CC BY
24
Рисунок 7
Ошибка системы 9(г) = 9уСТ - (г) показывает
отличие температуры внутреннего воздуха здания 9^ (г)
от требуемой 9уСт=20° С. Во всех случаях максимальная
ошибка не превышает 1 ° С. Время наблюдения 90000 с.
Начальный участок (время наблюдения 3000 с) графика ошибки (см. рис.6) приведен на рис.8, где изображены также управляющее воздействие т(г) и изменение внутренней температуры здания 9^(г) при
90 =0° С.
Рисунок 8
перечень ссылок
1. Гостев В,И,, Стеклов В.К. Системы автоматического управления с цифровыми регуляторами: Справочник. - К.: "Радюаматор", 1998. - 704 с.
УДК 681.3.06:621.372.85
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРОСХЕМ
СВЧ (SAMIS)
Л. М. Карпуков, С. Н. Романенко, А. С. Романенко
Рассмотрены принципы построения и состав интерактивной графической системы, предназначенной для моделирования микросхем СВЧ, реализуемых на микрополосковых и щелевых линиях. Дано описание функциональных возможностей системы на этапах схемотехнического и топологического проектирования.
Розглянуто принципи побудови i состав гнтерактивног графгчног системи, яка використовуеться для моделювання мжросхем НВЧ, що реалiзуються на мiкросмужкових i щiлинних лiнiях. Надано опис функщональних можливостей системи на етапах схемотехтчного та топологiчного проектування.
The principles of construction and structure of interactive graphic system intended for modelling of microcircuits of a microwave, sold on micristrip and slot lines are considered. The
description of functional capabilities of system at stages of schematic and topological design is given.
введение
Развитие и совершенствование методов и средств автоматизации проектно-исследовательских работ на базе персональных ЭВМ представляет собой актуальную задачу, решение которой способствует массовому внедрению современных информационных и вычислительных технологий в науку, технику и образование.
Рассматриваемая учебно-исследовательская система SAMIS предназначена для моделирования микросхем СВЧ, реализуемых на микрополосковых (МПЛ) и
щелевых (ЩЛ) линиях передачи. В основу организации системы положены общие принципы моделирования СВЧ устройств [1] с учетом специфических особенностей применения персональных ЭВМ, связанных с разработкой вспомогательных программных средств, обеспечивающих эффективное взаимодействие пользователя с ЭВМ.
Процесс моделирования в системе носит итерационный характер и отражает основные черты реального процесса проектирования микросхем СВЧ, который представляет собой последовательность повторяющихся про-ектных процедур при постепенном повышении уровня адекватности используемых моделей базовых элементов (БЭ) и точности расчета топологии схемы, обусловленной степенью учета краевых эффектов и несанкционированных связей. При этом на начальных стадиях процесса проектирования применяются простейшие идеализированные модели, которые описывают основные физические явления и санкционированные связи и определяют, как правило, потенциально возможные характеристики разрабатываемого устройства.
Функциональная и конструктивная сложность микросхем СВЧ обуславливает расчленение процесса моделирования на схемотехнический и конструкторский этапы. На схемотехническом этапе осуществляется расчет матрицы рассеяния или рабочих характеристик моделируемого устройства по известным дескрипторам БЭ, составляющих его структуру. Основным аспектом конструкторского этапа моделирования в системе является синтез топологии БЭ по их электрическим характеристикам, полученным при схемотехнических расчетах.
Интерпретация моделей, методов и результатов моделирования в системе осуществляется с позиций теории цепей, что обеспечивает простоту, наглядность и информативность элементной базы и математического обеспечения и делает систему доступной широкому кругу пользователей с различным уровнем квалификации при сохранении качества моделирования.
Проблемно-ориентированное математическое обеспечение системы включает в себя алгоритмы анализа декомпозиционных моделей исследуемых устройств в частотной области [2] и математические модели базовых элементов.
Требования гибкости и универсальности элементной базы моделирования определили использование для базовых элементов математических моделей различного уровня адекватности. Модели линий передачи строятся с учетом их дисперсионных характеристик [3,4]. Моделирование неоднородностей и учет краевых эффектов осуществляется в квазистатическом приближении с использованием универсальных алгоритмов, разработанных для решения краевых задач электростатики, формулируемых для многослойных подложек микросхем [5,6].
интерфейс системы
Система 8ЛМ18 имеет дружественный Windows-ориентированный интерфейс, проста в освоении и обеспечивает пользователя необходимыми сервисными функциями. Развитая справочная система предоставляет требуемую информацию на любом этапе процесса моделирования.
Рабочая панель системы показана на рис.1 и включает в себя: рабочее поле для построения схемы, снабженное полосами прокрутки; кнопочное меню базовых элементов и функций редактирования; строку меню основных функций системы и кнопки быстрого доступа.
Рисунок 1 - Схема частотного детектора
На рис.1 для примера построена схема частотного детектора [7] на МПЛ, а на рис. 2 приведены результаты его расчета, представленные в графической форме с помощью раскрывающейся панели рабочего инструмента - "плоттера".
Рисунок 2 - Панель "плоттера"
Плоттер обеспечивает необходимый набор сервисных функций, предоставляя возможность построения графиков частотных зависимостей модуля и аргумента элементов матрицы рассеяния моделируемого устройства или его рабочих параметров. Маркер совместно с полосами прокрутки на панели плоттера обеспечивает съем данных в любой точке графиков.
Используемый в системе набор БЭ представлен слева от рабочего поля в виде кнопок с мнемоническими обозначениями соответствующих элементов. На рис.3 приведено полное меню БЭ с указанием их функционального назначения.
Выбор БЭ при построении схемы производится путем установки указателя "мыши" на необходимый элемент и нажатия левой клавиши, при этом кнопка БЭ визуально утапливается в панель. Затем указатель "мыши" переме-
Изменить параметры -
Отрезок МПЛ-Отрезок связанных МП Л — Согласованная нагрузка-Индуктивность -
Короткое замыкание -
Последов агепьное -Т- раз в етвление ЩЛ
Сечение МПЛ -Биполярный транзистор -p-i-n диод -
Двухполюсник -Шестиполюсник -
-а yf
л™ и
-
ы
п
-1 ! . _
'¿h ■Г
-1 h -
- К J=-
«
- Удалить злемент
- Отрезок ЩП
- Отрезок связанных ЩП
- Резистор
- Конденсатор
- Холостой ход
- Пересечение МПЛ и ЩЛ
- Сечение ЩЛ
- П ол ев о й тра нз и сто р
- Л ав и нн о- прол етн ы й ди од
- Четырехполюсник
- Восьмиполюсник
щается в нужное место рабочего поля. Попадание указателя "мыши" в узел схемы, к которому подключается выбранный БЭ, фиксируется сменой вида указателя - контурная стрелка превращается в руку. После нажатия левой кнопки "мыши" на экране появляется диалоговое окно, в котором пользователь вводит параметры БЭ.
Для редактирования топологии схемы предоставляются режимы: удаление, добавление, вставка БЭ.
ввод и редактирование параметров бэ
БЭ системы можно условно разделить на три группы, различающиеся системой параметров:
- отрезки соединительных линий;
- элементы, описываемые эквивалентной схемой;
- элементы, представляемые матрицей рассеяния.
Параметрами МПЛ и ЩЛ, являются: электрическая
длина, характеристический импеданс, постоянная затухания, импедансы волноведущих трактов, между которыми включен отрезок линии. По умолчанию эти импедансы принимаются равными 50 ОМ..
В качестве примера описания элементов электрическими параметрами и эквивалентной схемой на рис.4 показаны диалоговые окна для ввода и редактирования параметров БЭ - Отрезок МПЛ и Полевой транзистор.
Помимо электрических параметров в диалоговом окне есть топологический параметр - угол поворота БЭ при установке его в схему.
Описание многополюсных БЭ осуществляется путем ввода элементов их матриц рассеяния. В системе имеется специальное приложение - редактор матриц, который упрощает обработку больших массивов чисел.
Рисунок 3 - Меню БЭ системы SAMIS
Рисунок 4 - Диалоговые окна для ввода и редактирования параметров БЭ
Просмотр и редактирование параметров БЭ производится на любом этапе построения схемы после нажатия кнопки Изменить параметры и фиксации мышью узлов БЭ. Во всплывающем окне выводятся параметры редактируемого БЭ, которые могут быть изменены пользователем.
синтез топологии схемы
Процесс преобразования электрической схемы в геометрическую информацию, задающую форму и взаимное расположение схемных элементов, включает в себя следующие процедуры:
- синтез геометрических размеров отрезков МПЛ или ЩЛ,
- построение топологии неоднородностей,
- размещение схемных элементов.
Геометрические размеры отрезков МПЛ и ЩЛ определяются по их электрическим параметрам. На рабочем поле панели системы отрезки линий в процессе построения моделируемой схемы изображаются с учетом их геометрических размеров и заданного пользователем угла поворота, что позволяет уже на этапе построения электрической схемы моделируемого устройства осуществлять предварительную компоновку схемных элементов на плате.
Синтез топологии неоднородности, возникающей при сочленении отрезков МПЛ, производится пользователем в интерактивном режиме и состоит в геометрическом построении области, объединяющей граничные сечения сочленяемых линий. Выбор неоднородности для синтеза осуществляется путем указания "мышью" на соответствующий узел сочленения линий в моделируемой схеме.
В рабочем поле появляется окно с изображением отрезков сочленяемых линий, расположенных под углами, заданными при построении схемы. Пользователю предоставляется возможность изменения расположения и углов наклона сочленяемых отрезков линий, а также построения топологии области неоднородности. В качестве примера на рис. 5 изображены исходная схема сочленения линий, составляющих фрагмент моделируемого устройства на рис. 1, и вариант построения топологии рассматриваемой неоднородности.
После построения топологии неоднородности производится расчет ее эквивалентной емкости, значение которой выводится на панель, где также имеются окна для значений ширины сочленяемых линий.
Процедура размещения схемных элементов обеспечивает операции по установке кристаллов полупроводниковых элементов на плате, выбору размеров выводов и точек подключения их на плате. Итоговая геометрическая информация этой процедуры используется в системе для вычисления эквивалентных индуктивностей и емкостей выводов элементов. На рис. 6 приведен пример размещения и подключения кристалла полевого транзистора.
Эквивалентные индуктивности и емкости схемных элементов и неоднородностей используются в системе для повторных схемотехнических расчетов, в процессе которых осуществляется анализ влияния выбранных конструкций и топологий на характеристики проектируемого устройства. По результатам анализа в интерактивном режиме проводится корректировка размеров соединительных линий, топологии неоднород-ностей и размещения полупроводниковых элементов, обеспечивающая улучшение характеристик устройства.
Рисунок 5 - Построение топологии неоднородности
М. М. Касьян: ВПЛИВ ПОХИБОК ВИМ1РУ ВИХ1ДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕП НА ТОЧН1СТЬ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТР1В ЕЛЕМЕНТ1В СХЕМИ
использоваться в качестве обучающей системы при подготовке специалистов-пользователей САПР, а также служить инструментом профессиональной деятельности инженеров-разработчиков радиоэлектронной аппаратуры СВЧ диапазона.
Рисунок 6 - Размещение и подключение кристалла полевого транзистора
заключение
Опыт эксплуатации системы моделирования 8ЛМ18 показал ее надежность и эффективность. Доступность, гибкость и широкие функциональные возможности системы делают ее универсальной. Она может
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
перечень ссылок
Автоматизированное проектирование устройств СВЧ / Под ред. В. В. Никольского. - М.: Радио и связь, 1982. - 272 с. Карпуков Л. М. Комплекс программ частотного анализа схем СВЧ // Радиоэлектроника. 1984. - Т.27. - №6. - С. 9495. (Изв. высш. учеб. заведений).
Проектирование интегральных устройств СВЧ: Справочник/
Ю.Г. Ефремов, В.В.Конин, Б. А. Солганик и др. - К. Техника, 1990. - 159 с.
Карпуков Л.М., Романенко С.Н. Упрощенный расчет дисперсии в МПЛ // Радиотехника. - 1991. - №5. - С. 97-98. Карпуков Л.М. Построение и анализ декомпозиционных моделей микрополосковых структур // Радиоэлектроника. -1984. - Т. 27. - №9. - С. 32 - 36. (Изв. высш. учеб. заведений). Карпуков Л.М ческого анализа учетом конечных Радюелектрошка, ЗДТУ, 1999. вгисЬа!а Н.
Романенко С.Н.
многослойных
Алгоритм квазистати-полосковых структур с размеров диэлектрических пластин // ¡нформатика, управлшня. -Запор1жжя: №2. - С.8 - 12.
Rutkowski A. Frequency Detector with Power
Combiner Deviders.// IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol. 8, May 1998. - P.179-181.
УДК 621.396.6.004
ВПЛИВ ПОХИБОК ВИМ1РУ ВИХ1ДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕП НА ТОЧШСТЬ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРА ЕЛЕМЕНТ1В СХЕМИ
М. М. Касьян
Предлагается метод оценки влияния погрешностей измерения выходных характеристик радиоэлектронных устройств на точность идентификации параметров элементов схемы и даны рекомендации по повышению точности расчета.
Пропонуеться метод ощнки впливу похибок вимгру вихгд-них характеристик радюелектронних прилад1в на точтсть iдентифжацп параметр1в елемент1в схеми та приведет рекомендацИ по тдвищенню точностi розрахунку.
The method of an evaluation of influence of errors of measurement of the output characteristics of radio electronic devices on accuracy of identification of parameters of units of the circuit is offered and the recommendations for rise of accuracy of calculation are given.
При д1агностуванш електронних схем необхщно ви-значити значення параметр1в елеменив схеми таким чином, щоб вихщш характеристики проектованого пристрою якомога краще ствпадали з експериментально отриманими в точках вим1р1в. Цю задачу можна виршити методом параметрично! оптим1зацп з викори-станням вщомого критер1ю м1шмуму середньоквад-ратично! помилки [1]
/(q) = I ![ ^вим(q) - YWq)] . (1) j = 1 i = 1
Враховуючи, що вих1дш характеристики можуть бути р1зномаштними залежностями (напруги, струму, коефь щенту передач! i т. i.), то дощльно в критери (1) використовувати не абсолютш значення величин а вщносш:
/(q) = I I j = 1 i = 1
2
1 _ "^/грозр(^ ■ Yjiвим ( q )-
(2)
де (q) - розрахункове значення г-то! вихщно!
характеристики в j-тiй точщ, яка залежить вщ вектора параметр!в схеми q;
^гвим( q) - вим!ряне значення г-то'! вих!дно! характеристики в j'-тш точц!
M N
2
M N
