книги из ГПНТБ / Микроминиатюризация элементов радиоэлектронной аппаратуры

пая теория объемных упругих волн [12], природа которых и свойства во многих аспектах близки к УПВ.

Рассмотренные выше особенности УПВ дают возможность получения различных устройств на основе этих волн. Некото­ рые из них изображены па рис. 5. Дисперсионная линия за-

Ріол упро&соящ'Ья плен cq

ж

РИС. 5

держки может быть создана двумя различными способами. В первом из них (рис. 5,6) дисперсионная характеристика обес­ печивается нанесением на звукопровод пленки с несколько от­ личающейся от подложки фазовой скоростью; УПВ, толщина которой соизмерима с длиной волны УПВ, Bp втором случае

200

(рис. 5,а) дисперсионная характеристика обеспечивается структурой штырей преобразователя. Существующие моно­ кристаллы позволяют реализовать сигналы длительностью до 150 м кс.

лов и «весовой» обработки сигналов. Многоотводная линия за­ держки может использоваться и в качестве фазорасщепителя, который необходим для работы фазированных систем. Авто­

к оси У) необходим для распространения УПВ в кристалле в заданном направлении. Полоса пропускания устройства со­ ставляла около 40%. Вносимые потери в полосе пропускания не превышали 52—54 дБ. Для обеспечения приемлемого коэф­ фициента передачи устройства при достаточно широкой полосе пропускания входной преобразователь выполнен с переменным

частотной характеристикой. Причем расчет их частотных ха­ рактеристик сравнительно прост, так как геометрическое рас­ положение штырей преобразователей и частотная характерис­ тика связаны преобразованием Фурье 17]. Практическое при­ менение сейчас получают полосовые (рис. 5, г) и телевизион­ ные фильтры. Авторами создан полосовой фильтр на подложке из а-кварца АТ-среза с полосой пропускания около 50% и по­ давлением колебаний вне полосы пропускания 30—35 дБ [13],

Весьма интересным представляется декодирующее устройство на основе пьезорезистивного эффекта в МОП-структурах.

Используя нелинейное взаимодействие УПВ в твердом те­ ле, можно осуществить перемножение сигналов. На этом прин­ ципе создаются устройства для вычисления автокорреляцион­ ной функции, функции взаимной корреляции и преобразования Фурье-сигнала (рис. 5,е).

В настоящее время создано несколько типов усилителей на УПВ (один из них изображен на рис. 5,3«;). Но всем им прису­ щи такие недостатки, как относительно высокий коэффициент шума, небольшой динамический диапазон и большие труднос­ ти в технологии создания высококачественных полупровоцни-

201

ли и фазорасщепители, корреляторы, усилители и вОлиовоДные устройства. Такой перечень устройств и нынешние пер­ спективы получения высококачественных пьезоэлектрических материалов показывают, что в самом недалеком будущем

Рис. 7

можно создать интегральные устройства, в которых вся обра­ ботка будет вестись на УПВ. Это позволит исключить значи­ тельные потери на преобразование, упростить согласование отдельных устройств и значительно уменьшить общие габари­ ты устройств обработки сигналов.

203

УДК 621.38.002

А. А. Моцоглов

К ВОПРОСУ О МАШИННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ СВЧ

Развитие разработок интегральных схем сверхвысокочас­ тотного диапазона (ИС СВЧ) определило актуальность иссле­ дований по их машинному проектированию.

Как известно, проектирование интегральных схем СВЧ со­ стоит из этапов синтеза структуры устройства, разработки мо­ дели цепи, анализа и оптимизации параметров схемы, тополо­ гического конструирования и изготовления фотошаблонов микрополосковой платы.

204

Вопросы синтеза — сложная и трудно разрешимая зада­ ча. Если для анализа и оптимизации сложных устройств СВЧ имеются некоторые работы, то по вопросам синтеза материа­ лы практически отсутствуют.

На этапе синтеза главная роль принадлежит человеку. Его знания, опыт и интуиция являются определяющими при выборе типа устройства, построении основных связей. Ввиду этого за­ дачи синтеза решаются ручными процедурами.

Этап анализа включает расчет и оптимизацию параметров ПС по ее математической модели. Как известно, наиболее об­ щий метод определения явлений в устройствах СВЧ — метод классической электродинамики. Однако решение уравнений Максвелла с заданными граничными условиями представляет трудновыполнимую, а для сложных устройств практически не­ разрешимую задачу. В то же время при анализе интегральных схем СВЧ нет необходимости в определении величины электро­ магнитного поля в каждой точке цепи, а достаточно иметь све­ дения в области, близкой к выходным полюсам каждого эле­ мента. В этом случае для описания электрических процессов и расчета всей системы можно воспользоваться более простой и наглядной теорией — теорией электрических цепей [1, 2, 3].

С учетом вышеизложенного, нами используется методика анализа ИС СВЧ, состоящая в том, что вначале выбираются модели элементарных компонент, определенные методами электродинамики; затем рассматриваются соединения этих компонент, образующие законченные функциональные узлы; после этого составляется модель сложной цепи. Анализ пара­ метров функциональных элементов и сложных устройств СВЧ ведется методами теории цепей.

Особенностью разрабатываемых на современном этапе ин­ тегральных схем СВЧ является то, что они синтезированы из набора соединенных между собой активных компонент (по­ лупроводниковых приборов) и пассивных функциональных элементов (направленных ответвителей, фильтров, делителей мощности и т. д.).

Поэтому за основу для составления программы анализа та­ ких устройств выбран алгоритм, предложенный в работе [4]. При этом отдельные функциональные элементы и часто встре­ чаемые в цепи их соединения заменяются многополюсниками, что дает возможность анализировать ИС с большим количест­ вом узлов на ЭЦВМ с ограниченным объемом памяти.

Метод многополюсных подсхем позволил разработать уни­ версальные машинные программы для анализа сложных цепей с библиотекой подпрограмм расчета 5-параметров отдельных СВЧ элементов цепи.

205

При составлении библиотеки подпрограмм были использо­ ваны алгоритмы, для каждого конкретного устройства дающие наибольшую эффективность в определении параметров. Так, например, для анализа устройств, эквивалентная схема кото­ рых представлена симметричным восьмиполюсником (кольце­ вые мосты, шлейфные ответвители), применен метод «зеркаль­ ных отображений» [8], для расчета цепей, представленных «звездообразным» включением четырехполюсников (делители мощности, фильтры низких частот, переключатели), — алго­ ритм анализа лучевых 2п-полюсников [6] и др.

После выбора цепи, анализа и оптимизации ее параметров выполняется техническое проектирование ИС СВЧ, включаю­ щее в себя этапы расчета полосковых элементов и разработки топологических чертежей. На сегодняшний день нам неизвест­ ны алгоритмы и программы, позволяющие полностью автома­ тизировать этот этап проектирования интегральных цепей СВЧ. Это связано с большими трудностями конструктивного расчета и спецификой работы СВЧ устройств.

В то же время из практики конструирования полосковых устройств СВЧ известны конфигурации элементов цепи, свя­ занные определенными соотношениями с длиной волны, разме­ рами и диэлектрической проницаемостью подложки, волновы­ ми сопротивлениями линий передачи.

Это позволило разработать машинные процедуры для кон­ структивного расчета отдельных элементов цепи, что в сово­ купности с ручными процедурами компоновки всей интеграль­ ной схемы и автоматизированной подготовкой на ЭВМ исход­ ных данных для цифровых автоматов, изготовляющих фото­ шаблоны и чертежи, значительно повысило эффективность работ на этом этапе проектирования.

Разработка типовой интегральной схемы СВЧ в настоящее время ориентировочно представляется следующим образом:

1. После получения технического задания (ТЗ) на разра­ ботку интегральной схемы СВЧ формируются требования к ха­ рактеристикам НС на основании интуиции исполнителя и опыта работы других разработчиков. Выбираются необходимые эле­ менты (в соответствии с содержанием библиотеки подпро­ грамм) и разрабатывается приближенная электрическая схема цепи.

2.Составляется эквивалентная схема цепи и разрабатыва­ ется формализованное задание (ФЗ).

3.ФЗ вводится в ЭВМ, вычислительная машина автомати­ чески вызывает нужные подпрограммы и выполняет анализ схемы по заданным исходным данным.

После нескольких итеративных циклов машинных и ручных процедур выбираются оптимальные компоненты цепи, обеспе­ чивающие выполнение требований ТЗ с заданной точностью.

206

шестиполюсники I , I I , I I I характеризуют двухканальные дели­ тели, четырехполюсники от IV до V I I I — коаксиально-полоско- вые переходы.

Нумерация полюсов на эквивалентной схеме выполнена в соответствии с правилами [5]: группой номеров m 1—5 обозначены входные и выходные полюса цепи, группой номе­ ров q (6—13) и q' (14—21) — соединяемые между собой уз­ лы. Группы номеров q и q' выбраны из такого расчета, чтобы:

1) узел с номером //г+1 соединялся с узлом m + q-V\, пі + 2

с m + q + 2,..., tn + q с m + q -\ q';

2) группы номеров m и q, q и q' не относились к одному и тому же многополюснику.

Чтобы выполнить для данной цепи перечисленные правила, на схеме был введен дополнительный четырехполюсник IX, ха­ рактеризующий отрезок линии передачи нулевой длины с ко­ эффициентами передачи и отражения, равными единице и нулю соответственно.

В процессе решения задачи на ЭВМ выполняется ряд мат­ ричных преобразований, наиболее сложное из которых — об­ ращение комплексных матриц.

Анализ работы этой интегральной схемы производился по АЛГОЛ-программе на ЭВМ М-222. Здесь 5-параметры слож­ ной цепи рассчитывались по формуле:

[5e ,] = [ A 1 ] { [ S I 1 ] + [ S 1 2 l ( I Z . ' 2 ] [ 5 8 , l - ' [ ^ ' 3 ] - [ 5 2 2 ] ) - 4 5 3 1 ] } [ Z . 1 ] , (2)

208