авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ...»

-- [ Страница 3 ] --

студент, olunchik_1989@mail.ru Кузнецова Ольга Валерьевна к.т.н., доцент, eva_rom@mail.ru Романова Ева Борисовна УДК 004.032. МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ РАБОТЫ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ВНОСИМЫХ ИОНОСФЕРНЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ Е.Д. Суслова, И.Б. Бондаренко Рассмотрены методы снижения погрешностей определения координат местоположения объекта, вносимых изменением состояния ионосферы Земли. Таким образом, возможно снижение погрешностей определения псевдодальности и псевдоскорости на этапе вторичной обработки данных, осуществляемых аппаратурой пользователя.

Ключевые слова: ионосфера, ГЛОНАСС, методы снижения погрешности Космические информационные системы (навигация, связь, наблюдение) являются важнейшим элементом инфраструктуры любого современного государства, обеспечивая его национальную безопасность и экономическую независимость. На огромных просторах России зачастую отсутствует какая-либо альтернатива космическим информационным системам и состояние отечественных космических систем, их технический уровень в существенной степени определяют степень информатизации и уровень безопасности России.

В настоящее время глобальное навигационное поле в основном поддерживается с помощью двух навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США).

Проводятся испытания европейской системы Galileo. Отмечается большая динамика роста Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС потребителей навигационных услуг, расширение номенклатуры пользователей (наземные, морские, воздушные, космические, специальные), повышаются требования к точности и надежности навигационного обеспечения в процессе вовлечения высоких информационных технологий во все сферы человеческой деятельности, создает предпосылки к поиску путей системной интеграции ГНСС в международную глобальную навигационную спутниковую систему GNSS (Global Navigation Satellite System) [1].

Рассматривая в качестве базовой аппаратуру потребителя с двухэтапной обработкой сигналов, можно констатировать, что точность навигационно-временных определений (НВО) определяется двумя типами погрешностей: погрешностями, возникающими на этапе первичной обработки, и погрешностями, соответствующими этапу вторичной обработки.

Так как при первичной обработке формируются оценки псевдодальностей и псевдоскоростей, погрешности для данного этапа – это погрешности определения псевдодальности и псевдоскорости. на этапе вторичной обработки оценки псевдодальностей и псевдоскоростей пересчитываются в оценки координат потребителя, поэтому погрешности этого этапа определяются факторами, влияющими на эффективность такого пересчета.

Данные о влиянии различных погрешностей на точность навигации отображены на диаграмме (см. рис.). Эти данные получены на основе одночастотных измерений. Как видно из диаграммы, основной вклад в ошибку навигационных определений вносят ионосферные погрешности, а также погрешности эфемеридной и частотно-временной информации [1].

Рисунок – Влияние погрешностей на точность навигации Из анализа погрешности определения псевдодальности и псевдоскорости, следует, что величина каждой из составляющих может быть равной от единиц до нескольких десятков метров по псевдодальности и от долей до десяти метров в секунду по псевдоскорости. Если не принимать специальных мер по снижению данных погрешностей, то нельзя ожидать высокой точности НВО.

Различают методы компенсации ионосферной погрешности для одночастотных приемников, то есть приемников, работающих только в диапазоне L1, и для двухчастотных приемников, работающих в диапазонах L1 и L2.

Наиболее просто проблема компенсации ионосферной погрешности решается в двухчастотном приемнике. Из всех составляющих погрешности определения Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС псевдодальности лишь ионосферная погрешность зависит от частоты. Поэтому, если измерить псевдодальности (f1), (f2) на двух частотах, то в погрешностях этих измерений только ионосферные погрешности будут различаться, следовательно, можно записать:

(1) Запишем формулу для группового запаздывания в ионосфере в виде:

и, подставив ее в выражение (1), получим:

или Для системы радионавигационного слежения ГЛОНАСС [2] соотношение частот равно: f1/f2 = 9/7, следовательно:

(2) Вычисленное в соответствии с (2) значение tион можно использовать для коррекции измеренной псевдодальности в диапазоне с частотой f1.

Ошибки в оценке ионосферной задержки в соответствии с (2) определяются погрешностями оценки, которая, в первом приближении, определяется ошибками оценок псевдодальностей (в диапазонах L1 и L2), обусловленными шумом приемника.

Полагая их дисперсии равными в двух диапазонах, запишем выражение для дисперсии ошибки ионосферной задержки:

Для стационарных объектов за счет дополнительного усреднения оценки псевдодальности по времени флуктуационная ошибка Дф может быть достигнута менее 1 м.

Следовательно, среднеквадратичное значение ошибки оценки ионосферной погрешности может быть 2 м. Эта ошибка является одновременно и ошибкой компенсации ионосферной задержки (остаточной после компенсации).

В одночастотном приемнике недоступна дополнительная информация, характеризующее состояние ионосферы, поэтому здесь возможно лишь использование той или иной модели ионосферы. Основная проблема при таком подходе заключается в том, что состояние ионосферы очень изменчиво и зависит от многих факторов. Поэтому невозможно предсказать с высокой точностью распределение концентрации электронов по высоте.

Однако оказалось, что можно создать относительно грубую модель ионосферы, которая описывается незначительным числом параметров и позволяет скомпенсировать около 50% Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС общей погрешности. Такая восьмипараметрическая модель была разработана применительно к системе GPS. При этом в системе GPS значения восьми параметров передаются в навигационном сообщении, что позволяет относительно просто реализовать процедуру компенсации в приемнике. В дальнейшем были разработаны более сложные модели ионосферы, однако их использование не позволяет осуществить компенсацию ионосферной погрешности лучше, чем на 75%. В навигационном сообщении системы ГЛОНАСС информация о состоянии ионосферы не передается, поэтому для реализации компенсации ионосферной погрешности в одночастотном приемнике необходимо использовать дополнительную информацию о параметрах ионосферы.

Существуют различные способы повышения точности навигационного обеспечения.

Основными из них являются следующие [3,4].

1. Дифференциальная навигация. Ряд составляющих дальномерной погрешности (например, эфемеридные, ионосферные и тропосферные погрешности) в течение ограниченного интервала времени можно считать постоянными для потребителей навигационной спутниковой системы, расположенных в обширных районах рабочей зоны (районах пространственно-временной корреляции погрешностей). Поэтому, определив эти данные в одной из точек указанного района, можно использовать их для коррекции дальномерных измерений в других точках.

2. Фазовые измерения. Реализация в приемной спутниковой аппаратуре фазовых методов измерений, отличающихся беспрецедентно высокой точностью, позволяет достигнуть качественно нового уровня навигационного обеспечения потребителей.

Основная проблема при фазовых измерениях – их неоднозначность. Однако существуют различные способы решения этой проблемы. В ряде случаев проблема может быть устранена за счет избыточных измерений.

3. Использование избыточных измерений. Номинальная точность определения положения потребителя получается на основе однократных измерений псевдодальностей до четырех навигационных спутников. Однако измерения можно проводить многократно.

Повышение точности при этом достигается путем статистической обработки результатов навигационных определений и (или) измерений некоторых радионавигационных параметров [5].

В статье рассмотрены методы снижения погрешностей определения координат местоположения объекта, вносимых изменением состояния ионосферы Земли. Таким образом, возможно снижение погрешностей определения псевдодальности и псевдоскорости на этапе вторичной обработки данных, осуществляемых аппаратурой пользователя. Для более точной оценки погрешностей необходимо использование математического аппарата методов, например, искусственных нейронных сетей или теории трехмерной корреляции.

Литература 1. Малышев В.В., Куршин В.В., Ревнивых С.Г. Введение в спутниковую навигацию.

М.: МАИ-ПРИНТ, 2008. – 192 с.

2. Бакитько Р.В., Болденков Е.Н., Булавский Н.Т. и др. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Радиотехника, 2010. – 796 с.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС 3. Липкин И.А. Спутниковые радионавигационные системы. М.: Вузовская книга, 2001. – 288 с.

4. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М: Эко-Трендз, 2000. – 270 с.

5. Леонтьев Б. К. GPS: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить.

Неофициальное пособие по глобальной системе местоопределения. М.: Бук Пресс, 2006 г. – 352 с.

студент Суслова Екатерина Дмитриевна к.т.н., доцент, igorlitmo@rambler.ru Бондаренко Игорь Борисович УДК 621.382. ЛОКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ КРЕМНИЯ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ М.С. Токарева, А.М. Скворцов Рассматриваются основные особенности технологии LOCOS, позволяющие при дальнейшем исследовании делать выводы о масштабируемости в рамках данной технологии.

Ключевые слова: LOCOS, локальное окисление кремния С ростом степени интеграции всё большую важность приобретает процесс изоляции смежных элементов. В МОП/КМОП технологии с этой целью обычно используется локальное окисление — создание толстого слоя оксида кремния (SiO2). Выращенный термическим методом слой SiO2 разделяет соседние структуры (p-МОП и n-МОП транзисторы в структуре КМОП). При формировании области SiO 2 в качестве маскирующего слоя во время локального окисления кремния используется нитрид кремния (Si3N4).

Технология LOCOS (Local Oxidation of Silicon) позволяет частично планаризовать рельеф кристалла, что, в свою очередь, дает возможность:

уменьшить вероятность разрыва токоведущих дорожек на ступеньках сложного рельефа кристалла большой интегральной схемы (далее - БИС);

повысить пороговое напряжение «паразитных» транзисторов путем увеличения толщины SiO2;

увеличить плотность размещения элементов на кристалле;

разделить локальным окислом диффузионные области стока и истока в соседних структурах.

До изобретения планарной технологии транзисторы и диоды, как правило, производились на основе мезоструктур. Тем не менее, большой проблемой для таких устройств являлись токи утечки. Открытие Atalla [1] в 1959 году показало, что термически выращенный окисел на кремнии может значительно снизить токи утечки в результате пассивации поверхности. Это привело к развитию первой фундаментальной структуры изоляции SiO2, используемой для интегральных схем. Прорыв в области технологии изоляции произошел в 1970 году, когда Appels [2] открыл, что Si3N4 устойчив к окислению.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Он применил концепцию выборочного окисления кремния и открыл новый метод изоляции - локальное окисление кремния [3].

Однако необходимо отметить, что введение в процесс Si3N4 приводит к новым проблемам, которые могут быть решены только путем использования еще одного материала.

При диффузии кислорода окисляется кремний, который находится под маской Si3N4.

Так как при локальном окислении слой окисла на 44% своей толщины опускается глубже раздела Si3N4-Si, маска Si3N4 приподнимается по краям окисла. С ростом времени окисления и толщины окисла, давление под маской Si3N4 возрастает. Начинается пластическая деформация и появляются дислокации в слое кремния, что приводит к неисправности устройства.

На самом деле дислокации в подложке появляются не только благодаря локальному окислению, что связано с несоответствием молекулярных объемов Si 3N4 и SiO2. Si3N создает сильные упругие механические напряжения за счет того, что кремний имеет большие критические напряжения растяжения и пониженное напряжение к сжатию.

Соответственно, нужно использовать некоторый материал между Si3N4 и Si, который был бы совместим с двумя другими и снижал упругие механические напряжения в кремниевой подложке. Решением данной проблемы является осаждение тонкого слоя SiO2 на подложку.

После выращивания тонкого слоя окисла (10-20 нм), осаждается Si3N4 (100-200 нм).

В результате фотолитографии, остаются участки Si3N4, где должны быть в дальнейшем сформированы затворные композиции. Поскольку Si3N4 устойчив к окислению, SiO2 будет расти только на участках, свободных от Si3N4. По завершении процесса фотолитографии фоторезист не удаляется и проводится ионное внедрение бора для создания р+-областей, при этом маской при локальном внедрении выступают двухслойная пленка SiO2+Si3N4 и фоторезист. Толщина р+-слоя выбирается таким образом, чтобы часть этого слоя после термического окисления сохранилась под слоем SiO2. Наличие сильнолегированной р+-области под изолирующим слоем SiO2 препятствует образованию под ним поверхностного инверсионного канала.

Следующим этапом является локальное окисление, которое производится при температуре выше 950°С. В заключение формирования изоляционной структуры, удаляется нитрид кремния в H3PO4 при температуре 150-170°C.

Поскольку окисел значительно выступает над кремниевой подложкой, для сглаживания рельефной структуры применяется метод, при котором стравливается некоторая часть кремния перед локальным окислением.

Помимо того, что возникает проблема с равномерностью рельефа, есть и другая проблема, a именно возникновение «птичьего клюва». Это связано с диффузией окислителя под маску нитрида. В результате имеет место боковое окисление, что приводит к изменению параметров МОП-транзисторов и уменьшает плотность упаковки элементов.

Одним из решений данной проблемы является использование поликристал-лического кремния. Он располагается над слоем оксидной «подушки», ниже нитридной маски. В результате существенно сокращается длина «птичьего клюва».

Возможность локального окисления кремния часто используется в изоляционных структурах. Были предложены различные альтернативные методы, в основе которых лежит технология LOCOS. Но большинство из них были признаны непригодными и лишь некоторые из них используются в настоящее время. Сейчас приоритетной задачей является Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС изменение состава маскирующего стека. Изменение свойств локального окисла, влияющих на характеристики изоляции структуры, является привлекательным способом для уменьшения длины «птичьего клюва». На сегодняшний день единственным способом сделать это является увеличение температуры при окислении. Следует отметить, что хотя LOCOS все еще применяется в производстве, существует четкая тенденция по переходу на более сложные и совершенные технологии, одной из которых является траншейная изоляция (рисунок).

После того, как вытравливаются углубления (траншеи), их «заполняют» оксидом кремния, тем самым добиваясь планарности рельефа. При всех преимуществах данного метода, он имеет свои недостатки, которые не позволяют использовать его как основной в технологии изоляции структур. Это связано с тем, что процесс является дорогим и сложным с точки зрения реализации. Кроме того, с точки зрения надежности, данный способ изоляции является чувствительным к высоким температурам.

Изоляция в устройствах является одним из факторов, существенно ограничивающим плотность упаковки в СБИС. В данной статье рассматриваются основные особенности технологии ЛОКОС, позволяющие при дальнейшем исследовании делать выводы о масштабируемости в рамках данной технологии.

Рисунок – Схематичное изображение мелко- и глубоко-траншейной изоляции между транзисторами с одним типом канала и с разными типами соответственно [3] Литература 1. Atalla M. M., Tannenbaum E., and Scheibner E. J. Stabilization of silicon surfaces by thermally grown oxide // Bell Syst. Tech. J. - Vol.38. - P. 749.

2. Appels J., Kooi E., Paffen M.M., Schatorje J.J.H., and Verkuylen W. H. C. G. Local oxidation of silicon and its application in semiconductor-device technology // Plilips Res.

Repts. – Vol. 25. - P.118.

3. Smeys P. Local Oxidation Of Silicon for Isolation // PhD Thesis. - Stanford University.

- 1996.

4. Helmut Fll. Electronic Materials // University of Kiel. - 2007.

5. Баранов В.В. Технологические предпосылки создания МОП-структур с малыми проектными нормами // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.

- №5. - С. 42-46. – Минск. - 2005.

студент Токарева Мария Сергеевна д.т.н., профессор, a-skvortsov@yandex.ru Скворцов Альберт Матвеевич Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УДК 681.3.019. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ УЗЛОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ Е. Ю. Трофимова Рассмотрены существующие методы прогнозирования надежности. Показаны пути повышения достоверности оценок.


Ключевые слова: надежность, прогнозирование, методы оценки, электронные вычислительные средства Создание высокопроизводительных и высоконадежных вычислительных средств на основе новейших достижений микроэлектронной технологии, новых архитектурных решений, последних результатов в теории и практике надежности требует разработки новых подходов в проектировании современных вычислительных систем и комплексов, в которых вопросы обеспечения надежности приобретают первостепенное значение.

В настоящее время известны многочисленные способы классификации методов прогнозирования. Основные из них отмечены в таблице [1].

Традиционные методы прогнозирования надежности электронной аппаратуры основаны на анализе апостериорной информации. При этом безотказность оборудования прогнозируют путем сбора информации и расчета во времени частоты зафиксированных отказов [2].

Согласно современным представлениям надежность является функцией многих аргументов (факторов). На электронные изделия постоянно воздействуют внешние и внутренние эксплуатационные факторы. Но общепризнано, что наиболее важным фактором, определяющим надежность изделий, является температура. Достаточно давно известно, что повышение температуры даже до относительно умеренных значений +40-60С может приводить к снижению коэффициента усиления полупроводниковых транзисторов, увеличению обратных токов полупроводниковых переходов, возрастанию токов утечки в полупроводниковых приборах и другим эффектам. Помимо этого, резко увеличивается количество отказов интегральных микросхем из-за дефектов кристалла и корпуса. А такие дефекты в значительной степени обусловлены температурной неоднородностью и температурными напряжениями. Перечисленные выше изменения в работе электронных компонентов приводят к изменениям в работе всего узла электронной системы.

Большая часть отказов (около 90 %) проявляется постепенно в изменении одного или нескольких выходных параметров. Контролируя изменение этих параметров можно прогнозировать момент наступления отказа.

Установлено, что коэффициент вариации распределения отказов при диффузионном распределении совпадает с коэффициентом деградации (изменения определяющего параметра). Это позволяет оценить коэффициент вариации распределения отказов по имеющейся информации о физических процессах деградации, являющихся причинами отказов объектов. Следовательно, можно использовать информацию об аналогах, причем в качестве аналогов можно выбрать объекты, имеющие аналогичную физику процессов деградации. Для анализа таких процессов можно использовать следующие пакеты Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС программ: SAS, Minitab, S-Plus и др. Способность проводить подобный анализ в основном зависит от умения выбирать и измерять параметры деградации.

Признак классификации Вид метода прогнозирования прогнозирования - Фактографический - Статистический По характеру исходных данных - Патентный - Экспертный - Экспертных оценок По используемому подходу к - Анализ и прогнозирование рядов данных прогнозированию - Причинно-следственные - Сглаживание - Экстраполяция По способу обработки и анализа - Интерполяция исходных данных и формированию - Аналогия прогноза - Моделирование - Прогнозный сценарий - Морфологический анализ Таблица – Классификация методов прогнозирования Повышение достоверности оценок показателей надежности при испытаниях малых выборок образцов может быть обеспечено при использовании априорной информации.

Использование в качестве теоретических функций распределения наработки на отказ вероятностно-физических моделей отказов, например, применительно к компонентам печатных плат, диффузионного немонотонного распределения (DN-распределения), рекомендованного стандартами [3], позволяет успешно решать поставленную задачу.

Так как ресурс современных изделий составляет порядка 20 — 50 тысяч часов то проведение испытаний может затянуться на 5 — 10 лет. За это время информация об их результатах может устареть. Ускорение испытаний может быть достигнуто за счет форсирования (ужесточения) режимов: повышения температуры и уровня вибрации, увеличения электрической нагрузки и числа пусков, а также многими другими. Основное требование, предъявляемое к таким испытаниям, — идентичность процессов старения и износа по отношению к испытаниям в нормальных условиях, что означает идентичность законов распределения отказов.

Анализ данных с использованием информации о деградации объектов должен проводиться с осторожностью, т. к. необходимо учитывать заложенные допущения.

Закономерности изменения определяющих параметров должны быть хорошо выражены, а ошибки их измерений – небольшими, тогда возможна их экстраполяция для прогнозирования моментов наступления отказов.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Литература Глущенко В. В. Прогнозирование // М.: Вузовская книга. — 2008. —208 с.

1.

Э. Лидский и др. Современный подход к оценке надежности изделий электронной 2.

техники // Компоненты и технологии. — 2000. — №10.

Хан Дж.Дж., Доганаксой Н., Микер У.К. Использование данных о деградации для 3.

анализа надежности изделий // Методы менеджмента качества. — 2009. — №4.

Глущенко В. В. Прогнозирование // М.: Вузовская книга. — 2008. —208 с.

4.

Э. Лидский и др. Современный подход к оценке надежности изделий электронной 5.

техники // Компоненты и технологии. — 2000. — №10.

Хан Дж.Дж., Доганаксой Н., Микер У.К. Использование данных о деградации для 6.

анализа надежности изделий // Методы менеджмента качества. — 2009. — №4.

студент Трофимова Елена Юрьевна Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.