при у=у₁ ; у=у₂ для каждого метода.

1. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Чем вызвана необходимость введения в ТП изготовления МЭА технологической операции подгонки?

2. В каких технологических методиках возможна подгонка: в тонкопленочной, толстопленочной или полупроводниковой? Объясните Ваш ответ.

3. Дайте сравнительную характеристику групп методов подгонки.

4. Приведите основные критерии выбора метода подгонки.

5. Укажите область применения и варианты практической реализации функциональной подгонки.

ЛИТЕРАТУРА

Г о т р а З.Ю. Тонкопленочные резисторы микросхем. - Львов: Каменяр, 1976, с. 78-105.

Работа №4. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВКА РАДИОАППАРАТУРЫ

Цель работы - ознакомить студентов с основными методами оптимиза­ции процесса регулировки РЭА.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Современный уровень развития производства элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) не позволяет получить достаточно высокой точности

значений их параметров. Поэтому после изготовления радиоэлектронного устройства необходимо его отрегулировать с целью получения оптимального

(заданного) значения выходного параметра.

Под регулировкой РЭА понимают процесс компенсации разброса характеристик схемных элементов и влияния технологических факторов, а также сопряжения параметров отдельных устройств и блоков в процессе производства для приве­дения выходных параметров изделия в соответствие с нормами технических условий.

Регулировка выполняется путем подбора элементов аппаратуры, влияющих на выходные параметры, как непрерывно, так и дискретно.

Дискретная регулировка используется в тех случаях, когда требуется компенсировать вполне определенные значение выходного параметра и связь выходного параметра и параметра регулировочного элемента определена.

Непрерывная, или плавная, регулировка предполагает возможность задания уровней выходного параметра через малые значения параметра регулировочного элемента, определенные чувствительностью измерительной аппаратуры.

В микроэлектронной аппаратуре, особенно на уровне мик­роузлов и функциональных ячеек, применяется дискретная ре­гулировка, поскольку регулировочные элементы с непрерыв­ным изменением параметра оказываются конструктивно несовместимыми с аппаратурой названных структурных уровней.

Регулировочные элементы могут быть зависимыми и неза­висимыми. Для независимых регулировочных элементов порядок выполнения операций регулировки не имеет значения. В случае взаимной зависимости регулировочных элементов порядок вы­полнения операций регулировки должен быть строго определен.

Регулировочный элемент является составной частью ра­диоэлектронного устройства. Степень влияния регулировочно­го элемента на выходной параметр схемы определяется чув­ствительностью, в качестве прямых оценок которой принято использовать частные производные выходных параметров РЭА по вариациям параметров элементов. Следовательно, функций вида:

(4.1)

называются функциями чувствительности j - го выходного параметра Р_j; по i - му регулировочному параметру z _i. Количественные оценки (4.1) носят название коэффициентов влияния.

Если учесть, что современные РЭА содержат большое количество отдельных элементов и различных взаимосвязан­ных блоков, то процесс регулировки представляет собой сложную техническую задачу, для решения которой необходимы квалифицированные кадры регулировщиков и большие матери­альные затраты.

Наибольший экономический эффект при использовании элементов с широкими допусками в сочетании с регулировкой в конструкциях РЭА может быть достигнут при наименьших затратах труда, времени и средств на эту операцию. Поэтому возникает, задача оптимизации технологического процесса регулировки радиоаппаратуры, т.е. разработки таких методов регулировки, которые позволили бы сократить время регули­ровки и, следовательно, материальные затраты и ускорить выпуск аппаратуры.

К основным затруднениям, возникающим при решении дан­ной проблемы, следует отнести отсутствие удовлетворительных математических моделей, описывающих связь между выход­ными характеристиками устройств и параметрами элементов регулировки.

Процесс регулировки радиоаппаратов является совокупностью экспериментов, имеющих целью максимизацию (миними­зацию) некоторой выходной характеристики. Оптимизация процесса регулировки может быть выполнена на основании информации, получаемой в результате постановки пассивного или активного эксперимента.

Пассивный эксперимент - это пассивное наблюдение за работой радиоаппарата в нормальном режиме, в результате которого удается собрать статистическую информацию, подле­жащую соответствующей обработке. Активный эксперимент предполагает активное воздействие на радиоаппарат по заранее разработанной программе.

В большинстве случаев при решении задачи оптимизации процесса регулировки РЭА предпочтение отдается активному эксперименту. Подготовка к постановке активного эксперимен­та требует информацию о точности измерительной и вспомога­тельной аппаратуры, пределах изменения регулировочных пара­метров и их влияния на выходной параметр, квантования пара­метров по уровню и т.д.

Поэтому первым этапом процесса регулировки является сбор и изучение имеющейся информации, включающей исследо­вание структуры и принципиальной схемы РЭА, с целью определения, чувствительности к изменению параметров регулиро­вочных элементов.

Для решения данной задачи можно воспользоваться методом ранговой корреляции, постановкой классического экспери­мента на физической модели РЭА или определением функции чувствительности (4.1) при наличии математического описания радиоустройства.

Сущность метода ранговой корреляции состоит в рациональ­ной обработке субъективной информации, полученной в резуль­тате опроса опытных специалистов-регулировщиков, технологов и т.д.

Для систематизации качественной информации применяется так называемое ранжирование регулировочных элементов.

Под ранжированием понимается расположение n регулировочных элементов в порядке возрастания или убывания какого-либо признака x: степени

влияния на выход, порядка регули­ровки, удобства регулировки и т.п. Ранг x_i, указывает на то место, которое i —й регулировочный элемент занимает среди других n элементов, ранжированных в соответствии с призна­ком x.

Статистической характеристикой связи ранжированных объектов является коэффициент ранговой корреляции, оценивающий связь между качественными признаками отдельных объектов, представленными двумя ранжированными рядами. Однако наибольшее практическое значение имеет вопрос о корреляционной связи нескольких ранжированных рядов.

Пусть имеется ряд регулировочных элементов 1,2,..., в разной степени обладающих одним и тем же признаком x . В результате опроса m специалистов, ранжирующих эти элемен­ты по названному признаку, можно составить матрицу рангов (табл. 1) и определить общий коэффициент ранговой корреля­ции для группы исследователей, называемый коэффициентом конкордации

, (4.2)
где

Таблица 1

Коэффициент конкордации W показывает степень согласия мнений специалистов о ранжировании регулировочных элементов по данному признаку.

При совпадении ранжировок по всем исследователям W=1, при отсутствии связи между ранжированными рядами W= 0.

Как было отмечено выше, в качестве признака ранжирования
регулировочных элементов может выступать степень влияния параметров регулировочных элементов на выходной параметр устройства, порядок обращения к регулировочным элементам при выполнении регулировки и

т.д. Объективную информацию, характеризующую признак ранжировки элементов, получают в результате анализа столбцов матрицы рангов.

Регулировочному элементу присваивается ранг, наибольшее число раз, повторившийся в соответствующем столбце матрицы рангов. Значимость коэффициента конкордации оценивается по критерию х₂. Классический эксперимент (метод Гаусса-Зейделя) заключается в получении и исследовании зависимостей j -го вы­ходного параметра радиоустройства от i -го регулировочного параметра z_i при фиксированных (n-1) регулировочных элементах и изменениях в определенных пределах:

(4.3)

Зависимости (4.3), называемые иногда парциальными характе­ристиками, могут быть сняты на физической модели радио­устройства. Анализ полученных зависимостей позволяет выя­вить наиболее чувствительные элементы регулировки и установить пределы изменения параметров z_i , в которых сохра­няется устойчивая работа радиоустройства. Количественно чувствительность выходного параметра P_j к изменению пара­метра i -го регулировочного элемента оценивается коэффи­циентом влияния равным крутизне парциальной характеристики в исследуемой точке:

(4.4)

Второй этап оптимизации - получение программы регулировки, обеспечивающей выход в область оптимального значения выходного параметра посредством дискретного изменения параметров регулировочных элементов с минимальными затра­тами времени - может быть выполнен на основе результатов первого этана с помощью классического метода, динамического программирования многошагового процесса и градиент­ных методов.

При использовании классического метода для выхода в область оптимального значения выходного параметра поочерёдно изменяют параметры каждого регулировочного элемента до достижения частного максимума. Траектория движения по поверхности функции P=f(z₁, z₂) показана на рис. 1. Изменением параметра z₂ начинают движение из исходной точки К в точку первого частного максимума L , из которой варьируя параметр z₁, попадают в точку М. Многократное поочерёдное обращение к регулировочным элементам z₁ и z₂ позволяет достичь основного максимума P.

Недостатком метода является сложность и длительность траектории движения. При сложной поверхности функции Р = f(z₁, z₂,..., z_n) процесс поиска оптимума классическим методом становится чрезвычайно трудоемким и в ряде случаев не позволяет найти основной оптимум функции. На рис. 1 дана вторая траектория движения по поверхности Р=f(z₁,z₂), соответствующая другой стратегии регулировки. Как видно из рисунка, движение заканчивается в частном максимуме Р'. Предварительное исследование чувствительности пара метра РЭА позволяет расширить возможности метода. Если процесс регулировки начинается с изменения, наиболее влияющего в исходном состоянии РЭА регулировочного параметра, то основной оптимум, может быть, достигнут значительно быстрее, а вероятность попадания в область частного оптимума уменьшена.