Разработка интегрального СВЧ трансивера и создание научно-
исследовательского образовательного центра по проектированию
интегральных микросхем СВЧ диапазона

1. Характеристика выполненных на этапе 1 работ по созданию продукции

1.1. Все работы, предусмотренные Техническим Заданием на первом этапе НИР, выполнены в полном объеме. Результаты следующие:
o В результате разработки предварительного варианта архитектуры предложена принципиально новая архитектура СВЧ трансивера.
o В результате системного анализа и компьютерного моделирования:
- проанализированы возможности создания модулей, необходимых для построения приемопередатчика,
- получены результаты численных оценок предельно достижимых параметров разрабатываемого СВЧ трансивера, полностью соответствующие требованиям стандарта IEEE802.15.3a,
- сравнительный анализ новой архитектуры показал, что она имеет большие преимущества по сравнению с архитектурой традиционно-классической.
o В результате аналитических исследований предельно достижимых характеристик СВЧ трансивера были получены подтверждения результатов компьютерного моделирования и теоретические обоснования выбранного архитектурного решения.
o При разработке окончательного варианта архитектуры СВЧ трансивера были внесены коррективы, учитывающие результаты патентных исследований, решающие проблемы патентной чистоты.
o Разработана детализированная функциональная блок-схема СВЧ трансивера.
o Разработан полный перечень узлов и модулей СВЧ трансивера, подлежащих разработке на этапе 2 настоящей НИР, а так же спецификация предъявляемых к ним технических требований.
o Подготовлены научно-методические обоснования базовых программ по интегральной микроэлектронике и схемотехнике. Разработана программа внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
o Отчет по первому этапу НИР, содержащий обоснование развиваемого направления, изложение методик проведения исследований, а также описание всех полученных результатов.
Основной задачей этапа 1 НИР являлась разработка архитектуры проектируемого интегрального СВЧ трансивера, которая обеспечивает прием сигналов с кардинально более высокой устойчивостью к воздействию мощных внеполосных радиопомех, нежели архитектуры, традиционно используемые в настоящее время. Эта задача решена на очень высоком уровне. За счет разработанных архитектурно-технических решений потенциальный уровень помехоустойчивости увеличен в 1000 раз. Порог помехоустойчивости может достигать 3-5дБм (этот уровень характерен только для приемников с вакуумно-ламповым МШУ на входе).
1.2. Примененные решения обладают новизной. В настоящее время в мире не существует прямых аналогов, реализованных в виде интегральных микросхем. Однако при патентных исследованиях был обнаружен принадлежащий корейской корпорации LG патент, содержащий чрезвычайно близкое техническое решение. Поэтому было найдено компромиссное решение, которое не нарушает интересы правообладателей этого патента. Именно это патентно-чистое решение было использовано при разработке окончательного варианта архитектуры СВЧ трансивера.
1.3. Главной особенностью разработки архитектуры интегральных микросхем является высочайшая ответственность, обусловленная тем, что цена ошибки, допущенной на этом этапе, чрезвычайно высока. Обнаружить такие ошибки возможно только на финальном этапе проекта – при тестировании опытных образцов интегральной микросхемы, изготовление которых сопряжено с очень большими материальными затратами. Кроме того, грубые ошибки в архитектуре невозможно исправить иначе, как начав работу с самого начала – с нуля.
Второй важной особенностью методологии проведения разработки и оптимизации архитектуры является итеративный характер. Возможность использования и эффективность того, или иного архитектурного решения зависит от достигнутых параметров его функциональных модулей. Эти параметры сложно прогнозировать заранее. Зачастую, при отладке модулей очередного варианта архитектуры, их достигнутые характеристики позволяют изменить само архитектурное решение, получив тем самым новые качественные преимущества. Далее, при разработке этого нового измененного варианта, может возникнуть аналогичная ситуация.
Таким образом, оптимальный вариант архитектуры достигается путем последовательного приближения в течение нескольких итерационных циклов.
1.4. Объекты интеллектуальной собственности на данном этапе НИР не создавались.

2. Области и масштабы использования полученных результатов

2.1. Областью применения полученных результатов могут быть любые виды радиосвязи и системы беспроводной передачи данных.
Главным результатом, полученным на 1-м этапе НИР, является кардинальное улучшение помехоустойчивости приемника, входящего в состав трансивера. Это особенно актуально для широкополосных и сверхширокополосных систем, где высокая помехоустойчивость жизненно необходима, а обеспечить ее высокий уровень другими способами весьма сложно. К такого рода системам относятся современные средства связи специального назначения, используемые в боевой обстановке (а, следовательно, в условиях, когда мощные помехи создаются противником искусственно).
Если в стационарной аппаратуре связи задача обеспечения предельно возможного уровня помехозащиты еще может быть решена за счет использования сложных, дорогостоящих, массивных и крупногабаритных входных адаптивных фильтров, то в аппаратуре мобильной (носимой) такое «решение» не является приемлемым. Поскольку рост массы и габаритов ведет к утрате изначально главного качества - мобильности.
Особенностью разработанного способа является то, что его реализация не связана с увеличением массы и габаритов аппаратуры.
Этот способ может быть использован и в узкополосных дуплексных системах мобильной связи (GSM, CDMA, и т.п.), когда необходимость в улучшении помехоустойчивости отсутствует в явном виде. Однако если считать помехой сигнал собственного передатчика, при этом резко снижаются требования к дуплексору. Что, в итоге, также ведет к снижению стоимости устройства, его массы и габаритов.
Все вышеизложенное может служить основой для создания широкого спектра инновационной продукции.
2.2. Практическое внедрение результатов данного этапа осуществляется в двух направлениях:
- планирование внедрения в новые перспективные разработки совместно с ФГУП «НТЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова»;
- внедрение в образовательный процесс в виде создаваемых на их основе учебно-методических материалов.
2.3. Полученные в ходе этапа 1 НИР результаты базируются на оригинальных технических решениях в области аналоговой интегральной схемотехники. Эта область, в отличие от схемотехники цифровой, является трудно формализируемой и не поддается автоматизации. Именно поэтому в этой области специалистов экспертного уровня в мире немного, и у российских специалистов есть возможность сократить отставание от мировых лидеров в короткие сроки.
Полученные результаты могут успешно использоваться в этих целях в качестве основы учебно-методических разработок.

3. Выводы

Полученные на первом этапе настоящей НИР результаты создают все необходимые и достаточные условия для продолжения работ и позволяют приступить к реализации второго этапа.

Разработка технического плана исследований для научно-исследовательского образовательного центра по проектированию интегральных микросхем СВЧ диапазона. Разработка принципиальных схем модулей приемопередатчика (смесителей, усилителей, синтезатора частот и пр.), предусмотренных архитектурным решением, разработанным в ходе выполнения Этапа 1. Дизайн топологии спроектированных модулей, численное моделирование работы модулей с учетом паразитных параметров схем (parasitic extraction). Подготовка научно-методических материалов для создания специализированного лабораторного практикума по дизайну основных радиоэлектронных модулей (смесителей, усилителей, синтезатора частот и т.д.).

Компоновка спроектированных компонентов на чипе. Проверка выполнения технологических норм спроектированной топологии (LVS, DRC). Разработка научно-методических материалов для создания специализированного лабораторного практикума по современным технологиям верификации проектов и подготовки производства интегральных аналоговых микросхем. Научно-методическое обоснование необходимости проведения общих образовательных курсов по современным технологиям проектирования интегральных аналоговых микросхем. Разработка концепции интеграции радиоэлектронных комплексов Поволжского региона по проектированию СВЧ комплектующих.