Проблемы реализации высококачественных избирательных систем как структур с мостовыми RC-подсхемами

Проблема селективной обработки электрических сигналов занимает одно из центральных мест в теории и практике синтеза технических систем самого различного назначения. Задачи, связанные с этой проблемой, возникают в радиотехнических системах и устройствах, системах автоматического управления и регулирования, информационно-измерительных комплексах, акустической и гидроакустической аппаратуре, включая приборы для анализа шумов и вибраций (в том числе предназначенные для геологии и сейсморазведки) и т. д.

Теоретические основы создания соответствующих физических объектов, осуществляющих селективную обработку сигналов, заложены в различных отраслях науки и техники: теории автоматического управления и регулирования (общие принципы и системный подход к структуре), электротехнике (анализ и синтез пассивных электрических цепей), радиотехнике (анализ и синтез электронных цепей). Этим обстоятельством в значительной степени обусловлена многозначность терминологии, применяемой для описания физических объектов, предназначенных для селективной обработки сигналов.

Широкий термин «Избирательная система» соотвествует наиболее общему «вход-выходному» рассмотрению объекта как структуры, передаточная функция которой характеризуется определенной совокупностью полюсов и нулей, обеспечивающей наперед заданное преобразование сигнала в частотной или временной области, включая (в расширительном толковании) также генерацию сигналов, отсутствующих на входе системы.

Практически равнозначные термины «Устройство частотной селекции» (УЧС) или «Частотно-избирательное устройство» (ЧИУ) характеризуют тот же класс объектов с позиций электрои радиотехники (теории цепей) как электрическую цепь, включающую в себя элементы с крутыми перегибами частотных и (или) фазовых характеристик, обеспечивающими заданные селективные свойства структуры в целом.

Более узкий термин «Активная избирательная система», по сложившейся традиции подчеркивает роль активных элементов в компенсации большого затухания пассивных селективных цепей, не содержащих индуктивностей. По смыслу этот термин в подавляющем большинстве случаев эквивалентен нередко используемому понятию «Избирательная RC-система». С позиций теории управления оба этих термина характеризуют структуру, состоящую из набора секций (звеньев), содержащих активные элементы и охваченных местными и общими обратными связями, которые в конечном счете компенсируют большое затухание в пассивных RC-цепях, что и создает предпосылки построения систем с теоретически сколь угодно высокой селективностью.

Почти тот же класс объектов с позиций теории цепей, являющейся одним из важнейших разделов электрои радиотехники, характеризуется относительно новым термином «Активная RC-цепь» (ARC-цепь, иногда ARC-схема), получившим широкое распространение в последние годы. ARC-цепь, равно как и активная избирательная система, представляют собой понятия, охватывающие различные классы устройств частотной селекции: активные RC-фильтры (ARCили просто RC-фильтры), корректоры амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, безындукционные фазовращатели, RC-генераторы и т. п.

Весь набор1 терминов, базирующихся на понятии системы, логично относить к сложным многозвенным структурам, рассматриваемым с общих позиций, тогда как термины, восходящие к теории цепей (УЧС, ARC-цепь, ARC-фильтр), чаще используются при рассмотрении конкретных схем вплоть до самых элементарных типа интегратора и дифференциатора. С учетом отмеченных нюансов в настоящей работе в зависимости от характера изложения используются термины различных групп. Так, например, в первых четырех главах, где доминируют общие подходы, как правило используется термин «Активная избирательная система», а в 5−6-ой главах, где в основном рассматриваются модели и конкретные схемы звеньев, предпочтение отдается терминам электрои радиотехнической группы.

Место рассматриваемых в настоящей работе физических объектов и применяемых для их анализа методов в системе современных научно-технических знаний поясняет схема на рис. В. 1. Утолщенные стрелки на схеме показывают наиболее фундаментальные связи и вли- -яния, а пунктирные символизируют переходы на уровне конкретных устройств многофункционального назначения.

Для большей наглядности двойным контуром выделены области научного знания либо совокупности технических объектов, в которые настоящая работа вносит определенные элементы новизны.

Согласно схеме в качестве основного аппарата анализа и синтеза избирательных систем используются представления и методы современной теории электрои радиотехнических цепей. Однако следует подчеркнуть, что важнейшие понятия, обеспечивающие системный подход к устройствам частотной селекции, — такие, как частотные характеристики, полюса и нули передаточной функции, устойчивость и ряд других, перечисленных на схеме, — раньше или одновременно были развиты в теории автоматического управления (см., например, [1], С2]). По существу, упомянутые на схеме фундаментальные понятия теории управления, изложенные на языке современной теории цепей, лежат в основе системного подхода к устройствам селективной обработки сигналов как на этапе аппроксимации характеристик, так и на этапе реализации избирательной системы в целом.

Кроме того, на базе методов теории управления решаются прикладные задачи автоматизации настройки традиционных аналоговых.

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ.

Pu, С .В. 1 фильтров, а в более широком теоретическом плане принципы построения дискретных систем управления оказали влияние на развитие двух относительно новых классов УЧС — дискретно-аналоговых и в особенности цифровых фильтров, возникших в результате применения методов вычислительной техники к задачам обработки реальных электрических сигналов (см. схему на рис. В. 1).

Реализация цифровых фильтров как самостоятельных устройствсначала на базе микропроцессоров общего применения, затем на специализированных устройствах ЦОС создала принципиально новые подходы к решению задач частотной селекции сигналов.

С одной стороны, появилась возможность аппаратурной реализации алгоритмов обработки, практически не поддающихся воплощению методами аналоговой техники (например, многополюсный параллельный анализ сигналов на основе быстрого преобразования Фурье).

С другой стороны, цифровые фильтры стали стремительно вытеснять аналоговые и из ряда традиционных областей применения последних. Прежде всего это коснулось систем, где сигнал в конечном счете все равно преобразуется в цифровую форму с целью ввода в ЭВМ. Как крайнее проявление эйфории, нередко возникающей в истории науки при появлении новых технических средств, в 60−70-е годы получил хождение тезис о скорой полной замене аналоговых устройств частотной селекции цифровыми. Однако вскоре выяснилось, что подобно тому Как ИС-фильтры, хотя и существенно сузили область применения фильтров с катушками индуктивности, но не вытеснили их полностью, так и цифровые фильтры вовсе не исключили потребности в аналоговых. Более того, развитие цифровой фильтрации выдвинуло новые мощные стимулы для совершенствования определенных классов активных РС-фильтров, осуществляющих аналоговые по своей физической природе операции — прежде всего ограничение спектров на входе и выходе устройства ЦОС.

По мере повышения точности цифровой обработки, с одной стороны, растут требования к вспомогательным аналоговым узлам, в первую очередь — к стабильности их характеристик. С другой стороны, чем полнее используются ресурсы цифрового устройства (быстродействие, память и т. п.), тем выше требования к селективности аналоговых фильтров-ограничителей спектра, что практически означает их усложнение и, как следствие, затрудняет достижение необходимых показателей по стабильности. Известные методы цифровой техники позволяют теоретически неограниченно снижать требования к селективности вспомогательных фильтров (вплоть до превращения их в простейшие пассивные КС-цепи), однако за счет повышения требований к быстродействию и памяти цифровой части, т. е. ухудшению эффективности использования конкретного устройства ЦОС с заданным ограниченным ресурсом.

Поэтому научный подход к проектированию системы цифровой обработки сигналов предполагает разумное распределение ресурсов между цифровыми и аналоговыми узлами с тем, чтобы обеспечить оптимум по комплексному критерию, включающему технико-экономические и эксплуатационные показатели1(в том числе общую стоимость, энергопотребление, вес, габариты и т. п.). К сожалению, подобный комплексный подход пока еще нетипичен, поскольку вследствие узкой специализации разработчики цифровых фильтров, как правило, недостаточно осведомлены о достижениях в области реализации аналоговых фильтров и наоборот.

Последнее обстоятельство играет заметную негативную роль и в решении глобальной задачи распределения операций между аналоговыми и цифровыми способами обработки в зависимости от параметров сигнала и алгоритма его преобразования. При переходе к цифровой фильтрации широкополосных сигналов, возникающих в живой и мертвой природе, различных технических системах, вероятность далеких от оптимума решений возрастает, если результаты обработки выдаются также в аналоговой форме. Однако и в тех случаях, когда выходной сигнал преобразуется в цифровую форму с целью ввода в ЭВМ, отнюдь не лишним представляется взвешенный альтернативный подход, учитывающий, что для обработки в цифре понадобятся ограничители спектра на входе и выходе цифрового устройства, тогда как при аналоговой фильтрации достаточно поставить АЦП на входе ЭВМ и никаких дополнительных фильтров не потребуется.

Вполне естественно, что давно потеряли смысл характерные для начального этапа развития цифровой техники попытки воплощения аналоговыми средствами сложных алгоритмов обработки, легко реализуемых с помощью цифровых фильтров. Однако и в настоящее время сохраняет силу предварительно-ориентировочная оценка, согласно которой чем шире полосы анализа и меньше их число, чем выше частоты и шире динамический диапазон полезного сигнала, чем жестче требования к энергопотреблению, тем больше вероятность, что чисто аналоговая фильтрация окажется по комплексному критерию ближе к оптимуму, чем цифровая. В отдельных случаях отказ от цифровой и даже дискретно-аналоговой фильтрации может диктоваться и сугубо специальными требованиями (например, недопустимостью импульсных помех, возникающих при перекоммутации элементов дискретного действия) .

Следует особо подчеркнуть, что на современном этапе развития радиоэлектроники едва ли не решающим условием конкурентоспособности аналоговых устройств частотной селекции является их совместимость как с устройствами ЦОС, так и с другими узлами РЭА по конструктивно-технологическим и эксплуатационным показателям, включающим в себя надежность, габариты, вес, энергопотребление, технологичность в процессе производства и т. п. А поскольку одно из генеральных направлений совершенствования РЭА — комплексная.

5миниатюризация, то важнейшим условием «выживания» высококачественных аналоговых устройств частотной селекции в аппаратуре новых поколений является возможность их микроэлектронной реализации.

Развитие микроэлектроники создало необходимые предпосылки для разработки и промышленного выпуска аналоговых устройств частотной селекции, в том числе — прецизионных, удовлетворяющих весьма жестким требованиям, которые возникают, в частности, в современных системах ЦОС. В свою очередь, повышение требований к техническим характеристикам АГ? С-фильтров стимулировало совершенствование технологических процессов в области микроэлектроники (см. схему на рис. В.1). Например, такое взаимодействие хорошо просматривается в развитии гибридно-пленочной технологии, обеспечивающей наивысшие по прецизионности показатели АРС-фильтров, а также применительно к полупроводниковым ИМС со специальными коммутируемыми конденсаторами, на основе которых создаются дискретно-аналоговые активные фильтры, технологически в наибольшей степени совместимые с микропроцессорами ЦОС.

Изложенные выше соображения позволяют сделать вывод, что аналоговые и дискретно-аналоговые устройства частотной селекции в обозримом будущем сохранят важную роль не только в виде простых и дешевых узлов массового применения (например, в бытовой электронной аппаратуре), но и в виде сложных высокоселективных блоков с прецизионными характеристиками, .реализуемых на базе микроэлектроники и предназначенных для высокоточных систем самого различного назначения и в первую очередь — систем, в которых осуществляется цифровая обработка широкополосных аналоговых сигналов естественного и искусственного происхождения, чем и определяется актуальность тематики диссертации.

Теоретические основы анализа и синтеза избирательных систем закладывались в 40−60-е годы при тесном взаимодействии и обмене идеями между ТАУ и теорией цепей, изначально развивавшейся в качестве аппарата классической электротехники и теории электросвязи. Важнейшим побудительным стимулом такого взаимодействия послужило широкое внедрение в технику электронных элементов (сначала электронных ламп, затем транзисторов и микросхем). Наглядный тому пример — основополагающие монографии Г. Бодэ СЗ] и более поздняя А. Горовица С4], в которых электронные усилители рассматриваются с позиций теории управления, причем первая из них тяготеет к радиотехнике, а вторая — к ТАУ. В отечественной литературе к ним примыкает монография А. Д. Артыма С5], развивающая и дополняющая идеи Г. Бодэ, а также М. М. Айзинова [б], где доминирует идея общности представления цепи и сигнала, объединяемых понятием динамического объекта, характерным для теории управления.

Последующее обособление ТАУ и теории цепей происходило в основном за счет языка и различия наборов конкретных объектов исследования, но при сохранении общей идеологии прежде всего во всем том, что касалось системного подхода к объектам высокого уровня сложности. Ряд работ, способствовавших утверждению системного подхода в теории цепей, связан с именами Л. Заде, Ч. Дезоера 17],' Р. Калмана [83, М. В. Меерова [93 и других авторов.

В период наиболее интенсивного развития и становления современной теории цепей (конец 50-х — 60-е годы) ведущую роль в распространении ее методов играли работы зарубежных авторов, прежде. всего тех, кто помимо статей в периодической печати опубликовал монографии, обобщающие новые теоретические идеи: Э. Гиллемин [103, Н. Балабанян [113, С. Мэзон и Г. Циммерман [123, Д. Калахан [133, G. Fritzsche [143, S.K. Mitra [153.

В те же годы ведущие представители различных научных школ теории цепей, складывавшихся в нашей стране под сложным воздействием потребностей высшего образования и промышленности, опубликовали ряд работ, соответствовавших мировому уровню и оказавших существенное влияние на развитие этой отрасли отечественной науки.

Так, например, в Ленинграде А. Ф. Белецкий — глава научной школы, сложившейся в военной Академии связи, еще в 1959 году опубликовал монографию [16], в которой проблемы электросвязи излагались с позиций современной теории цепей (ее систематическое изложение через 8 лет дано им в [17]). Его ученик и коллега A.A. Ланнэ в 1969 году выпустил первую в мире монографию [18], целиком посвященную оптимальному синтезу электрических цепей (ее идеи, спустя десятилетие, развиты в монографии [19] с упором на машинный синтез электронных цепей). Наиболее сильная из московских школ теории цепей (Г.И. Атабеков, П. А. Ионкин, К. С. Демирчян, Л. Р. Нейман, A.B. Нетушил [20], [21] и ряд других известных имен и работ) выросла из круга задач классической электротехники, тогда как для киевской школы, возглавляемой В. П. Сигорским и А. И. Петренко изначально характерен упор на схемы с электронными элементами [22], [23] и т. д.

В процессе развития единой теории цепей отдельные ее разделы, в том числе имеющие большое значение для анализа и синтеза ARC-цепей, выделялись в качестве самостоятельных направлений, по которым помимо статей издавались монографии и учебные пособия. В первую очередь это относится к топологическим методам, базирующимся на теории графов. Достижения этого направления применительно к электрическим и электронным цепям связаны с именами С. Мэзо-на [12], С. Сешу и М. Рида [24], Дж. Абрахамса и Дж. Каверли [25], В. П. Сигорского [26], Н. Г. Максимовича [27] (его последователи в львовской школе теории цепей совместно с ленинградскими специалистами выпустили также коллективную монографию [28]), В. И. Анисимова [29], А. Г. Остапенко [30].

Не менее важное для изучения ARC-цепей направление, связанное с чувствительностью и допусками электрических цепей, представлено как специализированными монографиями (например, Л. Гехера [31], Ю. М. Калниболотского и его соавторов [321), так и самостоятельными разделами в современных книгах по теории цепей и многочисленными статьями.

Во второй половине 60-х годов как следствие общего процесса внедрения ЭВМ в научные исследования интенсивно развиваются машинные методы в теории цепей, первоначально в форме машинного анализа и моделирования, а затем — в виде программ синтеза и автоматизации проектирования.

Из огромного потока работ отметим переведенные на русский язык основополагающую монографию Д. Калахана [33], фундаментальные труды Л. Чуа и Пен-Мин Линя [34], И. Влаха и К. Сингхала [35], а также оригинальные работы отечественных ученых Л. Я. Нагорного [36], В. Н. Ильина и В. Л. Когана [37], [38], A.A. Ланнэ [19], А. И. Петренко [39], В. И. Анисимова и возглавляемого им коллектива [40], [41].

В большинстве упомянутых выше книг по теории цепей уделяется внимание пассивным и (или) активным фильтрам, которые выступают в качестве удобного «полигона» для опробования новых подходов и методов расчета электрических и электронных цепей. Историю специализированных публикаций, посвященных исключительно активным RC-цепям, являющимся объектом исследования в настоящей диссертации, принято отсчитывать от 38-го года, когда появилась статья Н. Scott [42]. В 40-е годы наиболее серьезные статьи по активным RC-цепям опубликовали отечественные ученые В. И. Сифоров [43], Л. С. Гуткин [44], A.A. Ризкин [45], а в 1954 году появилась первая в мире монография Э. О. Саакова [46].

В 50-е годы революция в электронике, обусловленная промышленным освоением транзисторов, с одной стороны, а также потребности техники в создании аппаратуры для инфранизких частот — с другой, послужили мощным стимулом развития исследований по ARC-цепям. Начиная с 1954 года, количество публикаций в этой области ежегодно удваивалось, т. е. развитие имело признаки своеобразного информационного взрыва, начало которому положили классические статьи J. Linvill [47], [48], D. Armstrong, F. Resa [49], R. Sallen, F. Key [50].

В последующем быстро нарастающем потоке публикаций лишь через десять с лишним лет стали появляться книги, посвященные исключительно теории и практике ARC-цепей. Первой (в 1966 г.) вышла отечественная монография Г. Н. Славского [51], а в течение 68−73 гг. было издано более 20 книг, в числе которых зарубежные монографии R. Newcomb [52], Л. Хьюлсмана [53], [54], S. Haykim [55]. Чуть позже — в 1974 г. появилась обобщающая работа В. Хейнлейна и В. Холмса [56], переведенная на русский язык в 1980 г. и сочетающая в себе признаки учебника, справочника и обзора достижений ARC-техники. В отечественной литературе тех лет монографии представлены значительно скромнее, причем наиболее видное место принадлежит книге А. Е. Знаменского и И. Н. Теплюка [57] и небольшой монографии инженерного плана М. И. Маклюкова [58].

В последующие годы появляются и новые имена, но большинство монографий издается авторами статей, оказавших серьезное влияние на развитие проблематики ARC-цепей. За рубежом пик выхода книг приходится на конец 70-х — начало 80-х годов, когда издали свои монографии A. Sedra, P. Brackett [59], Г. Лэм [60], Л. Хьюлсман и Ф. Аллен [61], L. Bruton [62], Г. Мошиц и П. Хорн [63], М. Van Valkenburg [64]. Часть этих монографий переведена на русский язык с задержкой от трех до шести лет, так что с учетом естественного запаздывания материала, излагаемого в книгах, они чаще служили пособием для подготовки молодых кадров, чем источником новых идей.

Поэтому на развитие передовой ARC-техники в нашей стране большее влияние оказывали статьи из зарубежной периодики (помимо перечисленных выше имен заслуживают упоминания W. Kerwin, А. Holt, М. Lee, A. Antoniou, W. Saraga, M. Ghausl, J. Sandberg-, E. Lueder, R. Bohme), а также публикации отечественных ученых, причем ведущие авторы наиболее крупных и интересных работ, как правило, возглавляли научно-инженерные коллективы. Кроме фигурировавших выше Г. Н. Славского и А. Е. Знаменского в этом ряду находятся П. А. Ионкин и В. Г. Миронов [65], В. В. Масленников С663, В. И. Капустян — автор двух монографий по некаскадным структурам [673, [68], В. П. Стыцько — специалист по микроэлектронике, профессионально занимающийся активными фильтрами [69]. Отдельного упоминания заслуживает многообразная деятельность A.A. Ланнэ, который будучи автором оригинальных монографий по оптимальному синтезу [18], [19], [70] и главой научной школы цифровой фильтрации, одновременно выступал также в роли организатора и полноправного автора временных творческих коллективов, подготовивших ряд книг по теории и практике ARC-цепей. В частности, [28], где базой послужило сотрудничество с львовскими специалистами, или вышедшие под его редакцией обзорно-проблемная работа [71], а также издания справочного характера [72] и особенно [73], [74], в которых научный подход сочетается с подробными рекомендациями по инженерному проектированию (вплоть до расчетных примеров), а круг авторов небывало широк. ,.

В 80-е годы поток публикаций по ARC-цепям начал существенно ослабевать, что связано в значительной степени с конкуренцией со стороны цифровой фильтрации, куда переключили свои усилия ряд крупных специалистов, и соответственно произошло перераспределение новых кадров исследователей. Вероятно, это послужило одной из причин, почему здание классической ARC-техники так и осталось недостроенным до настоящего времени.

Действительно, из двух этапов общепризнанного подхода к синтезу избирательной системы — аппроксимации передаточной функции и схемотехнической реализации устройства первый гораздо легче поддается формализации и соответственно — переводу на язык машинного проектирования, тогда как аналогичная формализация второго этапа в плане поиска глобально-оптимальных решений остается недостижимым идеалом. Существующие машинные программы схемотехнической реализации имеют ограниченное применение и играют скорее вспомогательную роль. Весьма близким к истинному положению вещей остается парадоксальное утверждение, что с помощью подобных программ инженеру-неспециалисту, как правило, удается спроектировать работоспособное устройство, сколь угодно далекое от оптимума. А специалистпрофессионал, способный принимать интуитивные решения на основе предыдущего опыта, получит реализации, достаточно близкие к оптимальным, с большой экономией усилий и времени за счет передачи ЭВМ рутинных операций.

Одна из причин такого положения — исключительное многообразие исходных данных для этапа реализации, которые помимо требований к электрическим характеристикам устройства и их стабильности (температурным, временным и т. д.) должны при поиске глобально-оптимальной реализации включать в себя конструктивно-технологические и экономические ограничения. Поскольку не существует однозначных и четко формализованных связей между разнородными группами исходных данных, ряд свободных параметров устройства в процессе реализации приходится выбирать на основе интуиции и опыта с последующим иногда многократным уточнением в ходе проектирования. Представляется крайне сомнительной в обозримом будущем полная алгоритмизация подобного процесса, исключающая неподъемный для любых вычислительных средств простой перебор из практически бесконечного числа вариантов.

Другая немаловажная причина затруднений, возникающих на этапе реализации (прежде всего при выборе рациональной схемотехники), в значительной степени обусловлена тем, что разработка множества структур ARC-цепей и анализ их свойств происходили в условиях информационного взрыва (см. выше). В различных группах исследователей, работавших независимо друг от друга, складывались различные подходы, свои системы обозначений, формы представления результатов и т. п. В результате при огромном разнообразии схем, конкурирующих на этапе реализации, однотипные структуры описывались множеством внешне непохожих формул, нередко дублирующих друг друга по существу.

В частности, для важнейшего элементарного блока избирательной системы — звена второго порядка, реализующего комплексно-сопряженный полюс аппроксимирующей функции, возникают немалые затруднения даже при сравнительной оценке звеньев одного класса, поскольку критерии у разных авторов не совпадают. Тем большие трудности возникают при выборе из звеньев различных классов — на усилителях с конечным и бесконечным усилением, гираторных, конверторных и т. п. (см. принятую классификацию в [57], [71]. и др. работах). Методы описания звеньев при такой классификации отражают скорее этиологию, т. е. способ получения конкретной схемы, тогда как их общие свойства нередко надежно маскируются своеобразием исторически сложившихся приемов анализа и математического аппарата. Недостатки такого разностильного подхода особенно наглядно проявились, когда в ARC-технике наметилась четкая тенденция, согласно которой аналоговые ARC-цепи реализуются преимущественно на основе стандартизованных активных элементов — микроэлектронных операционных усилителей (ОУ) общего применения.

Вопросам обобщения результатов, выделения «сухого остатка» из многочисленных статей и докладов, выявлению перспективных направлений и проблем для дальнейшего исследования в области теории и практики ARC-цепей уделялось самое серьезное внимание на школах-семинарах «Активные избирательные системы», проводившихся по инициативе автора в г. Таганроге с 1973 по 1986 год (см. [751). Участие в руководстве школами-семинарами не только представителей научного направления, сложившегося в ТРТИ в 60-е годы, но и ведущих специалистов страны — М. М. Айзинова, А. Ф. Белецкого, А. Е. Знаменского, A.A. Ланнэ, В. В. Масленникова, В. Г. Миронова, Г. Н. Славского, В. П. Стыцько, Г. Л. Хазанова и других позволило сочетать фундаментальные обзорные доклады с квалифицированной оценкой стендовых докладов, представленных участниками. Наиболее интересные доклады рекомендовались к публикации в виде статей и кратких сообщений в ближайшем выпуске межвузовского (затем междуведомственного) тематического сборника «Избирательные системы с обратной связью» С763, выходившем под редакцией автора в г. Таганроге с 1973 по 1991 год.

Из перспективных проблем и направлений, обсуждавшихся на школах-семинарах, выделим три постоянно действующих в рамках второго этапа классического синтеза и определяющих в глобальном смысле цели и задачи настоящей работы:

— поиск общего подхода, единой системы параметров, методов анализа произвольных избирательных систем как структур, сводящихся к совокупности звеньев второго (и первого) порядка и реализуемых из электроэлементов со случайными отклонениями параметров от расчетных;

— поиск путей, методов и схемотехнических решений повышения стабильности избирательных систем с фиксированными и управляемыми параметрами (проблема обеспечения инвариантности характеристик системы, состоящей из нестабильных элементов, по отношению к внешним и внутренним дестабилизирующим воздействиям);

— проблема микроэлектронной реализации высокостабильных АИС-цепей, включающая в себя как поиск структур, максимально удовлетворяющих требованиям микроэлектронной технологии, так и автоматизацию процесса производства микросхем (в первую очередь — операций, обеспечивающих высокую точность воспроизведения характеристик при минимальном браке).

С перечисленными общими проблемами в той или иной степени были связаны теоретические и прикладные работы автора в течение четырех десятилетий. Соответствующие публикации в виде печатных работ и отчетов по НИР целесообразно распределить по нескольким группам в зависимости от решаемых задач и характера изложения материала.

1-я группа [773-[913 — работы теоретического характера, содержащие новые идеи и подходы, для которых конкретные схемотехнические решения служат иллюстрациями или примерами.

2-я группа [923-[1093 — работы прикладного характера, в основе которых лежат описание и анализ оригинальных схемотехнических решений.

3-я группа [1103-[1273 — работы информационно-инженерного ¦ плана, в которых дается описание конкретных разработок узлов, блоков и устройств частотной селекции различного назначения, построенных на основе как оригинальных, так и известных схемотехнических решений.

К публикациям 2-ой и частично 3-ей групп примыкают 15 (из общего числа 21) авторских свидетельств и патентов [1283-[142^, занимающих важное место среди прикладных результатов диссертации и способствующих их доступности для инженеров-разработчиков.

4-я группа [1433-[1523 — работы обзорно-обобщающего характера. К ним уместно отнести обзорные доклады [1433 — [1493, в которых работы автора и сотрудников возглавляемого им научного направления даны в контексте современного состояния проблемы, а также самостоятельные разделы в коллективных изданиях [150] -[152], где результаты последовательного проведения декларируемого общетеоретического подхода представлены в форме справочного материала, удобного для инженерного проектирования.

5-я группа включает в себя 3 отчета по пятилетним госбюджетным НИР [153] - [155] и 15 (из общего числа 20) отчетов по хоздоговорным НИР [156] - [170], выполненным под руководством и при прямом участии автора в качестве разработчика с привлечением теоретических идей и прикладных результатов, представленных в диссертации.

В диссертации, которая обобщает 40-летний опыт работы автора в области теории и практики избирательных систем, просматриваются 4 крупных блока идей, принципов, подходов, методик, выдвинутых в различное время и образующих ее «несущий каркас», обеспечивающий в конечном счете достижение поставленных выше целей (хотя, разумеется, и не исчерпывает эти проблемы полностью).

1-ый блок — концепция мостовой RC-подсхемы, впервые выдвинутая применительно к звеньям второго порядка в середине 70-х годов [82], [83], [145]. Ее следствия — единый подход к анализу произвольных ARC-цепей, система обобщенных параметров звеньев, методики анализа, предельных оценок и др. получили развитие в 80-е годы [151], [152], [88] - [90]. В 1-ой главе настоящей работы впервые дано систематизированное строгое определение основных понятий, обоснование и обобщение теории мостовых RC-подсхем на структуры п-го порядка с произвольным числом усилителей. Во всех главах материал, связанный со схемотехнической реализацией, изложен на базе понятий и методов этой теории (например, в § 1.7 и 1.8 первой главы, пятой главе, § 6.5 шестой главы, где все модели известных и оригинальных звеньев представлены и проанализированы как структуры с мостовыми RC-подсхемами).

2-ой блок — совокупность подходов и методик «двуступенчато-го» вероятностного анализа (элемент — звено — структура) в сочетании с концепцией связанных полюсов некаскадных структур, позволяющей распространить на них аналогичные подходы и методики *}. Общеизвестный в настоящее время подход к вероятностному анализу на первой ступени (элемент — звено) предложен и обоснован автором в начале 60-х годов в статье [77], а затем использован в его кандидатской диссертации [171]. Для второй ступени (звено — каскадная структура) оригинальная методика вероятностного анализа и сравнительных оценок нестабильностей опубликована гораздо позже (см. [87], [155]) и получила дальнейшее развитие во второй главе диссертации. В третьей главе впервые систематически изложена возникшая в начале 80-х годов концепция связанных полюсов некаскадных структур и на ее основе разработаны алгоритмы и машинные программы вероятностного анализа таких структур, а также вероятностный интегральный критерий сравнительной оценки любых избирательных систем [91].

3-ий блок — идея и принципы стабилизации характеристик избирательных систем за счет параллельных каналов компенсации. Идея использования компенсирующего канала в ARC-цепях возникла в конце 60-х годов и тогда же воплощена на уровне схемотехники звена второго порядка в хоздоговорной НИР [156], авт. свидетельстве [131],.

Следует отметить, что методика двуступенчатого анализа хорошо согласуется с предложенным автором подходом к анализу нелинейных явлений в селективных ARC-цепях, впервые развитом применительно к конкретной схеме в [78]. Подробный анализ нелинейных эффектов на основе этого подхода выполнен в диссертации А.Д. Ты-таря [1723, а в настоящей работе подобные вопросы не затрагиваются. статье [951, затем распространена на RC-генераторы [132], [161]. Через два года в статье [801 дано теоретическое обобщение исходной идеи на произвольные системы с привлечением принципа инвариантности, затем на ее основе реализованы термостабильные фильтры с электронной перестройкой [811 и получено авт. свид. [1411 на весьма общую структурную схему. В четвертой главе диссертации инвариантная система с каналами компенсации впервые рассмотрена с позиций теории мостовых RC-подсхем.

4-ый блок — идея автоматизации настройки прецизионных микроэлектронных ARC-цепей путем предварительного моделирования, ее аппаратурное воплощение и принципы реализации звеньев, максимально удовлетворяющих требованиям микроэлектронной технологии и автоматизации настройки. Идея частичной автоматизации настройки за счет моделирования впервые возникла в конце 70-х годов и тогда же была апробирована при изготовлении опытной партии третьоктавных фильтров (см. [100]) на технологической базе ВНИИЭП (Ленинград). При этом использовался специальный стенд, разработанный и изготовленный в рамках хоздоговорной НИР [165]. Структурная схема полностью автоматизированной системы настройки представлена в авт. свид. [140] и докладе [106]. Теоретическим обоснованием принципов реализаций звеньев с минимальным числом 0У, удовлетворяющих требованиям гибридно-пленочной технологии и автоматизации настройки, послужила статья 78-го года [85]. С начала 80-х годов до настоящего времени практические разработки микросборок фильтров сопровождались серией публикаций: статей С102], С103], [107], [109] и др., докладов [104], [105], [146] - [149], авт. свид. [138] - [142] и т. д. В шестой главе диссертации представлены описание и математическое обоснование функционирования автоматизированной системы настройки, впервые подробно рассмотрены алгоритмы ее работы, а модели оригинальных звеньев, удовлетворяющих требованиям микроэлектронной реализации, и их анализ даны с позиций теории мостовых В>подсхем.

С-учетом изложенного научная новизна диссертации может быть сформулирована следующим образом.

1. Развит единый подход к анализу избирательных систем второго и гг.-го порядка с произвольным числом усилителей на основе концепции мостовой РС-подсхемы, обоснованной в диссертации. Как следствие, введен ряд новых понятий (обобщенное звено и единая система параметров, разностно-дополняющие структуры, коэффициент повышения шума и др.) и разработаны унифицированные методики анализа схем с идеальными и реальными усилителями включая влияние последних на частотный и динамический диапазоны избирательной системы, а также ее устойчивость в широкой полосе частот.

2. В рамках методов мостовых РС-подсхем и предыскажений поставлена и решена в аналитической форме задача о смещении корней характеристического полинома гьго порядка за счет ограниченности полосы пропускания любого усилителя избирательной системы, частотная характеристика которого аппроксимирована полиномом произвольного порядка.

3. Последовательно проведен двуступенчатый подход (элемент-звеноструктура) к вероятностному анализу нестабильностей каскадных структур с последующим распространением на некаскадные структуры на основе концепции связанных полюсов передаточной функции, обоснованной и развитой в диссертации. Как следствие, введены системы вероятностных параметров звеньев, понятие гипотетически наилучшего канонического звена, новые критерии сравни^ тельной оценки стабильности каскадных и некаскадных структур, в том числе — физически наглядный интегральный вероятностный критерий, с помощью которого выполнена оценка теоретического минимума интегральной чувствительности в широкой полосе частот.

4. Разработан и исследован структурно-аналитический способ стабилизации характеристик избирательных систем за счет введения параллельных компенсирующих каналов, которые синтезируются на основе анализа, выполняемого с привлечением принципа инвариантности и методик теории мостовых RC-подсхем.

5. Предложена классификация микроэлектронных ARC-цепей на основе функционального признака (эталон частоты), связанного с технологическими разновидностями микросхем. Методами теории мостовых RC-подсхем выполнен анализ оригинальных моделей звеньев с. минимальным числом усилителей удовлетворяющих требованиям гибридно-пленочной технологии и автоматизации настройки.

6. Построены математическая и аппаратурная модели АСУТП функциональной настройки микроэлектронных ARC-цепей, обоснованы алгоритмы ее работы, обеспечивающие высокую точность воспроизведения характеристик и ускорение процесса настройки.

Практическая значимость работы и ее реализация.

Полученные в диссертации теоретические результаты (в том числе анализ оригинальных модификаций звеньев) служат методической основой для решения комплекса задач схемотехнического проектирования на втором этапе синтеза избирательных систем, реализуемых как на дискретных элементах, так и в виде изделий микроэлектронной техники. Описание свойств любых ARC-цепей на едином языке независимо от способов их синтеза, обоснованные в диссертации критерии сравнительной оценки нестабильностей характеристик, выявление предельных реализационных возможностей каскадных и некаскадных структур — все это создает предпосылки для существенного снижения вероятности принятия далеких от оптимума решений (прежде всего на ответственном этапе выбора рациональной схемотехники), которые чреваты значительным экономическим ущербом, особенно при серийном производстве микросхем. При таком производстве теоретическое обоснование методов и, как следствие, разработка АСУТП функциональной настройки микросборок фильтров обеспечивают повышение производительности и практически полное устранение брака на этапе настройки при гарантированной высокой точности воспроизведения характеристик изделий.

Реализация результатов работы производилась в течение 196 796 гг. по планам госбюджетных и хоздоговорных НИР ТРТУ и соответственно — планам предприятий и организаций системы АН СССР и бывших союзных министерств (Минприбора, МПСС, Минрадиопрома, Мин-судпрома и др.), а также в рамках инициативных работ по содружеству (включая временные творческие коллективы). Из общего числа 20 хоздоговорных, 3-х пятилетних госбюджетных НИР и не менее 25 работ по содружеству, выполненных под руководством автора, примерно в 75% непосредственно использовались представленные в диссертации результаты. Подавляющее большинство упомянутых работ за-у вершалось изготовлением действующих устройств частотной селекции: либо единичных образцов — на базе лаборатории активных избирательных систем, возглавляемой автором, либо опытных партий и серийных изделий — на технологической базе, обеспечиваемой заказчиком.

В число разработок, реализующих результаты диссертации,•входят:

— 5 автономных приборов для научных исследований (три из них отмечены медалями ВДНХ);

— около 20 автономных блоков, используемых преимущественно в составе информационно-измерительных систем различного назначения;

— 12 блоков и узлов серийных приборов, предназначенных для промышленного производства (в том числе — полосовой фильтр в звуковом генераторе ГЗ-119, блок октавных фильтров шумомера ВШВ-003, выпускаемого Таганрогским заводом «Виброприбор» и отмеченного золотой медалью ВДНХ);

— 13 микросборок активных фильтров, изготовленных в виде опытных образцов либо малой серии на технологической базе ВНИИЭП, НПО «Дальсвязь», НПО «Авангард» (все Ленинград) и завода «Электроприбор» (г. Чебоксары).

Все микросборки разработаны и изготовлены как функционально законченные изделия — прецизионные гибридно-пленочные АШ-фильтры 4-го и более высоких порядков, причем большинство из них в свое время не имели аналогов у нас в стране и за рубежом. Благодаря применению оригинальной схемотехники, а также методов и аппаратуры функциональной настройки ряд микросборок имеют уникальные параметры, которые до настоящего времени никем не достигнуты. Например, у ФНЧ 8-го или 9-го порядка с крутизной спада АЧХ до 80 дБ/окт. для партии из 30 штук после функциональной настройки среднеквадратичное отклонение ФЧХ на любой частоте внутри полосы пропускания не превысило 0,7°- у бездрейфового ФНЧ 4-го порядка с частотой среза 15 Гц максимальный разброс ФЧХ в полосе пропускания не превышал 0,2° при отклонении от линейности не более 1°- в гребенке полосовых фильтров, перекрывающей звуковой диапазон частот, каждый фильтр 4-го порядка, реализованный на 3-х ОУ, допускает управление полосой пропускания с перекрытием в 30−40 раз при неизменных форме АЧХ и коэффициенте передачи на центральной частоте и т. п.

Полный перечень приборов и устройств, разработанных с привлечением материалов диссертации, дан в приложении.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Она изложена на 312 страницах основного текста. В основную часть входят также 8 таблиц и 52рисунка.

Список литературы

содержит 189 наименований, в том числе 95 работ (индивидуальных и в соавторе.

ВЫВОДЫ ПО 6-ОЙ ГЛАВЕ.

В рамках многосторонней проблемы микроэлектронной реализации аналоговых ARC-цепей проведены исследования по двум взаимосвязанным направлением. Первое из них охватывает ряд теоретических и практических аспектов актуальной проблемы автоматизации настройки микросхем в процессе производства, второе — разработку и анализ оригинальных схемотехнических решений, наиболее полно удовлетворяющих требованиям микроэлектронной технологии и автоматизации настройки. Общий вывод о перспективности полной или частичной автоматизации функциональной настройки, обеспечивающей сочетание высоких точности и производительности без существенного усложнения схемотехники объекта, подтверждается следующими конкретными результатами.

1. Разработана структурная и функциональная схемы АСУТП функциональной настройки микросхем, которая базируется на идее предварительного полного моделирования настройки с последующей однократной коррекцией подгоняемых резисторов, например, гибридно-пленочных микросборок прецизионных устройств частотной селекции, в том числе — высоких порядков.

2. Построен алгоритм процесса моделирования, имеющий две ветви в зависимости от исходного разброса номиналов компонентов объекта. Сочетание последовательных циклов моделирования на основе заложен-, ной в управляющую ЭВМ математической модели с закреплением его результатов путем последовательного замещения каждого из внешних воздействий за счет коррекции соответствующего внутреннего резистора микросхемы обеспечивает высокую точность воспроизведения характеристик при практически полном отсутствии брака как для неитерационного, так и для итерационного процессов установки совокупности параметров избирательной системы.

3. Предложена классификация микроэлектронных устройств частотной селекции на основе функционального признака (вид эталона частоты), тесно связанного с технологическими разновидностями микросхем. Согласно классификации класс ARC-цепей с внутренним эталоном частоты, базирующийся на гибридно-пленочной технологии, наиболее полно соответствует требованиям автоматизации настройки микросборок фильтров с прецизионными характеристиками.

4. В соответствии с требованиями гибридно-пленочной технологии (минимизация площади подложки, в частности, за счет сокращения числа усилителей) и автоматизации настройки (двусторонняя регулировка всех параметров) предложены и проанализированы как модели с мостовыми RC-подсхемами ряд оригинальных структур звеньев с одним ОУ, на основе которых выпущены опытные или мелкосерийные партии многозвенных ARC-фильтров с уникальными по точности характеристиками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основным результатом настоящей работы является развитие и обоснование комплекса новых идей и подходов к второму этапу глоба-. льной задачи синтеза высококачественных избирательных системсхемотехнической реализации устройства, передаточная функция которого с заданной высокой точностью и стабильностью воплощает апп-роксимационную процедуру первого этапа синтеза (результаты, относящиеся к первому этапу, в диссертации не упоминаются).

Теоретическим фундаментом работы является предложенный автором метод мостовых ЕС-подсхем, обеспечивающий единый подход к качественному и количественному анализу избирательных систем произвольной конфигурации, построенных на усилителях с достаточно большим усилением и представляемых в виде совокупности элементарных ячеек — обобщенных звеньев, каждое из которых отвечает за реализацию полюса второго (первого) порядка аппроксимирующей функции.

На основе метода мостовых ЕС-подсхем построены новые алгоритмы анализа избирательных систем, введена единая система детерминированных и вероятностных параметров, разработаны принципы дву-ступенчатого аналитического расчета вероятностных нестабильнос-тей каскадных, а с привлечением выдвинутой автором концепции связанных полюсов — также некаскадных структур, введены новые критерии стабильности и сравнительной оценки звеньев и сложных АЕС-цепей, развит общетеоретический подход к стабилизации характеристик избирательной системы с использованием принципа инвариантности.

Прикладные результаты работы ориентированы преимущественно на микроэлектронную реализацию и включают в себя как построение ряда инженерных алгоритмов и методик расчета, облегчающих проектирование высококачественных устройств частотной селекции, так и разработку новых схемотехнических решений, принципов и аппаратурного обеспечения высокоточной настройки характеристик с учетом требований микроэлектронной технологии.

В конечном счете вся совокупность поставленных и решенных в диссертаций теоретических и практических задач направлена на повышение вероятности достижения глобального оптимума на втором (реализационном) этапе синтеза по критериям, учитывающим помимо электрических параметров конструктивно-технологические и экономические факторы, что потенциально дает значительный экономический эффект, особенно при серийном производстве изделий микроэлектроники.

Конкретные результаты работы, на которых базируется сделанный вывод, состоят в следующем.

1. выдвинута и обоснована концепция мостовой ЕС-подсхемы, согласно которой активную избирательную ЕС-систему произвольной сложности можно представить в виде совокупности У (по числу усилителей) частных мостовых ЕС-подсхем с одинаковыми полиномами числителей их передаточных функций, содержащими полный набор фантомных нулей, которые трансформируются в полюса передаточной функции системы в целом после замыкания петли обратной связи через вынесенный усилитель, представляемый в виде неинвертирующего двухполюсника с достаточно большим (но конечным) усилением. Доказано, что каждая из частных мостовых ЕС-подсхем потенциально содержит информацию о нестабильности характеристик, обусловленной вариациями всех пассивных элементов схемы, а также неидеальностю вынесенного усилителя.

2. В результате сочетания концепции мостовой ЕС-подсхемы с матрично-топологическими приемами расчета электронных цепей и подходом, свойственным методу малого параметра, разработан топо-лого-аналитический метод мостовых ЕС-подсхем, который при выполнении естественного для высокостабильных структур условия достаточно большого усиления разомкнутых усилителей обеспечивает единый подход к анализу избирательных систем произвольной сложности, а также ряд преимуществ в смысле упрощения и физической наглядности качественных и количественных оценок. Указанные преимущества в той или иной степени отражаются в трех разработанных и подробно изложенных в виде словесных алгоритмов методиках расчета передаточных функций частных мостовых ЕС-подсхем. При этом в частном случае АЕС-цепи второго порядка наряду с унификацией метод§ си единству подхода и языка в описании свойств звеньев различных классов способствует выражение важнейший показателей (в том числе частотных и шумовых, обусловленных неидеальностью усилителей) через обобщенные параметры мостовых ЕС-подсхем с привлечением новых понятий (разностно-дополняющих структур, коэффициента повышения шума и др.), что подтверждается сведенными в таблицу результатами анализа методом мостовых ЕС-подсхем 12 наиболее употребительных схем звеньев второго порядка.

3. В рамках методов мостовых ЕС-подсхем и предыскажений поставлена и решена задача определения смещений корней характеристического полинома пго порядка за счет влияния ограниченности полосы пропускания любого усилителя избирательной системы, частотная характеристика которого аппроксимирована полиномом произвольного порядка и, как следствие, преложен простой аналитический подход к оценке влияния несобственных («паразитных») полюсов на частотные характеристики и устойчивость системы в целом. При тех же исходных посылках решена задача оценки влияния других видов неидаальности усилителя — конечности входных и выходных импедан-сов и коэффициента подавления синфазных сигналов на характеристический полином системы с произвольной схемотехникой.

Разработаны методики двуступенчатого (элемент-звено-структура) анализа нестабильностей каскадных реализаций, базирующиеся на системе вероятностных параметров звеньев второго порядка и направленные на упрощение определения доверительных интервалов для АЧХ (ФЧХ) в любой точке частотной оси как функций допусков на Вт и С-элементы и влияния площадей усиления реальных усилителей при различных подходах к заданию, допусков на нестабильность системы в целом.

5. Выдвинута и обоснована концепция связанных полюсов (и нулей) передаточной функции некаскадных структур, благодаря которой вероятностный анализ нестабильностей последних можно проводить по тем же простым алгоритмам, что и каскадных реализаций, с использованием полной матрицы корневых чувствительностей, зависящих только от типа структуры и аппроксимирующей функции. Получены простые аналитические выражения для расчетов такой матрицы и результирующих нестабильностей АЧХ (ФЧХ) некаскадных структур, положенные в основу построения алгоритма соответствующей машинной программы.

6. Предложены критерии сравнительной оценки звеньев второго порядка и построенных на их основе каскадных и некаскадных АЕС-цепей, опирающиеся на введенные автором понятия гипотетически наилучших по вероятностной стабильности канонического звена и структуры с жесткой связью между всеми полюсами передаточной функции («регулярной»). С помощью заложенного в машинную программу интегрального вероятностного критерия, который в отличие от существующих базируется на имеющем прямой физический смысл отклонении мощности белого шума в полосе пропускания и за ее пределами, выполнена сравнительная оценка каскадной и ряда некаскадных структур, реализуемых на различных типах ВС-звеньев или ЬС-секциях, включая случай регулярной структуры, построенной на гипотетически наилучших звеньях, что соответствует теоретическому минимуму интегральной чувствительности канонической схемы при заданной аппроксимирующей функции. Развитый подход обеспечивает объективные и устойчивые сравнительные оценки реализационных возможностей звеньев и сложных АРС-цепей, имеющие существенное значение как для практических расчетов нестабильностей, так и для оценки качества известных и новых схемных модификаций при традиционном или машинном проектировании избирательных систем.

7. Дано теоретическое обоснование для построения прецизионных избирательных систем, стабильность характеристик которых существенно повышена за счет введения параллельных компенсирующих каналов. Разработаны принципы и практические рекомендации по реализации параллельных каналов максимально простой структуры для приближенной компенсации температурных нестабильностей характеристик активных фильтров с фиксированной настройкой и электронной перестройкой в широком диапазоне частот и температур (с оценкой возникающих погрешностей инвариантности). В качестве иллюстраций возможностей метода приведены примеры практических схем фильтров, в которых за счет применения компенсирующих каналов температурную нестабильность удается уменьшить на 1−2 порядка.

8. С единых позиций, соответсвующих представлениям метода мостовых ВС-подсхем, рассмотрены модели известных и оригинальных звеньев второго порядка с пассивной мостовой ВД-подсхемой, перспективных, в частности, при микроэлектронной реализации прецизионных АЕС-цепей в виде гибридно-пленочных микросборок. Показано, что важнейшие свойства огромного разнообрзия схем этого класса могут быть описаны минимальным числом общих параметров и формул, согласно которым даны рекомендации для оптимизации в пространстве безразмерных параметров по критериям чувствительностей к нестаби-льностям пассивных и активных элементов, частотным и шумовым показателям потенциально устойчивых и потенциально неустойчивых звеньев (включая неканонические структуры с двойным Т-образным мостом). Эти рекомендации облегчают выбор схемотехнического решения и последующую оптимизацию в пространстве номиналов элементов на этапе реализации сложных устройств частотной селекции с минимальным числом усилителей.

9. Пр^ожена классификация микроэ^ектронных устройств частотной селекции на. основе функционального признака (вид эталона час-тоты-вземени), тесно связанного с технологическими разновидностями микросхем. Согласно этой классификации в рамках настоящей работы рассматриваются проблемы построения прецизионных микроэлектронных АЕС-цепей с внутренним эталоном — высокостабильной пассивной ЕС-цепью, реализация которой методами гибридно-пленочной технологии создает предпосылки для высокоточной настройки, в том числе — частично или полностью автоматизированной.

10. На уровне моделей с мостовой ЕС-подсхемой выполнен анализ свойств (включая чувствительности, частотные и шумовые параметры) звеньев с единственным усилителем и управляемым сдвигом частоты полюса относительно квазирезонансной частоты пассивной ВС-подсхемы. Показано, что соответствующие этим моделям оригинальные практические схемы в наибошьшей степени отвечают требованиям гибридно-пленочной технологии как с точки зрения экономии площади подложки (вследствие минимизации числа усилителей и понижения частот полюсов за счет сдвига), так и автоматизации настройки (возмож* ность двусторонней регулировки всех частот и добротностей передаточной функции АЕС-цепи). На основе такого рода звеньев разработаны и изготовлены более 10 типов микросборок активных фильтров, в том числе — с уникальными точностными характеристиками, достигнутыми за счет предложенных автором способа и алгоритмов функциональной настройки.

11. Поставлена и решена в теоретическом и практическом планах задача автоматизации функциональной настройки микроэлектронных АЕС-цепей. В основу решения положена' идея предварительного полного.

296 моделирования настройки с последующей однократной коррекцией подгоняемых элементов микросхемы (например, пленочных резисторов, корректируемых лазером). Разработаны алгоритмическая и аппаратурная модели управляемой компьютером автоматизированной системы фуя I кциональной настройки, обеспечивающей в.- сочетании с надлежащей схемотехникой объекта высокую степень точности воспроизведения характеристик при практически полном исключении брака как для ите^ рационного, так и для неитерационного процессов установления совокупности параметров избирательной системы.

12. Представленные в диссертации теоретические и практические результаты непосредственно использовались в выполненных под руководством автора трех пятилетних госбюджетных НИР и порядка 40 работ по хозяйственным договорам, договорам о содружестве и о временных творческих коллективах. Практический выход указанных работ составили 5 универсальных приборов для научных исследований, свыше 40 типов единичных и серийных автономных устройств и встроенных блоков частотной селекции различного назначения, в том числе 13 функционально законченных микросборок АЕС-фильтров высокого порядка, изготовленных да технологической базе заинтересованных предприятий в виде опытных и мелкосерийных партий.