Аналогові біполярні інтегральні схеми для сенсорної техніки

Размещено на http://www.allbest.ru

Національний університет "Львівська політехніка"

05.27.01 - Твердотільна електроніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Аналогові біполярні інтегральні схеми для сенсорної техніки

Голяка Роман Любомирович

Львів - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі "Електронні прилади"

Національного університету "Львівська політехніка"

Науковий консультант доктор технічних наук, професор Готра Зенон Юрійович Національний університет "Львівська політехніка" завідувач кафедрою

Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор Осадчук Володимир Степанович Вінницький Державний технічний університет завідувач кафедри мікроелектроніки доктор фізико-математичних наук, професор Гордієнко Юрій Омелянович Харківський Національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв доктор технічних наук, професор Дружинін Анатолій Олександрович Національний університет “Львівська політехніка” професор кафедри напівпровідникової електроніки

Провідна організація Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”

Захист відбудеться “18” жовтня 2002 р. о 1430 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.12 при Національному університеті "Львівська політехніка" (79013, Львів-13, вул.С. Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" (вул. Професорська, 1)

Автореферат розісланий “ 6 ” вересня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Заячук Д.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток сучасних вимірювальних і сенсорних пристроїв, зокрема для автоматизації виробничих процесів, медичної електроніки, засобів екологічного моніторингу, безпосередньо пов'язаний з розробкою нової елементної бази. Поряд з елементною базою загального призначенння, в тому числі інтегральними схемами (ІС) - операційними підсилювачами, стабілізаторами, елементами цифрової техніки, має місце інтенсивний розвиток спеціалізованих ІС. Входячи в склад функціонально завершених мікроелектронних сенсорів, спеціалізовані ІС забезпечують підсилення сигналу, стабілізацію електричних режимів первинних перетворювачів, термокомпенсацію тощо. Органічно охоплюючи напрямки традиційної вимірювальної техніки та мікроелектронні технології виготовлення перетворювачів фізичних величин в електричний сигнал (давачів), сучасна сенсорна електроніка стає однією з найбільш динамічно прогресуючих галузей науки та техніки.

Важливою складовою сенсорної електроніки є обробка сигналу. Враховуючи, що більшість параметрів фізичного середовища мають аналогову форму, домінуючою складовою процесу їх вимірювання є обробка саме аналогового сигналу. На відміну від цифрової (мікропроцесорної) обробки сигналу, в якій за останній період досягнено гранично високих характеристик, відставання аналогової електроніки в значній мірі гальмує розвиток сенсорної техніки нового покоління. Серед задач сенсорної техніки, вирішення яких має пріоритетність, і здебільшого обумовлюється аналоговою схемотехнікою, є: підвищення точності вимірювань, забезпечення багатофункціональності, зниження енергоспоживання та собівартості. Принципово новою вимогою до сучасних сенсорних пристроїв є можливість функціонування з низьковольтними однополярними джерелами живлення. Основою вирішення цих проблем є спеціалізовані твердотільні ІС. Базуючись на спеціальних алгоритмах функціонування, передових технологіях та засобах автоматизованого проектування, формується новий науково-технічний напрям інтегральної електроніки - створення спеціалізованого класу твердотільних аналогових ІС для сенсорної техніки.

Домінуючим рушієм розвитку сучасної електроніки за останні десятиріччя є техніка воєнного та спеціального призначення. Значні інтелектуальні та фінансові інвестиції у воєнно-промисловий комплекс, що особливо мали місце в період гонки озброєнь, забезпечили стрімке підвищення характеристик спецелектроніки. Конверсія спецелектроніки дозволяє значно підняти рівень розвитку апаратури широкого призначення. Особливе значення конверсія може мати в такій наукоємкій галузі, як сенсорна електроніка. Постає задача ефективної адаптації досягнень спецелектроніки до процесу розробки нового покоління мікроелектронних сенсорних пристроїв.

Дисертаційна робота присв'ячена комплексній проблемі розробки принципів функціонування мікроелектонних сенсорних пристроїв нового покоління та їх базових елементів обробки сигналу - спеціалізованих аналогових ІС, науково-технічний рівень яких в значній мірі визначається досягненнями сучасної спецелектроніки. Робота охоплює питання формування та стабілізації режимів живлення мікроелектронних сенсорів, лінеаризації та термокомпенсації характеристики перетворення, термостатування з внутрішнім саморозігрівом первинних перетворювачів, забезпечення режиму очікування тощо. Розроблені принципи функціонування реалізовані на спеціалізованих твердотільних ІС; розглядаються їх побудова та конструктивно-технологічний базис, засоби автоматизованого моделювання та проектування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі "Електронні прилади" Національного університету "Львівська політехніка".

НДДКР "Дослідження шляхів мікромінітюризації імпульсних модуляторів для генераторів РЕС міліметрового діапазону довжин хвиль" (приказ Мінрадіопрому від 30.12.88 №759 c).

НДДКР "Розробка широкополосних напівпровідникових НВЧ підсилювачів для малогабаритних осцилографів" (№№ держреєстрації UA 02002785P, UA 02002789P, 1992).

НДДКР "Розробка магнітокерованих ІС для безколекторних двигунів, датчиків кута повороту, швидкості обертання, лінійних переміщень" (Комплексна науково-технічна програма "Електроніка - 2000", підпрограма "Мікроелектроніка", розділ 7 "Напівпровідникові сенсори", № держреєстрації UA01008468P, 1992).

НДДКР "Розробка технології виготовлення магнітокерованих ІС для безколекторних двигунів, датчиків кута повороту, швидкості обертання, лінійних переміщень" (Комплексна науково-технічна програма "Електроніка - 2000", підпрограма "Мікроелектроніка", розділ 7 "Напівпровідникові сенсори", № держреєстрації 0193U033509, 1993).

комплексної науково - технічної програми з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки ДКНТ України (проект №05.44.02/053-92-95);

Практичне значення одержаних результатів. Більшість результатів наукових досліджень, алгоритмів функціонування та принципів побудови, що запропоновано в дисертаційній роботі, лягли в основу розробки серії спеціалізованих ІС. Освоєння технологічних процесів та виготовлення ІС в період з 1982р. по 1998р. мало місце на дільниці твердотільної електроніки Львівського науково-дослідного радіотехнічного інституту. Нижче наведено перелік ряду створених ІС.

Функціонально-завершені магнітосенсорні ІС: схеми з лінійним виходом [крутизна перетворення (1…40) В/Тл, напруга живлення (5…12) В, струм споживання - не більше 5 мА]; схеми пороговою характеристикою [поріг перемикання - (20…50) мТл]; схеми з потужним виходом [поріг перемикання - (20…50) мТл, струм комутації двотактних виходів - до 0,5 А].

Функціонально-завершені термосенсорні ІС: схеми з лінійним виходом [крутизна перетворення - (10…50) мВ/оС, діапазон вимірювання - (-40... +100)оС, напруга живлення - (3…12) В ]; схеми з пороговою характеристикою [поріг перемикання-керований в діапазоні - (-40... +100)оС]; схеми з частотним виходом [крутизна перетворення - (0.1…5.0)%/оС в діапазоні - (-40...+100)оС].

Контролери режиму живлення первинних перетворювачів: ІС формувача опорної напруги [опорна напруга - (1,22…1,25) В, температурний коефіцієнт - не більше 0,005 %/oC, напруга живлення - (3…12) В]; ІС багатофункціонального стабілізатора напруги та струму [вихідна напруга-керована, струм навантаження - до 1А, захист від перенавантаження].

Сигнальні підсилювачі: ряд ІС операційних та диференційних підсилювачів спеціального призначення; широкосмугові підсилювачі [смуги робочих частот - 30 МГц, 100 мгц, 300 МГц]; струмові підсилювачі; підсилювачі-комутатори; підсилювачі з керованим коефіцієнтом підсиленнях [принципова особливість - відсутність елементів керування в сигнальних колах, що забезпечує високу завадостійкість та мінімальні спотворення сигналу].

Термокомпенсатори та термостабілізатори: ІС універсального термокомпенсатора [керований температурний коефіцієнт напруги термокомпенсації - (-20...+20) мВ/oC]; ІС контролера мікротермостата;

Перетворювачі спеціального призначення: ряд універсальних вузлів аналогових перемножувачів [смуга робочих частот - 30 МГц, 100 мгц]; комплект ІС для передачі аналогового сигналу по відкритому каналу передачі в інфрачервоному спектрі [тип модуляції - частотний; відношення сигнал-шум при рівні вхідного сигналу 1 мВ та девіації частоти 50 кГц - не менше 65 дБ, нелінійні спотворення - не більше 1%; струм споживання приймача- не більше 0,6 мА].

Крім того, ряд результатів дисертації впроваджено в магнітометричних пристроях, які розроблялися в рамках міжнародного проекту #1438 “Радіаційностійкі магнітометричні пристрої” Науково-технологічного центру в Україні. Серед них: інтелектуальна система магнітного моніторингу для радіаційних умов експлуатації, портативні магнітометри та індикатори на базі твердотільних гальваномагнітних перетворювачів тощо.

Апробація. "Сучаснi проблеми автоматизованої розробки і виробництва радiоелектронних засобiв та підготовки інженерних кадрів" (Львiв, 1994; 1996); International school “Advanced display technology”(Lviv, 1994); XVIII, XIX, XX, XXI Annual Conference of the International Society for Hybryd Microelectronics - ISHM-Poland (Warsaw, 1994; Porabka-Kozubnik, 1995; Jurata, 1996; Ustron, 1997); Мiжнародній науковій конференції присвяченій 150-рiччю вiд дня народження I. Пулюя (Львiв, 1995); II національній науковій конференції “Інформатика: теорія, технологія, техніка - ІТТТ-95” (Одеса, 1995); Науковій конференції присвяченій 120-рiччю заснування Чернiвецького унiверситету (Чернівці, 1995); Мiжнародній науково-практичній конференції "Українськомовне програмне забезпечення УкрСофт-95" (Львів, 1995); Науково-технічній конференції "Досвід розробки приладо-технологічних САПР мікроелектроніки" (Львів, 1995); I International Modelling School (Alushta, 1996); VI Межнародній Кримскій конференції "СВЧ техника и телекоммукационные технологии" (Крим, 1996); XI European Conference on Solid-State Transducers "EuroSensors XI" (Warsaw, 1997); VI Konferencja naukowa "Technologia Elektronowa ELTE'97" (Poland, 1997); I, II International Symposium on "Microelectronics Technologies and Microsystems" (Rzeszow, 1997; Lviv 1998); IV International Symposium for Informatics and Technology in Electronic Modules Domain SIITME'98 (Bucharest, 1998); XXII Conference of IMAPS (Zakopane,1999); XVI International Conference on Magnet Technology (Florida, USA, 1999); International Conference on Modern Problems of Telecommunications, Computer Science and Engineers Training - TSET'2000 (Lviv-Slavsko, Ukraine, February 14-19, 2000); 3rd European Conference on Magnetic Sensors and Actuators (Dresden, Germany, July 19-21, 2000); 8th International Symposium on Radiation Physics ISRP-8 (Prague, Czech Republic, June 5-9, 2000); 7th European Particle Accelerator Conference (Vienna, Austria, June 26-30, 2000); 14th European Conference on Solid-State Transducers (Copenhagen, Denmark, August 27-30, 2000); 4th International Symposium on Microelectronic Technologies and Microsystems (Zwickau, Germany, October 26-27, 2000); 18th International Conference on High Energy Accelerators - HEACC2001 (Tsukuba, Japan, 2001); 14th European Conference on Solid-State Transducers (Copenhagen, Denmark, 2000); 12th International Magnet Measurement Workshop (Grenoble, France, October 01 - 04, 2001); 17th International Conference on Magnet Technology MT-17 (Geneva, Switzerland, September 24 - 28, 2001) та ряду інших.

Особистий внесок автора в одержанні наукових результатів, викладених в дисертації, полягає у розробці нових теоретичних положень, методик моделювання, алгоритмів функціонування, принципів побудови та схемотехніки вузлів ІС, постановці та проведенні експериментів. Більшість з фізико-технологічних, схемотехнічних та конструктивних рішень належать автору особисто. В теоретичних та експериментальних дослідженнях, виконаних у співавторстві, дисертант приймав участь в постановці задач досліджень, визначенні шляхів їх рішень, виконанні теоретичних розрахунків, у проведенні вимірювань, аналізі та інтерпретації результатів. Висновки та положення, що складають суть дисертації, сформульовані автором особисто.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, семи розділів, висновків, списку літератури та додатків. Дисертація викладена на 390 с., і з них: 291 c. основного друкованого тексту, 160 рисунків на 65 с., 223 назв цитованої літератури на 22 с., 5 с. додатків.

Основний зміст роботи

В першому розділі дано аналіз стану розвитку аналогових твердотільних інтегральних схем для сенсорної техніки. Показано, що подальший розвиток мікроелектронної сенсорики ставить завдання комплексних теоретичних та експериментальних досліджень, які охоплюють питання:

формування характеристики перетворення;

забезпечення спеціальних режимів живлення;

термокомпенсації та термостабілізації;

технології виготовлення;

конверсії досягнень електронної техніки спеціального призначення;

моделювання та систем автоматизованого проектування;

уніфікації структурно-схемотехнічних рішень, зокрема на основі базових матричних кристалів.

Створеня сучасних мікроелектронних сенсорних пристроїв вимагає розробки нового покоління твердотільних ІС, які як спеціалізована елементна база, чи частина ІС вищого ступеня інтеграції - однокристальних функціонально завершених сенсорів, забезпечують високоефективну обробку сигналу і характеризуються повною структурно-технологічною сумісністю з вибраним конструктивно-технологічним базисом напівпровідникових ІС, високою універсальністю, нормальним функціонування з низьковольтними однополярними джерелами живлення та мінімальним енергоспоживанням. Основною концепцією досягнення поставлених в дисертаційній роботі завдань є органічна єдність алгоритмічних, схемотехнічних, конструктивних та технологічних рішень.

В другому розділі дисертації розглядаються принципи моделювання та автоматизованого проектування інтегральних схем сенсорної техніки. Різноманітність, універсальність та широке розповсюдження сучасного професійно-орієнтованого програмного забезпечення моделювання та автоматизованого проектування поставило проблему його адаптації до задач мікроелектронної сенсорики. Спектр цих задач є широким - математичний аналіз проблеми, розробка та моделювання елементної бази, і в тому числі первинних перетворювачів, схемотехнічне та топологічне проектування ІС тощо. Очевидно, що на даному етапі розвитку комп'ютерної техніки та програмного забезпечення такі задачі, як схемотехнічне моделювання, топологічне проектування чи тепловий розрахунок, можуть успішно бути вирішені з допомогою універсальних пакетів прикладних програм пакетів прикладних програм. Вирішеними можна вважати проблеми моделювання діодних та транзисторних структур, більшості первинних перетворювачів, температурних режимів. Очевидно, що для цих задач розробка власних програмних засобів є недоцільною. Так, в ході виконання дисертаційної роботи застосовувались універсальні ППП, і зокрема: схемотехнічного моделювання - Spice; топологічного проектування ІС - Graph Layout Editor (GLE); математичного аналізу - MathCAD та інші.

В дисертаційній роботі визначені та вирішені задачі розробки ІС сенсорної техніки, вирішення яких традиційними засобами є неможливим. Серед них:

моделювання первинних перетворювачів сенсорних пристроїв довільного типу в ППП "Spice";

електро-теплове моделювання температурно-градієнтних перетворювачів та ІС з гістерезисною температурною характеристикою.

Взаємозв'язок між традиційними універсальними програмними засобами та власним програмним забезпеченням, що охоплюють весь процес розробки ІС сенсорної техніки, наведений на діаграмі.

Визначальною задачею моделювання сенсорних пристроїв є синтез моделей їх первинних перетворювачів. В процесі аналізу типових проблем моделювання сенсорних пристроїв розроблено уніфіковані алгоритми синтезу моделей первинних перетворювачів довільного типу для ППП "Spice". За основу моделей взято нелінійні керовані джерела напруги та струму.

При синтезі моделей первинних перетворювачів аргументами функцій керованих джерел служать:

вольт-амперна характеристика перетворювача;

вимірювана величина М (індукція магнітного поля, світловий потік, тензонапруження тощо);

температура, величина якої визначає зміну характеристик первинних перетворювачів (температурну нестабільність функції перетворення).

Крім керованих джерел в еквівалентні схеми первинних перетворювачів входять:

діоди та транзистори з бібліотеки елементів ППП "Spice", які описуються відповідними математичними моделями (зокрема, зарядовою моделлю Пуна-Гумеля) та використовуються як компоненти моделей первинних перетворювачів діодного чи транзисторного типів;

некеровані джерела напруги та струму, які визначають початкове значення функції перетворення, зміщення вихідного сигналу первинного перетворювача чи вимірювального кола в цілому;

резистори і, в тому числі температурно-залежні, по величині падіння напруги на яких формують аргумент температурної залежності характеристики перетворення.

Алгоритм дослідження впливу механічних компонентів конструкції сенсорних пристроїв на їх параметри розглянуто на прикладі моделювання характеристики вузла первинного перетворення фотоелектричного акселерометра. Розподіл світлового потоку між фотоелементами акселерометра полягає в розрахунку кількості пікселів, що припадають на їх площу, з врахуванням нормованої інтенсивності світла в кожному з пікселів.

Для кожного з фотоелементів цей розподіл визначається у нормованому виді

твердотільний схема сенсорний техніка

,

де n, m - кількість точок розгортки світлового потоку, відповідно, по круговій розгортці (g) та по куту падіння променя (a); Fij - булеві функції

;

Li - геометричні розміри; Yp - координата пікселя; K0 - коефіцієнт форми фотоелементів.

Розроблено програмне забезпечення для розрахунку розподілу між фотоелементами нормованої інтенсивності світлового потоку "Foto-sensor". В діалоговому режимі вводяться геометричні розміри акселерометра, фотоелементів, параметри світлового потоку. В процесі розрахунку на екрані монітора проводиться візуалізація падаючого та відбитого променів, результати розрахунку виводяться у числовому та графічному виді.

Важливою складовою процесу розробки сенсорних ІС є електро-теплове моделювання. Складність цієї задачі пов'язана з значною взаємозалежністю температури кристалів ІС від робочих режимів (потужності тепловиділення) їх елементів і навпаки. Особливої актуальності задача комплексного електро-теплового моделювання набуває в таких вузлах сенсорної техніки, як однокристальні термостати, термостатовані сенсорні ІС, елементи функціональної електроніки на явищі теплопереносу.

Основними задачами електро-теплового моделювання, що вирішені в дисертаційній роботі, є:

розрахунок амплітудно-частотних та фазових характеристик тепературно-градієнтних перетворювачів, і в першу чергу їх нових типів - однокристальних ІС на явищі теплопереносу;

розрахунок пристроїв з гістерезисною тепло-електричною характеристикою, зокрема - однокристальних термостатованх сенсорних ІС, термостатів тощо.

Розглянуті принципи електро-теплового моделювання сенсорних ІС з використанням ППП "Spice".

Третій розділ присвячено проблемі формування прохідних характеристик вторинних перетворювачів, що забезпечують синтез заданих функціональних залежностей між вихідним та вхідним сигналами, наприклад, з метою лінеаризації характеристик перетворення сенсорних пристроїв. Вирішено проблеми:

розробки ІС спеціалізованих перемножувачів для лінеаризації характеристик перетворення сенсорних пристроїв;

розробки принципів побудови багатовузлових аналогових перемножувачів для поліномінальних функціонально синтезуючих перетворювачів з мінімальними структурними затратами;

дослідження основних факторів, які призводять до появи похибок функції перемноження, та розробки структури високопрецизійних функціонально синтезуючих аналогових перемножувачів;

розробки принципів побудови універсальних вузлів біполярних ІС, що забезпечують можливість ефективного синтезу заданих прохідних характеристик, відтворюваність та стабільність яких не залежить від абсолютного розкиду параметрів елементної бази;

розробки алгоритмів регулювання прохідної характеристики високопрецизійних аналогових кусково-апроксимаційних синтезаторів при мінімальній кількості каналів та простій процедурі синтезу.

В процесі аналізу можливих задач лінеаризації показано необхідність формування на характеристиці певної опорної точки, коефіцієнт перетворення в якій був би незмінним. Вихідна напруга розробленого лінеаризатора (рис.4), який реалізує можливість фомування опорної визначається як

де UOUT, U0 - вихідна та опорна напруги; DUX, DUY, DUZ - диференційні складові вхідної та керуючих напруг.

Принциповою відмінністю синтезаторів поліномінальних функцій на багатовузлових перемножувачах по відношенню до схем на серійних ІС є відсутність багаторазових перетворень “напруга-струм-напруга”. Всі операції по синтезу функції виконуються відповідним перетворенням величини струму, що забезпечує мінімальну кількість високоточних резисторів, некритичність до величини падіння напруги на шинах комутації, мінімізацію енергоспоживання та розширення діапазону амплітуди сигналу.

Розроблено алгоритм функціонування високопрецизійних аналогових кусково-лінійних синтезаторів, який базується на формуванні синтезованої функції матрицею квантів-генераторів струму та пороговій характреристеристиці струмовими диференційними каскадами. Виявлено, що синтез складних функціональних залежностей засобами аналогової схемотехніки можна ефективно реалізувати квазісплайновим способом на основі функції гіперболічного тангенсу. Функція характеризується двостороннім асимптотичним обмеженням, екстремумом першої похідної та симетрією першої похідної відносно екстремуму, що забезпечує її принципові переваги в аналогових засобах синтезу прохідної характеристики. Вихідна напруга синтезатора визначається як

,

де Zj = +1 - при сумуванні та Zj = -1 - при відніманні функції гіперболічного тангенсу j-того каналу від вихідної напруги; Nc0 - кількість квантів-генераторів DI0, що формують струм зміщення Іс0 перемножувача; - безрозмірна величина, яка характеризується лінійною залежністю від вхідної напруги синтезатора Ux, незалежністю від температури та від розкиду параметрів елементів ІС.

Показана можливість побудови синтезатора з регульованою зовнішніми сигналами функціональною характеристикою. В основу розробки такого універсального синтезатора покладено функцію

fj = 1 + Zj . thxj (j = 2,... m).

Оскільки fj(x<-4) ” 0, вплив сигналу j-того відрізку на рівень постійного зміщення в попередніх [1,...,(j-1)] відрізках є мінімальним, що дозволяє проводити незалежний, послідовно починаючи з першого, синтез заданої прохідної характеристики. Проведені дослідження забезпечили можливість створення однокристальної ІС для синтезу складних функціональних залежностей, що характеризується мінімальною кількістю каналів, простотою процедури синтезу, високою стабільністю та відтворюваністю параметрів.

Приводиться аналіз можливості побудови широкосмугових синтезаторів функцій. Показано, що на відміну від лінійних схем, введення від'ємних зворотних зв'язків для стабілізації характеристик апроксимаційних синтезаторів функцій є неможливим. Запропоновані широкосмугові синтезатори функцій, які в базисі біполярних схем загального призначення забезпечують смугу частот до 50МГц та можливість ефективного узгодження з первинними перетворювачами без використання двополярних джерел живлення.

Четверий розділ присвячено питанням розробки алгоритмів функціонування та принципів побудови серії універсальних термокомпенсаторів характеристик сенсорних пристроїв. В залежності від умов експлуатації та класу точності сенсорних пристроїв, реалізація термокомпенсації характеристики перетворення забезпечується на основі інтегральних температурно-керованих джерел напруги (струму), спеціалізованих схем з використанням терморезисторів чи інтегральних мультиплікаторів температурних коефіцієнтів характеристик.

В основу стабілізація режиму роботи та формування первинного температурного сигналу покладено диференційні схеми з масштабованою густиною струму. Запропоновано ряд інтегральних температурно-керованих джерел, серед яких - джерела з абсолютною, відносною та поліномінальною характеристиками. Визначальними параметрами джерел є висока універсальність, стабільність та відтворюваність характеристик.

Показана можливість схемотехнічного формування відносної температурної шкали, що забезпечує нульовий рівень сигналу термокомпенсації в заданій (опорній) температурі. Регулювання знаку та величини температурного коефіцієнту напруги джерела з відносною шкалою не призводить до появи постійного зміщення сигналу, а отже спрощує процедуру термокомпенсації. Вихідна напруга Uout розробленого джерела становить

,

де Uin, Ue - вхідна та опорна напруги; k - постійна Больцмана; q - заряд електрона; m - коефіцієнт неідеальності p-n переходів; n - коефіцієнт маштабування струму; T - абсолютна температура; R - опори.

На основі температурно-керованих джерел розроблено, досліджено та оптимізовано структури термокомпенсатора-перетворювача для сигнального кола і термокомпенсатора-стабілізатора для кола живлення первинного перетворювача. Розкриті схемні особливості окремих вузлів термокомпенсаторів та варіанти їх застосування.

Виявлена можливість синтезу температурних характеристик шляхом мультиплікації температурного коефіцієнту неінформативного параметру первинного перетворювача, або, просторово суміщеного з останнім, резистивного елементу, параметри яких можуть приймати довільні значення. Вказана можливість реалізується схемою, що формує степеневу функцію з регульованим значенням показника.

Вихідна напруга Uy такої схеми визначається як ,

де Ix, Iz - вхідний та опорні струми; K = 2R2/R1 - коефіцієнт мультиплікації. Таким чином, температурний коефіцієнт вихідного сигналу схеми aK по відношенню до її вхідного ay в околицях T=T0 визначається як

Задача термокомпенсації з використанням неінформативного параметру сигналу, пасивного елементу сенсора, чи конструктивно суміщеного з первинним перетворювачем резистивного елементу в даному випадку передбачає дві операції:

мультиплікації температурного коефіцієнту характеристики елементу, що забезпечує термокомпенсацію;

перемноження вихідного сигналу первинного перетворювача та мультиплікованої температурної характеристики термокомпенсатора.

П'ятий розділ присв'ячено новим методам термостабілізації первинних перетворювачів, основою яких є їх внутрішній саморозігрів. Особлива актуальність таких методів має місце при використанні мікроелектронних сенсорів, габарити яких динамічно зменшуються. Стабілізація температури первинних перетворювачів з безпосереднім саморозігрівом робочим струмом забезпечує мінімізацію енергозатрат, габаритів та маси пристрою, зменшення часу виходу в режим термостабілізації та підвищення надійності функціонування. Розроблені принципи побудови термостатованих сенсорних пристроїв на основі трифункціональних елементів - “первинний перетворювач - нагрівник - давач температури”. Визначені спеціальні вимоги до трифункціональних елементів.

Задача вирішується формуванням режиму періодичних циклів “розігрів - вимірювання температури - вимірювання вхідної величини” на основі первинних перетворювачів з розділеними вхідними та вихідними колами. Серед таких перетворювачів - елементи Холла, двоколекторні магнітотранзистори, мостові вимірювальні схеми. Принциповою ознакою вказаних перетворювачів є мінімальний вплив на параметри вхідного кола вимірювальних величин (крім температури), при значному достатньо великому значенні температурного коефіцієнту опору вхідного кола. Як правило більшість перетворювачів з диференціальним виходом в достатній мірі відповідають даній ознаці.

Розроблені алгоритми та відповідна елементна база забезпечення циклічного режиму роботи. В залежності від способу забезпечення циклічного режиму роботи термостабілізуючих вимірювальних систем з трифункціональним перетворювачем, останні поділяють на:

G1 - системи з фіксованою тривалістю такту (рис.8).

G2 - системи з фіксованою тривалістю періоду вимірювань.

G3 - системи з заданим гістерезисом температури стабілізації.

Різновидом термостатованих сенсорних пристроїв з внутрішнім джерелом тепловиділення є температурно-градієнтні перетворювачі (інший термін - пристрої на основі явищ теплопереносу). Такі пристрої функціональної електроніки, що містять джерела тепловиділення і давачі температури, забезпечують режим керованого нестаціонарного теплового потоку. В рамках дисертаційної роботи запромоновані нові принципи побудови твердотільних ІС на явищі теплопередачі. Їх характерними відмінностями є диференційний механізм функціонування каналу теплопередачі, відсутність постійної складової потужності розігріву, компенсаційні методи стабілізації характеристик, універсальність структурних рішень для широкого класу задач.

Основою більшості вузлів таких ІС є новий багатопрофільний компонент - теплокерований операційний підсилювач. Його функціональна схема, крім власне операційного підсилювача, містить диференційну схему електротеплової взаємодії. Мінімальний (близький до нульового) розігрів каналів теплопередачі при відсутності диференційної складової вхідного сигналу, а отже і мінімальне енергоспоживання пристрою забезпечується двотактним режимом теплового збудження.

В складі однокристальних сенсорних ІС (без використання зовнішніх конденсаторів), крім задач низькочастотної селекції, вузли на явищі теплопереносу дозволяють забезпечити амплітудну або частотну модуляцію сигналу, автоматичне регулювання підсилення, періодичне балансування нуля тощо.

В шостому розділі розглядаються спеціальні режими роботи сенсорних пристроїв, а саме - живлення по сигнальній шині та забезпечення режиму очікування.

В процесі аналізу можливих варіантів поєднання сигнальних шин з шинами живлення та розробки відповідних вторинних перетворювачів дано розвиток теорії двох та триполюсних сенсорів, в склад яких крім первинного перетворювача входять стабілізатор режиму роботи, попередні підсилювачі, перетворювачі, тощо. Показана можливість реалізації сенсорних біполярних ІС з живленням по сигнальній шині по таких основних принципах:

двополюсника з лінійною характеристикою;

двополюсника з пороговою характеристикою;

двополюсника з двофункціональною лінійною характеристикою;

двополюсника з частотним виходом;

двополюсника з двофункціональним частотно-амплітудним виходом;

триполюсника з лінійною диференційною характеристикою;

триполюсника з двофункціональною лінійною характеристикою.

Розроблені та досліджені вузли по забезпеченню широкого спектру двополюсних та диференційних триполюсних режимів роботи. Показано, що для реалізації серії сенсорних ІС з живленням по сигнальній шині є можливим використання універсальних вузлів з мінімальними структурними затратами.

Розроблені алгоритми функціонування та відповідна елементна база електронних пристроїв, які з метою мінімізації енергоспоживання, передбачають механізм автоматичного перемикання між в очікувальним і робочим режимом. Спеціалізовані ІС з наявністю очікувального режиму роботи, як окремі елементи електронних пристроїв, що в сукупності з серійними універсальними ІС, чи як складові компоненти ІС вищого рівня інтеграції, є елементною базою нового покоління енергоекономної апаратури.

В залежності від призначення пристроїв, що характеризуються дворежимним механізмом функціонування, показано, що режим очікування можна забезпечити по типу:

безпосереднього стробування пристрою синхронізуючими імпульсами;

перемикання пристрою при заданій амплітуді вхідного сигналу;

перемикання пристрою відповідним станом лінії передачі вихідного сигналу;

перемикання пристрою відповідним послідовним цифровим кодом по лінії передачі сигналу.

Проведено розробку та дослідження універсальних ІС амплітудної селекції сигналу, що є новою елементною базою схем автоматичного перемикання між робочим та очікувальним режимами роботи. Серед розроблених схем - прецизійний двопороговий компаратор, двопороговий компаратор з розширеним діапазоном амплітуди вхідного сигналу, детектор насичення лінії передачі. Отримані результати дозволяють розширити галузь застосування перетворювачів з автоматичним перемиканням між очікувальним та робочим режимами і, тим самим, мінімізувати енергоспоживання та кількість ліній передачі інформації сенсорних пристроїв.

В сьомому розділі розкрито та обгрунтовано вибір конструктивно - технологічничних базисів аналогових ІС для сенсорної техніки, серед яких - біполярні ІС середнього рівня інтеграції; біполярні високочастотні ІС; комбіновані біполярно - МДН ІС. Дано загальну характеристику розробленої серії ІС (основні параметри типових ІС наведені в розділі автореферату "практичне значення одержаних результатів").

На прикладі однокристальних магнітосенсорних схем проведено дослідження впливу структурних елементів біполярних ІС на первинні перетворювачі, і зокрема на латеральні двоколекторні магнітотранзистори. Запропоновано нові конструктивні рішення магнітотранзисторів з мінімальними нееквіпотенційністю та паразитним впливом підкладки ІС. Відносна чутливість запропонованої структури збільшується в 5 … 10 разів і становить SR = 0,6 … 1,0 Тл-1, що дозволяє використовувати таку напівпровідникову магнітотранзисторну структуру в якості високоефективного первинного перетворювача магнітосенсорних пристроїв.

З метою розширення смуги робочих частот, а також підвищення техніко-економічної ефективності нового покоління ІС для сенсорних пристроїв, розроблено спеціалізований високочастотний аналоговий базовий кристал.

В процесі розроблення та систематизації конструктивно-схемних рішень визначено основні типи функціонально-інтегрованих структур кусково-апроксимаційних синтезаторів функцій, ознаками класифікації є спосіб формування порогових характеристик, конструкція елементної бази та режими її роботи. Високоефективний варіант безрезисторних структур синтезаторів базується на горизонтальних p-n-p транзисторах, багатоемітерних n-p-n транзисторах в інверсному режимі роботи та діодах з бар'єром Шотткі

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Запропонована наукова концепція побудови аналогових твердотільних ІС для сенсорної техніки, яка базується на єдності алгоритмічних, схемотехнічних, конструктивних і технологічних рішень по комплексу задач забезпечення спеціальних режимів живлення, формування характеристик перетворення та термостабілізації мікроелектронних сенсорів нового покоління. Такі твердотільні ІС, які як спеціалізована елементна база, чи частина ІС вищого ступеня інтеграції - однокристальних функціонально завершених сенсорів, забезпечують високоефективну обробку сигналу і характеризуються повною структурно-технологічною сумісністю з вибраним конструктивно-технологічним базисом, високою універсальністю, нормальним функціонування з низьковольтними однополярними джерелами живлення та мінімальним енергоспоживанням. Важливе місце в процесі розробки мікроелектронних сенсорів в даній роботі має конверсія електронної апаратури спеціального та воєнного призначення.

2. Запропоновано базові підходи наскрізного моделювання та автоматизованого проектування характеристик аналогових ІС сенсорної техніки. Проведена адаптація універсальних засобів схемотехнічного моделювання до задач мікросенсорики. Розроблено алгоритм синтезу уніфікованих моделей первинних перетворювачів в середовищі ППП "Spice". Розроблено алгоритм та програмне забезпечення електро-теплового моделювання інтегральних пристроїв сенсорної електроніки, розсіювальна потужність в яких визначається температурним режимом елементів і навпаки. Новизною моделювання є процедура початкової установки потенціалів вузлів схеми, які розраховуються і переносяться з попереднього значення температури. Дана процедура забезпечує можливість теплового моделювання ІС з гістерезисною температурною характеристикою.

3. Розроблено новий принцип самодіагностики та корекції характеристик інтелектуальних магнітосенсорних пристроїв, який є ефективним до як завгодно великих значень вимірювальних полів. Принцип базується на трьох засадах: одночасному аналізі характеристики перетворення по інтегральній та диференційній складових сигналу; частотному рознесенні інтегральної та диференційної складових сигналу; спеціальному методу розрахунків величин функції перетворення та вимірювального магнітного поля. Показана можливість уніфікації рішень інтелектуальних магнітосенсорних пристроїв на основі спеціалізованого вузла - функціонально-інтегрованого магнітометричного перетворювача.

4. Розробленo алгоритм функціонування та структура багатовузлових функціонально синтезуючих аналогових перемножувачів. Принциповою відмінністю синтезаторів поліноміальних функцій на багатовузлових перемножувачах по відношенню до схем на серійних ІС є відсутність багаторазових перетворень “напруга-струм-напруга”. Всі операції по синтезу функції виконуються відповідним перетворенням величини струму, що забезпечує мінімальну кількість високоточних резисторів, некритичність до величини падіння напруги на шинах комутації, мінімізацію енергоспоживання та розширення діапазону амплітуди сигналу.

5. Показано, що функціонування високопрецизійних аналогових кусково-лінійних синтезаторів забезпечується матрицею квантів-генераторів струму та реалізацією порогової характреистики на струмових диференційних каскадах. Встановлено, що синтез складних функціональних залежностей засобами аналогової техніки можна ефективно реалізувати квазісплайновим способом на основі функції гіперболічного тангенсу. Функція характеризується двостороннім асимптотичним обмеженням, екстремумом першої похідної та симетрією першої похідної відносно екстремуму, що забезпечує її принципові переваги в аналогових засобах синтезу прохідної характеристики. Розроблено алгоритм побудови синтезатора з регульованою зовнішніми сигналами функціональною характеристикою. Проведені дослідження забезпечили можливість створення однокристальної ІС для синтезу складних функціональних залежностей, яка характеризується мінімальною кількістю каналів, простотою процедури синтезу, високою стабільністю та відтворюваністю параметрів.

6. Розроблено алгоритми функціонування та структура інтегральних температурно-керованих джерел, серед яких - джерела з абсолютною, відносною та поліноміальною характеристиками. Встановлена можливість синтезу температурних характеристик шляхом мультиплікації температурного коефіцієнту неінформативного параметру первинного перетворювача, або, просторово суміщеного з останнім, резистивного елементу, параметри яких можуть приймати довільні значення. Вказана можливість реалізується схемою, яка формує степеневу функцію з регульованим значенням показника. Показані умови відтворюваності та стабільності параметрів термокомпенсаторів, а також приклади їх застосування.

7. Розроблено принципи побудови та відповідна елементна база термостатованих сенсорних пристроїв на основі трифункціональних елементів - "первинний перетворювач - нагрівник - давач температури". Визначено спеціальні вимоги до трифункціональних елементів. Циклічний режим роботи "розігрів - вимірювання температури - вимірювання вхідної величини" забезпечується відповідними вимогами до тривалості тактів, тривалості періодів чи гістерезису температури стабілізації.

8. Запропоновано диференційний механізм функціонування каналу теплопередачі твердотільних ІС на явищі теплопередачі, який покладено в основу нового багатопрофільного компоненту - теплокерованого операційного підсилювача. В складі однокристальних сенсорних ІС (без використання зовнішніх конденсаторів), крім задач низькочастотної селекції, вузли на явищі внутрішнього теплопереносу дозволяють забезпечити: амплітудну або частотну модуляцію сигналу, автоматичне регулювання підсилення, періодичне балансування нуля.

9. Розкрито теоретичні аспекти та розроблено принципи реалізації сенсорних ІС в режимі двополюсників з лінійною, пороговою та двофункціональною характеристиками, двополюсників з частотним та двофункціональним частотно-амплітудним виходом, триполюсників з лінійною диференційною та двофункціональною характеристиками. Показано, що для реалізації серії сенсорних ІС з живленням по сигнальній шині є можливим використання універсальних вузлів з мінімальними структурними затратами.

10. Встановлено основні алгоритми забезпечення режиму очікування сенсорних пристроїв, які охоплюють: безпосереднє стробуванням синхронізуючими імпульсами; перемикання при заданій амплітуді вхідного сигналу; перемикання відповідним станом лінії передачі вихідного сигналу та перемикання відповідним цифровим кодом по лінії передачі аналогового вихідного сигналу. Проведено розробку та дослідження універсальних ІС амплітудної селекції сигналу, яка є новою елементною базою схем автоматичного перемикання між робочим та очікувальним режимами роботи. Отримані результати дозволяють розширити галузь застосування перетворювачів з автоматичним перемиканням між очікувальним та робочим режимами і тим самим - мінімізувати енергоспоживання та кількість ліній передачі інформації сенсорних пристроїв.

11. Розкрито та обгрунтовано вибір конструктивно-технологічничних базисів аналогових ІС для сенсорної техніки, серед яких - біполярні ІС середнього рівня інтеграції, біполярні високочастотні ІС, комбіновані біполярно-МДН ІС. Дано загальну характеристику розробленої серії ІС, і зокрема:

На прикладі однокристальних магнітосенсорних схем проведено дослідження впливу структурних елементів біполярних ІС на первинні перетворювачі, і зокрема на латеральні двоколекторні магнітотранзистори. Запропоновано нові конструктивні рішення магнітотранзисторів з мінімальними нееквіпотенційністю та паразитним впливом підкладки ІС. Відносна чутливість запропонованої структури збільшується в 5 … 10 разів і становить SR = 0,6 … 1,0 Тл-1, що дозволяє використовувати таку напівпровідникову магнітотранзисторну структуру в якості високоефективного первинного перетворювача магнітосенсорних пристроїв.

З метою розширення смуги робочих частот, а також підвищення техніко-економічної ефективності нового покоління ІС для сенсорних пристроїв, розроблено спеціалізований ВЧ аналоговий базовий кристал. На його основі реалізовано ряд ІС з смугою робочих частот до 500 МГц.

В результаті розроблення та систематизації конструктивно-схемних рішень визначено основні типи функціонально-інтегрованих структур кусково-апроксимаційних синтезаторів функцій, ознаками класифікації яких є спосіб формування порогових характеристик, конструкція елементної бази та режими її роботи. Високоефективний варіант безрезисторних структур синтезаторів базується на горизонтальних p-n-p транзисторах, багатоемітерних n-p-n транзисторах в інверсному режимі роботи та діодах з бар'єром Шотткі.

12. З метою автоматизованого вимірювання параметрів виготовлених вузлів, елементної бази, ІС та сенсорних пристроїв на їх основі розроблено багатофункціональний вимірювальний комплекс. Висока універсальність, наявність методичного забезпечення, можливість функціонування з комп'ютерами різного покоління (PC починачи з процесора і286 і до сучасних моделей Pentium) та низька собівартість розробленого комплексу дозволила розпочати його широке впровадження в навчальний процес в галузях автоматики, вимірювальної техніки, твердотільної електроніки, сенсорики, комп'ютерних систем, фізики, хімії, біомедицини тощо.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Аналогова мікросхемотехніка вимірювальних та сенсорних пристроїв / За ред. Готри З., Голяки Р. - Львів: Вид. Державного університету "Львівська політехніка", 1999. - 364 с.

2. Analogowe uklady mickroelektroniczne do zastosowan w urzadzeniach pomiarowych i czujnikack. Pod redakcja Z.Gotry / R.Goliaka, O.Gotra, W.Kalita, I.Lopatynski, W.Wojcick. - Lublin, 2000. - 419 s.

3. Мікроелектронні сенсорні пристрої магнітного поля. За ред. Готри З.Ю. / Большакова І.А., Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Готра З.Ю., Лопатинський І.Є., Потенцкі Є., Сопільник Л.І. - Львів: Вид. Національного університету "Львівська політехніка", 2001. - 412 с.

4. Голяка Р. Функціонально синтезуючі ІС. Розділ 6 в монографії "Аналогова мікросхемотехніка вимірювальних та сенсорних пристроїв" / За ред. Готри З., Голяки Р. - Львів: Вид. Державного університету "Львівська політехніка", 1999. - С.123-167.

5. Голяка Р. Термостатування саморозігрівом первинних перетворювачів. Розділ 10 в монографії "Аналогова мікросхемотехніка вимірювальних та сенсорних пристроїв" / За ред. Готри З., Голяки Р. - Львів: Вид. Державного університету "Львівська політехніка", 1999. - С.256-277.

6. Голяка Р. Спеціальні режими роботи сенсорних пристроїв. Розділ 11 в монографії "Аналогова мікросхемотехніка вимірювальних та сенсорних пристроїв" / За ред. Готри З., Голяки Р. - Львів: Вид. Державного університету "Львівська політехніка", 1999. - С.278-325.

7. Готра З., Голяка Р., Петрів О., Морозов Ю. Однокристальні вторинні перетворювачі вимірювальних систем // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв. - 1996. - № 302. - С.94-97.

8. Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка А.І., Каліта В. Система автоматичного регулювання підсилення з теплоелектричним зворотнім зв'язком // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Автоматика, вимірювання та керування. - 1996. -№ 305. -С.75-78.

9. Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка А.І. Моделювання теплових режимів інтегральних схем за допомогою пакета Pspice // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Комп'ютерні системи проектування: теорія та практика - 1996. - № 313. - С.114-120.

10. Голяка Р.Л. Структурні засоби аналогового оброблення сигналу в мікроелектронних сенсорних пристроях // Тематичний збірник статей "Схемотехніка інтегральних аналогових сенсорних пристроїв". За редакцією З.Ю.Готри, Р.Л.Голяки, В.Каліти - Львів, видавництво ДУ "Львівська політехніа". - 1996. - С.3-10.

11. Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Морозов Ю.В., Халавка А.І. Очікувальний режим роботи біполярних сенсорних ІС багатоканальних інформаційно-вимірювальних систем // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Комп'ютерні системи проектування: теорія та практика - 1996. - № 313. - С.142-148.

12. Готра З., Голяка Р., Халавка А. Теплокерований операційний підсилювач // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв. - 1997. - № 326. - С.88-92.

13. Gotra Z.Yu., Golyaka R.L., Gladoun M.R., Martinov D.O., Kalita W., Bansky J., Slosareik S., Dovica M. Controlled voltage source with relative temperature scale // International Journal of Microcircuits & Electronic Packaging. - IMAPS. - 1997. - Vol.20. - № 3 - PP.447-452.

14. Gotra Z., Golyaka R., Morozov Y., Gladoun M.R., Slosarcik S., Gmiterko A. Secondary transducers of sensor integrated circuits with signal bus supply // Journal of Electrical Engineering. - 1997. - Vol.48. - № 11. - PP.292-297.

15. Gotra Z.Yu., Golyaka R.L., Khalavka A.I., Kalita W., Bansky J. Thermal-controlled operational amplifier as a new multi-porpose component of monolithic low-frequency ICs // International Journal of Microcircuits & Electronic Packaging. - IMAPS. - 1997. - Vol.20. - № 4 - PP.516-520.

16. Bansky J., Gotra Z.Yu., Golyaka R.L., Khalavka A.I., Kalita W., Application of the heat-transfer process to monolithic low-frequency IC design // Journal of Electrical Engineering. - 1997. - Vol.48. - № 12. - PP.307-311.

17. Голяка Р. Алгоритм функціонування та структура аналогового синтезатора функцій // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Радіоелектроніка та телекомунікації. - 1998. - №352. - С.179-183.

18. Голяка Р. Інтегральні термокомпенсатори сенсорних пристроїв // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Електроніка. - 1998. - №357. - С.18-24.

19. ГотраЗ., Голяка Р., Гладун М. Розробка та дослідження латеральних двоколекторних магнетотранзисторів // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Електроніка. - 1998. - №357. - С.24-30.

20. Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка А.И. Монолитные полупроводниковые интегрированные цепи на эффектах теплопередачи // Известия ВУЗов "Радиоэлектроника". - 1999. - Том 42. № 1-2. - С.59-65.

21. Голяка Р. Методика аналізу характеристик аналогових синтезаторів функцій // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Радіоелектроніка та телекомунікації. - 1999. - № 367. - С.6-10.

22. Большакова І., Голяка Р. Алгоритми термостабілізації функціонально-інтегрованих магнітометичних перетворювачів // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Радіоелектроніка та телекомунікації. - 2000. - № 387. - С.70-75.

23. Гладун М.Р., Голяка Р.Л., Лопатинський І.Є. Лінеаризація характеристики перетворення магнітокерованих інтегральних схем // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Елементи теорії та прилади твердотілої електроніки. - 2000. - № 393. - С.3-7.

24. Голяка Р.Л., Єрашок В.Е., Максимів І.В. Дослідження та аналіз стабільності інтегрального низьковольтного джерела опорної напруги // Вісник ДУ "Львівська політехніка". Електроніка. - 2000. - № 397. - С.32-36.

25. І.А.Большакова, Р.Л.Голяка. Функціонально-інтегрований магнітометричний перетворювач // Технології створення перспективних комп'ютерних засобів та систем з використанням новітньої елементної бази: Зб. наукових праць / НАН України. Ін-т кібернетики ім. В.М.Глушкова, Наук. рада НАН України з пробл. "Кібернетика". - Київ, 2000. - С.149-154.