CC BY
31
УДК 681 325
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЮ ИНФОРМАЦИИ В КРИОГЕННЫХ УСЛОВИЯХ
ЛУКАШЕНКО В.М.
Успешно решить эту задачу можно в результате расширения функциональных возможностей каждой БИС и применения регулярных внутренних структур [1, 7].
Наибольшим спросом при проектировании обрабатывающих информационных комплексов пользуются переключающие устройства типа мультиплексоров, селекторов, коммутаторов, электронных линий задержек. Их разработка с высокими информационно-энергетическими показателями [2-9] в температурных условиях работы, соизмеримых с температурой жидкого азота, является актуальной.
Предлагается устройство с регулярной внутренней структурой по перераспределению информации для работы в криогенных условиях. Схемотехническое решение позволяет реализовать его в едином кристалле размерами 3х6х0,4 мм и выполнять функции селектора, мультиплексора, коммутатора, электрической линии задержки с 32-мя выводами.
В настоящее время все шире распространяются проблемно-ориентированные системы (ПОС), предназначенные для решения вычислительных и экономических задач, задач связи, управления и т.д. [1].
В автоматизированных системах управления технологическими процессами или в автономных физических объектах проблемой в криогенных условиях работы [2-6], при их схемотехническом решении, являются малая потребляемая мощность, высокая надежность, быстродействие, малые габаритные размеры и вес. Действительно, в твердотельных приемниках изображения (фотоматрицы, фотолинейки) с ячеек в 0,2, ..., 2 пФ снять информационный ток величиной порядка 10-11 А при температуре минус 196о С и в реальном масштабе времени на данном этапе является сложной задачей [2]. При изготовлении многоэлементных фотоприемников, с выполнением требований по массогабаритным показателям и стоимости применяют гибридную технологию БИС [2, 7].
Повышение технологичности специализированных информационно-измерительных комплексов в условиях развития технологии БИС видится в сокращении числа их типов.
Код
адреса
1 2 3 Кл
БУ Дш Рг
_L
5 Кл
Существующие мультиплексоры, коммутаторы, селекторы не позволяют решить поставленную задачу либо из-за высокой потребляемой мощности, либо из-за низкого быстродействия, либо из-за больших токов утечки при обработке информации высокой точности. Например, малогабаритные коммутаторы, выполненные по ТТЛ-технологии, обладают высоким быстродействием, способностью наращивания большого числа подключаемых элементов (до 1024 на элементной базе К555КП15), но при этом ток потребления равен порядка 10А [8], что недопустимо при решении поставленной задачи. В то же время микромощные 16канальные коммутаторы К1104-1, выполненные по КМОП-технологии, при предельных значениях допустимых электрических режимов эксплуатации имеют рассеиваемую мощность не более 500мВт. При этом ток утечки на выходных шинах составляет 200 нА [6], что также не удовлетворяет требованиям разработчика системы.
Маломощный многоканальный коммутатор Б1110КН1-2 [3,4, 7], выполненный по МДП-техно-логии, имеет малые токи утечки, не более 10-12 А при рабочей температуре минус 196оС и не более 5-10-10 А при температуре плюс 35оС. Однако из-за внутрисхемной организации последовательного опроса 32х каналов отсутствует возможность селекции по каналам, что ограничивает функциональные возможности ИС и увеличивает время опроса информационных ячеек в системах распознавания образов, работающих в реальном масштабе времени.
Предлагается устройство, реализуемое на основе ИС Б1110КН1-2, у которого . сохраняются такие пока-
7 (i-вход / i-вых.) затели как маЛая мощность потребления на
Ut
Вых. 1 / Вход 1
6 Кл
Вых. 2/ Вход 2
Рис. 1. Структурная схема многофункционального устройства переключения информации
один канал, малые токи утечки, но оно высокоскоростное и может быть использовано в твердотельных приемниках изображения для хранения и коммутации информации с выборочного одного элемента матрицы приемника на шину обработки информации. Пример структурной схемы [9], позволяющей обрабатывать накопленную информацию с произвольной выборкой элементов фотоматрицы по строке или по столбцу, представлен на рис. 1. На рис. 2 и 3 изображены временные диаграммы на выходах генератора тактовых импульсов и фазового селектора, а также нормированный график зависимости
4
24
РИ, 1999, № 4
мощности потребления от скважности импульсов напряжения питания соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Код адреса через буферный усилитель 1 поступает на вход дешифратора 2 под воздействием выработанных генератором 8 тактовых импульсов и выделенных фазовым селектором 9 четной фазы, высокий уровень которой обеспечивается преобразователем 10 уровня напряжения. Одновременное появление кода адреса на входе буферных усилителей 1 и четной фазы на выходе преобразователя 10 обеспечивается импульсами UT, при этом записывается логическая единица в регистр 3. Емкости выхода ячейки памяти регистра 3 и затвора транзистора одного из ключей 5 обнуляются через открытый транзистор соответствующего ключа 4 разряда, при этом входы 7 либо обнуляются, либо заряжаются до потенциала второго выхода (Вых. 2), либо передается информация входов 7 на второй выход. С прекращением действия четного тактового импульса закрываются транзистор ключа 4 и соответствующий ключ 6. Потенциал выхода преобразователя 10 равен нулю. С приходом нечетного тактового импульса высокого уровня с преобразователя 11 в соответствующей динамической ячейке памяти регистра 4 формируется заряд высокого потенциала. Следует заметить, что в основе динамической ячейки памяти используется “бутстрэпная” емкость, функционирование которой подробно рассмотрено в работе [9]. Импульс управления, поступающий на затвор ключа 5, открывает последний и происходит коммутация входа 7 на первый выход (Вых. 1). Связь входов управления питания дешиф-
ратора 2, буферного усилителя 1, затворов всех транзисторов ключей разрядов 4 и ключей 6 с выходами преобразователей 10, 11 и формирование соответствующих импульсов управления генератором 8, фазовым селектором 9, преобразователями уровней напряжения позволяют с высокой скоростью перераспределить заряды. Все это способствует увеличению быстродействия вследствие уменьшения времени переключения.
Высокоскоростная селекторная выборка ключей осуществляется по адресному коду через дешифратор и соответствующую ячейку памяти регистра под воздействием формирующихся внутри схемы импульсов управления с малой длительностью и высоким потенциалом [2, 5, 9].
Мультиплексирование [6] в предложенном устройстве осуществляется формированием последовательного адресного кода для переключения входных шин 7 на общую шину Вых. 1. Кроме того, благодаря ключам 6 и ключам разряда 4, которые открываются под действием управляющих импульсов высокого уровня с преобразователя 10 уровня напряжения, предоставляется возможность одновременной передачи информации с n входных шин 7 на общую шину Вых. 2 для её дальнейшей обработки.
Режим работы БИС как электрической линии задержки обеспечивается формированием последовательного адресного кода для переключения информации с общей шины Вх.1 на i-е выходные шины 7, задержанного на время формирования i-го адресного кода. Время задержки определяется по формуле
U'
На выходе генератора
тактовых импульсов 8
tзд =1Q(nl - 1)Т ,
2=1
"\
На выходах фазового селектора 9
Рис. 2.
Pn(Q)
0.1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
Временные диаграммы на выходах ГТИ и фазового селектора соответственно
ь... • •• • • 1 Т=77К
• • •• Т =293К 1
15 20 25 30 35 40 45 50
Рис. 3. Нормированный график зависимости мощности потребления БИС от скважности импульсов напряжения питания
где ni—число работающих каналов; т —длительность импульса; Q—скважность.
Таким образом, повышение быстродействия достигается схемотехническим решением по уменьшению времени переключения транзисторов ключей и увеличению скорости нарастания переднего и заднего фронтов импульсов напряжения питания, которые формируются генератором, фазовым селектором и преобразователями уровней напряжения. Благодаря использованию “бутстрэпной” емкости, в ячейке памяти регистра формируется высокий потенциал, что позволяет со значительной скоростью перераспределить заряды, увеличивая быстродействие переключения, но при этом отсутствует сквозной ток потребления, что обеспечивает малое потребление мощности на один канал (менее 1шБт).
Вывод
Предложенное устройство имеет следующие характерные показатели: многофункциональность (селектор, мультиплексор, коммутатор, электрическая ли-
РИ, 1999, № 4
25
ния задержки); малое время считывания информации из-за высокой скорости перераспределения зарядов между потенциальными шинами; малая мощность потребления (используется МДП-технология и импульсное питание, отсутствуют сквозные токи в ячейках памяти регистра); регулярность внутренней структуры (топологии n ячеек памяти регистра, 2n информационных ключей и n разрядных ключей одинаковы соответственно); схемотехническое исполнение возможно в едином кристалле, т.е. БИС. Возможность использования групповой технологии позволит получить низкую стоимость многофункциональной БИС и, следовательно, системы в целом.
Литература: 1. Водяхо А.И. и др. Функционально ориентированные процессоры. Л.: Машиностроение. 1988. 224 с. 2. Быков В.И., Лукашенко А.Г., Лукашенко В.М. Способ электрического сканирования с произвольной выборкой ячеек фотоприемника //2-я МК “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”. Тез. докл. Ч. 1. Харьков—Туапсе: ХТУРЭ. 1996. С. 102. 3. Лукашенко В.М., Скуратов Е.Г., Суслов В.В. Маломощный многоканальный коммутатор Б1110КН1-2 // Электронная промышленность. 1983. № 4. С. 23. 4. Лукашенко В.М., Пономарева О.Л., Юликов М.В. Двухпозиционный МДП-коммутатор на 32 канала / XXIII НТК, посвященная Дню радио. “Электронная техника для обработки изоб-
ражений”: Тез. докл. Новосибирск: НТО РЭС им. А.С. Попова. 1980. С. 20. 5. Лукашенко В.М. Швидкодіючий пристрій для комутації сигналів / / Вибрации в технике и технологиях. Спец. вып. Ч. 2. 1997. С. 248 - 251. 6. Лукашенко В.М., Быков В.И., Шевченко А.Ї., Лукашенко А.Б. Селектор-мультиплексор // Вибрации в технике и технологиях. Спец. вып. Ч.2. 1997. С. 264. 7. Быков В.И., Лукашенко А.Б., Лукашенко В.М. Малогабаритное электрическое устройство задержки для широкополосных сигналов связи // 2-я МК “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”. Тез. докл. Ч. 1. Харьков — Туапсе: ХТУРЭ. 1996. С. 103. 8. Лукашенко В.М. Запоминающее устройство. SU 1365127. Бюл. №1. 1988. 4с. 9. А.с.1674170. Кусочно-линейный аппроксиматор / Лукашенко В.М, Лукашенко А.Б. Опубл. 30.08.91. Бюл. № 32. 3 с.
Поступила в редколлегию 30.11.99
Рецензент: д-р техн. наук Белоусов В.Я.
Лукашенко Валентина Максимовна, канд. техн. наук, доцент Черкасского инженерно-технологического института. Научные интересы: разработка научных основ создания элементов, схем устройств вычислительной техники и приборов для навигационных систем управления. Увлечения: изобретательство и рыбалка. Адрес: Украина, 18021, Черкассы, ул. Гагарина, 55, кв. 423, тел. (0472)16-01-14.
УДК 621.3.049.75.002
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СКОРОСТНОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И ПУТЕЙ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ
СЛИПЧЕНКО Н.И. , ЮЗВИШИНВ.Ф.
где k — электрохимический эквивалент. Вес осаждаемой пленки m зависит от выхода металла по току П:
m'= m П = Y d SnV, (2)
здесь Y — плотность вещества пленки; d — толщина пленки; V — объем пленки; Sn — площадь платы или подложки.
Следовательно:
Проводится анализ результатов экспериментальных исследований технологических процессов получения металлических пленок на поверхности печатных плат или микросборок. Описываются методы ускорения процесса электроосаждения металлов.
В большинстве технологических процессов производства радиоэлектронной аппаратуры для формиро -вания проводников, функциональных элементов резисторов, конденсаторов, транзисторов и других элементов используют пленки из различных металлов: меди, никеля, золота, серебра и др.,полученных методом электроосаждения пленок из водных растворов солей этих металлов [1-5].
Свойства осажденных пленок зависят от состава электролита, плотности тока, температуры, интенсивности перемешивания электролита, скорости дрейфа ионов металла, формы и состояния поверхности платы или подложки.
Толщина пленки легко контролируется значением тока I, протекающего через электролит, и временем осаждения t . Согласно закону Фарадея, количество осаждаемого металла m определяется выражением
m= k-I-t , (1)
d=ли±і
Y • Sn
(3)
Значение тока практически постоянно, а время осаждения — контролируемый параметр.
Учитывая, что скорость гальванического осаждения металлов обычно в 10 — 15 раз больше, чем время остальных технологических операций, очень актуальна интенсификация процесса осаждения.
Предлагаемая в работе концепция интенсификации процесса гальванического осаждения основана на использовании проходных установок струйного или проточного типа.
Основополагающие принципы скоростной металлизации были разработаны еще в конце 60-х годов, но ряд принципиальных затруднений сдерживали реализацию этой технологии до настоящего времени. Некоторые аспекты скоростной металлизации изложены в [1-3].
При включении тока на электродах происходят электрохимические реакции, сопровождаемые рядом необратимых процессов. При этом на поверхности электрода возникает дополнительный скачок потенциала, называемый поляризацией. Необходи-
26
РИ, 1999, № 4
