Диссертация (Метод повышения устойчивости печатных узлов БРЭА космических аппаратов к возникновению ЭСР), страница 15

В экспериментальном исследовании быловыяснено, что полученный диэлектрик в условияхимитирующих98космическоеионизирующие облучение и воздействие плазмыне былподвержен ЭСР. Условия, подобные космическим были созданы потокомнизко энергетических электронов на специальной установке,схема которойподробнаяпредставлена в главе.

В результате опытный образецдиэлектрика оказался не подвержен ЭСР.ГЛАВА 5 Экспериментальное исследование влияния полученногодиэлектрика на параметры печатной платы5.1 Влияние покрытия на частоту генерации прямоугольного сигналаВ заключительной главе диссертации показан методповышенияустойчивости печатных узлов БРЭА космических аппаратов к ЭСР,основанныйнадиэлектриками,заменетрадиционныхобладающимидиэлектриковнанопроводимостьюпечатныхиплатисключающимивозможность возникновения ЭСР, а также выполнена экспериментальнаяпроверка метода и приведены результаты внедрения метода в процесспроектирования и производства бортовой радиоэлектронной аппаратурыкосмической техники. Экспериментальные работы проходили в два этапа. Напервом этапе в работе использовалась специально разработанная длягенерациисигналамикросхемаSN74S124[101](аналогК531ГГ1)представляющая собой сдвоенный мультивибратор, генерирующий на выходепрямоугольные импульсы напряжения типа «меандр».

Частота этихимпульсов задавалась путем расчета навесных элементов, или путем подачинапряжения на соответствующие управляющие входы микросхемы. Вкачествеимитацииприсоединялисьпечатнойпровода,платы,кимитирующиемикросхемедорожкидополнительнопечатнойплаты.Измерения проходили в два этапа: на собранную схему подавалось питание,записывался и запоминался результат. На втором этапе, не меняя ничего всхеме физически, а также не изменяя ее местоположения, схема погружаласьв полученный слабопроводящий диэлектрик целиком. Его удельноеэлектрическое сопротивление составило 3·109 Ом·м с процентом массовой99доли сажи в 8,5 процентов.

Также снимались данные на цифровойзапоминающий осциллограф.Было получено, что на частоту генерируемого импульса данноепокрытие не повлияло, максимальное изменение частоты в рамках одногоэтапа измерений – с 37 до 34,4 МГц (рисунок 5.1).Казалось бы рабочая частота микросхемы в 37 МГц будет недостаточнодля современных цифровых устройств, однако краткий обзор открытыхисточников о разрабатываемой бортовой аппаратуре, применяемой на КА,такой как блоки передачи и обработки телеметрическойтакжебортовыецифровыевычислительныеинформации, амашиныиспользуютотечественные разработки микросхем и процессоров, с рабочей частотой 1050 МГц [103]. Так, например разработка НТЦ «Модуль», большаяинтегральная схема (БИС) 1879ВА1Т[103] имеет задаваемую тактовуючастоту 12/16 МГц – это универсальная связная машина мультиплексногоканала обмена, а также микросборка на базе К2605ВГ1Т в радиоционностойком исполнении [104].

В настоящий момент на космических аппаратахроссийского производства используется магистральный последовательныйинтерфейс (мультиплексный канал обмена, передачи данных), протоколпередачи и обмена данных описанный в соответствующих нормативныхдокументах[102]. Скорость передачи данных при этом составляет 1Мбит/c.[102-104]В современных космических аппаратах зарубежногопроизводства применяется более быстрый и помехоустойчивый протоколLVDS сетевого стандарта SpaceWire, разработку которого координируетЕвропейское космическое агентство (ЕКА). Этот протокол предпочтителендля применения в научной аппаратуре космического аппарата, за счет болеевысокой пропускной способности – до 400 Мбит/c. Как следует изофициального сайта Федерального космического агентства России, в разделеоткрытых конкурсов на заключение контрактов можно найти информацию овнедрении этого стандарта и на КА российского производства: «Разработкабазовых элементов экспериментальной системы космического назначения,100включающую аппаратуру, поддерживающую стандарт SpaceWire».

Шифр:ОКР «Устройство» (Химки)[105].Рисунок 5.1 Выходной сигнал с мультивибратора не погруженного (верхнийграфик) и погруженного (нижний график) в нанопроводящий диэлектрик5.2 Измерение скорости передачи данных между двумя ПК используявысокоскоростную сеть передачи данныхНа втором этапе работ проводились измерения скорости передачиданных через типовую печатную плату. Измерение скорости передачиданных происходило между двумя персональными компьютерами (ПК)используя высокоскоростную сеть передачи данных со скоростью 100Мбит/с (технология Ethernet в локальной сети IEEE 802.3u Fast Ethernet.)Процесс измерений проводился в следующем порядке.101Два ПК соединяются кабелем типа «витая пара» длиной 2 метра,категория кабеля – 5.

Объектом исследования является сетевая карта,подключаемая в слот PCI одного из ПК.С помощью специализированного программного обеспечения (ПО)iperf[106], работающего через командную строку, и более удобнойрусскоязычной версии с графическим интерфейсом-надстройкой, написаннойна языке Java – jperf измерялась скорость передачи данных. Измеряетсяскорость передачи и приёма данных сетевой картой в ПК «Б» посредствомвитой пары, соединенной с ПК «А». В ПК «А» находится также сетеваякарта, на всем протяжении измерений без каких-либо изменений.Данное ПО состоит из двух частей типа «клиент-сервер», запускаемыхна разных ПК.

Запустив серверную (на рисунке 5.3) на первом ПК, аклиентскую части (на рисунке 5.2) на втором ПК, ПО обеспечивает передачупакетов данных в режиме заполнения всей доступной полосы пропусканияпо скорости. Эта скорость зависит от типа кабеля и плат в обоих ПК. Среднеевыводится по результатам пяти последовательных измерений.Рисунок 5.2 Общий вид клиентской части программы jperf по завершении измерений102Рисунок 5.3 Общий вид серверной части программы jperf по завершенииизмеренийСуть измерений состоит в определении влияния на скорость передачиданных состояния печатной платы сетевой карты и состоит из трех этапов:1) Измерение скорости передачи данных через плату с нанесеннымзаводским способом защитным эпоксидным лаком со стороны выводов,полигонов «земли» печатного монтажа.2) Измерение скорости передачи данных через плату с удаленнымзащитным покрытием из лака.3) Измерение скорости передачи данных через плату с удаленнымзащитным покрытием лака, взамен которого нанесено покрытие изнанопроводящего модельного диэлектрика.Здесь следует отметить, что удаление штатного эпоксидного лакаоказалось нетривиальной задачей, с которой не смог справится ни один изизвестных растворителей, в том числе специализированных для эпоксидныхкрасок.

Поэтому лаковое покрытие было удалено механическим способом,мелкозернистой шлифовальной бумагой, что видно на рисунке 5.4.103Рисунок 5.4 Внешний вид печатной платы со снятым защитным лаковымпокрытием (слева) и с покрытием из модельного диэлектрика, обладающегонанопроводимостью (справа)Итак,данноеПОгенерировалострогооднонаправленныеинформационные пакеты, что показали неоднократные тесты в самыхразнообразных конфигурациях служебного (системного) программногообеспечения, для исключения его влияния на производительность обработкии передачи информации поступающей или передаваемой через сетевыеплаты. В результате более 50 сеансов передачи и приёма было получено, чтосостояние при сравнении работы платы без лакового покрытия и спокрытием из нанопроводящего модельного диэлектрика не влияют наскорость передачи данных (в рамках одного этапа пяти последовательныхсеансов передачи информационных пакетов), максимальная достигнутаяскорость – 91 Мбит/c.

Подробный листинг работы обоих частей в текстовомформате по результатам одного сеанса передачи информации междупечатными платами приведен в Приложении АТаким образом, полностью оправдано применение нанопроводящегодиэлектрика в печатной плате, на это техническое решение получен патентнаполезную модель RU 114816 U1 от 10.04.2012.Полученпатентна104изобретение «Печатная плата для бортовой радиоэлектронной аппаратурыкосмических аппаратов» RU 2 497 319 C1 от 29.10.2013 года.Выводы к 5 главе.Таким образом, была выполнена экспериментальная проверка новыхобразцов диэлектриков, произведённых в предшествующих этапах работы,обладающих низким уровнем электризуемости и практическим отсутствиемЭСР и приведены результаты внедрения метода повышения устойчивостипечатных узлов БРЭА к разрядам статического электричества в процесспроектирования и производства бортовой радиоэлектронной аппаратурыкосмической техники.

Были осуществлены экспериментальные работы,которые проходили в два этапа, основная задача которых было установить,как влияет новое такой модельный диэлектрик в качестве покрытия печатныхплат на передачу сигнала. Первый этап был связан с изучением этойпроблемы при помощи специально разработанной для генерации сигналамикросхемы SN74S124 (аналог К531ГГ1) представляющей собой сдвоенныймультивибратор, генерирующий на выходе прямоугольные импульсынапряжения типа «меандр». В качестве имитации печатной платы, кмикросхеме дополнительно присоединялись провода, имитирующие дорожкипечатной платы. Результаты измерений показали, что на частоту импульсановое покрытие не оказало практически никакого влияния.На втором этапе работ проводились измерения скорости передачиданных через типовую печатную плату.