Когда человек начинает ощущать себя далеко не молодым, то его, обычно, тянет написать мемуары. Вот и мне захотелось попробовать описать свои разработки, пока память еще позволяет вспомнить сделанное. Видимо, сказывается приближение 50-летия.
Я пришел в Институт Ядерной Физики в 1976 году. Большую часть времени я занимался разработками аппаратуры для автоматизации, преимущественно аналого-цифровой аппаратуры. Разработка без поддержки качественным тестовым программным обеспечением, по моему мнению, не может считаться завершенной. Поэтому существенное время тратилось на написание прикладного программного обеспечения (тестовые программы, пакеты подпрограмм). Жило наше программное обеспечение на семействе ЭВМ, которых почти нигде не было- ОДРА-1300 (аналог ICL-1900), а впоследствии на разработанной в нашем инстититуте микроЭВМ (Одренок). И было жить и творить на этих ЭВМ очень неуютно. Как следствие, я начал писать системные компоненты программного обеспечения, чтобы увеличить комфортность своей работы как разработчика аппаратуры. Мало-помалу эта составляющая моей деятельности приобрела заметную величину. Тем не менее, я был и остался разработчиком аппаратуры, чему и хочу посвятить эту страничку.
Год 1976
В этом году я защитил диплом, начал работать в институте. Первый год работы я занимался разработкой АЦП конвейерного типа. Как и положено нормальному выпускнику НЭТИ тех лет, я честно и добросовестно пытался научиться всему чему можно, а основные идеи приходили от моего тогдашнего руководителя- Батракова Александра Матвеевича. По тем временам АЦП имел неплохие параметры- 8 бит и 20 мегасэмплов в секунду. В 1977 году были собраны два таких прибора с КАМАК интерфейсом и памятью 256 слов, отданы потребителям и тема была закрыта, не в последнюю очередь усилиями автора.
Год 1977
В этом году я, видимо, чему-то научился. Появились свои идеи, противоречащие официальной политике. Появились свои разработки. Институт получил первые микросхемы АЛУ и очень захотелось их применить, да еще и в АЦП. Результатом стало появление АЦП следящего типа. Поскольку эта разработка была сочтена глупостью, то я собрал АЦП на макетной плате в выходные. Получилось устройство с тактовой частотой частотой 10 МГц, 8 бит, скорость отработки сигнала полной амплитуды под 80 КГц, что превышало возможности разрабатывавшегося в то время следящего АЦП классического типа на ЭСЛ микросхемах. Это была чистая победа, мне было разрешено заниматься бывшей "глупостью", а плата вошла в состав нескольких моделей цифровых осциллографов (8100, 8100.2, 8500), которые прожили дольше, чем мы планировали. В этом году я пошел в отпуск с рулоном миллиметровки (в первый и последний раз) и вернулся из него не только отдохнувшим, но и с тремя принципиальными схемами (плата следящего АЦП (8100), плата АЦП поразрядного уравновешивания (101) и плата унифицированного КАМАК интерфейса). Эти платы были основой целого семейства цифровых осциллографов, которые мы начали производить серийно со следующего года.
Годы 1978-1979
За давностью лет уже трудно восстановить точную датировку что и когда было сделано, поэтому здесь перечисляется пакет разработок этих двух лет. Это цифровые осциллографы, первый коммутатор, и сервисные устройства. Это были годы массового освоения промышленностью микросхем средней степени интеграции, памяти и это послужило причиной изобилия версий модулей. Низкая функциональная плотность микросхем позволяла реализовать устройство типа цифрового осциллографа только на трех платах. Версии рождались из двух плат АЦП (следящего типа и поразрядного уравновешивания), трех плат памяти (быстрая память на ТТЛ и ЭСЛ и медленная на динамических ОЗУ) и единственной платы интерфейса КАМАК.
АЦП конвейерного типа. Был сделан один опытный блок (несколько другой по виду) и два таких как на этой фотографии. Плата АЦП состояла из 4-х секций, каждая из которых определяла по 2 бита, а задержка аналогового сигнала между секциями осуществлялась с помощью коаксиального кабеля (три отрезка по 50 нсек), что и определило размеры устройства. В качестве компараторов использовались ЭСЛ дифференциальные приемники с линии типа 100ЛП16.
8 бит, 256 слов памяти, времена дискретизации 50 нс, 200 нс, 1 мкс и 4 мкс на отсчет, входные диапазоны 0.05, 0.25, 1 и 4 В, входное сопротивление 75 Ом. |
АЦП 8100 - блок 4М, АЦП следящего типа, память на ТТЛ микросхемах 155РУ2.
Разрядность преобразователя - 8 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0,08 В до 10,24 В.
Входное сопротивление - 160 КОм.
Скорость записи в ОЗУ - от 125 нс/отсчет до 50 мс/отсчет.
Емкость памяти - 256 слов.
Максимальная частота обрабатываемого сигнала полной амплитуды- 70 КГц.
Этих блоков было произведено несколько экземпляров, затем мы получили ЭСЛ память емкостью 256 бит/корпус, что позволило заменить этот блок на АЦП8100М.
Плата АЦП базировалась на 8-разрядном ЦАПе, собранном на транзисторах КТ342В, диодных ключах и суммирующей сеткой R-2R, и параллельной компараторной секцией (15 компараторов) на 554СА1. Параллельная секция определяла разность между входным напряжением и выходным напряжением ЦАПа, и затем код ошибки суммировался с кодом ЦАПа микросхемами 155ИП3. |
АЦП 8100М - блок 4М, АЦП следящего типа, память на ЭСЛ микросхемах.
Разрядность преобразователя - 8 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0,08 В до 10,24 В.
Входное сопротивление - 160 КОм.
Скорость записи в ОЗУ - от 125 нс/отсчет до 50 мс/отсчет.
Емкость памяти - 256 слов.
Максимальная частота обрабатываемого сигнала полной амплитуды- 70 КГц.
От предыдущего блока он отличается значительно меньшим энергопотреблением. |
АЦП 8100.2 - блок 4М, АЦП следящего типа, память на микросхемах 565РУ1. Эту плату памяти разработал Батраков А.М.
Разрядность преобразователя - 8 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0,08 В до 10,24 В.
Входное сопротивление - 160 КОм.
Скорость записи в ОЗУ - от 1.25 мкс/отсчет до 50 мс/отсчет.
Емкость памяти - 4096 слов.
Максимальная частота обрабатываемого сигнала полной амплитуды- 70 КГц.
Этих блоков было выпущено несколько штук. Причиной рождения такой модификации послужили трудности в производстве платы АЦП101. Поэтому мы собрали несколько таких гибридных блоков, чтобы удовлетворить потребности института. Этот цифровой осциллограф мог работать совместно с нашим коммутатором (КАС-4), правда при скорости переключения каналов на выше 5мкс/отсчет. |
АЦП 101 - блок 4М, АЦП поразрядного уравновешивания, память на микросхемах 565РУ1.
Разрядность преобразователя - 10 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0,1 В до 8,192 В.
Входное сопротивление - 15 КОм.
Скорость записи в ОЗУ - от 1 мкс/отсчет до 2 мс/отсчет.
Емкость памяти - 4096 слов.
Максимальная частота обрабатываемого сигнала полной амплитуды- 200 КГц.
Этот блок имел сложную историю. Основные узлы платы АЦП придумывались и макетировались совместно с Батраковым А.М., схему, разводку и сборку первой платы делал я, а включить уже не хватало времени (погряз в остальном) и первое включение платы АЦП, а также последующую доводку делал уже полностью Батраков. Плата ОЗУ делалась Батраковым, а интерфейсная (и тесты)- мною. Вот такой вот совместный труд. |
КАС-4 - блок 2М, коммутатор 4-канальный с программируемыми усилителями на входах, разработанный специально для использования с нашими цифровыми осциллографами типа АЦП-101 и АЦП8100.2 |
Ручной контроллер. В нашей лаборатории мы с Батраковым А.М. были первопроходцами стандарта КАМАК. Когда были сделаны первые блоки, обнаружилось что налаживать их нечем, во всем институте был один ручной контроллер, а машинного- вообще ни одного. Пришлось собрать на макетной плате два экземпляра ручных контроллеров. Всем стало завидно и студентам было поручено разработать "настоящий" ручной контроллер. Нам наш нравился больше. |
Индикатор магистрали. Очень скоро нам стало не хватать индикатора магистрали. Пришлось разработать. Этот блок выпускался сотнями и использовался не только в нашем институте. На фотографии показана вторая версия (первая была собрана на двух платах). |
Генератор. В работе не хватало самых разных приборов. Очень "доставало" отсутствие удобных генераторов запускающих импульсов. Самые хорошие умудрялись сгорать либо при закоротке выхода, либо при случайном включении без нагрузки. Уже традиционно я за выходные собрал на макетной плате, а позже лаборанты переразвели платы. Блок был сделан в КАМАКе по той простой причине, что крейт КАМАК у нас был на любом столе и для нас являлся удобным конструктивом. Управления от магистрали не было, из КАМАКа бралось только питания. Этот блок используется и сейчас. |
Годы 1980-1981
Отечественная промышленность продолжала развиваться и радовать разработчиков. Когда удалось купить 1Кбит память МОП типа, сразу же захотелось сделать наши цифровые осциллографы меньше, технологичнее и надежнее. Новые микросхемы позволили разместить на одной плате КАМАК интерфейс и память 2К*10 бит. К этой плате мы приделали те же самые платы АЦП (следящего и поразрядного типа), но блоки стали уже двухплатными (3М). И где-то в эти же годы был сделан новый коммутатор- КАС8, уже восьмиканальный. В эти же годы в номенклатуру был введен новый блок- запоминатель-измеритель импульсных сигналов. Ниже обо всем подробнее.
АЦП 8500 (Ц0638)- блок 3М, АЦП следящего типа.
Разрядность преобразователя - 8 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0,08 В до 10,24 В.
Входное сопротивление - 160 КОм.
Скорость записи в ОЗУ - от 500 нс/отсчет до 50 мс/отсчет.
Емкость памяти - 2048 слов.
Максимальная частота обрабатываемого сигнала полной амплитуды- 70 КГц.
Возможно использование с коммутатором КАС-8 (при временах дискретизации не менее 5 мкс). |
АЦП 101М (Ц0615)- блок 3М, АЦП поразрядного уравновешивания.
Разрядность преобразователя - 10 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0,1 В до 8,192 В.
Входное сопротивление - 15 КОм.
Скорость записи в ОЗУ - от 1 мкс/отсчет до 2 мс/отсчет.
Емкость памяти - 2048 слов.
Максимальная частота обрабатываемого сигнала полной амплитуды- 200 КГц.
Может использоваться совместно с коммутатором КАС-8. |
КАС-8 (А0634)- блок 2М, коммутатор 8-канальный с программируемыми усилителями на входах, разработанный специально для использования с нашими цифровыми осциллографами типа АЦП-101М и АЦП8500
Количество каналов - 8.
Время переключения (установления выходного напряжения) - 0,5 мкс.
Коэффициент передачи включенного канала - 1.0 или 0.25.
Диапазон входных сигналов - до 8 В.
Диапазон выходного сигнала - до 2 В.
Входное сопротивление - 40 КОм. |
ЗИИС-4 (Ц0639)- запоминатель-измеритель импульсных сигналов (измеритель мгновенного значения).
Разрядность преобразователя - 10 бит.
Погрешность измерений - 0.1%.
Диапазон входных сигналов - 2046 мВ.
Входное сопротивление - 1 КОм.
Время установления аналогового тракта - 2 мксек.
Предельная частота при сохранении полной точности - 20 КГц. |
Год 1982
В этом году была разработана очередная версия индикатора магистрали, на этот раз шириной 1М (как во всем мире). Правда, большинство пользователей по-прежнему предпочитали старый, шириной 2М.
Кроме этого, я участвовал в разработке цифрового осциллографа на основе запоминающей трубки "Магнолия". Разработка велась всеми наличными силами нашей небольшой компании (Батраков, Чуканов). Я занимался цифровыми вещами. Считывание сигнала, цифровая обработка (выделение и маскирование дефектов экрана, выделение двух огибающих, передача осциллограмм в КАМАК). В этой разработке использовалось два микропрограммных автомата, обменивающихся информацией друг с другом. Этот опыт позволил мне впредь использовать столько автоматов/микропроцессоров сколько нужно, не опасаясь проблем межпроцессорного обмена. К сожалению, фотографии этой разработки у меня нет.
Основные параметры цифрового осциллографа "Магнолия"
Разрядность преобразователя - 7 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0.128 В до 16.384 В.
(возможна несимметричная шкала)
Входное сопротивление сигнального тракта - 50 ом, 0.5 %.
Предельная частота усилительного тракта по уровню 0.7 (не менее) - 130 мгц.
(Фронт нарастания тракта, не более) - 2.7 нс.
Предельная частота обрабатываемого синусоидального сигнала 1/2 шкалы, при котором обеспечивается "прописывание" на трубке - 50 мгц.
Количество отсчетов по времени(две огибающие)- 2*128.
Развертка - от 64 нс до 8.192 мкс.
Нелинейность развертки - 2 %.
Годы 1983-1984
В этот период автор созрел до разработки собственного крейт-контроллера. Старый крейт- контроллер (К0601) в общем-то устраивал потребителей на установках. Однако, он совершенно не устраивал меня как разработчика КАМАК аппаратуры. Чтобы узнать наличие или отсутствие сигналов X или L, в тесте приходилось прилагать неоправданно большие усилия, а проверка отсутствия Q приводила к потере 1 (целой) секунды. Проверить функционирование команды F8 вручную (с ручным контроллером) было, пожалуй, проще чем с ЭВМ. В то же время ЭВМ стали гораздо доступнее и, как следствие, тесты аппаратуры стремились усложниться, облегчая наладку и ремонт устройств. Разработанный блок сохранил совместимость с К0601 (старые программы могли работать с новым контроллером) и в то же время предоставлял массу новых возможностей. Можно было одним чтением узнать наличие/отсутствие X и Q, одной командой чтения можно было считать все запросы крейта. Здесь тоже были использованы два микропрограммных автомата.
Этих блоков было произведено немного, около пятидесяти. |
Отечественная промышленность продолжала развиваться и радовать разработчиков. Мы получили первую микросхему АЦП 10бит и 1 мкс. Учитывая что и остальные типы микросхем значительно эволюционировали, очень захотелось обновить номенклатуру цифровых осциллографов. Предвидя изобилие разработок, захотелось сэкономить на программных затратах. Для этого я и придумал стандарт построения осциллографов "S", что означало стандартизованный. Я принимал участие в разработке двух первых моделей АЦП101S и АЦП850S. После этого молодежь под руководством Батракова разработала еще штук пять моделей и все они тестировались единым набором тестов. После очередной разработки я только добавлял несколько констант в тесты (фактическая разрядность, длина памяти, используемые диапазоны по амплитуде и времени из стандартной сетки, наличие коммутатора и т.п.). Пользовательской программе было еще проще, она получала подтверждение правильности засланного диапазона.
АЦП-101S
Эта разработка была проведена совместно с Батраковым (он делал УВХ для этого прибора).
Основные параметры цифрового осциллографа Ц0616 (АЦП-101S)
Разрядность преобразователя - 10 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0.08 В до 10.24 В.
Входное сопротивление:
для диапазонов 1.28-10.24 В - 100 ком, 5%
для диапазонов 0.08-0.64 В - 425 ком, 1%
в дифференциальном включении (0.08-0.64 В)
для синфазного сигнала - 212 ком, 1%
для дифференциального сигнала - 50 ком, 1%
Предельная частота обрабатываемого синусоидального сигнала полной амплитуды при однопроводном включении источника сигнала:
на диапазонах 0.08-0.64 В - 100 кгц
на диапазонах 1.28-10.64 В - 400 кгц
Подавление синфазного сигнала при дифференциальном включении, не менее: на частоте 20 кгц - (50 раз)
Емкость памяти - 4096 слов.
Скорость записи в ОЗУ от АЦП - от 1 отсчет/1 мкс до 1 отсчет/2 мс.
предусмотрена возможность задавать скорость записи в ОЗУ с помощью внешнего генератора ( вход "ТАЙМЕР" ) и от ЭВМ. |
АЦП-850S
Основные параметры цифрового осциллографа Ц0621 (АЦП-850S)
Разрядность преобразователя - 8 бит.
Диапазоны входных сигналов - от 0.08 в до 10.24 в.
Входное сопротивление - 50 ом, 0.5%.
Предельная частота обрабатываемого синусоидального сигнала полной амплитуды
на диапазонах 0.08-0.64 в - 400 кгц
на диапазонах 1.28-10.64 в - 4.0 мгц
Емкость памяти (двенадцатиразрядных слов) - 1024.
Скорость записи в ОЗУ от АЦП - от 1 отсчет/50 нс до 1 отсчет/2 мс. |
Год 1985
В этом году была разработана версия блока ЗИИС на современной элементной базе. Он был программно совместим с предыдущей разработкой, но более технологичен.
Основные параметры измерителя Ц0643
Разрядность преобразователя (разрешающая способность) - 10 бит
Точность преобразователя (погрешность измерений) - +/-0.5%
Диапазон входных сигналов - +/-2046 мВ
Входное сопротивление - 1 ком, 0.5 %
Время установления УВХ на полную точность при изменении входного сигнала от -Umax до +Umax или от +Umax до -Umax - <2 мкс
Предельная частота обрабатываемого синусоидального сигнала полной амплитуды при сохранении полной точности - 20 КГц
Амплитуда импульса, подаваемого на вход СТАРТ - 4-40 В
Длительность импульса, подаваемого на вход СТАРТ - >200 нс
Входное сопротивление по входу СТАРТ - 1 КОм
Время преобразования (задержка от импульса запуска до выставления прибором "L") - 20-50 мкс |
К этому времени рабочие места разработчиков стали переходить на использование микроЭВМ Одренок. Эта микроЭВМ предоставляла очень удобный доступ к КАМАК магистрали, реализованный на уровне системы команд. Теперь доступ к магистрали из пользовательской программы составлял 25 мкс. Доступ к удаленному крейту по старой системе связи составлял миллисекунды, да к тому же очень трудно было реализовать единый пакет подпрограмм. Чтобы преодолеть такой контраст, был разработан набор из двух блоков (DS-24S и CC-24S), позволяющий работать единообразно в центральном и удаленном крейтах с сопоставимыми временами. К ним было написано два пакета подпрограмм. Один из блоков ставился в крейте с микроЭВМ, к нему коаксиальными кабелями могло подключаться до 4-х крейт- контроллеров на расстояние до 200 м. Эти блоки выпускались сотнями. Ниже приводятся их фотографии. |
|
|
Годы 1986-1992
В этот период я занимался преимущественно программированием и мелочевкой. Совместно с группой соавторов было разработано несколько модулей в стандарте VME (к сожалению платы либо их фотографии не сохранились). Я участвовал в разработке процессорного модуля на базе 1801ВМ3, интерфейса 4*RS-232, модуля арбитра, и лично сделал память на сколько-то мегабайт. Пришла перестройка, коллектив нашел более хлебные места и эта тема умерла.
Мелочевка включает в себя два программатора в стандарте КАМАК. Один из них программировал серию PAL 1556, а другой- все доступные на тот момент микросхемы типа РФ и РР.
Кроме этого, я был соавтором программатора 556РТ1,2. Формально им занимался Коля Уваров. У него получалось ровно две платы. Он попросил помощи. Я минимизировал несколько узлов, так что устройство уверенно поместилось на одной плате и на этом мое участие закончилось. |
Где-то к концу этого срока мой стажер Андрей Акулов сделал аналог моего диспетчера DS-24S для IBM PC. Как автор прообраза и руководитель стажера, я являлся соавтором. Этих плат было выпущено ограниченное количество, однако, пользователи попробовавшие этот интерфейс, категорически отказывались впоследствии переходить на стандартный. Это объясняется тем, что в комплекте с платой пользователь получал набор софта (библиотеку, эмулятор ручного контроллера, тест системы драйвер-контроллер, тест КАМАК магистрали, а заодно программы для программаторов). Этого сервиса на стандартном интерфейсе РС- КАМАК нет до сих пор. |
Годы 1993-1995
В этот период из hardware разработок мне вспоминается только разработка Миллихрома. Это довольно тяжеловесная разработка. Я имел отношение к трем платам, в каждой стоял микропроцессор (на одной из плат- 2 микропроцессора), программы, написанные на ассемблере, были длиной 4-5 тысяч строк (32-разрядная арифметика, логарифмы и т.п.). Кроме этого были написаны тестовые программы в РС, чтобы отладить всю эту кухню. Как говорят, эта штука производится до сих пор (по крайней мере присутствует в прайс-листах нескольких фирм).
Официальные данные (из каталога фирмы Эконикс)
“МилиХром А-02”
Предназначен для работы в стационарных, мобильных или полевых лабораториях, выполняющих анализы для различных отраслей промышленности и науки.
- Типичная чувствительность анализа:
- по концентрации 0,1 - 1 мг/л
- по количеству 1 - 10 нг
- Количество веществ, определяемых в одном образце, может доходить до 25-30.
- Время анализа составляет 3 - 30 мин в зависимости от образца.
Система обработки хроматографической информации включает функции автоматической разметки пиков, калибровки, идентификации и расчета концентраций с автоматической выдачей печатного отчета. Полное управление от компьютера IBM / WINDOWS 3.1 или WINDOWS-95/.
Технические характеристики:
Потребляемая мощность |
130ВА |
Габариты, мм |
535х210х320 |
Вес (без компьютера), кг |
17 |
Детектор - двухлучевой УФ-спектрофотометр
Спектральный диапазон, нм |
190 - 360 |
Спектральная ширина щели на полувысоте, нм |
5 |
Дискретность установки длины волны, нм |
2 |
Объем кюветы, мкл |
1,2 |
Диапазон измерения, е.о.п. (AU) |
-10 -+ 18 |
Воспроизводимость установки длины волны, нм |
0,01 |
Время измерения, с |
0,03 - 20 |
Автоматический дозатор:
Количество сосудов для проб |
46 |
Максимальный объем пробы, мкл |
100 |
Дозируемый объем, мкл |
1 - 99 |
До 200 анализов в одном задании |
|
Насос - шприцевой, сдвоенный, градиентный
Полный объем, мкл |
2 ґ 2500 |
Рабочая скорость подачи, мкл/мин |
3 - 999 |
Скорость перезаполнения, мкл/мин |
2000 |
Максимальное давления, атм |
70 |
Пассивный смеситель с объемом около 40 мкл |
|
Программируемый кусочно-линейный градиент любой формы, до 20 участков |
|
Хроматографическая система:
Колонки:- стандартный размер, мм
- эффективность не менее 3500 теоретических тарелок
- термостатирование колонок, оС
- погрешность термостатирования, оС |
Ж 2ґ 75
35 - 90
0,3
|
Воспроизводимость дозирования
(среднеквадратичное отклонение)
- по временам удерживания... не более, %
- по площади пиков.. не более, % |
1
1 |
Годы 1998-1999
В это время я вернулся к разработке hardware. Был разработан VME интерфейс к контроллерам CC-24S совместно с Владиком Шило. Два устройства были разработаны совместно с Репковым Владимиром Валерьевичем- VME интерфейс к измерителям положения пучка и VME модуль для автоматизации вигглеров. Ниже приводятся их фотографии. Устройства являются довольно специализированными, поэтому я не буду их описывать подробнее.
С 2000 года начинается новейшая история. Новые разработки имеют персональную страничку, там о них и можно почитать. Впрочем, краткое перечисление можно привести и здесь.
2000
Разработаны блоки CANDAC16, CANADC40, интерфейс CAMAC-CANbus(последний блок разработан совместно со студентом Фисенко Алексеем).
2001
Разработан блок CDAC20 а также создан раздел My Designs на моем WEB-сайте.
2002
Разработаны блоки VMEADC16, CEDAC20, CGVI8.
2003
Разработаны блоки CPKS8, CANIPP (последний- совместно с Репковым Владимиром).
2004
Разработан блок CURVV (совместно со студентом Ромахом Михаилом). Создан WEB-сайт лаборатории. Введен новый раздел на моем сайте Application Notes.
.
|