Разработка высокочастотной эквивалентной схемы малогабаритных резисторов для поверхностного монтажа

Содержание

Введение

Глава 1. Анализ состояния и перспектив развития отечественной компонентной базы для инфокоммуникационных систем

1.1. Роль пассивных компонентов в обеспечении качества обслуживания (QoS) в сетях передачи данных

1.2. Обзор нормативно-технической документации и стандартов ГОСТ Р на электронную компонентную базу

Глава 2. Разработка и инженерный расчет высокочастотной эквивалентной схемы

2.1. Синтез математической модели импеданса малогабаритного резистора

2.2. Сравнительный анализ расчетных частотных характеристик для различных групп точности и типоразмеров

Глава 3. Методические рекомендации по применению уточненных моделей в проектировании устройств связи

3.1. Алгоритм учета частотной зависимости сопротивления при трассировке печатных узлов

3.2. Оценка достоверности разработанной модели и рекомендации по её внедрению в КД и ТУ

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка высокочастотной эквивалентной схемы малогабаритных резисторов для поверхностного монтажа

Направление: Электроника, радиотехника и системы связи
Специальность: 11.02.15 Инфокоммуникационные сети и системы связи

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие инфокоммуникационных сетей и систем связи характеризуется непрерывным увеличением рабочих частот передаваемых сигналов, расширением полосы пропускания каналов связи и ужесточением требований к качеству обслуживания абонентов. Внедрение технологий широкополосного доступа, оптических сетей GPON и XGS-PON, развертывание сетей пятого поколения 5G и переход к перспективным стандартам 6G предъявляют принципиально новые требования к электронной компонентной базе, используемой в активном и пассивном оборудовании связи. В этих условиях актуализируется проблема точного моделирования поведения пассивных компонентов — резисторов, конденсаторов, индуктивностей — на высоких и сверхвысоких частотах, поскольку паразитные параметры элементов начинают оказывать определяющее влияние на частотные характеристики устройств.

Малогабаритные резисторы для поверхностного монтажа (SMD-резисторы) являются базовыми компонентами печатных узлов современного телекоммуникационного оборудования, обеспечивая функции согласования импедансов, делителей напряжения, элементов обратной связи усилителей и фильтров. Традиционное представление резистора как идеального элемента с постоянным активным сопротивлением справедливо лишь на низких частотах; при переходе в диапазон сотен мегагерц и гигагерц проявляются паразитные индуктивность и емкость, которые существенно изменяют импеданс компонента и могут привести к деградации параметров радиотракта [1, c. 23]. Отечественная нормативно-техническая документация, регламентирующая параметры пассивных компонентов, пока недостаточно учитывает специфику высокочастотного применения, что затрудняет проектирование современных устройств инфокоммуникаций в соответствии с требованиями импортозамещения и технологического суверенитета Российской Федерации.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе можно охарактеризовать как среднюю. Вопросы моделирования пассивных компонентов на высоких частотах рассматриваются в работах специалистов ФГУП «НИИР», АО «НИИП», исследовательских центров ПАО «Ростелеком» и профильных кафедр МТУСИ, МИРЭА и СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Однако большинство публикаций посвящено либо общим вопросам схемотехники высокочастотных устройств, либо моделированию интегральных структур; систематизированные методики синтеза эквивалентных схем дискретных SMD-резисторов с учетом их конструктивно-технологических особенностей и типоразмеров представлены недостаточно. Зарубежный опыт, отраженный в технической документации производителей компонентов, не всегда применим к изделиям отечественной электронной промышленности, выпускаемым по собственным техническим условиям.

Разработка уточненной высокочастотной эквивалентной схемы малогабаритных резисторов для поверхностного монтажа позволит повысить точность проектирования печатных узлов инфокоммуникационного оборудования, минимизировать отклонения расчетных характеристик от экспериментальных и обеспечить требуемые показатели качества обслуживания в широкополосных сетях доступа. Актуальность темы обусловлена необходимостью формирования отечественной методологической базы высокочастотного проектирования в контексте реализации стратегии импортозамещения электронной компонентной базы и выполнения требований Федерального закона № 126-ФЗ «О связи» в части обеспечения технологической независимости национальной инфраструктуры связи.

Цель выпускной квалификационной работы — разработка высокочастотной эквивалентной схемы малогабаритных резисторов для поверхностного монтажа и формирование методических рекомендаций по её применению в проектировании устройств инфокоммуникационных сетей и систем связи.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать роль пассивных компонентов в обеспечении качества обслуживания в современных сетях передачи данных;
• провести обзор действующей нормативно-технической документации и стандартов ГОСТ Р на электронную компонентную базу;
• синтезировать математическую модель импеданса малогабаритного резистора с учетом паразитных параметров;
• выполнить сравнительный анализ расчетных частотных характеристик для различных групп точности и типоразмеров резисторов;
• разработать алгоритм учета частотной зависимости сопротивления при трассировке печатных узлов;
• оценить достоверность разработанной модели и сформулировать рекомендации по её внедрению в конструкторскую документацию и технические условия.

Объектом исследования выступают малогабаритные резисторы для поверхностного монтажа типоразмеров 0402, 0603, 0805, 1206, применяемые в составе печатных узлов устройств инфокоммуникационных сетей и систем связи.

Предметом исследования является высокочастотная эквивалентная схема малогабаритного резистора, учитывающая паразитные индуктивность и емкость, и её влияние на импедансные характеристики компонента в диапазоне частот от единиц мегагерц до нескольких гигагерц.

Методологическую базу исследования составляют теория электрических цепей, основы высокочастотной электродинамики и методы схемотехнического моделирования. Теоретической основой служат труды отечественных специалистов в области радиотехники и электроники, нормативно-техническая документация Минцифры России, ГОСТ Р и технические условия предприятий Росэлектроники. Расчетные методы включают анализ частотных зависимостей комплексного импеданса на основе синтезированной эквивалентной схемы. Инструментальную базу образуют программные средства схемотехнического моделирования и численного расчета. Нормативно-техническая база представлена стандартами на пассивные компоненты, требованиями к проектированию печатных узлов по ГОСТ 23751 и рекомендациями по обеспечению электромагнитной совме

…