множество граф алгоритм итерационный
Задачи размещения элементов и трассировки их соединений тесно связаны и при обычных, «ручных», методах конструирования решаются одновременно. В процессе размещения элементов уточняются трассы соединений, после чего положение некоторых элементов может корректироваться. В зависимости от принятой конструктивно - технологической и схемотехнической базы при решении этих задач используются различные критерии и ограничения. Однако все конкретные разновидности упомянутых задач связаны с проблемой оптимизации схем соединений. В результате получается точное пространственное расположение отдельных элементов конструктивного узла и геометрически определенный способ соединений выводов этих элементов.
Критерии качества и ограничения, связанные с конкретными задачами размещения и трассировки, опираются на конкретные конструктивные и технологические особенности реализации коммутационной части узла. Всю совокупность критериев и ограничений можно разделить на две группы в соответствии с метрическими и топологическими параметрами конструкции узлов и схем.
К метрическим параметрам относятся размеры элементов и расстояния между ними, размеры коммутационного поля, расстояния между выводами элементов, допустимые длины соединений и т.д.
Топологические параметры в основном определяются принятым в конкретной конструкции способом устранения пересечений соединений и относительным расположением соединений на коммутационном поле. К ним относятся: число пространственных пересечений соединений, число межслойных переходов, близость расположения друг к другу тепловыделяющих элементов или несовместимых в электромагнитном отношении элементов и соединений.
В конкретных задачах указанные параметры в различных сочетаниях могут быть либо главными критериями оптимизации, либо выступать в качестве ограничений.
В связи с этим при алгоритмическом подходе к их решению они рассматриваются, как правило, раздельно. Сначала осуществляется размещение элементов, а затем - трассировка межсоединений. Если необходимо, этот процесс может быть повторен при другом расположении отдельных элементов.
Основной целью размещения считают создание наилучших условий для последующей трассировки соединений при удовлетворении основных требований, обеспечивающих работоспособность схем.
Критерием в большинстве случаев является критерий минимума взвешенной длины (МСВД) соединений, который интегральным образом учитывает многочисленные требования, предъявляемые к расположению элементов и трасс их соединений. Это обуславливается рядом факторов:
Уменьшение длин соединений улучшает электрические параметры схемы;
Чем меньше суммарная длина соединений, тем, в среднем, проще их реализация в процессе трассировки;
Уменьшение суммарной длины соединений снижает трудоёмкость изготовления монтажных схем, особенно схем проводного монтажа;
Данный критерий относительно прост с математической точки зрения и позволяет косвенным образом учитывать другие параметры схем путём присвоения весовых оценок отдельным соединениям.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева |
|
|
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ РЭС |
|
|
Программа учебной дисциплины и методические указания к выполнению контрольной работы |
|
|
Для студентов специальности 210201 Проектирование и технология РЭС, обучающихся по образовательным программам с полным и сокращенным сроками обучения |
|
|
Рыбинск 2007 |
|
УДК 621.396.6
Моделирование элементов и узлов РЭС: Программа учебной дисциплины и методические указания к выполнению контрольной работы./Сост. А.В. Печаткин; РГАТА. – Рыбинск, 2007. – 60 с. – (Заочная форма обучения РГАТА).
СОСТАВИТЕЛЬ
кандидат технических наук, доцент А.В. Печаткин
ОБСУЖДЕНО
на заседании кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС)
Зав. РИО М.А. Салкова
Компьютерная верстка – Е.В. Шлеина
Лицензия ИД № 06341 от 26.11.01
Подписано в печать ________
Формат 60´84 1/16 Уч.-изд. л. 4. Тираж ____. Заказ _____
Множительная лаборатория РГАТА 152934, Рыбинск, ул. Пушкина, 53
ã А.В. Печаткин, 2007
ã РГАТА, 2007
Предисловие. 4
1 Основные организационные вопросы.. 4
2.1 Общие положения. 7
2.1.1 Моделирование сигналов. 8
2.1.2 Усилительные устройства. 9
3 Порядок выполнения контрольной работы.. 10
3.1 Оформление контрольной работы.. 12
3.2 Работа с электронными шаблонами и электронными документами. 13
3.2.1 Основные правила работы с электронными шаблонами: 14
3.2.2 Оформление и идентификация электронных документов. 14
4 Краткая теоретическая информация. 15
4.1 Расчет апериодического каскада на биполярном транзисторе. 15
4.1.1 Расчет апериодического каскада на полевом транзисторе. 18
4.1.2 Расчет резонансных усилителей с одиночным и связанными колебательными контурами. 20
Приложение А.. 25
Приложение Б. 26
Приложение В.. 27
Приложение Г. 30
Приложение Д.. 32
Приложение Е. 33
Приложение Ж.. 35
Приложение И.. 36
Приложение К.. 37
Приложение Л.. 48
Предисловие
Дисциплина «Моделирование элементов и узлов РЭС» относится к циклу общих математических и естественнонаучных дисциплин специальности 210201 «Проектирование и технология РЭС» и является одной из дисциплин, направленных на освоение информационных технологий поддержки сквозного проектирования электронной. Изложенные в настоящем пособии программа дисциплины и предъявляемые требования к выполнению контрольной работы полностью соответствуют Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования и требованиям к специальности 210101 «Проектирование и технология РЭС».
Вопросы к экзамену «Моделирование элементов и узлов РЭС»
Режимы моделирования .
Поясните следующие режимы моделирования в САПР Electronic WorkBench (EWB):
6. Parameter Sweep
7. Temperature Sweep
9. Transfer Function
14. DC sweep
Элементы РЭС
1. Независимые источники. Виды независимых источников. Сравнение источников EWB и OrCAD.
V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| ?TRAN|@TRAN|
I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| ?TRAN|@TRAN|
2. Пассивные компоненты RLC. Модели и параметры моделей в САПР EWB. Взаимная индуктивность и магнитный сердечник.
C^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|C^@REFDES| @VALUE ?IC/IC=@IC/ ?TOLERANCE|\n.model C^@REFDES CAP C=1 DEV=@TOLERANCE%|
R^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|R^@REFDES| @VALUE ?TOLERANCE|\n.model R^@REFDES RES R=1 DEV=@TOLERANCE%|
L^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|L^@REFDES| @VALUE ?IC/IC=@IC/ ?TOLERANCE|\n.model L^@REFDES IND L=1 DEV=@TOLERANCE%|
Kn^@REFDES L^@L1 ?L2|L^@L2| ?L3|\n+ L^@L3| ?L4|L^@L4| ?L5|\n+ L^@L5| ?L6|L^@L6| @COUPLING
Биполярные транзисторы
Q^@REFDES %c %b %e @MODEL
3. Схема измерения зависимости граничной частоты передачи тока fT(Ic) от тока коллектора (Gain Bandwidth ).
4. Схема измерения зависимости времени рассасывания заряда ts(Ic) от тока коллектора (Storage Time ).
5. Схема измерения зависимости барьерной емкости перехода коллектор-база Cobo(Vcb) (C-B Capacitance ) и эмиттер-база Cibo(Veb) (E-B Capacitance ).
Узлы РЭС .
6. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе. Схема с общим эмиттером. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.
7. Отрицательная обратная связь по току и по напряжению. Схема с общим эмиттером с отрицательной обратной связью по напряжению. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.
8. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе. Схема с общей базой. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.
9. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе. Схема с общим коллектором. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.
10. Апериодический усилитель на полевом транзисторе. Схема с общим истоком. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на стокозатворной и выходных характеристиках. Назначение элементов. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.
уметь:
Выполнять количественную оценку уровня качества конструкций РЭС с использованием единичных и комплексных показателей;
Применять вероятностно - статистические методы для анализа точности и стабильности параметров конструкций РЭС;
Рассчитывать показатели надёжности проектируемых РЭС и внедрять методы повышения надёжности устройств на этапах проектирования, производства и эксплуатации;
Применять методы прогнозирования для предсказания функциональных параметров и надёжности элементов и устройств;
Выполнять с использованием ЭВМ статистическое моделирование параметров конструкций РЭС, систем массового обслуживания, надёжности элементов и устройств.
Физические основы проектирования радиоэлектронных средств
знать:
Характеристику воздействий , которым подвергаются РЭС при эксплуатации ;
Физические явления , происходящие в конструкциях РЭС при действии тепловых и механических нагрузок, электромагнитных помех и других факторов;
Методы защиты РЭС от действия дестабилизирующих факторов ;
уметь:
Выбирать конструкторские способы , обеспечивающие защиту РЭС от дестабилизирующих факторов ;
- моделировать воздействие дестабилизирующих факторов на конструкцию РЭС;
Выполнять расчёты по оценке эффективности защиты конструкции РЭС от дестабилизирующих факторов.
Элементная база радиоэлектронных средств
Классификация, общая характеристика и эволюция элементной базы РЭС. Конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности и трансформаторы (конструкции, параметры, характеристики точности и стабильности). Активные и пассивные безвыводные компоненты. Базовые конструкции и основные характеристики электронных компонентов. Коммутационные устройства и соединители. Принципы построения и работы фильтров, линий задержек и резонаторов на поверхностно-акустических волнах. Принципы построения и работы приборов с зарядовой связью в устройствах обработки сигналов и приемниках изображения. Классификация и основные свойства устройств памяти. Элементы памяти на магнитных доменах. Полупроводниковые большие интегральные схемы (БИС) запоминающих устройств. Элементы оптоэлектронных систем обработки информации . Жидкокристаллические индикаторы. Криотроны и приборы на основе эффекта Джозефсона. Хемотроны и другие устройства функциональной электроники.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- принципы действия и физические эффекты, используемые в элементах РЭС;
- основные свойства, характеристики и конструктивно-технологические особенности элементной базы РЭС;
уметь:
- анализировать работу различных типов элементов и определять возможность их функционального применения в конструкциях РЭС;
- обоснованно выбирать типы элементов в зависимости от назначения и условий эксплуатации РЭС.
Технология радиоэлектронных средств и моделирование технологических систем
Особенности объекта и принципы построения процессов производства РЭС. Технологические системы в производстве РЭС. Технологическая точность и надежность технологических систем и процессов. Производственные и технологические процессы, их структура и элементы. Выбор оптимального варианта технологического процесса с использованием технико-экономических показателей. Технологии печатных, многослойных и коммутационных плат. Технология электрического монтажа и механических соединений. Технология и оборудование намоточных работ. Сборка и монтаж функциональных ячеек, блоков и микроблоков. Поверхностный монтаж. Герметизация, контроль, диагностика и регулировка параметров РЭС. Научные основы комплексной автоматизации; автоматизированное технологическое оснащение ; проектирование автоматических линий. Структура и техническое обеспечение управления гибкими производственными системами ; структура автоматизированной системы технологической подготовки производства, функции подсистем; автоматизированное проектирование технологических процессов и специального оснащения. Компьютерное проектирование технологических процессов изготовления РЭС. Интегрированные компьютерные производства РЭС. Статистическое моделирование технологических систем и процессов. Эксплуатация технологических систем.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
Физико - технологические основы технологических процессов сборки и монтажа , контроля , регулировки в производстве РЭС;
Прикладные пакеты программ компьютерного проектирования , моделиров ания и оптимизации технологических процессов и систем производства;
Принципы организации , построения и управления гибкими технологическими системами и интегрированными производствами РЭС;
уметь:
Проектировать технологические процессы и системы автоматизированного производства с применением прикладных программ;
Моделировать и оптимизировать технологические процессы автоматизированного производства РЭС с использованием промышленных роботов и микропроцессорных систем;
Выполнять оценку точности и настроенности технологических процес сов интегрированного производства РЭС и обеспечивать технологическую надежность и качество выпускаемых изделий;
Разрабатывать технологическую документацию .
Проектирование и системы автоматизированного проектирования интегральных микросхем
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
Материалы , используемые для производства ИМС ;
Содержание основных технологических операций производства ИМС;
Конструкции элементов полупроводниковых и гибридных ИМС ;
Математические модели и эквивалентные схемы элементов ИМС для различных режимов работы ;
Программное обеспечение автоматизированного проектирования ИМС (технологического, элементного, топологического и схемотехнического);
уметь:
Выполнять расчёт элементов полупроводниковых и гибридных ИМС ;
Разрабатывать топологию и проектировать монтажно - сборочные операции гибридных ИМС ;
Определять параметры математических моделей элементов и использовать эти параметры в задачах автоматизированного проектирования ИМС;
Применять программное обеспечение автоматизированного проектирования для разработки ИМС .
Конструирование радиоэлектронных устройств
Классификация конструкций РЭС в зависимости от места использования и условий эксплуатации, функционального назначения, принципа обработки сигналов и других факторов. Методология конструирования РЭС. Стадии разработки РЭС. Характеристика основных этапов конструкторского проектирования РЭС (анализ технических требований и электрических схем, разработка технического задания на конструкторское проектирование РЭС, выбор компоновочной схемы конструкции, выбор элементной базы и материалов, несущих конструкций). Оценка качества и надёжности конструкции РЭС. Характеристика методов электрического монтажа, используемого в конструкциях РЭС. Электрический монтаж. Проектирование печатного монтажа и функциональных узлов на его основе. Решение задач размещения элементов и трассировки соединений, использование пакетов автоматизированного проектирования. Компоновка функциональных узлов, блоков, аппаратов, приборов и систем. Компоновка на основе унифицированных несущих конструкций. Количественная оценка качества компоновки. Обеспечение защиты РЭС от действия дестабилизирующих факторов. Моделирование влияния дестабилизирующих факторов и количественная оценка эффективности используемых методов защиты. Обеспечение совместимости конструкции РЭС с оператором: проектирование передних панелей, художественное конструирование. Конструкторское проектирование РЭС различного функционального назначения, разных категорий (наземной, бортовой, морской) и видов (стационарной, возимой, носимой и т. п.). Особенности конструкторского проектирования устройств сверхвысокой частоты (СВЧ) диапазона. Конструкторские документы и их классификация. Правила выполнения схем, чертежей деталей, составления спецификаций и разработки сборочных чертежей на устройства (сборочные единицы), разработки и выполнения других конструкторских документов.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
Основные этапы конструкторского проектирования РЭС (методологию конструирования );
Виды компоновки и основные компоновочные схемы функциональных узлов, блоков, аппаратов, приборов и систем; методы проектирования печатного монтажа;
Принципы внешнего проектирования конструкций РЭС , включая вопросы дизайна ;
Особенности конструкторского проектирования РЭС различного назначения ;
Основные правила разработки конструкторской документации на изделия радиоэлектроники;
уметь:
Выбирать компоновочные схемы проектируемых функциональных узлов , блоков , аппаратов , приборов, систем и выполнять внутриблочную и внешнюю компоновку РЭС;
Проектировать печатны е платы и функциональные узлы на их основе;
Обеспечивать совместимость конструкций РЭС и их частей с внешней средой, объектом установки и оператором;
Оценивать качество спроектированной конструкции РЭС ;
Оформлять конструкторскую документацию .
Микропроцессорные системы в радиоэлектронных устройствах
Предмет, цель и содержание курса. Базовые определения и принципы организации микропроцессорных систем (МПС). Режимы работы МПС. Архитектура МПС. Типы МПС. Шины МПС. Циклы в МПС. Функции устройств магистрали (процессора, памяти, устройств ввода / вывода). Классификация и структура микроконтроллеров (МК). Процессорное ядро МК. Схема синхронизации МК. Память программ и данных МК. Регистры МК. Стек и внешняя память МК. Порты ввода / вывода. Таймеры и процессоры событий. Дополнительные модули МК. Аппаратные средства МК. Особенности архитектуры. Организация памяти программ и стека. Организация памяти данных. Виды адресации. Порты ввода / вывода. Модуль таймера и регистр таймера. Память данных в ППЗУ (EEPROM). Организация прерываний. Специальные функции и система команд МК. Особенности разработки цифровых устройств на основе МПС. Особенности процессоров различных типов. Устройства, входящие в состав персонального компьютера. Системная магистраль обмена данными. Дополнительные интерфейсы персонального компьютера. Системы команд микропроцессоров и МК различных типов. Использование микропроцессоров и МК в конструкциях РЭС различного функционального назначения.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать :
- основополагающие принципы микропроцессорной техники, базовую терминологию, архитектурные особенности МПС и их основные типы, а также принципы организации обмена информацией в МПС;
- основные принципы функционирования процессора, его возможности и структурные элементы, систему команд и методы адресации;
- организацию МК и персональных компьютеров.
уметь:
- проектировать аппаратные и программные средства МПС;
- применять МПС в конструкциях РЭС различного функционального назначения.
Системы автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств
Назначение и области применения систем автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств (САПР) РЭС. Проектирование печатных плат с помощью САПР: библиотечные элементы при проектировании электрических схем и печатных плат; проектирование электрической схемы; размещение компонентов на печатной плате; автотрассировка проводников, проверка топологии печатных плат; подготовка производства печатных плат; анализ целостности сигналов с учетом геометрии печатных проводников; обмен данными с другими САПР; проектирование многослойных печатных плат. Организация графических данных; плоскостное черчение ; графические примитивы чертежа; редактирование объектов чертежа; оформление чертежей: штриховка, размеры; пространственное моделирование конструкций; поверхностное и твердотельное проектирование объектов; изображение трехмерных объектов; использование систем программирования в САПР; организация диалога в САПР и стандарты пользовательского интерфейса. Параметрические возможности современных САПР; размерные и геометрические ограничения на параметры моделей; проектирование моделей деталей и сборок; получение чертежей деталей и сборок по моделям. Анализ, верификация и оптимизация проектных решений средствами САПР; моделирование процессов сборки, изготовления деталей, поведения конструкций при воздействующих факторах. Форматы обмена данными в САПР.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- характеристики современных систем автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств;
- методику проектирования электрических схем и печатных плат с помощью систем автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств;
- алгоритмы размещения и трассировки печатных плат, используемые в современных САПР;
- методы проектирования конструкций с использованием двумерного и пространственного проектирования;
уметь:
- проектировать электрические схемы и печатные платы с помощью САПР;