Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств

Автор: Антипенский Р. В.
Издательство: Техносфера
Год издания: 2007
Язык: русский
Страниц: 128

 

 

Краткое содержание

Предисловие

Глава 1. Основные понятия схемотехнического проектирования радиоэлектронных устройств

Необходимость сокращения сроков и повышения качества разработки радиоэлектронных устройств (РЭУ) и систем предопределила широкое применение ЭВМ и методов ав­томатизации проектирования радиоэлектронной техники различного назначения. При этом целью проектирования является создание более совершенных РЭУ, отличающих­ся от своих аналогов и прототипов более высокой эф­фективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совер­шенной элементной базы и структуры.

С учетом степени новизны разрабатываемых изделий различают следующие задачи проектирования [1]:

1. Частичная модернизация существующего РЭУ за счет изменения его параметров структуры и конструкции, обеспечивающая сравнительно небольшое (до нескольких десятков процентов) улучшение одного или нескольких по­казателей качества для решения тех же или новых задач.

2. Существенная модернизация, предполагающая значи­тельное (в несколько раз) улучшениепоказателей качества.

3. Создание новых РЭУ, основанных на ранее не при­менявшихся принципах действия, для резкого (на не­сколько порядков) увеличения показателей качества при решении тех же или существенно новых задач.

С точки зрения последовательности выполнения раз­личают основные стадии проектирования:

1. Предварительное проектирование, результатом ко­торого являются технические предложения (аванпроект). Эта стадия в наибольшей степени насыщена элементами научного поиска, теоретическими расчетами, экспери­ментальными исследованиями. Они завершаются обычно созданием лабораторных макетов.

2. Эскизное проектирование, результатом которогяв- ляется эскизный проект. На этой стадии усилия разработ­чиков во многом направлены на поиски эффективных конструкторских решений. Она также связана с большим объемом теоретических изысканий, сложных расчетов и заканчивается созданием экспериментального образца проектируемого изделия и его тщательными эксперимен­тальными исследованиями (натурным моделированием).

3. Техническое проектирование, при котором выпол­няется тщательная проработка всех схемных, конструктор­ских и технологических решений. На стадии техническо­го проектирования создается техническая документация на разрабатываемую аппаратуру и процессы ее производ­ства. Итогом является технический проект, содержащий необходимую документацию и опытный образец изделий, прошедший всесторонние испытания в реальных услови­ях эксплуатации. При этом следует подчеркнуть чрезвы­чайную важность и трудоемкость создания технической документации, на основе которой происходит дальнейшее единичное, серийное или массовое производство РЭУ.

Глава 2. Математические основы моделирования компонентов РЭУ различного уровня сложности

Компьютерное проектирование радиоэлектронных ус­тройств предполагает предварительное описание этих средств на языке математики в виде, удобном для его ал­горитмической реализации.

Математическое описание проектируемого объекта называется его математической моделью. Математическая модель — это совокупность математических элементов (чисел, переменных, векторов, множеств и т. п.) и отно­шений между ними, которые с требуемой для проекти­рования точностью описывают свойства проектируемого объекта. На каждом этапе проектирования используется свое математическое описание проектируемого объекта, сложность которого должна быть согласована с возмож­ностями анализа на ЭВМ. Поэтому при проектировании одного объекта может применяться несколько моделей различного уровня сложности.

В общей теории математического моделирования ма­тематическая модель любого объекта характеризуется внутренними, внешними, выходными параметрами и фа­зовыми переменными [4].

Понятия внутренних и выходных параметров инвариан­тны, так как при моделировании на более высоком уровне выходные параметры могут стать внутренними и наобо­рот. Например, сопротивление резистора является внут­ренним параметром при моделировании усилительного устройства, компонентом которого он является. Но это же сопротивление будет являться выходным параметром при моделировании самого резистора при пленочном его исполнении.

Внешние параметры модели — это характеристики внешней по отношению к проектируемому объекту сре­ды, а также рабочие управляющие воздействия. Вектор внешних параметров в общем случае содержит множес­тво самых различных составляющих. К его составляю­щим с полным правом можно отнести все, что говорилось ранее о составляющих вектора внутренних параметров.

Глава 3. Основы использования системы DesignLab для моделирования радиоэлектронных устройств

Проектирование электронной аппаратуры представля­ет собой итерационный процесс, состоящий из этапов функционального проектирования, разработки при­нципиальной схемы, разработки печатной платы, ее изготовления, проведения испытаний, доработки по их результатам принципиальной или функциональной схемы, внесения изменений в печатную плату и т. д., и осуществляемый до тех пор, пока не будут удовлет­ворены все требования технического задания. С по­вышением сложности аппаратуры, переходом к более высоким диапазонам частот, применением смешан­ных аналого-цифровых устройств число итераций мо­делирования схем увеличивается. Связано это с тем, что аналитически трудно учесть паразитные эффек­ты, присущие как электронным компонентам, так и проводникам печатных плат, и их взаимное влия­ние. Единственный выход из положения заключается в организации сквозного цикла автоматизированно­го проектирования аппаратуры, включающего в себя моделирование как идеальной схемы, так и реальной конструкции и ее испытаний при действии различных дестабилизирующих факторов с учетом разброса пара­метров.

На платформе персональных компьютеров в насто­ящее время имеется достаточно много систем, обеспе­чивающих сквозное проектирование радиоэлектронной аппаратуры.

В свя­зи с этим дальнейшее изложение основ моделирования радиоэлектронной аппаратуры авторам представляется наиболее целесообразным, базируясь на возможностях пакета прикладных программ системы схемотехничес­кого моделирования DesignLab.

Глава 4. Использование системы DesignLab для моделирования аналоговых и цифровых устройств

В настоящей главе будут рассмотрены схемы резистивного и резонансного усилителей в качестве примеров модели­рования активных аналоговых устройств. Этому матери­алу будет предшествовать рассмотрение источников сиг­налов, которые могут использоваться при моделировании аналоговых радиоэлектронных устройств. Аналогичным образом, следуя принципу «от простого к сложному», бу­дут рассмотрены источники цифровых сигналов и схемы цифровых устройств — делителя частоты и преобразова­теля кода. Модели рассматриваемых в настоящей главе схем читатель сможет найти в папке catalog.

Для моделирования аналогового устройства необходимо вы­полнить графический ввод компонентов схемы в программе Schematics, используя различные библиотеки компонентов:

ANALOG. slb — для пассивных элементов (R, L, С);

BIPOLAR. slb — для биполярных транзисторов;

EDIODE. slb - для диодов;

JFET. slb — для полевых транзисторов;

PORT. slb — для заземления (компонент AGND — для аналоговых устройств).

Следует сказать, что в демо-версии системы DesignLab  присутствуют не все перечисленные библиотеки ком­понентов. Так модель транзистора для схемы усилителя размещена в библиотеке EVAL.slb. Для питания схемы по постоянному току обычно используется компонент УЭС (источник постоянного напряжения), расположенный в библиотеке SOURCE. В качестве атрибутов источни­ка VDC задается величина постоянного напряжения DC. После ввода компонентов схемы моделируемого устройс­тва необходимо ввести источник сигнала, расположенный также в библиотеке SOURCE.slb.

Приложение

Литература