The Diagnostic Technique for Printed Circuit Boards of Communications Equipment by the Method of Thermal and Electrical Analysis

Authors

  • A. S. Kolotov Kalashnikov ISTU
  • A. N. Kopysov Kalashnikov ISTU
  • V. V. Khvorenkov Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-3-104-123

Keywords:

electromagnetic compatibility, power supply integrity, thermal analysis, Altair PollEx, DC electrical analysis, PdN, altium designer, printed circuit boards, communication equipment

Abstract

In the modern world, communications systems play a key role in ensuring effective communication and information security. The reliability and serviceability of printed circuit boards of communication equipment directly affect the stability of the entire system. In this regard, the development of effective diagnostic methods is of particular importance, allowing timely detection of malfunctions and preventing their development. The need to ensure reliable and safe operation of complex communication systems and complexes is only increasing every year. The development and improvement of methods of analysis printed circuit boards is actual scientific and technical task, the solution of which will invrease the reliability, productivity and competitiveness of electronic devices. This article develops and describes methods of electrical and thermal analysis. A computer model of a receiver-exciter board with dual frequency conversion has been developed, taking into account thermal and electrical parameters. The possibility and necessity of using computer simulation at the post-opological level is substantiated. Thermal and electrical analysis for direct current was performed using a computer model. The simulation of the board's power supply integrity was performed in the Altium Designer CAD using the extensions PDN Analyzer from CST and Power Analyzer from Keysight. The maps of current density distribution, voltage drops and return paths were constructed. The problem areas requiring topology correction have been found. The Altair Pollex CAD system was used to simulate thermal conditions. which allows conducting research on stationary and non-stationary processes. It can be used to conduct research on stationary and non-stationary processes. A practical comparison of the prototype of the exciter board and the computer model was carried out. It was shown that the obtained the programs of the thermal analysis of the board model, made taking into account the full metallization and structure of the layers, can lead to an error in determining the temperature of electronic components of up to 5%. This makes it possible to make the right decision to ensure the reliability of the product.

Author Biographies

A. S. Kolotov, Kalashnikov ISTU

Post-graduate

A. N. Kopysov, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

V. V. Khvorenkov, Kalashnikov ISTU

DSc in Engineering, Professor

References

Максимов А. А., Горгадзе С. Ф. Линеаризация усилителя мощности с раздельным усилением и регулированием режима по питающему напряжению // Радиотехника. 2025. Т. 89, № 1. С. 5-23. DOI: 10.18127/j00338486-202501-01

Листопад Н. И., Жерносеков Р. А., Надольский А. Н. Об одной возможности линеаризации характеристик телевизионных передатчиков // Информационные радиосистемы и радиотехнологии. 2020. С. 54-56.

Satoshi T., Shinsuke H., Kyoya T., Akifumi K., Yoshiki S., Kunio S. (2025) A 300-GHz-Band 36-Gb/s Scalable 2-D Phased-Array CMOS Double Superheterodyne Receiver. IEEE Solid-State Circuits Letters, vol. 8, pp. 133-136, DOI: 10.1109/LSSC.2025.3566726

Довбня В. Г., Азиатцев В. Е., Михайлов С. Н. Помехоустойчивость радиоприемных систем цифровых линий связи: монография. Курск : Юго-Западный государственный университет, 2017. 175 с. ISBN: 978-5-7681-1201-1

Жирнов А. А., Иванова В. В. Модуль гетеродинов приемника с двойным преобразованием частоты // Наука настоящего и будущего. 2023. № 2. С. 162-163.

Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника / под ред. Ю. А. Лурье : справочник. М. : Мир, 1990. 256 с.

Балакирев М. И., Вохмяков Ю. С., Журиков А. В. Радиопередающие устройства / под ред. О. А. Челнокова: справочник. М. : Радио и связь, 1982, 256 с.

Колотов А. С., Копысов А. Н. Моделирование распределения плотности тока и напряжения на печатной плате // Вектор развития. 2024. № 13. С. 41-44.

Проектирование цепи питания гибкожесткой печатной платы с применением средств моделирования / П. А. Макеев, И. Р. Музафаров, Д. В. Ландышев, И. Р. Галимов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2023. Т. 16, № 6. С. 70-80. DOI: 10.32603/2071-8985-2023-16-6-70-80

Костин А. В., Богданов Д. С., Бобров И. С. Анализ теплового влияния двух внутренних параллельных печатных проводников платы, установленных на металлическое основание и расположенных в одном слое // Надежность и качество сложных систем. 2023. № 3. С. 90-99. DOI: 10.21685/2307-4205-2023-3-11

Оптимизация теплового режима приемо-передающего устройства по результатам моделирования тепловых процессов в среде Solid Works Flow Simulation / Г. А. Пискун, В. Ф. Алексеев, П. С. Романовский, А. А Стануль // Znanstvena misel Journal. 2019. Т. 1, № 35. С. 47-60.

Кушнарёв А. С., Макаров О. Ю. Методика обеспечения тепловых режимов радиоэлектронных устройств с мощными светодиодами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15, № 3. С. 90-95. DOI: 10.25987/VSTU.2019.15.3.013

Колесникова Т. Тепловой анализ печатной платы и ее компонентов в программной среде COMSOL Multiphysics // Электронные компоненты. 2020. № 5. С. 58-66.

Влияние печатных проводников на тепловой режим радиоэлектронных приборов / С. Ю. Сотникова, Н. А. Кононова, Л. Б. Ландер, В. Э. Цветков, С. В. Яловнаров // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 10. С. 712-724. DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-10-712-724

Кочетков О. С., Лобачев Н. Ю., Сарычев Е. В. Способы влияния на температурное распределение по объему приемо-передающего модуля // Вестник rонцерна ВКО «Алмаз - Антей». 2023. № 3. С. 77-88. DOI: 10.38013/2542-0542-2023-3-77-88

Talis P., Edemar O.P., Hamiltom C.S., José R.P. (2024) Analytical Electro-Thermal Model and 3-D Thermal Resistance Network for SMD-Based Printed Circuit Board Power Converters. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 12, no. 5, p. 4979-4992. DOI: 10.1109/JESTPE.2024.3424588

Qiuyue W., Yuan X., Na L., Mingwei Z., Qing H. (2024) Electrothermal Transient Co-Simulation with Domain Decomposition Method for 3-D Complex Integrated Systems. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 14, № 8, p. 1374-1383. DOI: 10.1109/TCPMT.2024.3428478

Моделирование цепей питания и анализ их влияния на надежность печатной платы в среде HYPERLYNX / А. С. Ишков, П. А. Максимов, В. С. Маркелов, П. А. Блинков // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM. 2021. № 12. С. 45-50.

Алексеев В. Ф., Горбач А. П., Хуторная Е. В. Моделирование распределения плотности тока на печатной плате // SCIENCES OF EUROPE. 2020. Т. 1, № 55. С. 37-41.

Huifeng Z., Haoqi S., Dean S., Xiaolong G., Yier J., Xuan Z. (2023) PDN Pulse: Sensing PCB Anomaly with the Intrinsic Power Delivery Network. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, vol. 18, pp. 3590-3605. DOI: 10.1109/TIFS.2023.3285490

Wenchang H., Muqi O., Yin S., Jongjoo L., Chulsoon H. (2025) Reinforcement Learning-Based Optimization of Bonding Wires for EMI Mitigation. IEEE Transactions on Signal and Power Integrity, vol. 4, pp. 124-131. DOI: 10.1109/TSIPI.2025.3560229

Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах: монография. М. : Мир, 1979. 318 с.

Smith L.D., Bogatin E. (2017) Principles of Power Integrity for PDN Design: Robust and Cost Effective Design for High Speed Digital Products. Eds. Pearson Education, p. 816, ISBN-13: 978-0132735629

Bogatin E. (2018) Signal and Power Integrity - Simplified. 3rd Edition. Eds. Pearson Education, p. 992, ISBN-13: 978-0134513416

Published

04.10.2025

How to Cite

Kolotov А. С., Kopysov А. Н., & Khvorenkov В. В. (2025). The Diagnostic Technique for Printed Circuit Boards of Communications Equipment by the Method of Thermal and Electrical Analysis. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 28(3), 104–123. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-3-104-123

Issue

Section

Articles