| 16. |
Аннотация |
В Проекте решается важная для дальнейшего развития робототехники, различных систем мониторинга объектов Арктики и Антарктики с помощью беспилотных летательных аппаратов, освоения ближнего и дальнего космоса проблема – создание основ проектирования и условий для достоверного компьютерного моделирования сверхмалошумящих низкотемпературных аналоговых CJFet интерфейсных микросхем (ИС), обслуживающих сенсоры роботов различной природы. Разрабатываемые по проекту технологические, архитектурные и схемотехнические решения ИС будут «закрывать нишу» малошумящих низкотемпературных, в т.ч. криогенных, радиационно-стойких аналоговых интерфейсов, работающих с различными мостовыми, емкостными, пьезоэлектрическими, оптическими, микромеханическими и твердотельными датчиками ускорений и угловых скоростей, датчиками давления, вибрации, силы, линейных перемещений и
т.п. Цель Проекта состоит в создании научно-технических основ проектирования и компьютерного моделирования ИС для обработки сигналов датчиков различных физических величин в задачах робототехники и космического приборостроения, на основе модернизируемого CJFet технологического процесса, обеспечивающего не только радиационную и низкотемпературную стойкость ИС, но и предельно низкий уровень шумов. В Проекте ставятся следующие задачи: - Развитие теории синтеза и оптимизации новых схемотехнических решений низковольтных и высоковольтных CJFet аналоговых ИС (дифференциальных (ОУ), мультидифференциальных (МОУ), зарядочувствительных и инструментальных усилителей, мультиплексоров и смесителей сигналов, интеллектуальных источников питания и компенсационных стабилизаторов напряжения и т.п.), в которых решается задача улучшения следующих качественных показателей при низких температурах: дифференциальный коэффициент усиления по напряжению, коэффициент подавления помехи по питанию, ослабление входных синфазных сигналов в широком диапазоне частот, максимальная скорость нарастания выходного напряжения, площадь усиления, запас устойчивости, уровень нелинейных искажений, максимальная амплитуда выходного напряжения, уровень шумов, время установления переходного процесса в режиме большого сигнала и т.п. - Разработка на основе аппаратно-ориентированного генетического алгоритма авторских компьютерных программ оптимизации схемотехнических решений малошумящих CJFet низкотемпературных и радиационно-стойких аналого-цифровых интерфейсов датчиков при ограничениях на потребляемую мощность, статический режим активных компонентов, коэффициент усиления, запас устойчивости по фазе, диапазон рабочих температур, уровень проникающей радиации и т.п. - Разработка на уровне не менее 20 изобретений новой схемотехники базовых функциональных узлов низковольтных и высоковольтных CJFet интерфейсных микросхем. - Создание в среде LTSpice низкотемпературных моделей CJFet полевых транзисторов и их широкое распространение в проектных организациях России. - Разработка моделей CJFet приборов с помощью физических шаблонов и методов параметрической идентификации моделей. - Экспериментальное исследование и моделирование CJFet приборов. Главный ожидаемый результат Проекта 2019 г. состоит в создании более прецизионных аналоговых интерфейсов датчиков различных физических величин для роботов и космического приборостроения, базирующихся на использовании принципиально новых, разрабатываемых по проекту схемотехнических решений аналоговых функциональных узлов и IP модулей, реализуемых по комплементарным CJFet технологиям. Будут разработаны перспективные архитектуры и схемотехника CJFet (BiJFet) ОУ-
МОУ, а также других аналоговых IP модулей, которые качественно отличаются от аналогичных решений в базисе BJT и КМОП технологий. Это связано с особенностью СJFet транзисторов, которые не позволяют выполнять на их основе токовые зеркала с удовлетворительными параметрами. Как следствие, большинство традиционных архитектур активных аналоговых компонентов (ОУ, МОУ и др.), основой которых являются токовые зеркала, в CJFet базисе не могут быть реализованы. Развиваемый в проекте подкласс микроэлектронных изделий с планируемыми обобщенными показателями качества (собственные шумы, диапазон низких температур, радиационная стойкость, статическое токопотребление и т.п.) на международном рынке отсутствует. На основе теоретических результатов Проекта 2019 г. будет подготовлен научно-технический задел по организации производства низкотемпературных и прецизионных CJFet микросхем на российских предприятиях. Научная новизна проекта состоит в развитии теоретических основ проектирования новых архитектурных и схемотехнических решений малошумящих низкотемпературных CJFet микросхем и IP модулей для сенсоров различного назначения (ожидается подготовка 20 заявок на патенты РФ), обеспечивающих минимальное влияние на основные характеристики доминирующей группы паразитных параметров полупроводниковых компонентов и внешних дестабилизирующих факторов (низкой температуры, проникающей радиации). В связи с тем, что Проект 2019 г. носит междисциплинарный характер, его научная новизна имеет три составляющие: 1. Технологическая. Будет разработана новая модификация CJFet технологического процесса, ориентированного на технологические возможности АО «НПП» Пульсар» (г. Москва), который превзойдет по ряду параметров в диапазоне низких температур достижения ведущих микроэлектронных фирм за счет применения новых конструктивно-технологических решений CJFet транзисторов и оптимизации процесса имплантации. 2. Схемотехническая. В рамках проекта будет создан новый подкласс CJFet схемотехнических решений для малошумящих низкотемпературных и радиационно-стойких аналоговых интерфейсов датчиков, имеющих мировую новизну (не менее 20 патентов РФ). Следует признать, что современная CJFet схемотехника, в т.ч. ведущих микроэлектронных фирм, находится на крайне низком уровне развития. Это сдерживает производство соответствующих CJFet микросхем. Микроэлектронные CJFet изделия с ожидаемой совокупностью качественных показателей ведущими микроэлектронными фирмами мира сегодня не выпускаются. 3. САПРовская. В проекте будут разработаны два типа компьютерных моделей CJFet активных компонентов: - новые шаблонные модели CJFet полупроводниковых приборов, учитывающие экспериментальные исследования, а также компьютерные
программы их идентификации. Здесь элемент новизны состоит в количественной оценке погрешности моделирования и точности измерения параметров. При этом методика моделирования на шаблонах не будет накладывать ограничений на выбор объекта моделирования и позволит уточнить практически любую модель CJFet разных конструкций; - Spice-модели CJFet полупроводниковых приборов, учитывающие взаимосвязь физических процессов в полупроводнике в условиях воздействия радиации и низких температур. Кроме этого проект имеет высокую инновационную составляющую новизны, связанную с подготовкой на его теоретических результатах российского технологического производства нового поколения малошумящих аналоговых ИС, которые в диапазоне криогенных температур и радиационных воздействий превзойдут по обобщённым показателям качества и некоторым особо важным параметрам лучшие зарубежные аналоги. Научная значимость, масштабность и новизна междисциплинарного проекта 2019 г.состоят в создании основ проектирования микросхем CJFet класса, а также комплекса новых архитектурных, схемотехнических, технологических решений и компьютерных моделей CJFet компонентов и интерфейсных CJFet интегральных схем, реализуемых только на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом, обладающих уникальным сочетанием уровня собственных шумов, статических и динамических параметров. Это позволит подготовить научный задел и начальные условия производства CJFet ИС в России для обеспечения приоритета «Интеллектуальные технологии в робототехнических и мехатронных системах» в рамках ключевой проблемы «П11-4-1 Совершенствование элементной базы робототехнических систем (увеличение быстродействия, мощности вычислений, надёжности, энергоэффективности, устойчивости к различным воздействиям и т.п)». |