Радиоинформатика и радиоэлектронные технологии схемоархитектурного проектирования сигнальных модулей

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
РАДИОИНФОРМАТИКА 
И РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
СХЕМОАРХИТЕКТУРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
СИГНАЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ 
 
Учебник 
Под редакцией профессора Г. В. Куликова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024

УДК 621.37 
ББК 32.844  
Р15 
 
 
Авторы: 
Костин М. С., Печенкин С. М., Демин О. А., Корчагин А. С. 
 
Рецензенты: 
д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. теоретическим отделом  
Института общей физики РАН Гусейн-заде Намик Гусейнага оглы; 
д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры радиоволновых процессов  
и технологий, МИРЭА - Российский технологический университет  
Битюков Владимир Ксенофонтович  
 
 
 
 
 
Р15   
Радиоинформатика и радиоэлектронные технологии схемоархитектурного проектирования сигнальных модулей : учебник / [Костин М. С. и др.] ; под редакцией профессора Г. В. Куликова. - Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 412 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1778-5 
 
Изложены основные фундаментальные положения, а также практикоориентированные разделы в области радиоинформационных систем и технологий, схемо- и системо- 
архитектурной разработки, исследования и эксплуатации программно-аппаратных модулей и IT-приложений радиоэлектронных изделий, построенных на принципах современных инженерных решений регистрации, преобразования, приемопередачи, анализа 
и цифровой обработки сигналов радиоэлектронных устройств и модулей средств связи, 
радиотелеметрии, сигнальной алгоритмистики, радиоуправления и мониторинга. Приведен учебно-справочный материал по электронной компонентной базе, разработке, 
прикладному программированию ПЛИС, моделированию в САПР, сервисно-эксплуатационному обеспечению систем и модулей радиоэлектронных средств.  
Для студентов, обучающихся по направлениям 11.03.01/11.04.01 «Радиотехника», 
11.03.02/11.04.02 
«Инфокоммуникационные 
технологии 
и 
системы 
связи», 
11.03.03/11.04.03 «Конструирование и технология электронных средств», 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы». Также рекомендовано аспирантам, обучающимся по научной специальности 2.2.13 «Радиотехника», в том числе «Системы  
и устройства телевидения».  
УДК 621.37 
ББК 32.844  
 
 
ISBN 978-5-9729-1778-5 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

 
ВВЕДЕНИЕ 
Радиоэлектронная индустрия является одним из ключевых наукоемких 
направлений современной промышленности и гражданской инфраструктуры, составляющей основу высокотехнологичных систем и комплексов электронного  
и цифрового сектора развития современной экономики. Радиоэлектронные технологии во многом определяют интеллектуальные возможности многофункциональных систем, архитектурно построенных на системно-конфигурируемых  
и программно-аппаратных решениях средств связи, мониторинга, управления, 
сбора и обработки информации, в том числе охватывающих сектор ВПК по созданию средств вооружения и военной техники, схемоархитектурную иерархию 
приборостроения которых составляют радиоэлектронные блоки и сигнальные 
модули. Так, основной целью государственной политики в сфере радиоэлектронной промышленности в рамках реализации ФЦП РФ «Развитие электронной 
и радиоэлектронной промышленности на 2013-2025 годы» является повышение 
конкурентоспособности радиоэлектронной промышленности посредством создания инфраструктуры для развития приоритетных направлений, интеграции в 
международный рынок и реализация инновационного потенциала. Достижение 
указанной цели ФЦП предусматривает решение следующих приоритетных 
научно-практических задач: создание научно-технического задела по перспективным электронным и радиоэлектронным технологиям соответствующим современному уровню развития радиоэлектроники; создание современной научнотехнической и производственно-технологической базы производства конкурентоспособных радиоэлектронных изделий; обеспечение в требуемых объемах производства радиоэлектронных изделий для приоритетных образцов вооружения, 
военной и специальной техники.  
Таким образом, представленное учебное издание охватывает тематические 
разделы, изучающие основные радиоинженерные этапы и стадии жизненного 
цикла схемоархитектурного проектирования, разработки, исследования и эксплуатации программно-аппаратных модулей и IT-приложений радиоэлектронных изделий, построенных на принципах регистрации, преобразования, приемопередачи, анализа и цифровой обработки сигналов радиоэлектронных средств 
связи, радиотелеметрии, сигнальной алгоритмистики, радиоуправления и мониторинга. Приведен учебно-справочный материал по электронной компонентной 
базе (ЭКБ), разработке, цифровому проектированию на базе программируемых 
интегральных схем (ПЛИС), моделированию в САПР, сервисно-эксплуатационному обеспечению систем и модулей радиоэлектронных средств (РЭС).  
Содержательная структура учебного издания предполагает последовательное изучение сквозного цикла создания, проектно-технологического сопровождения и модернизации оригинальных радиоэлектронных разработок на базе 
сигнальных радиомодулей по взаимосвязанной траектории «инженерный замысел - схемоархитектурная разработка - макетный образец - опытный образец из3 
 

делия» и направлена на фундаментально-практическое освоение радиоинженерных направлений в области автоматизированной разработки РЭС, а также методов и средств системного, схемоархитектурного и программно-аппаратного проектирования изделий радиоэлектронной аппаратуры двойного и специального 
назначения, позволяющий студентам познакомиться с основополагающими 
принципами организации НИР, ОКР, НИОКР и НИОКТР в рамках проведения 
этапов схемотехнической разработки РЭС на системотехническом, функциональном и принципиальном иерархических уровнях проектирования радиоэлектронных изделий. Рассмотрены специальные разделы радиоинжиниринга, касающиеся правил создания и оформления схемотехнической рабочей конструкторской документации (РКД), изучения современной ЭКБ и классификации РЭС, 
способов поиска и устранения неисправностей РЭС по сервис-мануалам в условиях эксплуатации, изучения радиотехнических сигналов и современного радиоизмерительного аппаратного комплекса для исследования параметров и характеристик радиоэлектронных изделий, автоматизированного проектирования  
и имитационного (киберфизического) моделирования РЭС на базе современного 
схемотехнического ПО, в том числе на отечественном САПР «Delta Design», проектирования цифровых устройств на базе сигнальных процессоров и ПЛИС, изучения языков описания схемотехнических моделей SPICE и программируемых 
цифровой архитектуры HDL (VHDL, Verilog). Освещена область научно-практических исследований физико-технологических аспектов реинжиниринга радиоэлектронных средств. Рассмотрены методы и средства спецпроектного реинжиниринга и контреинжиниринга функциональных модулей многослойных печатных плат и корпусных микросхем в их составе. Изложены положения и методология схемотехнического анализа принципиальной архитектуры электрических 
цепей и сигналов радиоэлектронных изделий по конфигурации печатного модуля, его интегральной компонентной базе и их связным топологиям. 
 
 
4 
 

1.РАДИОИНЖИНИРИНГ В НИОКР РАЗРАБОТЧИКА 
СИГНАЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ РЭС 
 
Радиоинжиниринг - интегрированный комплекс научно-практической  
и проектно-технологической деятельности в области системной реализации 
сквозных циклов проведения инженерно-физических и спецпроектных исследований, разработки и производства, испытаний и эксплуатации, ремонта и модернизации, реинжиниринга и контрреинжиниринга радиоэлектронных изделий 
гражданского и специального назначения. 
Радиоинженерные направления подготовки отличаются от специальностей 
машиностроительных и приборостроительных направлений тем, что имеют свою 
систему разделения профессиональной деятельности. Так, различают следую- 
щие специализации радиоинженеров: системотехник, схемотехник, радиоконструктор - специализация, как правило, интегрирующая в себе знания, умения и 
навыки первых двух специализаций. К отдельному классу подготовки радиоинженерии относятся радиоэлектронные технологии, которые могут примыкать к 
любой из заявленных специализаций, так как разработка и проектирование на той 
или иной стадии готовности изделия (структурной, принципиальной, функциональной, аппаратной) требует владения специализированными методами и средствами программно-архитектурного синтеза, моделирования и макетирования, отладки, функционально параметрического тестирования и производства. 
Рассмотрим различие между указанными направлениями в радиоэлектронной индустрии. 
Системотехническое направление специализируется на системных решениях создания радиоэлектронного изделия. В рамках категории данного направления учат проектировать не отдельные устройства (например, передатчики или 
приемники), а целые радиоэлектронные системы и комплексы: для инженера-системотехника подсистемы - это только функциональные устройства с параметризацией входных и выходных сигналов. Системотехническое направление требует выработки объектно-ориентированного подхода: умения мыслить крупными категориями, видеть проблему решения радиотехнической задачи в целом.  
Для инженеров-схемотехников объектом проектирования и исследования 
являются подсистемы, конструкцию которых они и разрабатывают. Инженерсхемотехник проектирует подсистему с заданными характеристиками исходя из 
следующего условия: на входе известные сигналы, на выходе - требуемые, преобразованные сигналы. Схемотехник решает множество локализованных в системе схемотехнических задач. Данное направление требует усидчивости, умения работать с радиотехническими задачами, выделенными из общего комплекса, существующими отдельно. 
Радиоконструктор занимается решением задач аппаратного воплощения 
изделия, миниатюризации устройств, проблемами обеспечения тепловых режимов и охлаждения, виброустойчивости и вибропрочности, электромагнитной 
совместимости, проектируют корпуса для устройств, осуществляют выбор ЭКБ, 
5 
 

оптимизируют принципиальные схемы для их дальнейшего расположения на печатных узлах, субблоках в блоках несущих конструкций. 
Инженер-конструктор занимается разработкой технических проек- 
тов, производит анализ конструкций, заложенных проектом, и проверяет до- 
кументацию. Специалист этой профессии контролирует рабочее проектирование и разрабатывает инструкции для дальнейшей эксплуатации создаваемой 
конструкции. В обязанности радиоконструктора входят также испытание и 
наладка опытных изделий и деталей, которые планируется использовать в дальнейшем. 
Кроме того, существуют радиоинженерные направления, относящиеся к 
группе эксплуатационщиков, относящихся к категории специалистов, обеспечивающих ремонт и техническую эксплуатацию, бесперебойную работу электронного оборудования. Инженер-электронщик отвечает за наладку элементов и блоков РЭС любой сложности системной и схемотехнической конфигурации, организуя техническое обслуживание аппаратуры и обеспечивая ее работоспособное 
состояние, рациональное использование, проведение профилактического и текущего ремонта, реализацию спектра технических мер по своевременному и качественному выполнению ремонтных работ согласно утвержденной технической 
документации на конкретный вид радиоэлектронного изделия. 
Проектно-инновационная и научно-практическая составляющие радио- 
инжиниринга в области создания перспективных направлений радиоэлектронных систем и технологий, как правило, регламентируется ФЦП для предметно 
ориентированных научно-исследовательских работ, направленных на создание 
научно-технического задела в различных прикладных областях для последую- 
щей разработки изделий и технологий, и определяется тремя основными стадиями развития проработки и технической реализации продукции или ее составных 
частей: НИР, ОКР, ОТР. В ряде случаев указанные виды деятельности могут объединяться в интегрированные проекты НИОКР, а в условиях привлечения реализации технологических разработок - в НИРиТР, ОКРиТР и НИОКТР. 
 
1.1. Основная система понятий в области НИОКР 
Научная (научно-исследовательская) деятельность - деятельность, 
направленная на получение и применение новых знаний, в том числе: 
фундаментальные научные исследования - экспериментальная или теоретическая деятельность, направленная на получение новых знаний об основных 
закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества, 
окружающей природной среды; 
прикладные научные исследования - исследования, направленные преимущественно на применение новых знаний для достижения практических целей  
и решения конкретных задач. 
Экспериментальные разработки - деятельность, которая основана  
на знаниях, приобретенных в результате проведения научных исследований или 
на основе практического опыта, и направлена на сохранение жизни и здоровья 
6 
 

человека, создание новых материалов, продуктов, процессов, устройств, услуг, 
систем или методов и их дальнейшее совершенствование. 
К научно-исследовательским работам относятся работы, связанные с осуществлением научной (научно-исследовательской), научно-технической деятельности и экспериментальных разработок: 
x по которым получены результаты, подлежащие правовой охране, но не 
оформленные в установленном законодательством порядке; 
x по которым получены результаты, не подлежащие правовой охране  
в соответствии с нормами действующего законодательства. 
Научный и (или) научно-технический результат - продукт научной  
и (или) научно-технической деятельности, содержащий новые знания или решения и зафиксированный на любом информационном носителе. 
Научная и (или) научно-техническая продукция - научный и (или) 
научно-технический результат, в том числе результат интеллектуальной деятельности, предназначенный для реализации. 
Научно-исследовательская работа по созданию продукции – комплекс 
теоретических и (или) экспериментальных исследований, проводимых с целью получения обоснованных исходных данных, изыскания принципов и путей создания 
(модернизации) продукции. Научно-исследовательская работа по созданию продукции является одной из разновидностей прикладных научно-исследовательских 
работ. Она служит начальным этапом комплекса работ по созданию и освоению 
новой техники и проводится в случае, когда разработку продукции невозможно 
или нецелесообразно осуществить без проведения соответствующих научных исследований. В отличие от фундаментальных и поисковых НИР, прикладная НИР 
проводится с целью создания конкретного образца (типа изделия, материала) или 
исследования особенностей его функционирования, или применения. Одним из 
этапов НИР по созданию материала является опытно-технологическая работа,  
в процессе которой изготавливается опытная партия материала. 
Опытно-конструкторская работа (ОКР) - комплекс работ по разработке 
конструкторской и технологической документации на опытный образец, изготовлению и испытаниям опытного (головного) образца (опытной партии), выполняемых для создания (модернизации) продукции. Определение относится  
к разработке как серийной, так и несерийной или единичной продукции. 
Опытно-технологическая работа (ОТР) - комплекс работ по созданию 
новых веществ, материалов и (или) технологических процессов и технической 
документации на них. Опытно-конструкторская и опытно-технологическая работы, как правило, начинаются с технического задания. При проведении ОКР  
в ее состав могут быть включены работы по созданию технологической документации и средств технологического оснащения для изготовления опытных образцов, установочных серий или головных образцов, а также несерийной или единичной продукции. 
Рабочая конструкторская документация (РКД) - графические и текстовые документы, которые, в совокупности или в отдельности, определяют состав 
7 
 

и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки, изготовления, контроля, эксплуатации, ремонта и утилизации. 
1.2. Место НИОКР в жизненном цикле  
радиоэлектронных изделий 
С точки зрения стратегических аспектов управления НИОКР, жизненный 
цикл продукции - время от начала оформления идеи изделия до окончания физического существования последнего экземпляра этого изделия. 
Структура жизненного цикла изделия (продукции) включает следующие 
составляющие: 
1) маркетинговые исследования потребностей рынка; 
2) генерация идей и их фильтрация; 
3) техническая и экономическая экспертиза проекта; 
4) научно-исследовательские работы по тематике изделия (продукции); 
5) опытно-конструкторская работа и/или опытно-технологическая работа; 
6) пробный маркетинг; 
7) подготовка производства изделия на заводе-изготовителе серийной 
продукции; 
8) собственно, производство и сбыт; 
9) эксплуатация изделий; 
10)утилизация изделий. 
Стадии 4…7 - предпроизводственные, и их можно рассматривать как комплекс научно-технической подготовки производства. 
Жизненный цикл изделий - не временной период существования продукции данного типа (одного наименования и обозначения), а процесс последовательного изменения ее состояния, обусловленный видом производимых на нее 
воздействий. При этом изделие конкретного типа может одновременно находится в нескольких стадиях жизненного цикла, например, в стадиях производства, эксплуатации и планового ремонта. 
Основные параметры, характеризующие границы стадий жизненного 
цикла изделия, приведены в таблице 1.1. 
Таблица 1.1. Стадии жизненного цикла радиоэлектронного изделия 
Стадия 
Начало стадии 
Окончание стадии 
Маркетинговые  
исследования рынка 
Заключение договора  
на проведение исследований 
Сдача отчета по результатам 
исследований 
Генерация идей и их 
фильтрация 
Сбор и фиксирование 
предложений по проектам 
Окончание отбора 
 проектов-конкурентов 
Комплектация групп оценки 
проектов 
Техническая  
и экономическая экспертиза 
проектов 
Сдача отчета по экспертизе 
проектов, выбор  
проекта-победителя 
НИР 
Утверждение ТЗ на НИР 
Утверждение акта  
об окончании НИР 
 
8 
 

Окончание таблицы 1.1 
Стадия 
Начало стадии 
Окончание стадии 
ОКР 
Утверждение ТЗ на ОКР 
Наличие РКД,  
откорректированной  
по результатам испытаний 
опытного образца 
Пробный маркетинг 
Начало подготовки  
производства  
опытной партии 
Анализ отчета 
 о результатах пробного  
маркетинга 
Подготовка производства  
на заводе-изготовителе 
Принятие решения о серийном 
производстве 
Начало установившегося  
серийного производства 
Производство и сбыт 
Продажа первого серийного 
 образца изделия 
Поставка потребителю  
последнего экземпляра 
изделия 
Эксплуатация 
Получение потребителем 
 первого экземпляра изделия 
Снятие с эксплуатации  
последнего экземпляра 
изделия 
Утилизация 
Момент списания первого  
экземпляра изделия  
с эксплуатации 
Завершение работ  
по утилизации последнего 
изделия, снятого  
с эксплуатации 
 
Деятельность и работы на всех стадиях жизненного цикла изделия регламентированы соответствующими стандартами системы разработки и постановки 
продукции на производство (СРПП). С точки зрения СРПП, стадии разработки и 
производства являются определяющими. Поэтому началом жизненного цикла 
радиоэлектронного изделия условно считают формирование исходных требований к ней. 
1.3. Радиоинженерная деятельность на этапах НИР,  
ОКР И ОТР 
1.3.1. Формулировка признаков работ, соответствующих НИР 
Виды НИР: 
ГОСТ 7.32-2001 определяет следующие разновидности научно-исследовательских работ: фундаментальные, поисковые, прикладные. Укрупненные характеристики видов НИР приведены в таблице 1.2. 
 
 
 
9 
 

Таблица 1.2. Укрупненные характеристики видов НИР 
Виды исследований 
Результаты исследований 
Фундаментальные 
Расширение теоретических знаний. Получение новых научных  
данных о процессах, явлениях, закономерностях, существующих  
в исследуемой области; научные основы, 
методы и принципы исследований 
Поисковые 
Увеличение объема знаний для более глубокого понимания  
изучаемого предмета. Разработка прогнозов развития науки  
и техники; открытие путей применения новых явлений  
и закономерностей 
Прикладные 
Разрешение конкретных научных проблем для создания 
новых изделий. Получение рекомендаций, инструкций,  
расчетно-технических материалов, методик и т. д. 
 
Так НИР, направленные на проблемно-ориентированные поисковые исследования относятся к поисковым. В то же время, направленные на создание 
научно-технического задела в предметной области относятся к прикладным. 
Цели и задачи НИР 
Фундаментальные НИР нацелены на получение новых знаний или пониманий фундаментальных аспектов, заслуживающих внимания фактов и явлений 
без специальных применений к предстоящим процессам. В рамках Программы 
фундаментальные НИР не проводятся. 
К поисковым НИР относятся работы, проводимые с целью: увеличения 
объема знаний для более глубокого понимания изучаемого предмета; разработки 
прогнозов развития науки и техники; изучения путей применения новых явлений 
и закономерностей и т. п. 
Задачами поисковых НИР являются: 
x обоснование перспективных направлений развития техники, технологий, экономики, производства и т. д. (в том числе по результатам фундаментальных НИР); 
x определение технических, экономических, экологических и других требований к объектам (изделиям), являющимся предметом исследований; 
x выбор и обоснование направлений ОКР, ПТР и ОТР, обеспечивающих 
создание новых объектов, входящих в них комплектующих изделий, разработку соответствующих технологических процессов, оборудования  
и т. п.; 
x выбор и обоснование направлений прикладных НИР; 
x исследование возможности и целесообразности использования частных 
технических решений для создания объектов (изделий) и их элементов  
с заданными характеристиками или параметрами. 
10