И.И. Столяров1

1 АО «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО «Алмаз-Антей» – Обуховский завод»
(Санкт-Петербург, Россия)

1 i.stolyarov@goz.ru

Постановка проблемы. Процессы старения и деградации, вызванные влиянием внешних воздействующих факторов, приводят к изменению функциональных параметров радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и, как следствие, к ухудшению выходных характеристик и уменьшению потенциальных сроков ее использования. Существующая модель изменений параметров РЭА, используемая для индивидуального прогнозирования методом экстраполяции, включает в себя только одну случайную составляющую, представляющую различные виды шума. Как показывают практические исследования, максимальные амплитуды различных видов шума изменяются с различной скоростью. Следовательно, для более полного представления процесса изменения параметров электромагнитной природы во времени необходимо разработать модель, которая учитывала бы эту особенность.

Цель. Предложить модель деградации функциональных параметров РЭА, учитывающую изменения максимальных амплитуд шума различного вида для повышения точности индивидуального прогнозирования и увеличения потенциальных сроков использования разрабатываемых устройств.

Результаты. Представлена в обобщенном виде математическая модель изменений параметров РЭА электромагнитной природы с двумя нестационарными случайными составляющими, характеризующими различные виды шума. Разработана программная реализация синтезированной модели и приведены результаты ее верификации. На примере синтезатора частоты с системой автоматической регулировки мощности выходного сигнала показана перспективность применения представленной модели для моделирования изменений функциональных параметров РЭА и определения возможностей компенсации этих изменений.

Практическая значимость. Дополненная модель изменений параметров РЭА может быть использована как для решения задач индивидуального прогнозирования методом экстраполяции, так и при разработке систем с длительным сроком функционирования, а также устройств, предназначенных для автономного использования.

Столяров И.И. Динамическая модель изменений функциональных параметров радиоэлектронной аппаратуры с двумя не-стационарными случайными составляющими, соответствующими двум видам шума // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 6.
С. 89-99. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202406-12

1. Шунков В.Е., Кусь О.Н., Прокопьев В.Ю., Назаренко А.Е., Бутузов В.А., Бочаров Ю.И. Схематические методы обеспечения стойкости источников опорного напряжения к полной поглощенной дозе излучения // Труды научно-исследовательского института системных исследований Российской академии наук. 2017. Т. 7. № 2. С. 97–101.
2. Старостин Е.А., Московских М.С., Двирный В.В., Лебедев А.П. Защита высокотехнологичных устройств от экстремальных внешних воздействующих факторов // Решетневские чтения. 2018. Т. 1. С. 172–174.
3. Иофин А.А., Боков А.С. Конструктивные пути повышения надежности бортовых радиоэлектронных систем // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2022. Т. 1. С. 44–49.
4. Якушевич А.С., Богатырев Ю.В., Василенков Н.А., Ластовский С.Б., Грабчиков С.С., Протопопов Г.А., Козюков А.Е. Эффективность применения специализированных металлических корпусов для защиты радиоэлектронных компонентов от воздействия протонов радиационных поясов земли // Материалы 14-й Междунар. конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом». 2021. С. 114–118.
5. Marc F., Mongellaz B., Bestory C., Levi H., Danto Y. Improvement of aging simulation of electronic circuits using behavioral modeling // IEEE Transactions on device and materials reliability. 2006. V. 6. № 2. P. 228–234.
6. Харитонов И.А. Расширение возможностей SPICE-подобных программ за счет учета эффектов старения в МОП схемах, обусловленных эффектами горячих носителей, пробоя диэлектрика и электромиграции // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). 2021. № 4. С. 73–80.
7. Wier B.R., Green K., Kim J., Zweidinger D.T., Cressler J.D. A physics-based circuit aging model for mixed-mode degradation in SiGe HBTs // IEEE Transactions on electron devices. 2016. V. 63, № 8. P. 2987–2993.
8. Jin G., Matthews D. Reliability demonstration for long-life products based on degradation testing and a Wiener process model // IEEE Transactions on Reliability. 2014 Vol. 63, No. 3. P. 781–797.
9. Четвертакова Е.С., Чимитова Е.В. Проверка значимости случайного эффекта для винеровской деградационной модели // Системы анализа и обработки данных. 2021. № 3(83). С. 129–142.
10. Подмастерьев К.В., Моисеев С.А. Прогнозирующий контроль радиоэлектронной аппаратуры с адаптивными интервалами времени. Ч. 1. Теоретические основы и модели, характеристики дрейфа параметров // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 3–2 (293). С. 135–144.
11. Быков А.П., Пиганов М.Н. Прогнозирование показателей качества бортовых радиоэлектронных устройств // Труды МАИ. 2021. № 116. С. 5–23.
12. Якимов В.Л. Планирование операций информационно-телеметрического обеспечения управления космическими аппаратами с высоким уровнем автономности на основе нелинейных моделей изменения параметров бортовой аппаратуры // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. 2019. № 667. С. 141–151.
13. Волошина М.К., Терешкова А.С., Шнейдеров Е.Н., Боровиков С.М. Анализ результатов испытаний стабилизаторов напряжения на длительную наработку // Материалы 13-й Междунар. молодежной науч.-технич. конф. «Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (РТ-2017). 2017. 242 с.
14. Re V., Manghisoni M., Ratti L., Speziali V., Traversi G. Impact of lateral isolation oxides on radiation induced noise degradation in CMOS technologies in the 100-nm regime // IEEE Transactions on nuclear science. 2007. V. 54, № 6. P. 2218–2226.
15. Ratti L., Gaioni L., Manghisoni M., Traversi G., Pantano D. Investigating degradation mechanisms in 130 nm and 90 nm commercial CMOS technologies under extreme radiation conditions // IEEE Transactions on nuclear science. 2008. V. 55. № 4.
    P. 1992–2000.
16. Борисов Б.Д. Модели спектральной плотности мощности фликкер-шумов // Автоматика и программная инженерия. 2015. № 2(12). С. 78–82.
17. Резчиков, С. Е. Компьютерная программа цифровой генерации фликкер-шума // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2018. Т. 18, № 4. С. 1113–1115.
18. Качанов Б.О., Ахмедова С.А., Туктарев Н.А., Новиков В.А. Моделирование фликкер-шума методом суперпозиции нормальных стационарных процессов // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26, № 2 (101). С. 59–76.
19. Клименко И.Д., Иванов В.Э. Спектральный анализ шумовой модели Бака-Снеппена // Информационные технологии XXI века: cборник научных трудов. Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет. 2015. С. 79–87.
20. Карбаинов А.А., Иванов В.Э. Исследование кратномасштабной модели фликкер-шума // Информационные технологии XXI века: cборник научных трудов. Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет. 2015. С. 65–71.
21. Столяров И.И. Имитационное моделирование воздействия одиночных эффектов обратимого характера на параметры работы синтезатора частоты с автоматической регулировкой мощности // Радионавигация и время. 2023. № 12 (20). С. 100–108.
22. Jagannathan S., Loveless T.D., Zhang E.X., Fleetwood D.M., Schrimpf R.D., Haeffner T.D., Kauppila J.S., Mahatme N., Bhuva B.L., Alles M.L., Holman W.T., Witulski A.F., Massengill L.W. Sensitivity of high-frequency RF circuits to total ionizing dose degradation // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2013. V. 60, № 6. P. 4498–4504.
23. Zanchi A., Samori C., Levantino S., Lacaita A.L. A 2-V 2.5-GHz-104-dBc/Hz at 100 kHz fully integrated VCO with wide-band low-noise automatic amplitude control loop // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2001. V. 36, № 4. P. 611–619.
24. Астахов Н.В., Башкирова А.В., Макаров О.Ю., Демихова А.С. Проблема радиационной устойчивости подпороговых опорных схем для космической радиоэлектроники // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 7. С. 10–13. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202207-02.
25. Пиганов М.Н. Индивидуальное прогнозирование показателей качества элементов и компонентов микросборок. М.: Новые технологии. 2002. 266 с.