джерело світла, наприклад світлодіод (1), чотири фотоприймачі U, D, L, R,
наприклад фотоелементи (2), дзеркало (3), інерційний механізм (4) та корпус
(5).
В умовах рівноваги дзеркала, що має місце при відсутності прискорення, відбитий
від дзеркала світловий потік рівномірно розподіляється між чотирма
фотоелементами. Під дією прискорення інерційний механізм та з'єднане з ним
дзеркало відхиляються. Світловий потік перерозподіляється між фотоелементами, і
по диференційному сигналу між ними визначають величину та напрям прискорення.
Для забезпечення високої чутливості та лінійності перетворення проводиться
оптимізація форми фотоелементів.
Задача оптимізації форми пов'язана з великою кількістю багатократних
розрахунків, а отже потребує розробки спеціалізованого програмного
забезпечення. Розглянемо геометрію падаючих на дзеркало та відбитих від нього
світлових променів (рис.2.1,с). Відстань між площиною, на якій знаходяться
джерело світла i фотоелементи, та площиною зрівноваженого дзеркала становить p,
а відстань між дзеркалом та центром його обертання - r.
Кут відхилення дзеркала q визначається вектором прискорення у виді пропорції ,
де K1, K2 - коефіцієнти пропорційності. Опускаючи проміжні викладки, визначимо
залежність координати точки пересічення відбитого променю з віссю 0Х від кута
падіння променю a та кута відхилення дзеркала q
Визначимо координати сімейств точок (периметрів) відбитого світлового п’ятна з
однаковою освітленістю. Ці периметри відповідають умові a, q = const,
g = 0... 2p, де g - кут кругової розгортки падаючих променів. Проекція кута
падіння променю на вісь 0Х (рис.2.1,d) становить , а координати Xg, Yg,
відповідно - Xg = Lg cosg, Yg = Lg sing,
де     .
Тоді пер