вход Вход Регистрация



Повышение степени автоматизации в схемотехническом проектировании устройств электроники. Этапы проектирования устройств электроники в среде программ АСхП. Цели, задачи и степень автоматизации АСхП.

 

Как вы знаете, большинство схем характеризуется высокой степенью нелинейности характеристик. В курсе "Анализ электронных схем" решались вопросы исследования преимущественно линейных схем. Та часть методов анализа, которая касается нелинейных схем (модифицированный метод узловых потенциалов с расширенным координатным базисом (ММВП)) появилась в результате общего развития теории АСхП. Ядром теории АСхП есть методика расчета фазовых переменных схемы.
Теория АСхП находится на пересечении нескольких классических дисциплин: классической теории цепей, теории графов, вычислительной математики и техники, программирования, микроэлектроники, физики твердого тела. Системный подход к теории АСхП заставил отказаться от традиционных методов этих теорий и активно развивать новые.
Рассмотрим общее и различное в этих теориях и теории АСхП.
От двух- и четырехполюсников классической теории цепей в АСхП перешли к многополюсников, от схем - к подсхем, от схем замещения электрических (Е4) - до формального кодирования Е3. Это облегчило анализ больших схем как традиционными так и диакоптичными методами. Общими остаются законы Кирхгофа и принцип выбора независимых переменных для минимизации ММС, однако, в АСхП более широкий класс независимых переменных: напряжения связей, переменные состояния.
Из всех топологических матриц теории графов в АСхП используется только матрица проводимости связей, все остальные строятся на ее основе. Разреженность топологических матриц инициировала развитие учетных методов хранения и обработки в вычислительной математике. Влияние АСхП на вычислительную математику проявился и в развитии неявных методов решения уравнений ММС жестких схем с большим разбросом постоянных времени (вообще, почти все схемы можно считать жесткими, когда учитывается достаточное количество эффектов). Форма ММС определяется методом ее формирования, и однозначно связана с численным методом (вспомните, метод переменных состояния получал ММС в виде задачи Кoши, МВП - в неявном виде). Стимулировался также развитие методов повышения сходимости и устойчивости итерационного процесса [1-5, 18-20].
Теория программирования развивала направление объектно-ориентированных языков узкого назначения: входных языков описания схем и задачи, трансляторов, конвертеров, графических интерфейсов (вспомним интерфейс МС3, который напоминал привычный сегодня интерфейс Windows-приложений и появился раньше чем они). Активно развивается сейчас подход универсальной оболочки, созданной средствами программирования на языках верхнего (VBA) и нижнего уровней (С + +), и интеграции с существующим общим программным обеспечением (дружественность и сотрудничество).
Можно считать, что сосредоточены математические модели [14,15] и методы анализа получили наибольшее развитие именно в рамках теории АСхП: они стали универсальными и легко формализировались. Методы, к тому же, алгоритмизировались: от методов прямого расчета параметров схемы (графоаналитический, эмпирический) и матричных (МВП, МКС) [17], в матрично-топологических и учетных (метод переменных состояния и ММВП), от линейных - к нелинейным с смешанным координатным базисом.
Развивалась не только теория АСхП, но и прикладные ее аспекты, а именно: степень автоматизации этапов схемотехнического проектирования вообще. На каждом уровне проектирования, в том числе схемотехнического, в той или иной мере решаются задачи расчета, анализа, оптимизации и синтеза, которые взаимосвязаны.
В таблицу 1 сведены данные о программах АСхП разных поколений [2].
Таблица 1.

 

Характеристики программ АСхП разных поколений Поколение 1

 

1964-1972 г

Поколение 2

 

(1972–1981г.)

Поколение 3

 

(с 1981 г.)

Поколение 4

 

(с 1985 г.)

Основные методы:

 

решения ОДУ

сложения ММС

 

Явные

МПС

 

Неявные

МВП

Неявные и комбинированные

 

МВП

комбинированные

 

ММВП

Анализ

 

по подсхемам

Нет Нет Нет Есть
Открытость библиотек: моделей

 

множество методов

методов анализа

 

Ограничена

–– >> ––

–– >> ––

 

Ограничена

Нет

Есть

 

Есть

–– >> ––

–– >> ––

 

Есть

–– >> ––

–– >> ––

Открытость входных языков Нет Нет Есть Есть
Язык программирования Автокод Язык ассемблера, Фортран Допустимо использование разных языков Допустимо использование разных языков, Сі
Возможность диалогового режиму Нет ввод схемы, вывод результатов

 

Есть

 

Есть

Основной тип ЭОМ М-220 ЭС ЭОМ, БЭСМ-6 ЭС ЭОМ, БЭСМ-6 ПЭОМ

 

та рабочие станции

Использование возможностей ОС Нет Ограничено Широкое Широкое
Самые известные программные комплексы ПАЭС

 

ПАЭС-1

СПУР

ПА1М

САМРИС

 

АРОПС

СПАРС

КАПР-Э

ПАУМ-2

ПАРМ

КРОС

 

ПА6

САМРИС-3

МАЕС

МС3-МС5,

 

EWB

МАЕС-П

Сircuit Maker

P-CAD

OrCAD

 

Анализируя таблицу, можно сделать выводы о наращиваниимощности и удобства с точки зрения интерфейса, приложений АСхП. В настоящее время четко прослеживается тенденцияпревращения систем моделирования в системе проектирования (сквозные системы). Возможности систем икачество интерфейса продолжают расти.

Этапы проектирования на схемотехническом уровне.
Синтез - генерация оптимального первоначального схемы, учитывая ее структуру (структурный синтез) и значения внутренних параметров (параметрический синтез).
Расчет - определение выходных параметров и характеристик устройства при неизменных значениях его внутренних параметров и постоянной структуре.
Анализ - определение изменяемых выходных параметров и характеристик устройства в зависимости от изменения его внутренних и входных параметров. В случае применения ЭВМ задачи расчета часто называется одновариантного, а задача анализа - многовариантным анализом [17].
Анализ - ядро ​​программ схемотехнического проектирования; для расчета зависимостей фазовых переменных от различных аргументов (времени, частоты, других фазовых переменных) в EWB 5.12, MC5 и МАЭС-П используются схожие подходы, обусловленные сходством их математического обеспечения (МО).
На этапе установки (перед началом анализа) выполняются следующие процедуры:
- перерасчет параметров элементов в зависимости от заданных условий окружающей среды (температуры);

- расчет неизменных при многократных вычислениях частей нелинейных функций;

- упорядочения, перенумерация и частичное расписание матрицы схемы.
Оптимизация - определение лучших с точки зрения ТЗ значений выходных параметров или характеристик путем целенаправленного изменения внутренних параметров прибора (при параметрической оптимизации) или структуры прибора (при структурной оптимизации).
В программах сквозного проектирования присутствуют все эти этапы (кроме синтеза). Большинство же программ общего назначения включает только задачи расчета и анализа.
Блок-схема проектирования на схемотехническом уровне - на рис. 2.1.
Увеличение размеров схем, развитие вычислительной техники и возможностей программы, стимулировали рост уровня автоматизации этапов проектирования. Сначала было алгоритмизировано рутинный расчет топологических матриц, ММС формировалась вручную, вторичные параметры тоже рассчитывались вручную или с помощью отдельных пакетов.
Затем были созданы прикладные пакеты, яки тоже не были универсальными: для каждого вида анализа существовала своя оболочка, пакеты предназначались отдельно для анализа аналоговых и цифровых схем.
Например, "Система диалогового схемотехнического проектирования усилителей на мини-ЭВМ" (среди авторов - Разевиг В.Д.), разработанная в ЛЭТИ в 80-х годах, включала шесть отдельных проблемно-ориентированных пакетов анализа, размер схемы ограничивался 40-50 узлами.

Рис. 2.1. Типовая схема схемотехнического этапа проектирования.

 

Система функционировала на СМ-3, СМ-4 с размером ОЗУ64Кб. Входная информация поступала с клавиатуры в виде описания схемы и задания на специальном языке, уникальной для каждой программы. Исходную информацию нельзя было обрабатывать в постпроцессоров. Фактически, такие программы требовали создания мини-ОС (такназываемых мониторов) для управления системой и наличия опыта программирования для пользователя.
Современные программы, как говорится, все проблемы «берут на себя», позволяя конечному пользователю сосредоточиться именно на проблеме проектирования совершенного устройства. В единой оболочке доступны библиотеки, графические редакторы, различные подпрограммы анализа и постпроцессоры. Развитие алгоритмов анализа достиг насыщения, поскольку найдено почти оптимальное математическое и программное обеспечение, о чем свидетельствует всесторонняя унификация языков интерфейсов, моделей, методов анализа и численных методов в различных программах АСхП. Развитие этапов оптимизации и синтеза продолжается, поскольку это наиболее интеллектуально содержащие задачи, которые не могут иметь общего решения и общего сценария.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру