Автоматизация проектирования SPICE-моделей резисторных блоков Б19К с позиции температурной стабильности

УДК 621.3.038

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ SPICE-МОДЕЛЕЙ РЕЗИСТОРНЫХ БЛОКОВ Б19К С ПОЗИЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ

Д.В. Озеркин, С.А. Русановский, В.О. Бондаренко

Развитие и совершенствование методов разработки и моделирования бортовой космической радиоаппаратуры требует от существующей номенклатуры электрорадиоизделий представления их в качестве электронных моделей или SPICE-моделей. В номенклатуре электрорадиоизделий, разрешенных к применению в бортовой космической радиоаппаратуре, достаточно распространены резисторные блоки с планарными выводами семейства Б19К. В статье рассмотрены вопросы автоматизации процесса по формированию SPICE-моделей резисторных блоков Б19К. Показано, что семейство резисторных блоков Б19К отличается не только разнообразием электрических схем, но и индивидуальным характером температурных зависимостей сопротивлений резистивных элементов. Приводятся объяснения со ссылками на предшествующие исследования, поясняющие причины негативного влияния на стабильность параметров резисторных блоков. Эти причины приводят к множеству конкретных реализаций SPICE-моделей. Авторами предложена методология создания SPICE-моделей резисторных блоков, основанная на группировке температурных зависимостей по критерию сходственности и подобия. Для генерации SPICE-моделей резисторных блоков авторами разработана программа «Б19К», реализованная на скриптовом языке высокого уровня TCL/Tk. Механизм TCL/Tk Scripting дает неограниченные возможности для взаимодействия как с пользовательским интерфейсом схемного редактора OrCAD Capture, так и с базой данных проектов в OrCAD. Проведен тестовый сравнительный анализ «прототип-модель» на примере одного из образцов резисторного блока Б19К

Ключевые слова: температурная стабильность, температурный коэффициент сопротивления, резисторный блок, SPICE модель, OrCAD

Введение. Толстопленочные резисторы являются основными компонентами, используемыми в гибридной схемотехнологии. Одна из важных характеристик толстопленочного резистора - температурный коэффициент сопротивления (ТКС). ТКС зависит, прежде всего, от особенностей микроструктуры резистора и от механизма переноса заряда. В свою очередь известно [1], что микроструктура толстопленочного резистора есть функция параметров материалов (объемная доля, размер проводящих и диэлектрических частиц) и условий обработки (время, температура обжига и др.). Сложность микроструктуры толстопленочных резисторов и многообразие их конструктивно-технологического воплощения приводят к необходимости комплексных теоретических и экспериментальных исследований.

В отечественной и зарубежной печати существуют многочисленные научные исследования, посвященные моделированию толстопленочных резистивных структур. Так, в отечественном диссертационном исследовании Ю.Н. Антонова [2] разработана методология и системы математического моделирования и проектирования лазерной подгонки резистивных элементов для настройки механизма регулирования для технологического процесса изготовления гибридных интегральных схем. В американском диссертационном исследовании Vasude-van) были изучены механизмы переноса носителей заряда в толстопленочных структурах [1]. В частно-

Озеркин Денис Витальевич - ТУСУР, канд. техн. наук, доцент, e-mail: ozerkin.denis@yandex.ru Русановский Сергей Александрович - АО «НПЦ «Полюс», канд. техн. наук, генеральный директор, e-mail: rusa10@yandex.ru

Бондаренко Виталий Олегович - ТУСУР, студент, e-mail: vip.sva1996@mail.ru

сти, автор исследовал влияние размеров частиц рутениевой пасты на температурную стабильность сопротивления резистивных элементов.

Помимо диссертационных исследований вопросы моделирования физико-технологических процессов, происходящих в толстопленочных резисторах, затрагивалась также в монографиях и статьях. В статье А.К.Караева [3] проведен расчет температурного поля в зоне непосредственного контакта частиц проводящей фазы при отсутствии тонкого диэлектрического слоя между контактирующими частицами проводящей фазы в толстопленочных резисторах для разных режимов движения электронов в контактной области. Технологические вопросы разработки толстопленочных резистивных структур затронуты в работах К.И. Домкина и В.Г. Недорезова [4], В.В. Кондрашова и О.С. Середина [5], А. Dziedzic [6]. Параметрическая оптимизация топологии толстопленочных резисторов с точки зрения нормального теплового режима отражена в работе С.Н.Григорьева [7]. Альтернатива параметрическому моделированию в виде метода «искусственной нейронной сети» предложена в работе авторов В^. Hoskins и М^. Haskard [8].

Отдельное направление в исследовании толстопленочных структур - стабильное функционирование резисторов в СВЧ диапазоне. Так, в работе М.Г. Рубановича и В.А. Хрусталева [9] предложен декомпозиционный метод моделирования электромагнитных процессов в планарных пленочных резисторах. Конечно-элементное моделирование тепловых полей в СВЧ-резисторах, выполненных по пленочной технологии рассмотрено в работе авторов М.Э. Рояк, Ю.Г. Соловейчик, В.П. Разинкин [10].

В номенклатуре ЭРИ, разрешенных к применению в бортовой космической радиоаппаратуре, достаточно распространены резисторные блоки с

планарными выводами семейства Б19К (рис. 1). Блоки Б19К мощностью рассеяния до 1 Вт предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. В зависимости от конструкции и электрической принципиальной схемы блоки изготавливают одного типа, трех видов и тридцати четырех вариантов [11].

В отечественной печати уделяется достаточное внимание исследованию резисторных блоков Б19. Так, например, в работе [12] рассмотрены вопросы влияния различных видов подгонки величины сопротивления и последующих технологических операций на стабильность сопротивления толстопленочных резистивных блоков типа Б19М. Приводятся сведения о том, что изготовление резисторных блоков включает в себя 34 технологические операции: начиная от очистки подложки и заканчивая выходным контролем ОТК. Авторы в своем экспериментальном исследовании показывают, что такие высоК 13 12 11 10

котемпературные технологические операции как лужение плат (245-265 °С) и припайка решетки (420-440 °С) негативно влияют на стабильность параметров резисторных блоков. В частности, имеет место существенный дрейф сопротивления.

Настоящим коллективом авторов в [13] были продолжены экспериментальные исследования, начатые группой В.Н.Леухина в [12]. На примере шести образцов резисторных блоков Б19К показано (рис. 2), что каждый экземпляр имеет свой индивидуальный «почерк» температурной зависимости сопротивления. В пределах одного резисторного блока можно наблюдать: зависимости с отрицательными трендами (рис. 2, в), зависимости с положительными трендами (рис. 2, б,г,д,е), разнонаправленные тренды (рис. 2, а).

Ш П/й? ШЗ ГШ Ш5 Ш6 П/Р7

б

]/?/ Ш2 ПКЗ Ш И ич - ]*7[

ММ) (

1 2 3

Рис. 1. Резисторные сборки с планарными выводами семейства Б19К конструктивное исполнение - а; электрическая схема Б19К1-1-1 кОм - б; электрическая схема Б19К2-100 Ом - в

1010

1010

; 1000

990

-100 -50 0 50

Температура, °С а

100

-100

-50 0 50 Температура. °С

б

50 0 50 100 Температура, °С в

а

в

где Рис. 2. Зависимость температурного коэффициента сопротивления сборок Б19К образец 1 - а; образец 2 - б; образец 3 - в

Таким образом, наличие в семействе резистор- моделей с точки зрения температурной стабильности. ных блоков Б19К тридцати четырех вариантов ис- Конкретная реализация математической модели ре-полнения приводит к множеству математических зисторного блока будет зависеть от схемы включе-

ния, номинала сопротивления резистивных элементов, погрешности сопротивления, температурных коэффициентов сопротивления (рис. 3).

Постановка задачи. Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать цель настоящей работы - сокращение материальных и временных ресурсов при создании математических моделей резисторных блоков Б19К за счет автоматизированного формирования описания по исходным данным. Для достиже-

ния сформулированной цели необходимо решить следующие задачи:

- выбор формата представления математических моделей резисторных блоков Б19К и средств его поддержки;

- разработка средства автоматизации для формирования моделей;

- тестовый сравнительный анализ «прототип-модель» на примере конкретного образца резистор-ного блока.

Вид исполнения

Номинальное Отклонение Температурные сопротивление номинального коэффициенты

резистора

сопротивления сопротивления

Множество У конкретных значений

Рис. 3. Структурное ветвление семейства резисторных блоков Б19К в зависимости от исходных данных

В области автоматизации схемотехнического проектирования наибольшее распространение получили варианты программы SPICE [14], поддерживаемые многими известными производителями программного и аппаратного обеспечения. В настоящее время программа SPICE стала индустриальным стандартом симуляции электрических схем. Одна из наиболее выдающихся коммерческих версий SPICE является вариант PSPICE, правообладателем которой является Cadence Design Systems [15]. Наличие академической лицензии Cadence Allegro / OrCAD в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) послужило предпосылкой для выбора программной среды поддержки формата SPICE.

Формат SPICE предполагает базовое представление резистора в виде [16]:

Rxxx <узел1> <узел2> [имя модели] <значение>, где xxx - произвольная алфавитно-цифровая последовательность общей длиной не более 7 символов, которая пишется слитно с символом R и вместе с ним образует имя компонента; узел1, узел2 - номера узлов подключения к электрической цепи; имя модели -имя математической модели в формате SPICE; значение - номинальное значение сопротивление;

Непосредственная математическая модель резистора в формате SPICE выглядит как: .MODEL <имя модели> RES (R=<значение> + DEV=<значение>% TC1=<значение> + TC.2=<значение>,

где .MODEL - директива описания математической модели; RES - признак математической модели резистора; R - масштабный коэффициент; DEV - коррелированный технологический разброс номинала сопротивления; TC1, TC2 - линейный и квадратичный температурные коэффициенты сопротивления.

Кроме указанных параметров формат SPICE допускает также указание для математической модели резистора масштабного коэффициента спектраль-

ной плотности шума, экспоненциального температурного коэффициента сопротивления, некоррелированного технологического разброса номинала сопротивления, различных видов температуры прототипа [16].

Произвольное количество одиночных резисторов можно объединить в функциональную группу и получить описание макромодели резисторного блока с помощью парных директив .SUBCKT... .ENDS: .SUBCKT <имя макромодели> <узлы подключения> Rxxx <узел1> <узел2> [имя модели] <значение>

Rzzz <узел(n—1)> <узелН> [имя модели] <значение> .MODEL <имя модели> RES (R=<значение> + DEV=<значение>% TC1=<значение> + TC.2=<значение> .ENDS

Следовательно, задача формирования SPICE-модели резисторного блока Б19К с позиции температурной стабильности заключается в создании текстового описания удовлетворяющего условиям:

1. Топологически верная схема соединения резисторов внутри блока;

2. Параметры математической модели R, DEV, TC1, TC2 соответствуют физическим параметрам конкретного образца резисторного блока.

Утилита PSpice Model Editor, входящая в состав программного комплекса Cadence OrCAD, по физическим параметрам рассчитывает параметры математических моделей 11 видов ЭРИ [15]. Однако среди этого перечня типов математических моделей возможность создания резистора или резисторного блока отсутствует.

Современные версии Cadence OrCAD позволяют конечному пользователю решить отмеченную проблему с помощью встроенного в программный комплекс языка программирования скриптов (макросов) TCL/Tk Scripting [17]. Механизм TCL/Tk Scripting дает неограниченные возможности для взаимодействия как с пользовательским интерфейсом

схемного редактора Capture, так и с базой данных проекта (рис. 4). Новые функциональные возможности позволяют пользователям выполнять команды TCL/Tk, а также настраиваемые сценарии через окно командной строки или через экранные формы. Основные функциональные возможности TCL/Tk включают процедуры и команды для манипулирова-

ния данными, управляющие конструкции, математические выражения, подпрограммы ввода-вывода, системные вызовы, обработку реестра, проектирование экранных форм и многое другое.

Рис. 4. Механизм среды программирования TCL/Tk Scripting

В работе [13] нами была предложена методология создания SPICE-моделей резисторных блоков, основанная на следующих основных этапах:

1. Экспериментальное исследование температурной зависимости сопротивления каждого рези-стивного элемента резисторного блока.

2. Группировка температурных зависимостей по критерию сходственности и подобия.

3. Усреднение группированных температурных зависимостей.

4. Установление линейных и нелинейных ТКС.

Суть методологии. Представим ТКС первого

резистивного элемента /-ого образца как функцию от температуры в виде у/1 = 1(Т). Из экспериментальных зависимостей следует (рис. 2, б-е), что ТКС всех ре-зистивных элементов /-ого образца будут:

' Ун = I (Т);

У/2 = I (Т) + «2; < у/3 = I (Т) + а3;

. Уп = I (Т) + «„;

где п - количество резистивных элементов в образце; а - коэффициент параллельного переноса.

Следовательно, достаточно найти параметры нелинейности только для одной функции 1(Т) в пределах каждого резисторного блока, а коэффициент а определять технологическим разбросом сопротивления DEV относительно номинального значения. Аналогично можно поступить с образцом, имеющим разнонаправленные тренды ТКС (рис. 2, а), если независимо рассматривать две группы ТКС - с отрицательным и с положительным трендом.

Решение задачи. Предложенная нами методология послужила основанием для автоматизации процесса формирования SPICE-моделей резисторных блоков Б19К (рис. 5).

Рис. 5. Блок-схема автоматизированного процесса по формированию БИСЕ-моделей резисторных блоков семейства Б19К

Начало процесса предполагает выбор типа рези-сторного блока среди трех возможных подмножеств: Б19К-1; Б19К-2; Б19К-3. Каждое подмножество имеет различное число вариантов электрических схем включения резистивных элементов:

- 13 вариантов для Б19К-1;

- 1 вариант для Б19К-2;

- 4 варианта для Б19К-3.

После выбора схемы включения происходит переход к вводу параметров математической модели:

- порядковый номер БРГСЕ-модели резисторно-го блока №;

- номинальное сопротивление резистивных элементов R;

- коррелированный технологический разброс номинала сопротивления DEV;

- линейный температурный коэффициент сопротивления ТС1;

- квадратичный температурный коэффициент сопротивления ТС2.

После подтверждения исходных данных происходит автоматическая генерация SPICE-модели рези-сторного блока. Текстовое описание формируется в виде файла библиотеки. Для удобства использования предусматриваются три точки возврата: А, Б, В.

Автоматизированный процесс на рис. 5 по формированию SPICE-моделей резисторных блоков реализован на скриптовом языке высокого уровня Т^/Тк в виде программы «Б19К». Работа с программой состоит во взаимодействии пользователя с тремя экранными формами. На главной экранной форме (рис. 6а) три графических кнопки выбора, представляющие собой изображение типов резистор-ных блоков семейства Б19К. Нажатие на графическую кнопку приводит к появлению второй экранной формы (рис. 66), в которой происходит конкретизация электрической схемы включения контекстно для выбранного типа блока. Каждое изображение электрической схемы также представляет собой графическую кнопку. Выбор электрической схемы приводит к появлению третьей экранной формы (рис. 6в) -диалоговому окну для ввода параметров математической модели. Конечным результатом работы является генерация файла библиотеки *.ИЬ с текстовым описанием SPICE-модели резисторного блока. Описание соответствует предварительно выбранной электрической схеме и содержит введенные параметры математической модели. Полученный файл библиотеки *.ИЬ можно использовать с любым SPICE-подобным симулятором электронных схем.

Тестовый сравнительный анализ «прототип-модель» проведен на примере образца №6 (рис. 2е) резисторного блока Б19К2-100 Ом. Согласно предложенной методологии [13] экспериментальные значения температурной зависимости сопротивления резистивных элементов образца преобразованы в усредненный эквивалент (рис. 7).

Аппроксимация усредненной температурной зависимости полиномом второго порядка приводит к уравнению:

R(T) = Ь0 + ЬуТ + Ь2-Т2 = 99,821 + 1,72-10-3-Т + + 3,55-10-5-Т2.

Тий резцслорыого блока

а

Выберете блок

Г>|? Ы1 гВ ХЙ

В! ВЗ « [5 Я

1 I2 Г Р Р Г

В19К-Форм;лроБание

I- Щ -I'

Заполните поля

По рялкоЕъгн номер Номинальное сопротивление Погрешность Линейный ТКС Ывалрат. I к*-Нмя файла

Назад

Сохранить

Рис. 6. Экранные формы программы «Б19К»

главная экранная форма - а; экранная форма выбора схемы включения - б; экранная форма ввода исходных данных - в

Для соответствия с форматом представления SPICE-модели резистора линейный и квадратичный температурные коэффициенты сопротивления ТС1 и ТС2 вычисляются в относительном виде:

ТС1 = Ь= 1,72 -10-3 Ь0 99,821

ТС2 = Ь2. = 3,55 -10"5

99,821

= 17,229 -Ю"6 С -1:

= 355,591 -Ю"9 С 1.

100,2

100

и 99Л

/

/

\ /

-100 -50 0 50

Температура, °С

100

Рис. 7. Усредненная температурная зависимость сопротивления для образца №6 резисторной сборки Б19К2-100 Ом

б

0

Коррелированный технологический разброс номинала сопротивления DEV для выбранного образца составляет 5% (справочные данные из [11]).

Сформированный программой файл *.lib с описанием SPICE-модели резисторного блока позволяет перейти к схемотехническому моделированию в программном комплексе Cadence OrCAD. Визуальное представление резисторного блока - это условное графическое обозначение (рис. 8а) в схемном редакторе OrCAD Capture. Условному графическому обозначению ставится в соответствие текстовое описание макромодели резисторного блока (рис. 86).

В19К2- 100- sampleô

Р1 Р2РЗР4Р5Р6Р7Р8 Р9

1 2 4 5 6 7 8 9

VI 1

а

.subckt bl9k2-100-sample6 123456789

R1 19 TCR 100

R2 2j9 TCR 100

R3 3 9 TCR 100

R4 4j9 TCR 100

R5 5 9 TCR 100

R6 6j9 TCR 100

R7 7J9 TCR 100

RS 8 9 TCR 100

.model TCR RES (R=l DEV=5% TCl=17.229E-6 TC2=355.591E-9) .ends

б

Рис. 8. Представление резисторного блока схема включения резисторного блока - а; текстовое описание резисторного блока - б

Напряжение 1 В подано на резистивный элемент R1 (вывод №1 резисторного блока), остальные резистивные элементы соединены между собой.

Условия схемотехнического моделирования в OrCAD:

- температура окружающей среды T0 = 0°C;

- диапазон варьирования источника напряжения иВХ = 0...10 В;

- шаг варьирования источника напряжения ДиВХ = 0,1 В;

- диапазон изменения температуры T = -60...+80 °C;

- шаг изменения температуры Дt = 10 °C.

Для сравнения на одной координатной плоскости (рис. 9) представлены: ранее полученная усредненная экспериментальная зависимость RhkC =f(T) и импортированная из постпроцессора Cadence PSpice Probe зависимость по результатам моделирования

^ОД = f(T).

Среднеквадратическое отклонение зависимостей 1 и 2 составляет с = 0,011 Ом. Полученное зна-

чение с следует считать приемлемым, поскольку относительная погрешность составляет:

8 = — • 100% = 0011 -100 = 0,011 % .

R 100

Дальнейшее повышение степени полинома аппроксимации не требуется. Сформированная SPICE-модель резисторного блока Б19К2-100 Ом адекватно отражает поведение образца №6 с точки зрения температурной стабильности.

Рис. 9. Сравнение температурных зависимостей сопротивления

усредненная экспериментальная зависимость - 1; результат моделирования в OrCAD - 2

Заключение. Проведенная работа позволяет сделать следующие выводы:

1. Для сокращения материальных и временных ресурсов при формировании SPICE-моделей рези-сторных блоков Б19К целесообразно применение средств автоматизации для генерации текстовых описаний.

2. Предложенная в [13] методология моделирования температурной стабильности резисторных блоков апробирована с помощью оригинального программного продукта «Б19К». Сравнительный анализ «прототип-модель» для испытуемого образца №6 показал погрешность в описании температурной зависимости сопротивления в 0,011%.

3. Рассмотренный подход по автоматизированному формированию SPICE-моделей может быть распространен на другие семейства резисторных блоков отечественного и зарубежного производства.

Литература

1. Vasudevan S. Charge transport mechanism in thick film resistors: Ph.D dissertation. - Purdue University, 1990. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=5892144, свободный (дата обращения: 02.07.2017).

2. Антонов Ю.Н. Математическое моделирование лазерной подгонки пленочных резисторов: Автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.13.18; [Место защиты: Ульяновский гос. техн. ун-т]. - М., 2009. - 38 с.

3. Караев А.К. Температурная зависимость сопротивления толстопленочных резисторов с учетом сегрегации

частиц проводящей фазы /А.К. Караев// Конструкции из композиционных материалов. - 2006. - №4. - С. 212-215.

4. Домкин К.И. Оптимизация разработки керметных резисторов с помощью моделирования / К.И. Домкин, В.Г. Недорезов // Надежность и качество сложных систем. -2013. - №1. - С. 64-68.

5. Кондрашов В.В. Имитационное моделирование процесса автоматической лазерной подгонки пленочных резисторов / В.В. Кондрашов, О.С. Середин // Proceedings of the International scientific and technical Conference «Beam technologies & laser application». - СПб.: ФГАОУВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2016. - С. 35-42.

6. Dziedzic A. Carbon / Polyesterimide thick-film resistive composite - experimental characterization and theoretical analysis of physicochemical, electrical and stability properties/А. Dziedzic // Microelectronics reliability. - 2007. -Vol. 47. - №2-3. P. 354-362.

7. Григорьев С.Н. Расчет и моделирование теплоот-водящей зоны и параметрическая оптимизация топологии пленочного резистора /С.Н. Григорьев // Машиностроитель. - 2015. - №6. - С. 32-41.

8. Hoskins B.G. Artificial neural network techniques for the estimation of thick-film resistance / B.G. Hoskins, M.R. Haskard // Microelectronics journal. - 1995. - Vol. 26. - №1. -P. 9-16.

9. Рубанович М.Г. Декомпозиционный метод моделирования электромагнитных процессов в планарных пленочных резисторах / М.Г. Рубанович, В.А. Хрусталев, П.Г. Богомолов // Научные труды SWorld. - 2014. - Т. 9. - №1. - С. 30-34.

10. Рояк М.Э. Конечно-элементное моделирование тепловых полей в СВЧ-резисторах, выполненных по пленочной технологии / М.Э. Рояк, Ю.Г. Соловейчик, В.П. Разинкин // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. - 2003. - №1. - С. 32-36.

11. Резисторы. Группы 6010, 6020, 6060. РД 11 0856.3-93 / Сборник справочных листов. - СПб.: РНИИ «Электронстандарт», 1994. - 224 с.

12. Леухин В.Н. Анализ влияния технологических операций на выходные показатели качества резистивных сборок / В.Н. Леухин, А.В. Андрейкин, А.А. Нагаев // Вестник МарГТУ. - 2008. - №2. - С. 56-62.

13. Озеркин Д.В. Методология моделирования температурной стабильности резисторных блоков Б19К в SPICE-подобных симуляторах / Д.В. Озеркин, С.А. Руса-новский // Доклады ТУСУР. - 2017. - №2. - С. 63-70.

14. Nagel L.W. SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) / L.W. Nagel, D.O. Pederson. -Berkeley: University of California, 1973. - 65 p.

15. OrCAD Capture Tutorial [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.orcad.com/resources/orcad-tutorials, свободный (дата обращения 30.04.2017).

16. PSpice Tutorials [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.uta.edu/ee/hw/pspice/, свободный (дата обращения 30.04.2017).

17. OrCAD Capture TCL/Tk Extensions. Application Notes. Revision: 1.2 [Электронный ресурс]. -

Режим доступа: https://www.ema-

eda.com/sites/ema/files/resources/files/OrCAD_Capture_TclTk _Extensions.pdf, свободный (дата обращения 21.05.2017).

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники АО «Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск

DESIGN AUTOMATIZATION OF B19K RESISTANCE BLOCK SPICE-MODELS FROM THE POSITION OF TEMPERATURE STABILITY

D.V. Ozerkin1, S.A. Rusanovskiy2, V.O. Bondarenko3

'PhD, Associate Professor, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russian Federation

e-mail: ozerkin. denis@yandex.ru 2PhD, general manager of JSC "Scientific Production Center "Polus", Tomsk, Russian Federation

e-mail: rusa10@yandex.ru 3Student, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russian Federation

e-mail: vip.sva1996@mail.ru

Development and improvement of methods for designing and modeling of on-board space radio equipment requires the existing nomenclature of electronic products to be electronic models or SPICE-models. Resistor blocks with planar terminals of the B19K series are quite common in the nomenclature of electronic products allowed for use in the on-board space radio equipment. The article deals with the automation of the process of forming B19K resistor block SPICE-models. It is shown that the series of resistors B19K differs not only in variety of electrical circuits, but also in individual character of the temperature dependences of resistances of the resistive elements. Explanations are given with references to the previous studies explaining the reasons for negative effect of the parameters of the resistor blocks on the stability. These reasons lead to a number of specific implementations of SPICE-models. The authors propose a methodology for creating resistor block SPICE-models, based on grouping the temperature dependences by the criterion of analogy and similarity. To generate resistor block SPICE-models, the authors developed the program "B19K", implemented in high-level TCL / Tk scripting language. The TCL / Tk Scripting procedure provides unlimited possibilities for interaction with both the user interface of the OrCAD Capture schematic editor and the database of projects in OrCAD. A test comparative analysis of the "prototype-model" has been carried out with one of the samples of the resistor block B19K

Key words: temperature stability, temperature resistance coefficient, resistor block, SPICE model, OrCAD

References

1. Vasudevan S. Charge transport mechanism in thick film resistors: PhD dissertation, Purdue University, 1990, available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=5892144

2. Antonov Yu.N. "Mathematical modeling of laser fitting of film resistors. Dr. tech. sci. diss." ("Matematicheskoye modeliro-vaniye lazernoy podgonki plenochnykh rezistorov. Diss. dokt. tekhn. nauk"), Moscow, 2009, 38 p.

3. Karaev A.K. "Temperature dependence of the resistance of thick-film resistors taking into account the segregation of particles of the conducting phase", Composite materials constructions, 2006, no.4, pp. 212-215.

4. Domkin K.I., Nedorezov V.G. "Optimization of development of cermet resistors by means of modeling", Reliability and quality of complex systems, 2013, no.1, pp. 64-68.

5. Kondrashov V.V., Seredin O.S. "Simulation modeling of the process of automatic laser adaptation of film resistors", Proc. of the International scientific and technical Conference «Beam technologies & laser application», Saint-Petersburg, 2016, pp. 35-42.

6. Dziedzic A. "Carbon/polyesterimide thick-film resistive composite - experimental characterization and theoretical analysis of physicochemical, electrical and stability properties",Microelectronics reliability, 2007, vol. 47, no. 2-3, pp. 354-362.

7. Grigor'ev S.N. "Calculation and modeling of the heat-conducting area and film resistor topology parametric optimization", Mechanician, 2015, no.6, pp. 32-41.

8. Hoskins B.G., Haskard M.R. "Artificial neural network techniques for the estimation of thick-film resistance", Microelectronics journal, 1995, vol. 26, no.1, pp. 9-16.

9. Rubanovich M.G., Khrustalev V.A., Bogomolov P.G. "Decomposition method of modeling electromagnetic processes in planar film resistors", Proc. of SWorld, 2014, vol. 9, no.1, pp. 30-34.

10. Royak M.E., Soloveychik YU.G., Razinkin V.P. "Finite-element modeling of thermal fields in microwave resistors, made using film technology", Science bulletin of NSTU, 2003, no.1, pp. 32-36.

11. "Resistors. Manual." ("Rezistory. Gruppy 6010, 6020, 6060. RD 11 0856.3-93. Sbornik spravochnykh listov"), Saint-Petersburg, RNII «Elektronstandart», 1994, 224 p.

12. Leukhin V.N., Andreykin A.V., Nagaev A.A. "Analysis of the impact of technological operations on output quality indicators of resistive assemblies", Vestnik of Mari State University, 2008, no. 2, pp. 56-62.

13. Ozerkin D.V., Rusanovskiy S.A. "Methodology for simulating the temperature stability of B19K resistor blocks in SPICElike simulators", Proceedings of TUSUR University, 2017, no.2, pp. 63-70.

14. Nagel L.W., Pederson D.O. "SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)", Berkeley, University of California, 1973, 65 p.

15. "OrCAD Capture Tutorial", available at: http://www.orcad.com/resources/orcad-tutorials

16. "PSpice Tutorials", available at: http://www.uta.edu/ee/hw/pspice/

17. "OrCAD Capture TCL/Tk Extensions. Application Notes. Revision: 1.2, available at: https://www.ema-eda.com/sites/ema/files/resources/files/OrCAD_Capture_TclTk_Extensions.pdf