Радиоволновая диагностика электронных устройств по цепям электропитания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Никольшин Михаил Юрьевич

• Никольшин Михаил Юрьевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Никольшин Михаил Юрьевич

Введение

Раздел 1. Обзор состояния современных методов неразрушающей технической диагностики

1.1. Неэлектрофизические методы диагностики

1.1.1. Оптический контроль

1.1.2. Радиационный контроль

1.1.3. Термический контроль

1.1.4. Вибрационный контроль

1.2. Электрофизические методы диагностики

1.2.1. Контроль токов и напряжений

1.2.2. Шумовая диагностика

1.2.3. Измерение параметров рассеяния

1.2.4. Электронная рефлектометрия

1.2.5. Гетеродинная индикация резонанса

1.2.6. Радиоволновая и радиосенсорная диагностика

1.3. Основные выводы по разделу

Раздел 2. Аналитические соотношения и моделирование генерации сигнального радиопрофиля по цепям электропитания

2.1. Общие аналитические выражения генерации сигнального радиопрофиля

2.2. Условия возникновения колебания сигнального радиопрофиля

2.3. Генерация сигнального радиопрофиля при ненулевом времени нарастания фронта напряжения электропитания

2.4. Вычисление сравнительных параметров сигнального радиопрофиля

2.5. Корреляционный анализ сигнального радиопрофиля

2.5.1. Корреляционный анализ с оконной функцией

2.6. Спектральное и спектрально-временное преобразование сигнального радиопрофиля

2.6.1. Спектрально-временное преобразование с использованием корреляционной обратной связи

2.7. Моделирование генерации сигнального радиопрофиля

2.7.1. Моделирование в среде ЬТБрюе

2.7.2. Построение схемотехнической модели и моделирование

2.7.3. БРГСЕ-моделирование и радиоволновая диагностика

2.8. Основные выводы по разделу

Раздел 3. Анализ характеристик тракта регистрации СРП по цепям электропитания

3.1. Влияние индуктивности источника электропитания на генерацию сигнального радиопрофиля

3.2. Компенсационный конденсатор и его влияние на генерацию сигнального радиопрофиля

3.3. Высокоскоростные коммутаторы для генерации сигнального радиопрофиля

3.4. Обзор преобразователей тока сигнального радиопрофиля в напряжение

3.4.1. Передаточная характеристика резистивного шунта

3.5. Влияние интегрирующих цепей на входе исследуемого устройства на формирование СРП

3.6. Регистрация сигнального радиопрофиля при питании переменным током

3.7. Влияние собственных шумов на регистрацию СРП по цепям электропитания

3.8. Усреднение СРП при повышенном уровне шума

3.9. Статистическая взаимосвязь сигнальных радиопрофилей при их экспериментальной регистрации

3.10. Влияние времени нарастания напряжения электропитания на амплитудно-частотные параметры сигнального радиопрофиля

3.11. Влияние внешней шумовой помехи на генерацию СРП

3.12. Основные выводы к разделу

Раздел 4. Экспериментальная регистрация СРП и проведение диагностики

4.1. Планирование эксперимента

4.2. Параметры экспериментального стенда

4.3. Анализ сигнального радиопрофиля сетевого фильтра

4.3.1. Исследование при помощи корреляционной функции

4.4. Анализ сигнального радиопрофиля DC/DC преобразователя

4.5. Основные выводы к разделу

Заключение

Перечень обозначений и сокращений

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Радиоволновая диагностика электронных устройств по цепям электропитания»

Введение

Развитие современной электронной техники идет по пути снижения электропотребления, миниатюризации, повышения быстродействия, совмещения нескольких функциональных возможностей в одном изделии, что сопряжено с его усложнением, как схемотехническим, так и конструктивным. Это требует совершенствования средств и методов диагностики электронных устройств, поскольку существующие методы не всегда возможны или удобны к использованию применительно к описанным устройствам.

Диагностика электронных устройств (ЭУ) - сложная научно-техническая задача, и на сегодняшний день не существует единого подхода к осуществлению диагностических мероприятий. Косвенным подтверждением этого факта является возрастающая ориентация разработчиков ЭУ на ремонт, осуществляемый путем замены не вышедших из строя электронных компонентов (ЭК), а целых функциональных блоков. С экономической точки зрения это выгодно с позиции уменьшения числа единиц хранения (очевидно, что даже простой блок современной ЭУ состоит из множества разнообразных компонентов), а с технической - снижение затрат как трудовых, так и оборудования, для осуществления диагностики нерабочего ЭУ. Упрощение позволяет уменьшить время на диагностику, что также позитивно сказывается на экономических показателях.

Актуальность работы. Развитие функциональных и потребительских возможностей ЭУ требует развития методов и аппаратных средств диагностики. Все большее распространение приобретают системы «интернета вещей» (Internet of Things, IoT) [95], где информационными каналами связи соединены электронные приборы и датчики - «умный дом», учебная лаборатория. Здесь необходимо обеспечивать идентификацию подключенного электронного устройства для корректного выполнения алгоритма взаимосвязи с ним, и определение его технического состояния, которое ввиду продолжительного режима работы этих систем нужно проводить без отключения приборов от питающей и информационной сетей.

Важным является аспект выявления ЭУ, имеющих в своем составе ЭК, параметры которых ухудшаются с течением времени. Это могут быть, например, электролитические конденсаторы в фильтрах напряжения питания, которые при повышенной температуре и протекающих токах теряют емкость из-за испарения электролита, деградирующие при работе на комплексную, а не активную, нагрузку транзисторные каскады [22]. Несмотря на то, что параметры деградирующих ЭК некоторое время будут оставаться в пределах, указанных в технической документации, а ухудшение параметров не будет влиять на работу изделия, рано или поздно параметры деградируют до предела, ниже которого ЭУ утратит работоспособность. Раннее выявление деградирующих ЭК позволит проводить их замену до выхода ЭУ из строя, поскольку вышедший из строя компонент может вызвать потерю функциональности у иных ЭК, что усложнит дальнейший ремонт.

Уменьшение габаритов сужает область применения контактных методов диагностики ввиду сложности подключения измерительных щупов или зондов, повышение частот вызывает сложности с согласованием сигнальной линии с распределенными параметрами щупа или зонда и с входными параметрами измерительного прибора, понижение энергопотребления вызывает снижение диссипации энергии и усложнение вплоть до невозможности применения тепловой диагностики. Диагностический режим на подавляющем большинстве аппаратуры реализуется подачей функциональных тестов, и осуществляется только при останове функционирования изделия.

Классические методы диагностики, такие как непосредственные измерения параметров ЭУ в контрольных точках при помощи специализированного оборудования, не всегда применимы в силу малых габаритов изделия и сравнительно высоких рабочих частот. Внедрение специализированных самодиагностических узлов в состав изделия, в том числе цифровых систем периферийного сканирования кристаллов интегральных микросхем, усложняет и без того перегруженные схемы современных ЭУ, повышает их массу и габариты. Неэлектрические методы диагностики, такие как анализ теплового излучения, не могут использоваться в отрыве от электрических методов, применение которых

вызывает определенные затруднения. Известный метод радиосенсорной диагностики, предполагающий исследование генерируемого электронным устройством ближнего электромагнитного излучения, именуемого также сигнальным радиопрофилем (СРП) [37,82], во время его включения, испытывает определенные затруднения при работе с экранированными или малоизлучающими устройствами, требует применения сверхширокополосной антенны, учета параметров распространения радиоволн.

Разработка и исследование нового метода диагностики технического состояния ЭУ, свободного от указанных выше ограничений, определяет актуальность темы исследования.

Степень разработанности темы. Современные методы диагностики проводят анализ состояния ЭУ на основе исследования высокочастотных колебаний, возникающих в результате перераспределения энергии между реактивными элементами (полезными или паразитными) при изменении тока потребления (включение или выключение питания, переключение пределов измерения, переключение внутренних элементов и т.п.), либо же в случае облучения его сверхкоротким радиоимпульсом [46]. Исследование излучения не предполагает вмешательства в схему. Схожий принцип действия имеет метод, именуемый «атака по питанию» [8], при котором осуществляется сбор информации о работе цифрового устройства исходя из закономерностей между выполняемыми инструкциями и колебаниями его питания, тепловыделением, излучением в радиочастотной области.

Среди исследователей, имеющих работы в области диагностики ЭУ, можно выделить А.А. Чернышева [105], А.И. Заревич [60], В.В. Карибского, П.С. Пархоменко, Е.С. Согомоняна [62], Н.В. Киселева, В.А. Сечкина [64], С.П. Ксенза [70,71], Joseph J. Carr [6,7,63], R.S. Khandpur [13]. Наиболее близко к рассматриваемой работе относятся труды [2,9], в которых ставится задача идентификации подключенного к сети электропитания электронного устройства. Однако, в них не исследуются вопросы диагностики подключенного ЭУ, в связи с чем возникает научная проблема, выражающаяся в отсутствии на сегодняшний

день метода диагностики ЭУ на основе исследований колебаний, возникающих на цепях электропитания при изменении электрических режимов ЭУ.

Объектом исследования является процесс радиоволновой диагностики электронных устройств посредством анализа СРП.

Предметом исследования выступают аппаратные и программные методы регистрации и анализа составляющих СРП, распространяющихся по цепям электропитания устройства.

Цель работы - повышение эффективности радиоволновой диагностики за счет регистрации и анализа СРП в цепях электропитания исследуемого электронного устройства.

Для достижения цели решены следующие задачи:

1) Расчет и моделирование генерации СРП в цепях электропитания электронного устройства;

2) Определение технических характеристик тракта регистрации СРП в цепях электропитания;

3) Макетирование быстродействующего бездребезгового коммутирующего устройства, предназначенного для генерации СРП;

4) Разработка аппаратного стенда, предназначенного для регистрации СРП по цепям электропитания ЭУ;

5) Анализ СРП и определение значений его параметров для обнаружения дефектов в исследуемом электронном устройстве.

Научная новизна:

1. Предложен метод регистрации СРП в цепях электропитания исследуемого устройства, отличающийся от известного радиосенсорного метода повышенной помехоустойчивостью. Такой подход исключает использование антенны в тракте регистрации и связанные с ней затруднения, такие как расчет полосы частот и диаграммы направленности, а также выбор размещения относительно исследуемого устройства;

2. Решена задача снижения нестабильности при генерации СРП посредством быстродействующего ключа с временем нарастания фронта 7 нс. Ключ отличается

от известных отсутствием дребезга контактов, высоким быстродействием, устойчивостью к импульсным токам, наличием развязки от индуктивности цепи электропитания и встроенным токосъемным шунтом. Снижение нестабильности подтверждается высоким коэффициентом корреляции (до 0,98) между последовательными реализациями СРП;

3. Решена задача компенсации паразитной индуктивности источника электропитания при помощи компенсационной емкости, отличающаяся от известных учетом влияния индуктивности источника электропитания на СРП;

4. Разработана методика расчета параметров цифрового измерительного тракта, отличающаяся учетом корреляционных параметров СРП при его анализе;

5. Предложена методика анализа влияния вариаций параметров реактивных элементов на СРП посредством SPICE-моделирования, отличающаяся от экспериментальных аналогов возможностью задания произвольных допусков компонентов.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии методологии радиоволновой диагностики электронных устройств.

Практическая значимость работы состоит в разработке аппаратных средств генерации и анализа сигнального радиопрофиля, позволяющих проводить диагностические и идентификационные действия при непосредственном подключении к цепям электропитания исследуемого устройства.

Методы исследования. При выполнении диссертационного исследования использованы теория электрических процессов в колебательных контурах, методы статистического и корреляционного анализа, методы цифровой обработки сигналов, методы компьютерного схемотехнического БР1СЕ-моделирования, а также методы экспериментальных исследований и анализа их результатов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Неизменность переходной характеристики фронта напряжения электропитания при включении, обеспечиваемая быстродействующим электронным ключом, позволяет получать значения коэффициента корреляции между СРП до 0,98;

2. Изменение времени нарастания напряжения электропитания на исследуемом ЭУ в пределах 10.. .1 нс позволяет расширить рабочую полосу частот СРП с 10 до 100 МГц по уровню 0 дБ относительно идеального ступенчатого воздействия;

3. Метод регистрации СРП по цепям электропитания ЭУ позволяет при однократной регистрации обеспечить корреляционный параметр Пирсона 0,9 при отношении сигнал/шум не хуже 7 дБ.

4. Метод регистрации СРП по цепям электропитания обеспечивает значение корреляционного параметра Пирсона не менее 0,96 при получении его в условиях воздействия шумовой помехи интенсивностью -(66. 5) дБм.

Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждена согласием результатов математического моделирования, компьютерного моделирования и экспериментальных исследований, высокой сходимостью статистических корреляционных параметров, полученных в результате моделирования и эксперимента.

Апробация результатов работы производилась на:

VII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем ("Радиоинфоком-2023")». Москва, 20-24 ноября 2023 г., III Национальной научно-практической конференции «Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты». Москва, 27-28 мая 2024 г.; Международной межведомственной научно-технической конференции «Космические технологии - 2024». Москва, 16-20 сентября 2024 г.; VIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем ("Радиоинфоком-2024")». Москва, 18-22 ноября 2024 г.; Международной научно-техническая конференции «Оптические технологии, материалы и системы (Оптотех - 2024)». Москва, 02-08 декабря 2024 г.; II Всероссийской научно-практической конференции «Интеллектуальная энергетика». Томск, 12-14 ноября 2024 г.

Соответствие паспорту специальности

Задачи диссертационной работы и полученные результаты соответствуют пунктам 1, 3, 8 паспорта научной специальности 2.2.13. Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертационного исследования получены лично автором. Совместно с научным руководителем обсуждались все этапы работы над исследованием. Личный вклад включает выбор методов анализа, моделирование, разработку математических моделей, метода и экспериментального стенда.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 9 работах, из них 3 статьи в рецензируемых журналах из Перечня ВАК по специальности, 6 работ в сборниках трудов национальных и международных конференций.

Внедрение результатов. Диссертационное исследование проводилось в рамках инициативной НИР 170-ИРИ РТУ МИРЭА. Основные полученные результаты использованы в образовательном процессе РТУ МИРЭА (дисциплина «Схемотехника электронных устройств»), а также в опытно-конструкторских разработках ООО «Опытный завод энергетического машиностроения» (г. Москва).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы, перечня сокращений и приложения. Диссертация содержит 115 страниц текста, 48 иллюстраций, 12 таблиц. Список литературы включает 108 наименований.

Раздел 1. Обзор состояния современных методов неразрушающей

технической диагностики

Современная электроника в своем развитии ориентируется в первую очередь на полупроводниковую технологию. Отдельные области, в которых доминирует вакуумная техника, такие как область мощных ВЧ- и СВЧ-приборов, крайне малы по сравнению с выпуском полупроводниковых компонентов, и имеют собственные методы диагностики, поэтому в настоящей работе не рассматриваются.

Неразрушающий контроль ЭУ осуществляется при помощи неэлектрофизических и электрофизических методов. В большинстве случаев диагностических мероприятий используется комбинация этих методов: например, сначала при помощи визуальной (т.е. неэлектрофизической) диагностики находится ЭК с внешними признаками неисправности (например, следы перегрева), а потом при помощи электрофизических методов производится контроль электрических параметров схемы либо участка схемы с вышедшим из строя компонентом. Стоит отметить, что основным подтверждающим методом является электрофизическая диагностика, остальные методы лишь упрощают поиск неисправного ЭК, но дать окончательное заключение об исправности или неисправности электронного компонента они не могут.

1.1. Неэлектрофизические методы диагностики К неэлектрофизическим методам относятся методы, оценивающие неэлектрические величины, такие как внешний вид, тепловыделение и др., которые являются проявлениями электрических взаимодействий. Они играют важную роль в общем объеме диагностических мероприятий, и процесс диагностики начинается именно с неэлектрофизического метода визуального осмотра. Это же справедливо и для поверки средств измерений [50].

1.1.1. Оптический контроль Метод основан на взаимодействии электронного узла, исследуемого ЭУ с световым излучением различного спектра. Оптический метод диагностики важен с точки зрения оперативного выявления вышедших из строя компонентов или узлов

в том случае, если они отказали с видимыми следами [91], но не позволяет установить физических причин возникновения дефекта. Это происходит из-за трех основных причин:

• Наблюдается конечный эффект. Например, электрический пробой транзистора может перерасти в тепловой, и наблюдаться будут эффекты теплового пробоя. В этом случае установление истинной причины выхода транзистора из строя, а именно электрического пробоя, основываясь только на результатах визуального осмотра, невозможно;

• Компонент с видимыми следами повреждения мог выйти из строя по причине отказа иного компонента, который визуально цел, либо же внешние повреждения слишком незначительны-для уверенного их опознания;

• В случае отсутствия визуального доступа определить исправность компонента без дополнительных мер (снятие крышек, демонтаж мешающих обзору компонентов, применение эндоскопа) невозможно.

1.1.2. Радиационный контроль

Предметом радиационного контроля является влияние прохождения сквозь ЭУ заряженных частиц, которые после регистрируются при помощи матрицы-прибора с зарядовой связью (ПЗС-матрицы), фотопленки и т.п. чувствительных к ионизирующим излучениям материалах или приспособлениях [24]. Позволяет установить обрывы металлических проводников, трещины в кристаллах полупроводниковых элементов, наличие сажи как следствие горения. Метод часто используется для определения обрывов разварок и для определения соосности и верности расположения элементов друг относительно друга [48].

К несомненным достоинствам метода относится возможность исследований корпусированных ЭК и печатных узлов. К недостаткам метода относится крайне дорогостоящее оборудование и необходимость выделения отдельного помещения с обустройством биологической защиты.

1.1.3. Термический контроль

Основывается на оценке температур компонентов ЭУ. При протекании тока через сопротивление Д, на нем, согласно правилу Джоуля-Ленца, будет рассеиваться мощность, пропорциональная квадрату тока:

Р = 12Я (1.1)

Для некоторых ЭК, таких как транзисторы, мощные резисторы, нормируется также параметр теплового сопротивления и теплового импеданса [59]. Тепловое сопротивление имеет область применимости при статическом тепловыделении, тепловой импеданс - при динамическом, например, при использовании ЭК в ключевом режиме. Зная рассеиваемую мощность (1.1) и параметры теплового сопротивления либо импеданса, можно вычислить температуру, до которой будет нагрет ЭК при расчетном режиме рассеивания мощности.

Термическая диагностика подразделяется на две категории: бесконтактную, при которой оценка производится путем приема теплового излучения в ИК-диапазоне на фотоприемник (болометр, ПЗС-матрица и иные электронные приемники теплового излучения; это роднит данный метод с оптическим), и на контактный, при котором температура воздействует непосредственно на термодатчик (терморезистор, термопара, р-п переход), физически контактирующий с исследуемым ЭК или устройством, и на который передается нагрев.

Аномальные отклонения от установившегося поля температур, равно как и от температуры компонентов, при идентичных параметрах напряжений питания, нагрузки, выходных параметрах свидетельствуют о перераспределении токов в схеме, которое может быть вызвано старением компонентов или их выходом из строя.

Термическая диагностика позволяет определять состояние не только корпусированных ЭК и печатных узлов, но и кристаллов, в частности транзисторов. Ниже приведена фотография [48] кристалла транзистора П217 (Рисунок 1), где

наблюдается локальный перегрев (порядка 80 °С) в области разварки эмиттерного вывода, который не обнаруживался электрическими испытаниями:

Рисунок 1 - Термофотография кристалла транзистора с локальным перегревом

Термический метод широко применяется для оперативного контроля состояния ЭУ, поскольку нагрев компонента имеет взаимосвязь с его сроком службы. Например, производители электролитических конденсаторов приводят рекомендации [96] по снижению температуры их эксплуатации, выигрыш составляет двукратное увеличение срока службы при уменьшении температуры на 10 °С.

1.1.4. Вибрационный контроль

В ходе эксплуатации ЭУ может подвергаться перегрузкам при ускорении, а также воздействию вибрации. Это может привести к механическому повреждению конструкции ЭУ, а также к отрыву ЭК от паек.

При совпадении резонансных частот узлов ЭУ с частотой воздействующей вибрации может наступить разрушение ЭУ даже при малой амплитуде вибраций. Для устранения этого явления резонансные частоты узлов нормируются при составлении технических заданий, а готовые ЭУ проверяются на вибростендах.

Воздействие, создаваемое вибростендом, может иметь как гармоническую, так и импульсную форму. Импульсную форму ускорения сложнее продуцировать,

поскольку ее временные параметры будут искажать массы и резонансные частоты подвижной системы вибростенда. Для исправления этого можно применить электромеханическую обратную связь с отдельного акселерометра [90].

Метод используется для обеспечения комплексной стойкости ЭУ к различным внешним воздействующим факторам.

1.2. Электрофизические методы диагностики

Ведущее положение в области диагностики ЭУ занимают электрофизические методы, оценивающие непосредственно токи и напряжения в исследуемом ЭУ. Так как параметры абсолютного большинства электронных компонентов нормированы от тока или от напряжения, то оценка электрофизическими методами является решающей при вынесении решения об исправности либо неисправности компонента или узла. Электрофизические методы, в свою очередь, подразделяются на контактные и бесконтактные. В случае контактных методов происходит непосредственное электрическое подключение электро- или радиоизмерительного прибора к схеме посредством проводников (щупов, зондов), в случае бесконтактных - происходит измерение излучения в радиочастотной области. Контактные методы предполагают большее разрешение и чувствительность, но подключение измерительного прибора к схеме влияет на ее параметры, что может исказить токи и напряжения в схеме. Особенно это заметно в высокочастотных схемах. Бесконтактные методы, осуществляемые за счет приема электромагнитного или теплового излучения, не влияют на электронный узел, однако требуют специфического оборудования: направленные сверхширокополосные антенны и малошумящие усилители к ним, осциллографы с высокой частотой дискретизации, которые на сегодняшний день являются дорогим оборудованием.

Существует также класс методов, которые реализуются и в части контактной, и в части бесконтактной диагностики, в частности спектральный анализ.

1.2.1. Контроль токов и напряжений

При подключении измерительного прибора (например: вольтметр, амперметр, осциллограф, спектроанализатор) к схеме становится возможным измерение численных значений напряжений и токов, а также форм переменного сигнала и сравнение их с эталонными значениями либо формами в контрольных точках. Метод является наиболее точным на сегодняшний день, но имеет неустранимый недостаток в виде внесения в схему дополнительных элементов, обусловленных паразитными сопротивлениями, емкостями и индуктивностями измерительного оборудования и щупов. Для снижения влияния этих паразитных параметров увеличивают входные сопротивления у вольтметров и уменьшают их у амперметров [16], используют активные щупы для осциллографов [12]. Влияние входной емкости осциллографов вынуждает всемерно снижать ее и применять щупы-делители. На частотах порядка гигагерц и выше измерения зачастую возможны только в специально введенных разработчиком контрольных точках, из которых выведены диагностические разъемы или волноводы, к которым и осуществляется подключение измерительного оборудования с учетом согласования волновых сопротивлений.

К достоинствам данного метода относится наивысшая на сегодняшний день точность, наглядность результатов, концептуальная простота измерений. К недостаткам можно отнести влияние измерительной аппаратуры на схему, сложность подключения щупов (зондов) к схеме.

1.2.2. Шумовая диагностика

Электронные приборы во время своей работы генерируют шумы различной природы [40]. Отсутствие шумов присуще только идеальным реактивным компонентам. Для исследований полупроводниковых приборов интерес

представляют дробовые шумы и шумы вида , называемые также фликкер-

шумом, так как по их параметрам можно оценить качество полупроводникового материала и ориентацию пластины полупроводника [41].

Измерение шумов вида затруднено, поскольку они имеют малый

уровень и требуют усиления [81], но их сравнительно низкая частота (в пределах 0,01... 1000 Гц) отчасти компенсирует этот недостаток.

Метод в основном используется для критичных к шуму компонентов. К их

числу можно отнести прецизионные стабилитроны, где важен шум вида в силу

большого времени интегрирования аналого-цифрового преобразователя (АЦП), с которыми они используются, малошумящие транзисторы и ОУ, высокочастотные усилители.

К достоинствам метода относится возможность определения одного из самых критичных для функционирования схемы параметров - шума, к недостаткам - сомнительная во всех прочих случаях функциональность и малораспространенность соответствующего диагностического оборудования.

1.2.3. Измерение параметров рассеяния

Радиотехнические устройства, представленные в виде четырехполюсников, обычно аналитически описываются матрицей рассеяния [75]. Иначе параметры рассеяния именуются S-параметрами (от англ. scattering - рассеяние). Метод имеет широчайшее распространение в области исследования высокочастотных устройств: аттенюаторов, усилителей, фильтров, фазовращателей и др., поскольку хорошо разработанный математический аппарат позволяет вычислять из S-параметров любые практически значимые электрические параметры ЭУ.

Задача измерителя S-параметров, иначе называемого векторным анализатором цепей, состоит в измерении поданной на вход устройства волны и измерении отраженной и прошедшей через устройство волн.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Никольшин Михаил Юрьевич, 2026 год

Библиографический список

1. Analog Devices: Application note AN-940. Low Noise Amplifier Selection Guide for Optimal Noise Performance [электронный ресурс]. URL: https: //www.raffia. ch/content/datasheets/volume 15/AN-940_LowNoise_0P-Selection.pdf (дата обращения 03.03.2026)

2. Baker R., Martinovic I. Detecting Malicious Power Line Networks from EM Emissions // ICT Systems Security and Privacy Protection (SEC 2018) -pp.108-121.

3. Box G.E.P., Muller M.E. A note on the generation of random normal deviates // Math.Statist. 1958. Vol 29. №2. P. 610-611.

4. Brunn E. CMOS Integrated Circuit Simulation with LTSpice IV. [электронный ресурс] URL: https://www.choolsgroup.com/Best-Books/Book%20Boon%20Books/Engineering/CM0S%20Integrated%20Circuit %20Simulation%20with%20LTspice.pdf (дата обращения 03.03.2026)

5. Bultitude J., Lones J., McConnell J., Gurav A. Stacked Ceramic Capacitors for High Temperatures (>200 °C) // Journal of Microelectronics and Electronic Packaging. 2014. № 11. p.166-173.

6. Carr Joseph J. How to Troubleshoot and Repair Amateur Radio Equipment. TAB Books Inc.,U.S., 1980. - 441 p.

7. Carr Joseph J. Digital electronics troubleshooting. Tab Books, 1987. - 422 p.

8. Chipwhisper [электронный ресурс]. URL:https://chipwhisperer.readthedocs.io/en/latest/ (дата обращения 03.03.2026)

9. Degardin V., Laly P., Lienard M., Degauque P. Compromising Radiated Emission from a Power Line Communication Cable // Journal of Communications Software and Systems. - №1. - 2011. pp.16-21.

10.Ferreira J.A., Cronje W.A., Relihan W.A. Integration of High Frequency Current Shunts in Power Electronics Circuits // IEEE Transactions On Power Electronics. 1995. Vol.10. №1. p.32-37.

11.Keysight Technologies: Choosing the Best Passive and Active Oscilloscope Probes for Your Tasks [электронный ресурс] URL:https://www.sglabs.it/pubHc/Probes.pdf (дата обращения 03.03.2026)

12.Keysight Technologies: N2780/1/2/3B Current Probes User Guide [электронный ресурс]. URL:https://prc.keysight.com/Content/PDF_Files/N2780-97008.pdf (дата обращения 04.03.2026)

13.Khandpur R.S. Troubleshooting electronic equipment. McGraw Hill, 2007. -464 p.

14.Koa Speer: High Frequency resistors parameters [электронный ресурс] https://www.koaspeer.com/pdfs/technical_notes/High-frequency_characteristics_EN.pdf (дата обращения 05.03.2026)

15.Liang X.L. Ultra-Wideband Antenna and Design // Ultra Wideband - Current Status and Future Trends. 2012. p.127-152.

16.Razavi B. The Transimpedance Amplifier // IEEE Solid-State Circuit Magazine. 2019. №4. p.10-13,97.

17.Rogowski W., Steinhaus U. Die Messung der magnetischen Spannung. // Archiv für Elektrotechnik. - 1912. - Vol.1. - № 4. - p. 141 - 150.

18.Vishay Intertechnology, inc.: MCS, MCT, MCU, MCA Professional Thin Film Resistors [электронный ресурс]. URL:https://www.vishay.com/docs/28705/mcx0x0xpro.pdf (дата обращения 04.03.2026)

19.Vishay Intertechnology, inc.:CHP,HCHP High Stability Resistor Chips [электронный ресурс]. URL:https://www.vishay.com/docs/52023/chp.pdf (дата обращения 04.03.2026)

20.Vishay Intertechnology, inc.:Frequency Response of Thin Film Chip Resistors [электронный ресурс] URL:https://www.vishay.com/docs/60107/freqresp.pdf (дата обращения 03.03.2026)

21.Vladimirescu A. The SPICE Book. New York:John Wiley and Sons inc.

1994. - 412 p.

22. Агеев С.И. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС // Радио. - № 10. - 1999. -с. 15-18.

23.Айчифер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание: пер. с англ. М.:Издательский дом "Вильямс", 2004. -992 с.

24.Алыков А., Корбанкова Т., Кулибаба А., Сашов А., Суконкин М. Рентгеновский контроль электронной компонентной базы // Электроника:Наука, технология, бизнес. 2021. № 6. С. 62-65.

25.Андреев Д.А., Божокин С.В., Веневцев И.Д., Жунусов К.Т. Преобразование Габора и непрерывное вейвлет-преобразование для модельных импульсных сигналов // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. Вып. 10. С. 10-15.

26. Ардиззони Дж. Практическое руководство по разработке печатных плат для высокочастотных схем. // Компоненты и технологии. — 2007. — №12. — С. 157-162.

27.Ардизони Д. Практическое руководство по разработке печатных плат для и технологии. // Компоненты и технологии. 2007. № 12. С. 157-161.

28.Баврина А.П., Борисов И.Б. Современные правила применения корреляционного анализа // Медицинский альманах. - № 3 (68) - 2021. С. 70-79.

29.Бачурин В.В., Ваксенбург В.Я., Дьяконов В.П., Максимчук А.А., Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник. М.:Радио и связь, 1994. - 280 с.

30.Бедарева Е.В. Совершенствование динамических характеристик коаксиальных шунтов переменного тока [Текст]: автореф. дис. канд. тех. наук: 05.11.01 / Бедарева Елена Вячеславовна; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск, 2014. -20 с.

31.Белашов В.Ю., Чураев Р.Р. Оценка уровня коммутационных полевых помех, возбуждаемых токоограничителем // Изв. вузов. Проблемы энергетики. -2004. - № 1-2. - С. 59-70.

32.Бельчиков С. Коэффициент шума. Теория и практика измерений. // Компоненты и технологии. 2008. № 4. С. 196-199.

33.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи: учеб. для студ. электротехн., энерг. и приборостроит. спец. вузов. / Л.А.Бессонов. -7-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа. - 1978. -528 с.

34.Бойков К.А. Метод радиоволновой аутентификации микропроцессорных устройств: пат. 2755153 Рос. Федерации МПК И04Ь 9/32 / заявитель и правообладатель Бойков К.А. - № 2021103796; заявл. 18.10.2021; опубл. 23.05.2022, Бюл. № 26.

35. Бойков К.А. Радиосенсорная идентификация и аутентификация радиоэлектронных устройств // Т-Сошш: Телекоммуникации и транспорт. 2022. Том 16. №5. С. 15 - 20.

36.Бойков К.А. Моделирование температурной зависимости колебательного перераспределения энергии при собственных электромагнитных излучениях в электронных схемах на МОП-транзисторах. Моделирование, оптимизация и информационные технологии, 2021. Т. 9. № 4. 001: 10.26102/23106018/2021.35.4.002

37.Бойков К.А. Локализации неисправности методом радиосенсорной диагностики // Электросвязь, 2023. № 8. С. 38 - 43.

38.Бойков К.А. "Исследование параметров окна частотно-временного преобразования при проведении декомпозиции сигнального радиопрофиля // Т-Сошш: Телекоммуникации и транспорт. 2023. Том 17. №6. С. 23-28.

39.Бойков К.А. Этапы радиосенсорной технической диагностики электронных приборов // Приборы, 2023. № 8. С. 1 - 7.

40.Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах: пер с англ. М.:Мир, 1986. - 399 с.

41.Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение: пер. с. англ. М.:Советское радио, 1973. - 228 с.

42.Векслер Г.С., Недочетов В.С., Пилинский В.В. Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания. К:Тэхника, 1990. - 167 с.

43.Векслер М.С., Теплинский А.М. Шунты переменного тока. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987 - 120 с.

44.Володин В.Я. LTspice: компьютерное моделирование электронных схем. М.:БХВ, 2012. - 400 с.

45.Гайвороновский Д.В., Дианов А.В. Исследование преобразований Вигнера-Виля и Радона в задаче оценки параметров сигналов // 80-я научно-техническая конференция СПб НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. - C-Пб. 2025. С. 67-69.

46.Глебович Г.В., Андриянов А.В., Введенский Ю.В. и др. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов. - М.:Радио и связь, 1984. -256 с.

47.Горбачев В., Кочемасов В., Талалаевский Л. Конденсаторы для ВЧ/СВЧ. Часть 1. // Компоненты и технологии. 2020. № 4. С. 14-20.

48.Горюнов Н.Н. Свойства полупроводниковых приборов при длительной работе и хранении. М.Энергия, 1970. - 104 с.

49. "ГОСТ Р 8.973—2019. Государственная система обеспечения единства измерений. Национальные стандарты на методики поверки. Общие требования к содержанию и оформлению. М.:Стандартинформ, 2019. - 8 с.

50.Данилов Д.Е. Оконное преобразование Фурье при вычислении частотно-временных корреляционных функций // Globus Технические науки. 2020. № 4(35). С. 20-25.

51.Дворкович В.П., Дворкович А.В. Оконные функции для гармонического анализа сигналов. М.:Техносфера, 2014. - 112 с.

52.Джуринский К. Миниатюрные проходные, помехоподавляющие фильтры для микроэлектроники СВЧ. Часть 1. Виды помех, электрические схемы, основные параметры и конструкция фильтров // Современная электроника. 2025. № 7. С.4-9.

53.Драбкин А.Л., Коренберг Е.Б. Антенны. М.:Радио и связь, 1992. - 144 с.

54.Дышлевский В.А., Бурда Е.А., Кудрявцева И.С., Науменко А.П. Сравнительный анализ инструментов расчета быстрого преобразования Фурье // Динамика систем, механизмов и машин. 2024. Т.12. №3. С.28-34.

55. Дьяконов В.П. Генерация и генераторы сигналов. М.:ДМК Пресс, 2009. -384 с.

56.Дьяконов В.П. Рефлектометрия и импульсные рефлектометры. // Компоненты и технологии. 2012. № 1. С. 164-172.

57.Дьяконов В.П., Смердов В.Ю., Фролков О.А. Быстродействующий высоковольтный формирователь импульсов на мощных полевых транзисторах. // Техническая электродинамика. - 1988. - № 5. - с.99 -101.

58.Жданкин В. Подавление импульсных помех в бортовых цепях постоянного напряжения // Силовая электроника. 2016. № 4. С.28-38.

59. Журавлёв В. И., Петровский И. И., Свито И. Л., Стешенко П. П. Тепловой импеданс в сетевой модели разогрева компонентов силовых преобразователей // Информационные технологии и системы 2024 (ИТС 2024) = Information Technologies and Systems 2024 (ITS 2024) : материалы международной научной конференции. Минск, 2024. - С. 107-108.

60.Заревич А.И., Муравьев С.В., Бедарева Е.В., Карпенко С.Р. Импульсный метод определения частотных характеристик сильноточных шунтов // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. № 4. С. 137-140.

61.Ильин В.П. Корреляционный анализ количественных данных в медико-биологических исследованиях // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2013. №4 (92). С. 125-130.

62.Карибский В.В., Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Техническая диагностика объектов контроля. М.:Энергия, 1967 - 80 с.

63.Карр Дж. Диагностика и ремонт аппаратуры радиосвязи и радиовещания: пер. с англ. М.:Мир, 1991. - 400 с.

64.Киселев Н.В., Сечкин В.А. Техническая диагностика методами нелинейного преобразования. М.:Энергия, 1980 - 112 с.

65.Клюев А.В., Шмёлев Е.И., Якимов А.В. Описание спектра естественных шумов полупроводниковых диодов на основе модифицированного соотношения Ван дер Зила // Известия вузов. Радиофизика. 2014. Том ЬУП. № 12. С. 995-1004.

66.Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 816 с.

67.Котельников В.А., Николаев А.М. Основы радиотехники, часть 1. М.:Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1950. - 371 с.

68.Коэн Л. Время-частотные распределения: Обзор // ТИИЭР. 1989. Том 77. № 10. С. 72-120.

69.Кравченко В.Ф., Чуриков Д.В. Цифровая обработка сигналов атомарными функциями и вейвлетами. М.:Техносфера, 2019. - 182 с.

70.Ксенз С.П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. М.:Радио и связь, 1989. - 248 с.

71.Ксенз С.П. Поиск неисправностей в радиоэлектронных системах методом функциональных проб. М.:Советское радио, 1965. - 134 с.

72.Кузьменко А.П., Каминский А.В. Анализ переходных процессов в электрических цепях: учеб. пособие. Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та - 2005. 56 с.

73.Кузьмин М., Бузмаков А. Промышленная флэш-память // Компоненты и технологии. 2009. - №10. - с.33-38.

74.Ланцов В., Эраносян С. Электромагнитная совместимость импульсных источников питания: проблемы и пути их решения. Часть II // Силовая электроника. 2007. № 1. С. 82-88.

75. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1. Техника сверхвысоких частот. М.:Высшая школа, 1970. - 440 с.

76.Малышев И., Белков И. Современные СВЧ чип-резисторы Р1-160 и чип-наборы резисторов НР1-85 АО «НПО «ЭРКОН». // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. — 2021. — №5. — с. 74-78.

77.Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. Учеб. для электротехн. и радиотехн. спец. вузов - 3-е изд., перераб. и доп. -М.:Высш.шк., 1990. - 400 с.

78.Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.:Техносфера, 2005. - 632 с.

79.Миронов А. Простой ключевой стабилизатор напряжения // Радио. 1985. № 8. С. 43-45.

80.Нестеров В.Н., Лалетин Р.А., Перелыгин И.С. Использование оконного преобразования Фурье для анализа сигналов: компьютерное моделирование // Альманах современной науки и образования. Тамбов:Грамота. 2011. № 11(54). С.64-68.

81.Никольшин М.Ю. Селективный усилитель для измерения фликкер-шума // Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем "Радиоинфоком-2021" Сборник научных статей V международной научно-практической конференции. Москва, 15-19 ноября 2021 г. с. 377-380.

82.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Моделирование высокочастотной генерации электронного устройства при его включении // Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты. Сборник трудов III Национальной научно-практической конференции. Москва, 2024. С. 402-407.

83.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Оценка помехоустойчивости контактного и бесконтактного способов регистрации сигнального радиопрофиля // Приборы. 2025. № 11. С. 33-42.

84.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Преобразователи тока в напряжение для устройств контактной радиоволновой технической диагностики ракетно-космической техники // Космические технологии - 2024. Сборник научных статей Международной межведомственной научно-технической конференции. Москва, 2024. С. 195-202.

85.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Модуль контактной радиоволновой диагностики // Оптические технологии, материалы и системы (Оптотех -2024). Международная научно-техническая конференция. Москва, 2024. С. 503-511.

86.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Контактная регистрация сигнального радиопрофиля электронного устройства при питании от сети переменного тока // Т-Сошш: Телекоммуникации и транспорт. 2024. Т. 18. № 8. С. 21-33.

87.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Быстродействующий транзисторный ключ для устройств контактной радиосенсорной диагностики и идентификации // Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем ("Радиоинфоком-2024"). Сборник научных статей по материалам VIII Международной научно-практической конференции. Москва, 2024. С. 451-454.

88.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Моделирование идентификационной радиометки для контактной радиосенсорной идентификации РЭА // Интеллектуальная энергетика. Сборник трудов II Всероссийской научно-практической конференции. Томск, 2024. С. 138-141.

89.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Анализ параметров аналого-цифрового преобразования сигнального радиопрофиля для определения эффективности корреляционного анализа // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2025. Т. 21. № 2. С. 187-194.

90.Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Электродинамический вибростенд с улучшенными импульсными параметрами для исследования радиоэлектронных изделий // Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем ("Радиоинфоком-2023"). Сборник научных статей по материалам VII Международной научно-практической конференции. Москва, 2023. С. 402-406.

91. Новиков П. Выходы из строя полевых транзисторов и как они выглядят // Силовая электроника. 2021. - № 2. - с. 10-11.

92.Осадченко В.Х., Волкова Я.Ю., Кандрина Ю.А. Резонансные свойства ЯЬС-цепей:учеб.-метод. пособие. Екатеринбург:Изд-во Урал. ун-та, 2013. - 64 с.

93.Покровский Ф.Н. Скрытая схемотехника в проблеме обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств: учебное пособие. - М.:Издательство МЭИ, 2015. - 44 с.

94.Полищук А. Выбор ключевых транзисторов для преобразователей с жёстким переключением // Компоненты и технологии. 2004. №10. С. 8-11.

95.Попов С.А. Стандарты для умного многоквартирного дома создают большой серьезный рынок для отрасли электроники // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2024 - № 1. - с. 26-27.

96.Радюшкин О. Методы оценки срока эксплуатации электролитических конденсаторов // Силовая электроника. 2010. - № 5. - с. 19-22.

97.Разевиг В.Д. Применение программ Р-САО и РБрюе для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4 выпусках. Вып. 2: Модели компонентов аналоговых устройств. - М.Радио и связь, 1992. - 64 с.

98.Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа. Пер.с англ. С.М. Смольского / под редакцией Ю.А. Гребенко - М.:Горячая линия-Телеком, 2006. - 224 с.

99.Ревтович П.И. Характеристики наиболее распространенных весовых функций в задачах ЦОС // Сборник трудой 58-й научной конференции аспирантов, магистров и студентов БГУИР. 2022. С.133-135.

100. Родштейн Л.П. Электрические аппараты. Ленинград: Энергоатомиздат, 1989. - 303 с.

101. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. В 2-х ч. Ч. 1: пер. с англ. М.:Мир, 1988. - 336 с.

102. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в МаНаЬ. М.:ДМК-Пресс, 2019. - 560 с.

103. Усков Г.К., Елфимов А.Е., Величкина А.С., Бобрешов А.М. Модель генератора с изменяемой формой СКИ. // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.10.15

104. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. Издание 2-е, испр. и доп. М.:Советское радио, 1969. - 592 с.

105. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.:Радио и связь, 1988 - 249 с.

106. Чжан Ц. Выбор антипараллельных диодов для минимизации потерь SiC MOSFET // Электронные компоненты. 2018. № 9. С. 66-71.

107. Шихов С. Как снизить паразитные емкости в сборках печатных плат. // Компоненты и технологии. — 2023. — №8. — с. 56-59.

108. Энгельхард М. SPICE differentiation. Различия в реализациях симуляторов SPICE. Пер. с англ. Ревенко А. // Компоненты и технологии. 2015. № 7. С. 82-88.

Перечень обозначений и сокращений

SMD - Surface-Mount Device (поверхностно-монтируемое устройство)

SPICE - Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (Программа моделирования с акцентом на интегральные схемы)

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

ГИР - гетеродинный индикатор резонанса

ГСТ - генератор стабильного тока

ДМ - диагностический модуль

ИВЭП - источник вторичного электропитания

КОС - корреляционная обратная связь

КЭ - коммутирующий элемент

МОП - металл-окисел-полупроводник

ОПФ - оконное преобразование Фурье

ПЗС - прибор с зарядовой связью

РШ - резисторный шунт

СВП - спектрально-временное преобразование

СРП - сигнальный радиопрофиль

ЭК - электронный компонент

ЭУ - электронное устройство

ПРИЛОЖЕНИЕ

АКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

результатов кандидатской диссертации Михаила Юрьевича Никольшина

«Радиоволновая диагностика электронных устройств по цепям электропитания» в образовательном процессе РТУ МИРЭА

Настоящим актом удостоверяем, что результаты диссертационной работы М.Ю. Никольшина, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, а именно, разработанный метод диагностики, основанный на анализе сигнального радиопрофиля, регистрируемого по проводникам электропитания, опубликовано в научных работах, выполненных в рамках инициативной НИР «170-ИРИ»:

1. Никольшин М.Ю., Бойков К. А. Контактная регистрация сигнального радиопрофиля электронного устройства при питании от сети переменного тока // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. 2024. Т. 18. № 8.С. 21-33,

2. Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Анализ параметров аналого-цифрового преобразования сигнального радиопрофиля для определения эффективности корреляционного анализа // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2025. Т. 21. № 2. С. 187-194,

3. Никольшин М.Ю., Бойков К.А. Оценка помехоустойчивости контактного и бесконтактного способов регистрации сигнального радиопрофиля // Приборы. 2025. № 11. С. 33-42.