Изделия микросистемной техники - термины и определения, классификация и обозначения типов

Впервые в отечественной практике публикаций представлены термины, определения и буквенные обозначения в системе параметров и характеристик в области изделий микросистемной техники, их классификация и обозначения типов.

Предлагаемая публикация является тематическим продолжением работы Ш в части терминов, определений и буквенных обозначений системы параметров и характеристик изделий микросистемной техники (МСТ).
Функционально МСТ представляют собой интегрированные инфор- мационно-управляющие системы, структурно объединяющие подсистемы сбора и обработки информации в реальном масштабе времени для последующей выработки воздействий на исполнительные элементы и, в конечном счете, на объект управления [2—4].
МСТ, как правило, выполняются на основе базовых и (или) модифицированных технологических процессов микроэлектроники и содержат электронное устройство (прием, нормирование, первичное и вторичное преобразование сигналов, обработка, хранение, распределение и передача информации на актюатор) и исполнительное устройство (актюатор, силовое оконечное устройство).
Функции электронных управляющих устройств выполняют чувствительные элементы преобразователей физических величин и компонентов датчиков (ПФВ ИКД); аналоговые мультиплексоры или аналоговые ключи и коммутаторы; устройства выборки и хранения; операционные и измерительные усилители; фильтры; аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи; компараторы напряжения; микропроцессоры и цифровые процессоры обработки сигналов; цифровые и логические схемы; запоминающие устройства; аналоговые демультиплексоры и др. [5].
Функции исполнительных устройств выполняют различные микроэлек- тромеханические, микрооптоэлектромеханические, микрофлюидные и иные устройства и их функциональные узлы в виде микродвигателей, элементов гидравлики, сопел, поршней, захватов, зацепов, редукторов, шестерней, зеркал и т.п. [6, 7].
Указанные функциональные подсистемы МСТ (или неполные микросистемы |1]) структурно могут состоять из различных наборов перечисленных выше электронных и, например, микромеханических устройств, и поэтому описываться по входам и выходам через принадлежащие этим устройствам параметры и характеристики. Тогда такие параметры и характеристики переходят в принадлежность МСТ в целом и описывают их технические и эксплуатационные свойства, увязываются с энергетическими, временными и надежностными показателями.
В соответствии с этой логикой характеристики входного сигнала МСТ становятся информативным параметром, связанным с измеряемой (контролируемой, преобразуемой) входной физической величиной, а характеристики выходного сигнала являются информативными параметрами на выходе МСТ. Указанные группы параметров и характеристик по входам и выходам увязаны между собой через заданную целевую функцию МСТ.
Система требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации изделий МСТ, как и других изделий в составе электронной компонентной базы, основывается на унифицированной системе параметров и характеристик, которые описывают функциональные, технические и эксплуатационные свойства изделий. 13 частности, на МСТ распространены [8] положения ГОСТ 17021 «Микросхемы интегральные. Термины и определения», ГОСТ 17467 «Микросхемы интегральные. Основные размеры», ГОСТ 18682 «Микросхемы интегральные. Система условных обозначений», ГОСТ 19480 «Микросхемы интегральные. Термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров», ГОСТ Р 51068 «Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения» и ряда других стандартов группы однородной продукции «микросхемы интегральные».
Технический уровень МСТ может быть представлен через совокупность входных, выходных, статических, динамических, энергетических, конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров и характеристик.
Входные параметры и характеристики описывают вид, форму, амплитуду, диапазон изменений входных сигналов, входные сопротивление и емкость, число каналов приема информации: выходные параметры - вид, форму (аналоговую или цифровую), амплитуду, диапазон изменения, нагрузочную способность, число каналов распределения информации.
Статические параметры описывают разрешающую способность (чувствительность), погрешности преобразования (отнесенные к статическим — основная, дополнительная, аддитивная, мультипликативная, аппроксимации, линейности и проч.), а динамические параметры — быстродейст вие (времена задержки прохождения сигнала через устройство) и погрешности преобразования, отнесенные к динамическим.
Энергетические параметры указывают напряжения источников питания и опорных источников напряжения, токи потребления от указанных источников энергии, мощности рассеяния и потребления.
В эксплуатационных характеристиках приведены данные но устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов: климатических — температуры, давления, влага и т.п.; специальных — радиационных излучений и агрессивных сред; механических — вибраций, линейных ускорений и т.п.; биологических — плесени, грибков; изменений значений питающих и опорных напряжений и др.).
Конструктивно-технологические особенности конкретных типов МСТ могут быть выражены через систему идентификации вида исполнения (корпусное, бескорпусное, гибридно-модульное), значений статических потенциалов и проч.
Параметры и характеристики, в наибольшей степени выражающие специфические точностные и системные особенности МСТ, в первом приближении могут быть представлены в следующей, далеко не полной, совокупности [9, 10]: чувствительность — характеристика изделия, определяемая отношением изменения выходного сигнала к вызывающему его изменению измеряемой (контролируемой) физической величины; абсолютная аддитивная чувствительность к влияющей физической величине — чувствительность изделия, определяемая отношением максимального изменения входного сигнала при нулевом значении измеряемой (контролируемой) физической величины к изменению влияющей физической величины в пределах рабочей области значений; относительная аддитивная чувствительность к влияющей физической величине — чувствительность изделия, определяемая отношением абсолютной аддитивной чувствительности к значению влияющей физической величины; абсолютная мультипликативная чувствительность к влияющей физической величине — чувствительность изделия, определяемая отношением приращения коэффициента преобразования к вызвавшему его приращение значению влияющей физической величины; относительная мультипликативная чувствительность к влияющей физической величине — чувствительность изделия, определяемая отношением абсолютной мультипликативной чувствительности к значению влияющей физической величины; функция преобразования — зависимость информативного параметра выходного сигнала изделия от информативного параметра его входного сигнала с учетом внешних влияющих физических величин; статическая погрешность — погрешность при измерении (контроле) постоянной физической величины; динамическая погрешность — погрешность при измерении (контроле) переменной во времени физической величины; систематическая погрешность — составляющая погрешности, значение которой остается постоянным или закономерно изменяющимся при повторных измерениях (контроле) и преобразовании физической величины; случайная погрешность — составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях (контроле) и преобразовании физической величины; дополнительная погрешность — составляющая погрешности, возникающая вследствие отклонения влияющей физической величины от нормального значения или вследствие выхода ее за пределы нормальной области значений; погрешность аппроксимации — погрешность, определяемая различием градуировочной характеристики и его номинальной функции преобразования; погрешность линейности — погрешность аппроксимации при линейной функции преобразования;
время преобразования (отклика) — интервал времени от момента начала изменения входного сигнала до момента появления соответствующего выходного сигнала; частотный диапазон — диапазон частот, в котором обеспечивается заданная неравномерность амплитудно-частотной характеристики.
Как отмечалось ранее, указанная совокупность параметров может быть дополнена любым набором параметров и характеристик, функционально принадлежащим устройствам и узлам на входах и выходах МСТ конкретного класса и (или) типа.
Реализация МСТ в виде единой интегрированной системы или же в виде набора функциональных подсистем предполагает возможным использование свойства дуальности терминов, характеризующих сигналы на их входах и выходах (рис. 1, 2), которые в зависимости от того, рассматривается изделие микросистемной техники (микросистема) в целом или по функциональным частям (электронная информапионно-управляющая микросистема или микросистема исполнения).
Авторами проведен анализ всей имеющей смысл совокупности наборов параметров и характеристик, описывающих технический уровень и

	Изделие микросистемной техники
Сигнал на входе	(полная микросистема)	Сигнал на выходе

Рис. 1. Сигналы на входе и выходе интегральной полной микросистемы

Сигнал на входе изделия микросистемной техники - полной микросистемы - на основе двух неполных микросистем

Рис. 2. Сигналы на входе и выходе многокристальной (гибридной) полной микросистемы (курсивом — сигналы на выходе и входе неполных микросистем, как функциональных составных частей полной микросистемы)

эксплуатационные свойства МСТ.

Известными эвристическими методами определен состав базовых параметров и характеристик, рекомендуемых к использованию при составлении технических заданий на разработку МСТ и технических условий на поставку.
Представленные ниже термины, определения и буквенные обозначения параметров и характеристик МСТ увязаны между собой и систематизированы.
Активация, в: физико-химическое воздействие на входе микросистемы с целью ее перехода из одного заданного состояния в другое.
Градуировочная характеристика, F: заданная зависимость сигнала на выходе микросистемы от поставленного ему в соответствие сигнала на входе.
Передаточная характеристика, F: зависимость сигнала на выходе микросистемы от значений сигнала на ее входе, принятая во времени и в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов.
Нелинейность, AL: максимальное отклонение значений передаточной характеристики микросистемы от ее градуировочной характеристики.
Разрешающая способность, va: наименьшее приращение сигнала на входе микросистемы, приводящее к ее активации.
Порог срабатывания, vn: значение сигнала на входе микросистемы, наименьшее приращение которого относительно нулевого значения приводит к заданному изменению сигнала на выходе.
Воспроизводимость, R: заданное соответствие значений сигнала на выходе микросистемы по циклам работы при постоянном значении сигнала на входе.
Выходной шум, ивьк: флуктуации сигнала на выходе микросистемы в отсутствие сигнала на входе.
Время срабатывания, f : характеристика быстродействия микросистемы, выраженная во времени отклика сигнала на выходе.
Дрейф сигнала на выходе, Д: изменение сигнала на выходе микросистемы при воздействии внешних дестабилизирующих факторов при постоянном сигнале на входе.
Амплитуда сигнала на выходе, Апш: максимальное значение сигнала на выходе микросистемы, соответствующее значению полной шкалы диапазона воздействия сигнала на входе.
Гистерезис, hr. разница между значениями сигналов на выходе микросистемы при равнозначных сигналах различной полярности на входе.
Мертвый ход: участок холостого хода передаточной характеристики микросистемы после смены полярности сигнала на входе.
Пороговая характеристика, jFop: переходная характеристика, отражающая изменения сигнала на выходе микросистемы при ступенчатом воздействии сигнала на входе.
Стабильность, S: способность микросистемы выполнять функции при сохранении параметров в пределах установленных норм в процессе, и после воздействия внешних дестабилизирующих факторов.
Смещение нуля передаточной характеристики, ЛF0: смещение передаточной характеристики микросистемы в ее нулевой точке, проявляюшее- ся в наличии сигнала на выходе при отсутствии сигнала на входе.

Дрейф смещения нуля передаточной характеристики, Л/’м 0: нестабильность смещения нуля передаточной характеристики микросистемы при воздействии внешних дестабилизирующих факторов и старения.
Время готовности, tm: интервал времени от момента подачи напряжения питания до выхода микросистемы в заданный режим функционирования.
Диапазон выходного сигнала, ЛЛ"^: область значений передаточной характеристики микросистемы, в пределах которой нормирована погрешность сигнала на выходе.
Определенность в области системы базовых параметров и характеристик МСТ позволила определиться с рациональной классификацией [11] и системой идентификации их типов.
Как уже отмечалось в настоящей статье, МСТ подразделяют на ин- формационно-управляющие (неполные микросистемы), исполнения (неполные микросистемы) и полные (совмещенные информационно-управ- ляющие микросистемы и микросистемы исполнения).
К классификационным признакам МСТ принято относить принцип действия, вид конструктивно-технологического исполнения, вид входного сигнала (физической величины), вид выходного сигнала (воздействия).
По принципу действия МСТ подразделяют на электромеханические, оптоэлектромеханические, теплофизические, флюидные, биотехнические.
По виду исполнения МСТ подразделяют на интегральные, гибридные и модульные.
По виду входного сигнала МСТ подразделяют на микросистемы, воспринимающие следующие физические величины (воздействия): температуру, давление, скорость, ускорение, силу, электрический сигнал, излучение, поле, состав среды, концентрацию вещества, иное.
По виду выходного сигнала (воздействия) МСТ подразделяют на изделия с сигналами: электрическим, оптическим, механическим, тепловым, химическим (биохимическим), иным.
Условное обозначение МСТ для полной технической идентификации типа должно состоять из следующего набора символов:
XXX X XXX XXX XX X X X У ,
1 2 3 4 5 6 7 8 9
где 1 — категория качества изделия (обозначается соответствующим набором из двух или трех буквенных знаков); — вид исполнения: 1, 3, 5, 6, 7, 9 — интегральные изделия; 2, 4, 8 — гибридные изделия; 0 — гибридно-модульные изделия; — номер разработки конкретного вида исполнения (состоит из трех цифр (000 до 999) или двух цифр (от 00 до 99); вторая и третья позиции в данном элементе условного обозначения МСТ в совокупности составляют номер серии изделия); — обозначение вида изделия (МСТ — полная; МСУ — информацион- но-управляющая и МСИ — исполнительная микросистемы); — номер разработки конкретного изделия в серии (состоит из одной или двух цифр (от 1 до 99); — буквенное обозначение вида входного сигнала (физической величины или воздействия); А — акустическое давление; Б — биологические и одорантные факторы; Г — концентрация вешества в газовой среде; Д - давление (разность давлений и т.п.); Е — изменение емкости; Ж — концентрация вещества в жидкости; Л — линейное ускорение; М — механическое воздействие; О — оптический сигнал, световой поток; П — магнитное поле, магнитный поток; Р — радиационные излучения; С - сейсмическое воздействие; Т — температура, перепад температур, тепловой поток; У — угловая скорость; X — химические, взрывчатые и отравляющие вещества, агрессивные среды; Э — электрический сигнал; И — иное); — буквенное обозначение вида выходного chi нала-воздействия; А — аналоговый электрический сигнал; Б — биологическое воздействие; М — механическое воздействие; О — оптический сигнал; П — пиротехническое воздействие; Ц — цифровой электрический сигнал; X — химическое воздействие; И — иное); — буквенное обозначение, указывающее на отличие типономинала микросистемы в составе одного типа по условиям эксплуатации, значениям нормируемых параметров и т.п. (содержит буквы русского алфавита от А до М (кроме 3 и Й), отсутствие обозначения указывает на отсутствие таких отличий для изделия конкретного типа); — обозначение видов корпуса или бескорпусного исполнения (Н — бескорпусное исполнение; П — корпус 1-го типа; Р — корпус 2-го типа; С — корпус 3-го типа; Т — корпус 4-го типа; У — корпус 5-го типа; Ф — корпус 6-го типа). Типы корпусов приведены в соответствии с ГОСТ 17467. При использовании корпуса, разработанного для типа (типономинала) конкретного изделия, его обозначение не приводится.
Пример полного условного обозначения МСТтипа 1999МСТ2ТМАУ, где: - исполнение интегральное; 999 — номер разработки; МСТ — полная микросистема; 2 — номер разработки в серии 1999; Т — входная физическая величина — температура; М — выходное воздействие — механическое; А — типономинал группы «А»; У — в корпусе 5-го типа.
Представленные в публикации технические материалы могут быть положены в основу соответствующих нормативных документов в области МСТ.
Авторы выражают глубокую признательность С.М. Алфимову за поддержку в проведении исследований и практических работ по проблематике изделий микросистемной техники и благодарность коллегам Борисенко Г.И., Караваеву В. В., Митину Ю.В., Мосичевой Л.И, Негиной Ю.С, Сиряченко Н.А., Соболеву В.А., Тохтуевой Н. С. за непосредственное участие и помощь в проведении работ.
Список литературы Изделия микросистемной техники — основные понятия и термины // Вернер В.Д., Коломенская Н.Г., Лучинин В.В., Телец В.А. и др. // Нано- и микросистемная техника. 2007. № 12. Вернер В.Д., Пурцхванидзе И.А. Микросистемы: проблемы и решения // Микросистемная техника. 2002. № 10. Королев М.А., Чаплыгин Ю.А., Тихонов Р.Д. Интегрированные микросистемы — перспективные элементы микросистемной техники // Микросистемная техника. 2003. № 7.
4 Иванов А.А., Мальцев П.П. Микросистемная техника — основа научно-технической революции в военном деле // Микросистемная техника. 2004. № 10. Лучинин В.В., Степанов Ю.И., Телец В.А. Микросистемная техника. Прикладные области применения. М.: Изд. МИРЭА (ТУ), 2004. Мальцев П.П., Никифоров А.Ю., Телец В.А. Микроактюаторы. М.: Изд. МИРЭА (ТУ), 2004. Телец В.А. Микроэлектромеханические инерционные преобразователи физических величин: типовые варианты исполнения // Микросистемная техника. 2004. № 2. Телец В.А., Негина Ю.С, Орлов А.А. Направления, базовые составляющие и условия развития микросистемной техники специального назначения // Изв. высших учебных заведений. Элект роника. 2005. № 6. Вернер В.Д. К терминологии в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2005. № 9. Кузин А.Ю., Мальцев П.П., Телец В.А. О терминах в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2002. № 10. Мальцев П.П. О классификации в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2005. № 1.
В.Д. Вернер, д.т.н., проф.,
А.Н. Сауров, д.пин., проф., чл.-корр. РАН, ГУ НПК «Технологичекий центр» МИЭТ;
А.А. Иванов, к.т.н.,
В.А. Телец, д.т.н., 22 ЦНИИИ Минобороны России;
Н.Г. Коломенская, к.экон.н., ОАО «РНИИ «Электронстандарт», г. Санкт-Петербург;
В.В. Лучинин, д.т.н., проф., ГОУ ВПО СПбГЭТУ им. В. И. Ульянова;
П.П. Мальцев, д.т.н., проф., Секция прикладных проблем при Псрзидиуме РАН;
И.В. Попова, д.н., ЗАО «Гироптика»
ПРИЛОЖЕНИЕ подготовлено на основании статей, опубликованных в журнале «Нано- и микросистемная техника» — 2007, Ns 12, С. 2—5 и 2008, № 1, С. 2-5

<< |

↑

Источник: П.П. Мальцев. Нанотехнологии. Наноматериалы.. 2008

Еще по теме Изделия микросистемной техники - термины и определения, классификация и обозначения типов:

- Наноматериаловедение -