книги / Основы проектирования РЭС в жестких условиях эксплуатации

электромагнитному импульсу. Аналоговые вычислительные системы менее чувствительны к ЭМИ, чем цифровые ЭВМ, так как их рабо­ чие процессы происходят в отрезки времени» значительно боль­ шие, чем время действия ЭМИ. Однако и они могут давать сбои в работе и выходить из строя, если работают при низких рабо­ чих напряжениях.

Поля ЭМИ могут искажать и стирать информацию в устройст­ вах памяти. Считают, что магнитная составляющая ЭМИ далеко не всегда достигает значений, способных создать нарушения непо­ средственно в магнитных носителях памяти. Однако внедрение электромагнитного импульса в ЭВМ значительно .сильнее посред­ ством напряжений, наводимых в информационных и энергетических линиях. Эти напряжения могут необратимо вывести из строя вход­ ные (выходные) блоки, полупроводниковые преобразователи и ста­ билизаторы напряжения в устройствах электропитания.

Средства связи, радиолокации, радионавигации наиболее вос­ приимчивы к эффектам ЭМИ, поскольку они создаются очень чувст­ вительными, то есть способными принимать очень слабые сигналы.

Как проводные, так и радиосистемы подвержены влиянию ЭМИ на чрезвычайно больших расстояниях» при которых отсутствует воз­ действие других поражающих факторов ядерного взрыва. Воздей­ ствие ЭМИ на системы связи двояко. Если элементы систем связи оказываются вблизи района источника ЭМИ, то возможен, выход из строя отдельных элементов, прежде всего тех, которые подключе­ ны к антенно-фидернш устройствам и кабельный линиям. Кроме то­ го, ЭМИ, вторгаясь в системы связи, может вызывать искажение передаваемой (принимаемой) информации, что может произойти на больших площадках, далеко за пределами района источника.

В системах радиосвязи наиболее чувствительными являются приемные устройства практически всех диапазонов волн, однако наиболее опасен ЭМИ для радиосистем, работающих на сверхдлинкых, длинных, средних и коротких волнах. В системах проводной связи наиболее уязвимыми оказываются усилительные устройства на линиях дальней связи, на которые воздействую? наведенные в проводных линиях напряжения.При оценке наведенного напряжения считают, что однопроводная цепь, использующая в качестве обрат­ ного провода землю, образует виток большой площади, пересекав-

- 44 - координации действий всех работников, занятых созданием изде­

лия - схемотехников, конструкторов, технохогов. С втой цепью ухе як рангах стадиях разработки дяя каждого наделяя создаются специальные программы обеспечения стойкости, охватывающие все этапы проектирования и изготовления аппаратуры (рис. 3.1).

Опыт применения таких программ в СТА показал их высокую эффективность. Так как полупроводниковые приборы и интеграль­ ные микросхемы являются наименее стойкими компонентами совре­ менных РЭС, программы обеспечения стойкости сосредоточены, в основном ни определении радиационных характеристик етого клас­ са влектрорадноиэделий и включают в себя комплекс мероприятий по выбору влектрорадноиэделий, определению их показателей стой­ кости, разработке методов повышения стойкости всего изделия и оценке стойкости аппаратуры в целом.

Реализация предусмотренных программой мероприятий на раз­ личных етапах создания аппаратура в контроль со стороны заказ­ чика за процессом ее разработки с использованием методов оцен­ ки эффективности технических решений позволяют создать аппара­ туру, которая соотвествует заданным требованиям по стойкости.

3.1.Особенности выбора злектрорадиоизделий при проектировании РЭС для жестких условий эксплуатации

Уровень стойкости РЭС к воздействию Ш и ЗМИ, закладывае­ мый при проектировании, э первую очередь зависит от стойкости применяемых комплектующих изделий. При этом определяющей явля­ ется стойкость к воздействию ИИ полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. На начальных этапах проектирования для каждой конкретной разработки составляется "Перечень комплекту­ ющих изделий", в который включается ЭРИ, используемые в даль­ нейшем в разрабатываемом устройстве. Составление такого переч­ ня представляет весьма сложную задачу и включает в себя опре­ деление уровня воздействующих дестабилизирующих факторов, тре­ бований по электрическим и конструктивным характеристикам, по­ лучение справочных данных по стойкости серийно выпускаемых ЭРИ, а также определение уровня стойкости новых ЭРИ, справочные дан-

ные на которые отсутствуют. Отбор комплектующих изделий в "Пе­ речень" осуществляется на основании соответствия показателей стойкости ЭРИ предъявляемым требованиям.

Для комплектующих изделий в силу постепенного изменения параметров при воздействии Щ невозможно однозначно выбрать показатель стойкости. Это обусловлено тем, что выбор уровня из­ менения параметра, который принимается за характеристику пре­ дельного состояния ЭРИ, зависит от способа включения изделия в схему. Так, если для усилительных схем допустимо 50$ снижение коэффициента усиления транзистора, то в импульсных схемах воз­ можно 70-80$ снижение. Поэтому в качестве возможных показате­ лей, характеризующих стойкость изделий, выбирают следующие:

-показатель начальной стойкости Исн&ъ - максимальное значение характеристик ИИ и ЭМИ, при которых ни один из пара­ метров .ЭРМ не изменяется;

-показатель технической стойкости Л/ТУ - значение харак­ теристик ИИ и ЭШ, указанное в документации на ЭРМ;

теристик ИИ, указанные в технической документации на ЭРИ в ка­ честве предельной радиационной стойкости.

При определении показателей стойкости необходимо учитывать их статистический разброс от образца к образцу в партии ЭШ. Для этих целей в качестве показателей стойкости принимают ниж­ ние границы толерантных интервалов, гарантирующие с вероятно­

т у IRi) - среднее значение параметра изделия в этой точке.

При определении количественных показателей стойкости изде­ лия к потоку нейтронов следует помнить, что степень повреждения ЭРИ зависит от интенсивности облучения (импульсное или непрерыв­ ное) . Учет этого фактора проводится с помощью коэффициента отно­ сительной эффективности источника нейтронного излучения

г

Вид показателей стойкости (параметрические или вероятност­ ные) выбирают с учетом целей и задач проводимых оценок, этапов разработки изделия и степени достоверности исходных данных.

Параметрические показатели рекомендуется использовать при оценке стойкости на ранних этапах разработки, т.к. они дают бо­ лее наглядное представление о стойкости ЭИ!.

Вероятностные показатели удобны для получения обобщенного показателя стойкости ЭРИ. Этот показатель представляется в ви­ де

6 { V J V J . (3,3)*

Общий алгоритм составления "Перечня" состоит в следующем. На первом этапе в "Перечень" включают все ЭРИ, которые могут использоваться в разработке для обеспечения требуемых электри­ ческих и конструктивных характеристик с учетом обычных условий эксплуатации (механические и климатические воздействия). В дальнейшем происходит отбор ЭРИ из этого списка по критерию ра­ диационной и электромагнитной стойкости. При этом возможны сле­ дующие случаи:

I) показатель начальной стойкости ЭРИ выше требуемого значения

Ri $о* » R*fr >

(3.6)

4)показатель предельной стойкости ЭРИ выпе требуемого

значения

(3.7)

Изделия, удовлетворяющие условию (3.4), считаются для данной разработки абсолютно стойкими и, безусловно, включаются в "Перечень". Изделия, для которых выполняются неравенство

и условия (3.5), (3.6), (3.7), также включаются в "Перечень", т.к.,определенными методами возможно обеспечить требуемую стой­ кость аппаратуры с такими ЭШ. Схемы, для которых не выполня­ ются условия (3.5) и (3.6), подлежат доработке. Наконец, усло­ вие (3.7) характеризует принципиальную возможность включения ЭИ! в "Перечень". Изделия, удовлетворяющие ему, но не удовлет­ воряющие остальным, включаются в "Перечень" условно.

3.2* Методы повышения радиационной стойкости РЭС при проектировании

Существует две тенденции в развитии таких методов - повы­ шение стойкости отдельных наиболее чувствительных к воздействию радиации элементов и компонентов и повышение стойкости аппара­ туры в целом за счет применения специальных схемотехнических, конструктивных и технологических решений.

Обобщая известные методы предотвращения нарушения работо­

способности РЭС вследствие воздействия ионизирующего излуче­ ния, по виду воздействия их можно разделить на две большие группы;

1) методы защиты от переходных эффектов направлены на снижение величины и времени протекания переходных процессов, а также на сохранение информации в запоминающих устройствах вычислительных комплексов. К ним относятся:

-компенсация протекающих фототоков;

-защита от протекания избыточных токов;

-меры по ускорению восстановления схемы в исходное

состояние; 1

-сохранение информации в буферной стойкой памяти;

-предотвращение запирания и ложного срабатывания дискретных схем;

2) предотвращение нарушения работоспособности схем РЭА из-за долговременных эффектов заключается в

-выборе высокочастотных полупроводниковых приборов;

-ограничении применения МОП-приборов в среде с высоким уровнем накопленной дозы;

-разработке схем, допускающих большие.уходы параметров элементов;

-выборе оптимального электрического режима работы полу­ проводниковых приборов, при котором деградация параметров ми­

Повышение радиационной стойкости устройств РЭС на дисК=- ретных элементах требует комплексного подхода, связанного с оп­ тимизацией схемотехнических, конструктивных и технологических решений, используемых при создании РЭС.

Схемотехнический аспект проблемы заключается в оптимизации построения электрической схемы устройства по миниальной чувст­ вительности его параметров-критериев годности к воздействию как импульсного, так и непрерывного ионизирующего излучения, в за­ висимости от предлагаемых условий эксплуатации.

При синтезе структурно-функциональной схемы основное вни­ мание необходимо уделять разработке принципа действия схемы, оптимизации алгоритма работы, рациональному выбору системы сиг­ налов, применению резервирования яерадиационно стойких состав­

ных частей аппаратуры, использованию локального или общего блокирования ионизационных токов, возникающих в схеме, путем отключения или снижения питающих напряжений на время облучения с последующим восстановлением информации после действия импуль­ са ИИ.

Защита транзисторных схем от переходных эффектов основана на компенсации ионизационных фототоков, протекающих в р-п пере­ ходах. Наиболее распространенные схемотехнические решения при­ ведены на рис. 3.2 [%/

а) базовая компенсация б) коллекторная компенсация

ft*c. 3.2. Методы компенсации фототоков

Для уменьшения времени протекания переходных, процессов в коллекторных и базовых цепях транзисторов следует применять ре^- зисторы с минимальным значением сопротивления-, что ускоряет процесс рассасывания избыточных носителей.

Повышение стойкости транзисторных схем к долговременным эффектам основано на применении схем, на работу которых мало влияет изменение коэффициента усиления транзистора. Варианты таких схем представлены на рис. 3.3.

Конструктивные методы повышения радиационной стойкости но­ сят как правило общий характер, независимо от вида излучения, л основаны на ослаблении излучения, падающего на РЭС в целом лли ее наиболее чувствительные к воздействию радиации блоки Это достигается либо путем применения защитных поглощающих эксанов и покрытий, либо путем оптимальной компоновки РЭС та­