CC BY
13
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ МОДУЛЬНЫХ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
СИСТЕМ
Скляр Андрей Вадимович
студент 5 курса Института радиотехнических систем и управления Инженерно-технологической академии
Южного федерального университета (ИРТСиУ ИТА ЮФУ), г. Таганрог
Мережин Николай Иванович
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Теоретических основ радиотехники Института радиотехнических систем и управления Инженерно-технологической академии Южного федерального университета
(ИРТСиУИТА ЮФУ), г. Таганрог
В недавнем прошлом понятие модуля использовалось, в основном, применительно к ТЭЗ - типовым элементам замены. ТЭЗ подразделяли на уровни (приборы, блоки и т.д.), создавали из них многоканальные системы, но в любом случае они решали только одну целевую задачу - замену модуля на его полный аналог. С развитием микро, а затем и нано технологий появились гибкие многофункциональные устройства, имеющие возможность изменения конфигурации за счет функциональных модулей для решения множества разнообразных задач. Ярким примером таких устройств являются персональные компьютеры (ПК). И если стратегии построения ПК есть у каждой фирмы-разработчика (свои или заимствованные), то в целом для всех многофункциональных мультимо-дульных устройств общей концепции построения не прослеживается. Таким образом, назрела необходимость проанализировать и охарактеризовать модульные принципы построения многофункциональных систем как самостоятельную концепцию.
Для однозначности понимания этих принципов следует сделать несколько определений. Начнем с наиболее важных.
Во-первых, что из себя должен представлять сам функциональный модуль в концепции модульного построения многофункциональных систем?
Функциональный модуль - целостный, функционально законченный, сменный элемент, объединенный в систему специальными связями и используемый в решении ее задач в соответствии с его назначением.
Во-вторых, что же такое модульный принцип в данной концепции?
Модульный принцип отражает не только конструктивные, технологические и эксплуатационные свойства многофункциональной системы. Модульный принцип построения многофункциональной системы это использование функциональных свойств определенного количества модулей, для решения всего множества задач системы и обеспечения заданных ей параметров. Наибольший эффект от его использования достижим в случае, если он распространен одновременно на аппаратную и программную части системы.
Модульная многофункциональная (мультифункци-ональная) система - гармоничная совокупность ядра и модулей, объединенная внутрисистемными связями для выполнения заданного определенными условиями множества функциональных задач.
Ядро (база, платформа) - неизменяемая и неделимая на модули основная часть многофункциональной системы. Ядро должно иметь возможность подключения к
нему через внутрисистемные интерфейсы множества модулей, определенного особенностями этой системы.
Множество модулей - количество модулей в системе, ограниченное снизу количеством выполняемых микрозадач и свойствами внутрисистемных связей сверху.
Микрозадача - частная задача единичного модуля.
Макрозадача - общая, глобальная задача многофункциональной системы, объединяющая в единое целое множество микрозадач её функциональных модулей.
Выполнение макрозадачи определенным множеством элементов является, по сути, решением отдельных микрозадач каждым выделенным для этого элементом. Следовательно, выполнение модульной системой своей многофункциональной макрозадачи определяется способностью к решению в совокупности каждой единичной функциональной задачи ее отдельным модулем.
А теперь, когда даны соответствующие определения, понятны и приняты их значения, перейдем к базовым принципам построения мультимодульных многофункциональных систем.
Стремление упростить задачи проектирования зачастую приводит к урезанию свойств модулей, и представлению их только лишь кирпичиками, из которых складывается система. При этом опускаются особые свойства модулей, способные в значительной мере улучшить систему. Эти свойства превращают стандартные кирпичики однообразного строения в многомерные пазлы трансфор-мера.
Процесс создания многофункциональной системы определяется используемым методом ее проектирования. Существует два основных метода построения многофункциональных систем:
• переход от общего к частному - метод деления;
• переход от частного к общему - метод синтеза.
Метод синтеза предполагает объединение вокруг
ядра ранее разрозненных устройств в одно целое - систему. Таким образом, из множества единичных микрозадач образуется одна, обусловленная необходимостью, макрозадача.
С другой стороны, выделение из одной поставленной макрозадачи единичных микрозадач создает предпосылку для деления цельного устройства на модули.
Методы обособления составных частей системы в отдельные модули могут существенно различаться, но чаще всего разделение происходит именно по функциональному признаку и это закономерно.
Структура модульной многофункциональной системы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структура модульной многофункциональной системы
Модульная многофункциональная (мультифункци-ональная) система в общем случае имеет в своем составе:
• ядро, его еще можно назвать базой или платформой;
• базовые модули;
• функциональные модули;
• внутрисистемные связи - интерфейсы.
Ядро и сама модульная многофункциональная система уже определены в начале статьи. А вот остальным компонентам структуры следует дать свои определения.
Базовые модули обеспечивают жизнедеятельность ядра системы (например, источники электропитания, элементы расширения памяти и т.п.).
Функциональные модули обеспечивают выполнение функциональных задач системы.
Внутрисистемные связи - интерфейсы необходимы для подключения к ядру функциональных модулей. Подключение к ядру базовых модулей, по сути, также осуществляется внутрисистемными связями. Однако мы не будем считать их интерфейсами ввиду их специфичности, и передадим эти связи в состав самих базовых модулей.
Количество интерфейсов определяется макрозадачей многофункциональной системы, а также техническими особенностями и возможностями:
• ядра системы;
• функциональных модулей;
• самих интерфейсов.
То есть, интерфейсы, с одной стороны, должны иметь возможность подключения к ядру. С другой стороны, функциональные модули должны подключаться к этим интерфейсам. А, кроме того, количество интерфейсов должно обеспечивать подключение необходимого множества модулей для полного решения системой своей макрозадачи.
Конфигурация системы обуславливается необходимостью решения множеством модулей ее макрозадачи в соответствии со следующими принципами:
• минимальная конфигурация должна обеспечивать ядро (базу, платформу) минимально необходимыми ресурсами для нормального функционирования системы;
• максимальная конфигурация ограничена возможностями внутрисистемных интерфейсов с учетом средств их расширения.
Функциональная избыточность конфигурации системы учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами и способами. В состав системы может входить несколько типов модулей, выполняющих одни и те же функциональные задачи разными методами. При этом возможно, как увеличение производительности системы, так и улучшение качества полученных результатов при решении заданного класса задач.
Функциональное расширение конфигурации системы, как и ее аппаратное наращивание, возможно за счет включения в неё модулей-концентраторов и, соответственно, подключения к ней дополнительных ресурсов.
Базовые принципы построения модульных многофункциональных систем
МЕТОД СТРУКТУРА КОНФИГУРАЦИЯ СВОЙСТВА
( синтез ) ( яфэ ] ( минимальная ) ( силкмиые )
( деление ) ( базовые модули ) ( шксимэльнэя ) ( модульные )
1 (футцюнельнш модули) ( избыточная ) J
f интерфейсы ) (" расширенная ")
V-
Рисунок 2. Базовые принципы построения модульных многофункциональных систем
При построении модульных многофункциональных систем следует учитывать свойства, как самой системы, так и входящих в неё модулей. Это довольно обширная тема и ей будет посвящена отдельная статья: «Основные свойства модульных многофункциональных систем».
Выводы
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:
1) Концепция построения модульных многофункциональных систем имеет базовые принципы и их составляющие, проиллюстрированные на рисунке 2;
2) При разработке многофункциональных систем модульная концепция построения занимает свое отдельное положение, требующее особого внимания.
Список литературы
1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа, 2000.
2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Издательство "Питер", 2000. - 816 c.
3. Давыдов А.В. Модульный принцип конструирования радиоэлектронной аппаратуры. http://geoin.org
4. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - /Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств. - 2001.
5. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов под общ. ред. В.А. Шахнова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. — 568 с:
6. Скляр А.В., Мережин Н.И. Модульная концепция в мультиметрах. — Межотраслевой институт «Наука и образование». Ежемесячный научный журнал № 2 (9) / 2015, с. 44 - 47.
7. Скляр А.В., Мережин Н.И. Модульные многофункциональные системы. Модульный климатический мультиметр. — Международный независимый институт Математики и Систем "МиС". Ежемесячный научный журнал № 2 (13) / 2015.
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ АЮаАв^аАв - ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНОЙ ЭПТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
Сурайкин Александр Иванович
Канд. техн. наук, доцент кафедры электроники и наноэлектроники Мордовского национального
исследовательского университета им. Н.П. Огарёва, г. Саранск
Учитывая потребности огромного и постоянно увеличивающегося парка вторичных источников питания, где всё более доминируют импульсные преобразователи, то можно отметить, что одной из актуальных задач является снижение мощности потерь, то есть повышение КПД.
Для решения данной задачи многие зарубежные и ряд отечественных предприятий осуществляют разработку новых полупроводниковых приборов, как на основе кремния, так и на основе других известных полупроводниковых материалов, например, таких, как арсенид галлия, нитрид галлия, карбид кремния.
Причины ограниченных возможностей кремниевой элементной базы заключаются в свойствах исходного материала - кремния, технологических и электрофизических параметрах приборных структур, сильно выраженной зависимости быстродействия от температуры при эксплуатации.
Одним из возможных материалов для разработки и изготовления быстродействующих приборов может выступать арсенид галлия. GaAs - материал, сочетающий
преимущества Si (технология получения, формирование приборных структур) и SiC - широкий диапазон рабочих температур (до 250 оС), широкий диапазон рабочих частот - десятки и сотни ГГц, вполне оправданно занимает нишу между Si и SiC. Не претендуя на замену ни Si, ни SiC, GaAs позволяет достаточно технологично и относительно недорого изготавливать широкую гамму полупроводниковых приборов, начиная от маломощных [1] и, заканчивая, силовыми полупроводниковыми приборами [2].
В этой связи, перспективным направлением является разработка и иизготовление высоковольтных быстродействующих транзисторов на основе AlGaAs/GaAs - ге-тероэпитаксиальных структур, ориентированных на применение во вторичных источниках питания.
На основе требований к элементной базе импульсной техники можно сформулировать основные требования к высоковольтным гетероструктурным транзисторам (Таблица 1).
_Таблица 1
Параметр Значение
Статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ при иКБ = 5 В, 1Э = 2 А > 20
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме ОЭ при иКБ = 5 В, 1К = 50 мА > 4 МГц
Граничное напряжение при 1Э = 0,1 А > 200 В
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при 1К = 2 А, 1Б = 0,08 А < 0,5 В
Напряжение насыщения база-эмиттер при 1К = 2 А, 1Б = 0,08 А < 1,2 В
Время включения при ИКЭ = 200 В, 1К = 2 А, 1Б = 0,08 А < 0,6 мкс
Время выключения при ИКЭ = 200 В, 1К = 2 А, 1Б = 0,08 А < 1,6 мкс
Рабочий диапазон температур -60 - +200 oC
Достижения в области разработки, производства и применения быстродействующих полупроводниковых приборов, в том числе силовых биполярных транзисторов
связаны не только с достижениями кремниевой технологии, но с использованием ряда других полупроводниковых материалов. Особенно, как говорилось ранее, это касается арсенида галлия [3]. Научные и технологические
