Тепловые процессы в электронных системах в условиях влиянияэффекта тепловой обратной связи


Авторы

Мадера А. Г.

ФГУ «Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН», Москва, Нахимовский просп., 36, к.1

e-mail: agmprof@mail.ru

Аннотация

Рассматривается эффект тепловой обратной связи, возникающий в электронных системах (интегральных микросхемах, резисторах, электро- радиоэлементах) в процессе своего функционирования. Тепловая обратная связь возникает во всех электронных системах, у которых эксплуатационные параметры и мощности потребления зависят от температуры саморазогрева, а температуры, в свою очередь, — от потребляемых мощностей. Возникающее при этом интерактивное взаимовлияние параметров функционального и теплового режимов электронной системы между собой, возвращающее новые значения параметров по цепи обратной связи, и приводит к тепловой обратной связи. Тепловая обратная связь может быть как положительной, когда мощность потребления элементов электронной системы увеличивается с ростом температуры, так и отрицательной, когда мощность потребления падает с ростом температуры. Воздействие эффекта тепловой обратной связи проявляется в любых электронных системах и может оказывать значительное влияние на их работоспособность и надежность и являться серьезным препятствием на пути создания конкурентоспособных электронных систем. В то время как положительная тепловая обратная связь может приводить к выходу эксплуатационных параметров системы за пределы допустимых значений, сбоям, выгоранию, то отрицательная тепловая обратная связь, напротив, оказывает стабилизирующее воздействие на функциональный и тепловой режимы системы. В статье рассматривается сущность тепловой обратной связи и оказываемое ею влияние на тепловые процессы в электронных системах. Предлагается метод моделирования тепловой обратной связи, который заключается во введении в тепловую модель системы новых схемных температурно-зависимых элементов. Такая модель тепловой обратной связи позволяет без труда включать ее в существующие алгоритмы и эффективные программные комплексы теплового проектирования электронных систем. Применение разработанной модели рассмотрено на примере реальной электронной системы, показано влияние тепловой обратной связи на тепловые процессы, развивающиеся в ее элементах.

Ключевые слова

электронная система, микросхема, тепловая обратная связь, температурное распределение, тепловая модель, математическая модель, моделирование

Библиографический список

  1. Мадера А.Г. Расчет динамического режима полупроводниковых микросхем с учетом тепловой обратной связи // Микроэлектроника. 1982. Т. 11. № 2. С. 175–177.

  2. Мадера А.Г. Моделирование теплообмена в технических системах. М.: Науч. фонд «Первая исслед. лаб. им. акад. В.А. Мельникова», 2005. 204 с.

  3. Сергеев В.А., Хадаков А.М. Нелинейные тепловые модели полупроводниковых приборов. Ульяновск: УлГТУ, 2012. 230 с.

  4. Чеканов А.Н. Расчеты и обеспечение надежности электронной аппаратуры. М.: КноРус, 2012. 438 с.

  5. Camarchia V., Cappelluti F., Pirola M., Guerrieri S.D., Ghione G.Self-consistent electrothermal modeling of class A, AB, and B power GaNHEMTs under modulated RF excitation // IEEE Trans. on Microwave Theoryand Techniques. 2007. V. 55. N 9. P. 1824–1831.

  6. Tenbroek B.M., Lee M.S., Redman-White W., Bunyan R.J.T., Uren M.J. Self-heating effects in SOI MOSFET’s and their measurement by small signal conductance techniques // IEEE Trans. оnElectron Devices. 1996. V. 43. N. 12. P. 2240–2248.

  7. Ellison G.N. Thermal Computations for Electronics.Conductive, Radiative, and Convective Air Cooling. N.Y.: CRC Press, 2011. 416 р.

  8. Hnatec E.R. Integrated Circuit Quality and Reliability. London, N.Y.: Taylor & Francis, 2005. 786 р.

  9. Kuuse M., Loikkanen M., Bognar Gy. Theoretical investigation of feedback effects in low-power circuits // THERINIC. Belgirate, Italy.28—30sept. 2005. P. 55–58.

  10. Мадера А.Г., Кандалов П.И. Моделирование трехмерных температурных полей в электронных модулях // Программные продукты и системы. 2010. № 2. С. 36.

  11. Мадера А.Г., Кандалов П.И. Матрично-топологический метод математического и компьютерного моделирования температурных полей в электронных модулях: программный комплекс STF-ElectronMod // Программные продукты и системы. 2012. № 4. С. 34.

  12. Мадера А.Г.Математическое моделирование интервально стохастических нестационарных нелинейных тепловых процессов в электронных системах // Тепловые процессы в технике. 2016. Т. 8. № 3. С. 126‒136.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024