Введение к работе
Актуальность проблемы. Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) находит самое широкое распространение в различных технических областях, характеризуется постоянным усложнением, ростом размерности решаемых задач, расширением выполняемых ими функций и постоянным повышением требований к выходным параметрам. Более того, здесь применяются компоненты разной степени интеграции и детализации. В качестве компонентов аналоговой части устройств используются как обычные компоненты (R, L, С, транзисторы и другие), так и законченные аналоговые функциональные блоки (ФБ) и микросхемы. Применение существующих методов и программ многоуровневого и смешанного моделирования цифровых и даже аналоговых низкочастотных больших интегральных микросхем ограничено для класса высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств из-за низкой точности моделей ФБ при оценке нелинейных свойств трактов и необходимости, кроме анализа во временной области, иметь модели для анализа в частотной области в режиме большого сигнала и ряда дополнительных видов анализа.
Вопросы развития методов и программ многоуровневого моделирования связной аппаратуры требуют срочного решения, так как именно они тормозят развитие и совершенствование РЭА различного назначения, влияют на сроки и стоимость проектирования, на достижение более высоких технических показателей. Именно поэтому проблеме систем автоматизации проектирования (САПР) РЭА, особенно проблеме проектирования устройств связной аппаратуры ВЧ и СВЧ диапазона, уделяется сейчас большое внимание специалистами ведущих фирм-разработчиков РЭА.
Одной из первых задач на пути развития методов многоуровневого моделирования аналоговой связной аппаратуры является разработка подходов к включению моделей ФБ и интегральных микросхем (ИМС) на основе измеряемых характеристик (поведенческих описаний) в основные и дополнительные виды анализа программ схемотехнического проектирования. При этом методы схемотехнического моделирования, использующие компоненты различных уровней описаний, позволяют:
повысить размерность решаемых задач (сократить время моделирования и увеличить размер анализируемых схем);
моделировать на схемотехническом уровне узлы и ФБ, для которых отсутствуют принципиальные электрические схемы;
включать модели любой физической природы по характеристикам вход/выход.
Данный подход соответствует новой тенденции, когда фирмы-производители компонентов отказываются поставлять вместе с компонентами параметры моделей и макромоделей. В связи с этим разрабатывается стандарт на измеряемые характеристики (поведенческие модели) всех основных типов компонентов (транзисторы, ИМС) и на интерфейсы их включения в стандартное программное обеспечение САПР. По этим причинам разработка подходов и алгоритмов включения поведенческих моделей различных классов в стандартные профаммы САПР является актуальной.
Цель работы и задачи исследований. Основная цель диссертационной работы заключается в разработке, исследовании и дальнейшем совершенствовании математического и программного обеспечения схемотехнического моделирования и проектирования для связной аппаратуры ВЧ трактов. Эта цель определила следующие задачи исследований:
-
Исследование, сравнение и отбор наиболее эффективных методов многоуровневого моделирования для решения задач анализа устройств и систем ВЧ и СВЧ диапазона.
-
Разработка подходов и алгоритмов для включения моделей линейных ФБ на основе поведенческих описаний в базовые и дополнительные методы анализа схемотехнического моделирования.
-
Разработка подхода включения моделей нелинейных ФБ на основе измеряемых характеристик для анализа во временной и частотной областях в режиме большого сигнала в схемотехнический базис.
-
Исследование эффективности разработанных алгоритмов как на ряде тестовых задач, так и при проектировании конкретных устройств.
5. Внедрение разработанных алгоритмов в стандартные профаммы
схемотехнического проектирования (на примере подсистемы
схемотехнического проектирования ПСП - ВлГУ).
Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
1. Предложен и обоснован подход решения задачи многоуровневого моделирования ВЧ и СВЧ систем и устройств на основе схемотехнического моделирования.
-
Разработан единый подход к построению электрических схем замещения линейных ФБ любой сложности по поведенческим описаниям (в том числе по измеряемым характеристикам).
-
Предложена модификация метода S-параметров большого сигнала для представления нелинейных характеристик ФБ в схемотехническом базисе.
Практическая ценность. Практические результаты выполненных в диссертационной работе исследований можно подразделить на две части, имеющие значение для научных приложений и прикладных задач. В научном плане разработанные подход и алгоритмы построения электрических схем замещения аналоговых моделей ФБ различных назначений и применений может быть основой для развития математического обеспечения подсистемы схемотехнического проектирования. Прикладная значимость работы связана с созданием ряда инженерных методик и реализацией разработанных алгоритмов в стандартных' программах схемотехнического проектирования,' позволяющих решать задачи моделирования и анализа широкого класса РЭА, элементы которых могут быть представлены на разных уровнях (функциональном и схемотехническом) детализации. В результате решения этих задач обеспечивается улучшение технических характеристик, сокращение сроков проектирования РЭА.
Реализация и внедрение результатов работы. Подход и алгоритмы реализованы и внедрены в промышленно-учебный пакет схемотехнического проектирования ПСП, разработанный в ВлГУ и используемый в ряде промышленных и учебных организаций.
На защиту выносятся следующие основные научные и практические результаты:
1. Классификация методов многоуровневого моделирования
аналоговых устройств.
2. Подход к решению задач многоуровневого моделирования на основе
методов схемотехнического проектирования.
3. Алгоритмы включения линейных моделей ФБ в основные виды
анализа схемотехнического проектирования.
4. Алгоритмы преобразования характеристик моделей ФБ.
-
Подход к представлению нелинейных моделей ФБ в схемотехническом базисе.
-
Алгоритмы сопряжения функциональных и схемотехнических моделей в ПСП.
Лпробашін работы. Основные научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции "Фи'.ика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии" (г.Владимир, 1996); молодежной научной конференции "XXIII Гагаринские чтения" (г.Москва, 1997); межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-97" (г.Москва, 1997); Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, микроэлектроника систем связи и управления" (г.Таганрог,1997); второй Всероссийской научно-технической конференции 'Электроника и информатика-97" (г.Москва, 1997); Международной научно-технической конференции "Нечеткая логика, интеллектуальные системы и технологии" (г. Владимир, 1997); Европейской конференции Electronic Circuits and Systems -ECS'97 (г. Братислава, Словакия, 1997); Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспираіггов "Микроэлектроника и информатика-98".
Публикации по работе. По результатам диссертации опубликовано 3 научных статьи, тезисы докладов на 6 научно-технических конференциях и отчет по НИР.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 59 рисунков и 9 таблиц. Основная часть диссертации изложена на 149 страницах машинописного текста. Библиография включает 138 наименований.
