CC BY
77
УДК 004.415.2
РАЗРАБОТКА ИНТЕГРИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ОТ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
М.Е. Пашковский, В.В. Мамута, В.Ф. Барабанов
В предлагаемой работе рассмотрен разработанный программный комплекс моделирования локальных радиационных эффектов от заряженных частиц космического пространства, определена концепция построения интегрированной системы оценки радиационной стойкости изделий полупроводниковой электроники, описан алгоритм программного комплекса
Ключевые слова: программный комплекс, интегрированная система, локальные радиационные
эффекты
При современных темпах развития
электроники, возрастания плотности элементной базы на кристалле, уменьшению проектных норм размещения чувствительных элементов на кристалле возникает проблема оценки воздействий ионизирующих излучений на аппаратуру,
функционирующую в космическом пространстве. Данные тенденции привели к тому, что основной интерес вызывает рассмотрение локальных радиационных эффектов. Появляется острая необходимость пересмотра подходов в построении космической аппаратуры, внесения в конструкцию дополнительных средств обеспечения надёжности, учёта информации о технологии, топологических размерах чувствительных элементов, критичных параметров ИПЭ (изделий полупроводниковой
электроники).
С учётом специфики построения
специализированного программного обеспечения [1] была разработана интегрированная система оценки радиационной стойкости ИПЭ от воздействий заряженных частиц космического пространства (рис. 1). Структура комплекса включает:
- программную среду схемотехнического моделирования и проектирования, включающую в себя систему математического моделирования работы электрических схем Р8р1се и системы проектирования схемотехнических решений на основе Р-САБ, Рго1е1 и др.;
- информационную среду поддержки моделирования и проектирования, содержащую перечень ГОСТов и требований, предъявляемых техническими условиями в рамках разрабатываемого проекта;
- информационную среду поддержки моделирования и проектирования, встроенную в программный комплекс, содержащую справочную систему с интегрированной или загружаемой
Пашковский Михаил Евгеньевич - ВГТУ, аспирант, e-mail: [email protected]
Мамута Владимир Владимирович - ГНИИИ ПТЗИ, соискатель, e-mail: [email protected] Барабанов Владимир Федорович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: [email protected].
библиотекой компонентов, обеспечивающую
быстрый доступ к различной справочной информации (критичные параметры и
эксплуатационные характеристики);
Рис. 1. Структурная схема интегрированной системы оценки радиационной стойкости ИПЭ от воздействий
заряженных частиц космического пространства
- встроенную среду интеграции проектов, представляющую собой связующее звено между программной средой схемотехнического моделирования и проектирования и универсальной справочной системой;
- модуль моделирования локальных радиационных эффектов от заряженных частиц космического пространства с возможностью оценки вероятности сбоя блока космического аппарата, включающий модули расчёта радиационной стойкости от тяжёлых заряженных частиц (ТЗЧ) и высокоэнергетичных протонов (ВЭП) космического пространства; систему анализа показателей надёжности.
На основе анализа вопросов по обеспечению радиационной стойкости ИПЭ, в соответствии со структурной схемой интегрированной системы оценки радиационной стойкости ИПЭ от воздействий заряженных частиц космического пространства, определен алгоритм программного комплекса и перечень решаемых им задач:
- работа с электронной базой ИПЭ ( добавление, удаление элементов, возможность сохранения изменений);
- обеспечивать интеграцию проектов;
- расчёт частоты сбоев от ТЗЧ и ВЭП для отдельных ИПЭ, общая оценка частоты сбоев от ТЗЧ для всех ИПЭ, комплектующих блок;
- подготовка отчёта по проведённому расчёту, сохранение информации о ходе расчёта;
- установка критериев стойкости, задание значений стойкости согласно ТУ на изделие;
- принятия решений [2] и проверка
соответствия установленным требованиям
стойкости;
- ведение справочных материалов
(теоретические положения, методы расчёта и т.д.).
Исходя из перечня решаемых задач, была сформирована общая структура алгоритма программного комплекса, представленная на рис. 2, 4 и 5. Встроенная информационная среда поддержки процесса моделирования и проектирования, включает комплекс операций с электронной базой (рис. 2).
Рис. 2. Встроенная информационная среда поддержки процесса моделирования и проектирования
Электронная база компонентов представляет собой библиотеку компонентов, содержит редактируемый список изделий и выступает в роли источника информации, на основе которой проводится математическое моделирование и оценка радиационной стойкости рассматриваемого
блока. Информация в базе строго структурирована и делится на параметры участвующие в вычислениях, идентификационные и параметры поиска.
Ниже, на рис. 3 графически представлена связь между блоками параметров в интегрированной базе и переходы между ними.
При создании интегрированной справочной системы к ней был предъявлен ряд необходимых требований:
- наличие интегрированной базы данных ИПЭ;
- возможность загрузки базы данных ИПЭ из внешнего документа;
Рис. 3. Связь между блоками параметров в интегрированной базе
- возможность загрузки файла проекта из
программной среды схемотехнического
проектирования для последующей обработки полученной информации с целью формирования базы ИПЭ данного проекта;
- обеспечение просмотра и редактирование базы ИПЭ;
- реализация функции передачи параметров выбранного ИПЭ в другие модули программного комплекса.
Средствами встроенного модуля интеграции проектов обеспечивается загрузка файла проекта программной среды схемотехнического
моделирования и проектирования в роли, которой могут выступать такие популярные пакеты как Р-САБ, Рго1е1 и др. После загрузки файла проекта будет сформирован список всех электрорадио компонентов, участвующих в проекте, при этом пользователю предоставляется возможность выбора интересующих его ИПЭ. Далее программа автоматически находит данные по каждому выбранному пользователем ИПЭ, обращаясь к информации, содержащейся в интегрированной базе, и передаёт данные по известным ей образцам. В случае если образец встречен впервые, об этом выдаётся сообщение, и его параметры должны быть занесены пользователем.
Справочная система служит для предоставления пользователю основной теоретической информации, посвящённой вопросам воздействия частиц космического пространства на полупроводниковую структуру ИПЭ, видам радиационных эффектов,
физики и математики протекающих процессов, методам повышения радиационной стойкости и т. д.
Гибкая структура справочной системы позволяет проводить редактирование выбранных и добавление новых образцов в интегрированной базе, загрузку данных из сторонних файлов. В тоже время универсальная интегрированная справочная система отвечает за формирование списка выбранных ИПЭ, передаваемых на дальнейшую обработку для расчёта, на основе отобранных пользователем компонентов электронной базы.
Сформированный список передаётся для обработки в модули оценки частоты сбоев от ТЗЧ и ВЭП, входящие в состав программного комплекса моделирования локальных радиационных эффектов от заряженных частиц космического пространства рис. 4; механизм пересылки списка параметров для обоих модулей одинаков.
Рис. 4. Алгоритм работы модуля моделирования локальных радиационных эффектов от заряженных частиц космического пространства
При проведении расчёта частоты сбоев от ТЗЧ и ВЭП космического пространства формируется следующая последовательность операций:
- расчёт от одного конкретного ИПЭ;
- расчёт частоты сбоев для всех ИПЭ 1-го типа;
- расчёт частоты сбоев от всех ИПЭ выбранного типа.
После чего находится общая частота сбоев от всех ИПЭ, комплектующих данный блок. Оценка
частоты сбоев от ТЗЧ проводится для излучений галактических и солнечных лучей. Оценка частоты сбоев от ВЭП проводится для излучений галактических и солнечных лучей, а также естественных радиационных поясов земли.
После получения интересующих результатов вся информация об операциях, проводимых на этапе расчёта, может быть сохранена пользователем в отдельный файл для дальнейшего изучения и обработки.
Полученные результаты передаются системе оптимизации проекта с учётом рассчитанных показателей. Данный модуль позволяет задавать критерии стойкости согласно ТЗ на изделие, а встроенный модуль принятия решений даёт оценку соответствия рассчитываемого изделия заданным требованиям.
Модуль принятия решения рис. 5, отвечает за получение информации на соответствие блока или конкретного ИПЭ установленным в ТЗ параметрам стойкости на этот блок/изделие.
Рис 5. Система оптимизации проекта с учётом рассчитанных показателей
Проводится сравнение расчётных значений с заданными, на основе которого делается вывод о соответствии или не соответствии блока заданным критериям надёжности, в последнем случае приводится ряд мер, позволяющих повысить радиационную стойкость блока.
Таким образом, можно отметить, что предложенная интегрированная система оценки радиационной стойкости ИПЭ от воздействующих частиц космического пространства решает широкий круг поставленных задач. Однако необходимо отметить и тот факт, что полная автоматизация всего цикла проектирования оборудования космических аппаратов затруднительна, в первую очередь это связано с чрезвычайной критичностью рассматриваемого вопроса и огромным количеством параметров, влияющих на стойкость отдельных ИПЭ и блоков космических аппаратов в целом.
Литература
1. Брагин Д. М., Барабанов В.Ф., Нужный А.М.
Интегрированный программный комплекс моделирования и проектирования электронных средств с учётом тепловых полей // Системы управления и информационные технологии: научно-технический
журнал. 2007 №3(29). С. 63-66.
2. Горчаков Е., Герасимов В., Чумаков А., Ужегов В., Методические указания, часть 2. Методические указания по оценке и обеспечению сбоеустойчивости и отказоустойчивости бортовой аппаратуры. 2009. -74с.
3. Брагин Д.М., Барабанов В.Ф. Интеграция
универсальной справочной системы и библиотек системы Р-САБ // Современные проблемы информатизации в технике и технологиях: труды Х междунар. открытой науч. конф. - Воронеж, 2005. -С.
4. Агаханян Т. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -256с.
Воронежский государственный технический университет
Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации (г. Воронеж)
WORKING OUT OF THE INTEGRATED PROGRAM COMPLEX OF MODELING OF LOCAL RADIATING EFFECTS FROM THE CHARGED PARTICLES
OF A SPACE
М.Е. Раshkovskij, V.V. Mamuta, V.F. Barabanov
In offered work the developed program complex of modeling of local radiating effects from the charged particles of a space is considered, the concept of construction of the integrated system of an estimation of radiating firmness of products of semi-conductor electronics is defined, the algorithm of a program complex is described
Key words: the program complex, the integrated system, local radiating effects
