В статье автор проводит оценку возможности замены импортных элементов и микросхем на отечественные аналоги при модернизации электронного блока управления в условиях текущей экономической ситуации.
Ключевые слова: импортозамещение, элементы, микросхемы.
Начиная с 2014 года, ускоренное введение санкционных ограничений США, ЕС и другими странами запада в отношении России привело к ускорению процессов формирования отраслевых программ импортозамещения в российской экономике. На государственном уровне был разработан целый ряд программ импортозамещения в ключевых отраслях российской экономики.
Программа импортозамещения предусматривала поиск путей решения проблемы замещения поставляемых из Украины изделий и комплектующих их отечественными аналогами, и путей решения проблемы замещения поставок изделий и комплектующих из недружественных стран аналогами отечественного производства. Так же в программе обосновывались мероприятия, направленные на стимулирование развития национальной промышленности, а также ограничительные мероприятия по поставкам импортной продукции в Россию.
Результатом реализации этой программы должно стать снижение импортозависимости в различных отраслях российской экономики. Так же устанавливался лимит на закупку товаров государством и госкомпаниями, в соответствии с которым объем закупок продукции отечественного производства уже на конец 2017 года должен был составлять не менее 80 % [1].
Применительно к радиоэлектронной отрасли, проблемы импортозамещения касаются, прежде всего, поставок полупроводниковой продукции и, в особенности, микросхем высокой степени интеграции. Это необходимо учитывать при проектировании новой продукции и модернизации известных изделий, чтобы производство не сталкивалось с недостатком комплектующих.
Рассмотрим возможности импортозамещения при модернизации блока управления бытовыми устройствами, который предназначен для использования в системах типа умный дом.
Элементная база блока-прототипа содержит:
– постоянные резисторы,
– полярные и неполярные конденсаторы,
– микроконтроллер ATmega328P,
– датчик температуры DS18B20,
– часы реального времени DS3231SN,
– регистры 74HC595A,
– преобразователь интерфейса CH340G,
– светодиодные индикаторы на базе драйвера TM1637,
– светодиоды.
Задачей модернизации является переход от навесной к поверхностно монтируемой элементной базе и замена комплектующих, производимых в недружественных странах, на отечественные или производимые в дружественных странах.
Замещение пассивных элементов не представляет сложности, поскольку резисторы и конденсаторы для поверхностного монтажа производятся на многих предприятиях в России. Например, в таблице 1 представлены отечественные предприятия, производящие резисторы и наборы резисторов для поверхностного монтажа, и их параметры в сравнении с импортными аналогами [2].
Таблица 1
Параметры отечественных наборов резисторов
|
Компания |
Продукция |
Импортные аналоги |
Номинальная мощность рассеяния, Вт |
Диапазон номинальных сопротивлений, Ом |
Допустимое отклонение сопротивления, % |
ТКС ×10 –6 , 1/°С |
|
АО «Ресурс» |
НР1–2Р |
CAT-16 от Bourns |
0,062 |
10–1×10 6 |
±1; ±2; ±5 |
±200 |
|
НР1–3Р |
CAY-16 от Bourns |
|||||
|
НР1–4Р |
CAT-25 от Bourns |
0,0625 |
±5 |
|||
|
НР1–79 |
4600Х от Bourns |
0,75–1,38 |
10–51 |
±5 |
±100; ±250 |
|
|
51–1×10 6 |
±1; ±2; ±5 |
|||||
|
1×10 6 –150×10 6 |
±2; ±5; ±10 |
|||||
|
НР1–80 |
4800Р от Bourns |
0,08 |
10–49 |
±5; ±10 |
||
|
49–1×10 6 |
±1; ±2; ±5 |
|||||
|
0,16 |
1×10 6 –15×10 6 |
±2; ±5; ±10 |
||||
|
15×10 6 –150×10 6 |
±10 |
|||||
|
АО «НИИЭМП» |
НР1–19 |
4600Х* от Bourns |
0,05 |
22–1000 |
±0,5 |
±50; ±100; ±250 |
|
0,125 |
10–10 7 |
±1; ±2 |
||||
|
10–3,3×10 6 |
±5; ±10 |
|||||
|
НР1–20 |
0,125 |
10–10 6 |
±1; ±2 |
±100; ±250 |
||
|
±5; ±10 |
||||||
|
НР1–7Б |
0,5–1 |
10–3,3×10 6 |
±2; ±5 |
±250; ±500 |
||
|
±10 |
||||||
|
ОАО «Алагирский завод сопротивлений» |
НР1–19–3М |
4600Х* от Bourns |
0,125 |
10–3,3×10 6 |
±2; ±5 |
±100; ±250 |
|
НР1–20 |
0,25 |
10–1×10 6 |
±1; ±2 |
|||
|
±5; ±10 |
Керамические конденсаторы являются наиболее распространенной группой конденсаторов, нашедших свое применение в различных областях техники, и главным образом применяются в условиях, где требуются малые размеры при относительно большой удельной емкости, широкий диапазон емкостей (от 0,47 пФ до 100 мкФ) в широком интервале напряжений (от 6,3 В до 10 кВ).
АО «НИИ «Гириконд» разрабатывает и производит, как однослойные, так и многослойные монолитные конденсаторы в различном конструктивном исполнении: выводные в полимерном корпусе, выводные окукленные полимерным компаундом и безвыводные в, так называемом, чип — исполнении для поверхностного автоматизированного монтажа. В таблице 2 приведены параметры выпускаемых конденсаторов [3].
Таблица 2
Параметры отечественных керамических конденсаторов
|
Тип (категория качества) |
Группа ТСЕ |
U ном , В |
С ном |
|
Общего назначения, низковольтные |
|||
|
К10–67 |
Н50 |
25 … 500 |
680 пФ …33 мкФ |
|
К10–67 б, в |
МП0; Н30; Н90 |
25 … 500 |
10 пФ … 68 мкФ |
|
К10–79 |
МП0; Н30; Н90 |
10 … 500 |
0,47 пФ … 100 мкФ |
|
К10–82 |
Н20; Н90 |
50 … 630 |
0,001 … 22 мкФ |
|
К10–69 б, К10–69 в * |
МП0; Н30; Н90 |
25 … 500 |
1,0 пФ … 3,3 мкФ |
|
Общего назначения, высоковольтные |
|||
|
К15–20 б, в |
МП0; Н50 |
1600 … 6300 |
150 пФ … 0,15 мкФ |
Танталовые конденсаторы, которые относятся к классу конденсаторов с оксидным диэлектриком, характеризуются наиболее высокими удельным зарядом и удельной емкостью, большими значениями единичной емкости, однако, имеют ограничения по максимальному значению номинального напряжения и при прочих равных условиях имеют более высокую цену.
АО «НИИ «Гириконд» разрабатывает и производит широкую номенклатуру как оксидно-электролитических, так и оксидно-полупроводниковых танталовых конденсаторов. Их параметры приведены в таблице 3 [3].
Таблица 3
Параметры отечественных танталовых конденсаторов
|
Тип |
Назначение |
Номинальное напряжение U ном, В |
Номинальная емкость С ном, мкФ |
|
Танталовые оксидно-электролитические |
|||
|
К52–23 |
Энергоемкие |
10... 125 |
220... 22000 |
|
Танталовые оксидно-полупроводниковые |
|||
|
К53–46 К53–46 ОСМ |
Общего назначения |
3,2 …50 |
0,033 … 100 |
|
К53–56 К53–56 ОСМ |
3,2 …50 |
0,1 … 100 |
|
|
К53–56А К53–56А ОСМ |
4,0 … 50 |
0,1 … 330 |
|
|
К53–67 |
4,0 … 50 |
0,1 … 680 |
|
Наиболее сложной задачей, как уже упоминалось ранее, является замещение микроконтроллера ATmega328P, производимого американской компанией Microchip. На момент написания данной статьи автору не удалось подобрать полного аналога данной микросхемы среди выпускаемых отечественной промышленностью. Дело в том, что в настоящий момент отечественная промышленность производит очень ограниченный перечень микроконтроллеров, большая часть из которых является более или менее полными аналогами зарубежных.
Производителей, которые предоставляют конкурентноспособные микроконтроллеры, в России всего три — это «Ангстрем», «Миландр» и НИИЭТ. Есть ещё «Микрон», но это предприятие сосредоточено на выпуске маломощных специализированных чипов. Сравнительная характеристика отечественных микроконтроллеров приведена в таблице 4 [4–6].
Таблица 4
Сравнительная таблица отечественных микроконтроллеров
|
Наимен. |
Ядро |
Max. частота, МГц |
Корпус |
Аналог |
Особенности |
|
Ангстрем |
|||||
|
КР1878ВЕ1 |
8 разрядов, RISK, «Тесей» |
8 |
DIP-18 (2104.18-В) |
- |
Сторожевой таймер, счётчик внешних событий |
|
Миландр |
|||||
|
1886ВЕ1У |
8 разрядов |
33 |
Н18.64–1В |
PIC17C756–331/L |
ПЗУ масочного типа, 10-разрядный 12-канальный АЦП, 10-разрядный ШИМ, I2C, SPI |
|
1886ВЕ2У |
8 разрядов |
Н18.64–1В |
PIC17C756А |
ПЗУ Flash-типа, 10-разрядный 12-канальный АЦП, 10-разрядный ШИМ, I2C, SPI |
|
|
1886ВЕ3У |
8 разрядов |
Н16.48–1В, LQFP64 |
ST7FSR1E4 AT89C5131A-M |
ПЗУ Flash-типа, интерфейс USB |
|
|
1886ВЕ4У |
8 разрядов |
Н16.48–1В |
ST72F651 AT89C5131A-M |
ПЗУ Flash-типа, интерфейс USB |
|
|
1886ВЕ5У |
8 разрядов (аналог PIC17) |
1886ВЕ5АУ — 35, 1886ВЕ5БУ — 25 |
Н14.42–1В |
- |
ПЗУ EEPROM-типа, интерфейсы CAN2.0b и LIN |
|
1886ВЕ61У, 1886ВЕ61У1 |
8 разрядов |
24 |
Н16.48–1В 5142.48-А |
- |
ПЗУ EEPROM-типа, 12-разрядный АЦП и 12-разрядный ЦАП, 18-разрядный ШИМ |
|
1886ВЕ71У |
8 разрядов |
10 |
Н09.28–1В |
- |
ПЗУ EEPROM-типа и линейный регулятор напряжения |
|
1986ВЕ91Т |
32 разряда, ARM Cortex-M3 |
80 |
4229.132–3 LQFPxx (?) |
STM32F103x |
I2C, 2хSPI, 2xCAN, 2xUART, 2xADC 12 разрядов 16 каналов, 2xDAC 12 разрядов |
|
1986ВЕ94Т |
32 разряда, ARM Cortex-M3 |
4229.132–3 |
I2C, 2хSPI, 2xCAN, 2xUART, 2xADC 12 разрядов 16 каналов, 2xDAC 12 разрядов |
||
|
1986ВЕ92У, К1986ВЕ92QI |
32 разряда, ARM Cortex-M3 |
Н18.64–1В LQFP64 |
I2C, 2хSPI, 2xCAN, 2xUART, 2xADC 12 разрядов 8 каналов, DAC 12 разрядов |
||
|
1986ВЕ93У |
32 разряда, ARM Cortex-M3 |
Н16.48–1В |
, 1хSPI, 2xCAN, 2xUART, 2xADC 12 разрядов 4 канала, DAC 12 разрядов |
||
|
1986ВЕ1Т, К1986ВЕ1QI |
32 разряда, RISC |
144 |
4229.132–3 LQFP144 |
- |
2xCAN, 3xSPI, Ethernet 10/100, ADC, DAC |
|
1986ВЕ3Т |
32 разряда, RISC |
80 |
4245.240–5 |
- |
CAN-шина |
|
1986ВЕ4У, 1986ВЕ4У1 |
32 разряда, RISC, ARM Cortex-M0 |
36 |
Н18.64–1В 5153.64–1 |
- |
8-канальный 24-разрядный АЦП |
|
1901ВЦ1Т |
32 разряда, RISC |
100 |
4229.132–3 |
- |
16-разрядное DSP-ядро |
|
НИИЭТ |
|||||
|
Н1830ВЕ31, Н1830ВЕ51 |
8-бит |
12 |
Н16.48–2В |
80C31, 83C51 (Intel) |
UART, Питание 5в |
|
1882ВЕ53У |
8-бит |
24 |
Н16.48–2В |
AT89S8253 (Atmel) |
UART, SPI, WDT, Питание 5в |
|
1882ВМ1Т |
Ядро на базе архитектуры MCS-51 (8051 Intel) |
4203.64–1 |
На базе архитектуры MCS-51 (8051 Intel) |
UART, 2xSPI, I2C, LIN |
|
|
1887ВЕ4У |
8-бит (АVR RISC) |
Н16.48–2В |
ATmega 8535 (Atmel) |
4 канала ШИМ, 8 каналов АЦП 10-бит, TWI, SPI, UART |
|
|
1887ВЕ7Т |
Архитектура и система команд — AMCS-96 |
4235.88–1 |
ATmega 128 (Atmel) |
2хUART, SPI, ГОСТ Р 52070–2003, Space Wire, WDT, блок HSIO |
|
|
Л1874ВЕ36, 1874ВЕ36 |
16-бит |
6108.68–1 (Л1874ВЕ36), 4235.88–1 (1874ВЕ36) |
83С196КВ-12 (Intel) |
Масочное ПЗУ. UART, WDT, HSIO, 8 каналов АЦП 10-бит |
|
|
1874ВЕ06Т, 1874ВЕ76Т |
16-бит |
4235.88–1 |
TN80С196KC-20 (Intel) |
1874ВЕ06Т без ПЗУ, 1874ВЕ76Т с однократно программируемым ПЗУ. UART, WDT, HSIO |
|
|
1874ВЕ16Т, 1874ВЕ86Т |
16-бит |
16 |
4235.88–1 |
80С196МС (Intel) |
1874ВЕ16Т без ПЗУ, 1874ВЕ86Т с однократно программируемым ПЗУ. ШИМ, 13 каналов 8/10 бит АЦП |
|
1874ВЕ66Т |
16-бит |
16 |
4235.88–1 |
87С196MD (Intel) |
ШИМ |
|
1887ВЕ3Т |
16-бит RISC, На базе лицензированного ядра C166SV1.2 |
40 |
4247.144–1 |
На базе лицензированного ядра C166SV1.2 |
Twin CAN, I2C, ШИМ, 16-канальный 8/10-разрядный АЦП |
|
1921ВК01Т1, К1921ВК01Т (1921ВК02Т1 — с пониженной частотой тактирования до 70 МГц) |
32-бит ядро на базе ARM Cortex-M4F |
100 |
1 Мбайт Flash, 12х двухка-нальных 12-bit АЦП, с режимами цифрового компаратора для каждого из каналов, 9х двухканальных модулей ШИМ, 2х импульсных квадратурных декодера (eQEP), 4х UART, TwinCAN 2.0b, 2х HiSpeed I2C, 4х SPI, USB 2.0, Ethernet 10/100 Мбит/с. |
||
Как следует из таблицы, аналог искомого микроконтроллера на данный момент не представлен в ассортименте российских производителей.
Аналогичной выглядит ситуация и с датчиками первичной информации — цифровым датчиком температуры DS18B20 и часами реального времени DS3231SN. Первый датчик большими партиями производится в США компанией Dallas Semiconductor и, благодаря низкой стоимости, практически не имеет аналогов.
Микросхема RTC DS3231 отсчитывает секунды, минуты, часы, день недели, даты месяца, месяцы, годы. Дата по окончании месяца автоматически подстраивается для месяцев, у которых дней меньше 31, включая учет февраля и коррекцию дней для високосного года (до 2100 года). Часы работают либо в 24-часовом, либо в 12-часовом формате с индикатором ~AM/PM. Предоставляется два программируемых по времени дня будильника, и программируемый выход прямоугольного сигнала. Адрес и данные передаются последовательно через двунаправленную шину I2C (TWI). Эти микросхемы производятся компанией Maxim из США. На данный момент полных аналогов данной микросхемы обнаружить не удалось.
Микросхема преобразователя интерфейса USB — UART CH340 широко используется, поскольку обладает рядом достоинств — это и низкая цена, и удобный малоразмерный корпус с малым числом обязательных внешних элементов, и доступность ее на рынке. Данная микросхема выпускается в Китае, который, на данный момент, является дружественной России страной.
В серию CH340 входят микросхемы, представленные в таблице 5.
Таблица 5
Серия микросхем CH340
|
Название |
Корпус |
Назначение |
Официальная техническая документация |
|
CH340T |
SSOP-20 |
Мост USB — UART |
CH340.pdf |
|
CH340R |
SSOP-20 |
Мост USB — IrDA |
|
|
CH340G |
SO-16 |
Мост USB — UART |
CH340G.pdf |
Светодиодный индикаторный дисплей на базе драйвера TM1637 является одним из широко используемых устройств для отображения информации. На данные дисплеи уже можно выводить данные, например, текущее время или температуру.
Еще совсем недавно это требовало использования очень большого количества контактов. С появлением дисплеев на светодиодных индикаторах на микросхеме TM1637 для подключения используется всего 2 цифровых контакта, плюс питание и земля. Драйвер TM1637 полностью берет на себя организацию динамической индикации индикаторов.
Микросхемы драйвера вместе с дисплеями из четырех сегментных индикаторов в больших объемах производятся компаниями из Китая, и, следовательно, не требуют обязательной замены.
Для вывода на дисплей информации с микроконтроллера о работе системы, между микроконтроллером и дисплеем устанавливается сдвиговый регистр 74HC595. Полные аналоги данной логической микросхемы производятся, например, на минском предприятии «Интеграл» (таблица 6) [7].
Таблица 6
Выписка из каталога продукции АО «Интеграл»
|
Обозначение |
Прототип |
Функциональное назначение |
Тип корпуса |
|
IN74HC595AN |
ЭКР1564ИР52 |
Восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательным вводом, последовательным или параллельным выводом информации, с триггером-защелкой и тремя состояниями на выходе |
2103Ю.16-Д |
|
IN74HC595AD |
ЭКФ1564ИР52 |
Восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательным вводом, последовательным или параллельным выводом инфор-мации, с триггером-защелкой и тремя состояниями на выходе |
4307.16-А |
Наконец, светодиоды легко могут быть заменены на продукцию российского производства. Например, широкую номенклатуру светодиодов производит компания «АС Энергия» [8].
Таким образом, из указанных изначально 10 позиций, можно легко провести импортозамещение для четырех. Еще три позиции можно считать условно импортозаместимыми, поскольку эти комплектующие производятся в дружественных государствах.
В то же время, три позиции, для которых не было найдено замены (микроконтроллер, таймер и датчик температуры) выполняют в рассматриваемом блоке управления ключевые функции и не могут быть заменены без усложнения схемы устройства.
На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что, во-первых, задача импортозамещения для рассматриваемого устройства на данный момент не может быть полностью решена. Во-вторых, для ее успешного решения требуется разработка отечественных аналогов наиболее популярных микросхем и микроконтроллеров.
Литература:
- Международный исследовательский журнал [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://research-journal.org/archive/1–67–2018-january/realizaciya-programm-importozameshheniya-kak-drajver-razvitiya-rossijskogo-oboronno-promyshlennogo-kompleksa — (Дата обращения 18.11.2022).
- АО «Ресурс» [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://aoresurs.com/publikatsii-i-stati/preimushchestva-primeneniya-naborov-rezistorov-nad-diskretnymi-rezistorami-v-mikroprotsessornoy-tekh — (Дата обращения 18.11.2022).
- АО НИИ «Гириконд» [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://giricond.ru/product/kondensatory-i-filtry/tantal — (Дата обращения 18.11.2022).
- АО «Ангстрем» [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.angstrem.ru — (Дата обращения 18.11.2022).
- АО «ПКК Миландр» [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.milandr.ru — (Дата обращения 18.11.2022).
- АО «НИИЭТ» [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://niiet.ru — (Дата обращения 18.11.2022).
- ОАО «Интеграл» [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://integral.by — (Дата обращения 18.11.2022).
- АС Энергия [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://asenergi.com — (Дата обращения 18.11.2022).
