CC BY
50
14.Проводится анализ схемотехнического решения на законы коммутации электрической цепи.
15.Анализируется синтезируемая схема на Рэр^е.
Выполнив все пункты данного процесса синтеза, мы получили требуемый результат: скорость нарастания стала равной V,, и ф+1и) / Ск<|[, (20*15 мкЛ / 30 пФ = 10 В/мкс)
Примерный вид спроектированной схемы изображен на рис.2.
Рис 2. Фрагмент спроектированного ОУ с повышенной скоростью нарастания где ОТ ВД -Отражатель Тока Выборочного Действия.
В результате вышесказанного, можно сделать вывод: спроектированный САПР призван помочь проектировщику в процессе проектирования аналоговых н аналогово-цифровых НС (а не в процессе расчета, как с этим успешно справляют* ся Design Lab, PSpice и т.п. программы).
ЛИТЕРАТУРА
1. А.А.Лебедев.Токоъ&я концепция проектирования ИС с повышенной точностью и быстродействием на основе типовых схемотехнических структур//Сборник научных трудов “Научнаясессия МИФИ -99”, Т 6 .М., 1999.
УДК 621.3.049.77
Б.Г. Коноплев, Е.А. Рындин, А. В, Ковалев
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ С УЧЕТОМ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
347928, г. Таганрог, ГСП-17 А, пер. Некрасовский, 44, нгел.: (S6344) 64447, e-mail: fep(a)¡tsure.ru
При проектировании сложных микросистем обеспечение высокой надежности и живучести, как правило, невозможно без структурного резервирования отдельных элементов, фрагментов и кристаллов [1, 2]. При этом одной из основных проблем является оптимальный выбор резервируемых элементов, метода и крат-
ности резервирования. Для решения данной задачи необходимо провести сравнительный анализ методов резервирования с учетом соотношения плошадей (объема аппаратных средств) элементов и устройств управления (УУ), осуществляющих подключение резервных элементов вместо вышедших из строя рабочих. В данном случае под элементом понимается любая резервируемая структурная единица системы (фрагмент интегральной схемы, микропроцессор, печатный модуль и т.д.).
Выделяют три метода структурного резервирования [1, 2]: общее, когда резервируется система (или подсистема) в целом; поэлементное, когда для каждого рабочего элемента предусмотрены отдельные резервные; скользящее, когда резервные элементы являются общими для всех (или нескольких) рабочих элементов. Модели вероятности безотказной работы элемента (|+1)-го уровня конструктивной иерархии микросистемы, состоящего из N рабочих элементов ^го уровня, можно представить в следующем виде [1]:
1) для общего резервирования
Следует иметь в виду, что надежность реальных систем с резервированием определяется также вероятностью безотказной работы устройств управления.
Известно множество схем устройств управления, требующих индивидуального подхода при разработке моделей расчета надежности. При этом специализированные модели усложняют сравнительный анализ и выбор методов резервирования систем в процессе проектирования. Поэтому разработка универсальных моделей, учитывающих влияние УУ на надежность системы, является важной задачей. Предлагается решить данную задачу методом декомпозиции эквивалентной схемы УУ. Представим устройство управления в виде Ь коммутирующих подсхем (КП). каждая из которых служит для подключения (или отключения) одного элемента системы (рабочего или резервного). Пусть известна интенсивность отказов устройства управления Ди1]. Тогда вероятность безотказной работы одной коммутирующей подсхемы Рии(0 можно оценить следующим образом:
где АШ| ю Лии/Ь - интенсивность отказов одной коммутирующей подсхемы; I - время работы микросистемы.
Учитывая, что каждая КП устройства управления соединена последовательно с точки зрения надежности с соответствующим коммутируемым элементом (или группой элементов), выражения (I), (3), (4) примут вид:
1) для общего резервирования
К
(0
К = (\ + М)/Н,
где М - число резервных элементов; К - кратность резервирования;
2) для поэлементного резервирования
(2)
(3)
3) для скользящего резервирования
(4)
где £' = (М+К)!/I!/(М+Мч)! - число сочетаний из (М+М) по \ элементов.
)
(5)
/=1
а:
2) для поэлементного резервирования
N
/=1
3) для скользящего резервирования
’■'-‘(О = 2 {c'u^[p!(t)pi„{t)]
/= Ol
M + N-i
(6)
(7)
(8)
(9)
С учетом устройств управления площадь микросистемы при различных ме тодах резервирования будет определяться следующими выражениями:
1) для общего резервирования
TSe,r К = \,
1=1
1 sys ~ ( дг '
К\ Suu+ Е Seli > к>\,
V /=1
где Sen - площадь i-ro элемента микросистемы; Suu - площадь коммутирующей подсхемы устройства управления;
2) для поэлементного резервирования
Г N
гг _ \ i
5V5 ~ I
(10)
sys
\к±(Sen+Suuà K>h
/'= I
3) для скользящего резервирования
\SeiN > М = 0;
(Н)
SV5
5w(-W+A')+S„A'(M+l)i М>0.
На основе моделей (6) - (11) получены графики (рис.1 - 11), позволяющие провести сравнительный анализ методов структурного резервирования для следующих исходных данных: максимальное число рабочих элементов - 200; максимальная кратность резервирования - 4; интенсивность отказов одного элемента -10"* 1/ч; время работы системы - 103 ч; интенсивность отказов КП УУ - 510'5 1/ч; площадь КП УУ (% от площади элемента) - 10 %.
При моделировании предполагалось, что все рабочие и резервные элементы имеют равные интенсивности отказов и равные площади, все КП УУ также имеют равные интенсивности отказов и равные площади, сравнение проводится при равном суммарном числе элементов (рабочих и резервных) для различных методов резервирования.
Зависимости, представленные на рис.7-9, позволяют сравнить значения площади резервированной системы Ssys (по отношению к площади одного элемента Sci) для определенных значений вероятности безотказной работы Р при общем, поэлементном и скользящем резервировании. Результаты получены для числа рабочих элементов системы N=20, интенсивности отказов элементов Ае! = 10'4 ч'1, интенсивности отказов КП УУ Â.uu = 5-Ю’5 ч'1, времени работы системы 103 ч, при значенях площадей КП УУ Suu (по отношению к площади одного элемента Sel)
5ии/5е| - 0.01 (рис. 7), 5аи/5е| = 0.10 (рис. 8), = 0.20 (рис. 9).
N 0 1
Рис. 1 Отношение вероятностей Рис. 2 Отношение площадей
безотказной работы системы при по- систем при поэлементном и общем
элементном и общем резервировании резервировании
Рис. 3 Отношение вероятностей безотказной работы системы при скользящем и общем резервировании
Рис. 4 Отношение площадей систем при скользящем и общем резервировании
Рис. 5 Отношение вероятностей безотказной работы системы при скользящем и поэлементном резервировании
Рис. б Отношение площадей систем при скользящем и по элементном резервировании
Р
+-+-+ - общее резервирование; о-о-о - поэлементное; х-х-х - скользящее Рис. 7 Зависимость площади системы от вероятности безотказной работы (ТУ = 20, 5,„/£<,/ -0.01)
+-+-+ - общее резервирование; о-о-о — поэлементное; х-х-х - скользящее Рис. 8 Зависимость тощади системы от вероятности безотказной работы (Ы = 20, = 0.10)
На рис. 10, 11 показаны поверхности в пространстве 'Л(К, 5ии/5еь Мк), где
- величина, принимающая следующие значения {общее; поэлементное; скользящее}, в зависимости от того, какой из методов резервирования обеспечивает наименьшее значение площади (объема аппаратных срелств) системы при заданном числе рабочих элементов N и определенном отношении 5ии/5е| для вероятности безотказной работы системы Р = 0.9. Графики (рис. 10. 11) получены при Хе1 = Хии ~ 510'5 ч'1 для времени работы системы 10' ч.
¡*■>00 Дзоо
гоо
81 02 03 си 05 06 ОТ 06 05 1
Р
+-+-+ - общее резервирование; о-о-о - поэлементное; х-х-х - скользящее Рис. 9 Зависимость площади системы от вероятности безотказной работы (Ы = 20, 5,„/$<,/ = 0.20)
Рис. 10 Поверхность в пространстве ШИ, 5т/$е1, Мц), отражающая эффективность применения методов резервирования (8и1/$е1<0.1)
Рис. 11 Поверхность в пространстве 9J(N, Sm/Sek МИ), отражающая эффективность применения методов резервирования (SM/Sei <0.5)
Полученные результаты моделирования показывают, что:
1) эффективность скользящего резервирования по отношению к общему и поэлементному экспоненциально уменьшается с увеличением кратности резервирования вследствие влияния устройств управления на надежность системы (см. рис. 3, 5):
2) отношение площадей системы при различных методах резервирования не зависит от кратности резервирования и возрастает с увеличением числа рабочих элементов системы (см. рис. 2, 4. 6):
3) при равных заданных значениях вероятности безотказной работы (для реальных систем Р > 0.9) площадь резервированной системы определяется числом рабочих элементов, методом резервирования и отношением площади КП У У и площади элемента (см. рис. 10. П), причем общее резервирование наиболее эффективно при мачом числе рабочих элементов (менее 20) и сравнительно больших отношениях площадей КП УУ и элементов (более 0.4), скользящее резервирование
- при малых отношениях площадей КП УУ и элементов (менее 0.05). поэлементное
- для всех прочих сочетаний указанных параметров.
Таким образом, применительно к реальным микросистемам, которые характеризуются большим числом рабочих элементов (10* и более) и малым отношением площадей КП УУ и элементов (менее 0.05), наиболее эффективным является скользящее резервирование (см. рис. 10, 11). Общее резервирование следует применять для систем, содержащих малое число элементов при сравнительно больших относительных значениях площадей УУ (см. рис. 11). На практике подобные системы встречаются редко или требуемый уровень их надежности обеспечивается без структурного резервирования. Поэлементное резервирование, в отличие от скользящего и общего, удовлетворяет наиболее широкому кру1у систем (см. рис.
11): печатные модули, системные блоки, микросистемы определенного вида (характеризующиеся сравнительно большим числом рабочих элементов в сочетании с большими относительными значениями площадей УУ) и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фролов А.Д. Теоретические основы конструирования и надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Высшая школа, 1970. 488 с.
2. Коноплев Б.Г. Реализация многопроцессорных систем на основе суперкристаллов и СБИС пластин // Микроэлектроника. 1988. Т.17. Вып.5. С. 432 -438.
УДК 621.328.81
А.Н. Волков, М.В. Руфицкин
МЕТОД КОРРЕКЦИИ ВРЕМЕННЫХ ЗАДЕРЖЕК НА ЭЛЕМЕНТАХ
ТОПОЛОГИИ
Владимирский государственный университет,
600026, г. Владимир, ул. Горького, 87, ВлГУ, кафедра КТ РЭС, тел.: (0922) 279871, (0922) 279979, e-mail: ktrs-m2@vpti.vladimir.su
В настоящее время радиоэлектронные средства достигли такого уровня развития, при котором становится все труднее добиваться оптимальных результатов разработок при использовании традиционной элементной базы и методов проектирования. Резервы совершенствования технологий практически исчерпаны: лю-
