Автоматизация схемотехнического проектирования:
.А 22 Учеб. пособие для вузов/В. Н. Ильин, В. Т. Фролкин, А. И. Бутко и др.; Под ред. В. Н. Ильина. — М.: Радио и связь, 1987.— 368 с.: ил.
Даны основные сведения о составе и принципах функционирования системы автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Описаны методы моделирования радиоэлектронной аппаратуры на различных этапах автоматизированного проектирования — от структурного до конструкторского. Изложены методы расчета больших интегральных схем, моделирования радиотехнических схем в режимах малого и большого сигналов, макромоделирования типовых микросхем. Рассмотрены критерии и способы непрерывной и дискретной оптимизации и синтеза на ЭВМ.
Для студентов вузов радиотехнических специальностей.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Как указано в решениях XXVII съезда КПСС, автоматизированное проектирование радиоэлектронной аппаратуры является одним из основных рычагов ускорения научно-технического прог^ ресса. Важнейший этап автоматизированного проектирования: — это схемотехническое лроектирование.
Содержание понятия «схемотехническое проектирование»1 сформировалось в ту пору, когда элементную базу радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) составляли дискретные элементы — резисторы, конденсаторы, корпусированные транзисторы и диоды, а основной технологией производства схем был навесной монтаж. В этих условиях автоматизация схемотехнического проектирования сводилась к расчету на ЭВМ электрических процессов в ли,~ нейных и нелинейных цепях с сосредоточенными параметрами.
В настоящее время ,в связи с прогрессом интегральной технологии и ростом функциональной сложности дискретных элементов понятие «схемотехническое проектирование» существенно рас--ширилось. Инженеру-схемотехнику при разработке интегральных; схем (ИС) приходится не только рассчитывать электрические-процессы, но и проектировать функциональные, а иногда и структурные схемы. Увеличение степени интеграции привело также к-тесной связи электрического расчета с разработкой конструкции:. и топологии ИС. Кроме того, для устройств, состоящих из большого числа элементов, расчет на ЭВМ на электрическом уровне-' практически невыполним из-за больших затрат времени, и необхо--димо применение методов упрощенного расчета на логическом:: или функциональном уровне. В связи с этим в данное учебное? пособие наряду с методами автоматизации электрического расче/-та включены методы автоматизации структурного, функционального и логического моделирования, а также конструкторского» проектирования.
Учебное пособие построено следующим образом. В начальной! части (гл. 1, 2) изложены общие сведения о процессах автоматизированного схемотехнического проектирования, особенностях !Ш Реализации на основе систем автоматизированного проектирова*-вдя (САПР), а также основные понятия САПР.
В основной части (гл. 3—11) описаны методы, алг»р-ит.мьр„ годные языки и программы, используемые на разных уровнях: втоматизированного схемотехнического проектирования:. Особое
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................. 5
Глава 1. Общие сведения об объектах и задачах проектирования . . 5
1.1. Классификация параметров и задач проектирования..... 5
1.2. Уровни сложности РЭА и уровни автоматизированного проектирования ................... 9
1.3. Типы объектов проектирования........... 14
1.4. Типы процессов проектирования........... 15
1.5. Понятие о математических моделях.......... 16
1.6. Понятие об имитационном моделировании........ 20
.1.7. Понятие технологичности процесса проектирования...... 21
Глава 2. Основные понятия САПР........... 22
2.1. Общие сведения о САПР............. 22 ^
2.2. Математическое обеспечение............ 26
2.3. Лингвистическое обеспечение............ 29
2.4. Информационное обеспечение............ 34
2.5. Программное обеспечение............. 41
2.6. Техническое обеспечение............. 50 '
2.7. Организационное и методическое обеспечение....... 51
Глава 3. Структурное моделирование.......... 51
3.1. Постановка задачи.............. 51
3.2. Основные способы структурного моделирования...... 52
3.3. Типовые задачи структурного моделирования....... 55
3.4. Модели блоков и сигналов............ 57
3.5. Реализация программ структурного моделирования...... 65
Глава 4. Функциональное моделирование......... 71
, 4.1. Постановка задачи.............. 71
4.2. Базовые элементы функциональных схем........ 73
4.3. Алгоритмы моделирования базовых безынерционных элементов . . 77 |
4.4. Алгоритмы моделирования базовых инерционных линейных элементов 79
4.5. Особенности моделирования нелинейных инерционных элементов . .86
4.6. Вычислительные аспекты моделирования базовых элементов ... 92
4.7. Построение функциональных схем.......... 94
4.8. Алгоритмы моделирования типовых структур функциональных схем 97-
4.9. Программы функционального моделирования....... 109
Глава 5. Моделирование на регистровом уровне....... 112
5.1. Постановка задачи.............. 112
5.2. Основные принципы моделирования на уровне регистровых передач 113
5.3. Языки моделирования на уровне регистровых передач..... 115
5.4. Язык CDL................. П6
5.5. Описание ЭВМ на языке CDL........... 121
5.6. Особенности организации моделирования........ 125
Глава 6. Логическое моделирование.......... 126
6.1. Постановка задачи.............. 126
6.2. Автоматизированный синтез логических схем....... 127
6.3. Модели сигналов и элементов........... 129
6.4. Методы логического моделирования.......... 131
6.5. Синтез тестов с применением систем моделирования..... |4*
6.6. Реализация программ логического моделирования...... 143
366
Глава 7. Схемотехническое моделирование......... 145
7.1. Постановка задачи.............. 145
7.2. Моделирование статических режимов......... 146
7.3. Уравнения статического режима в базисе узловых потенциалов . . 151
7.4. Моделирование переходных процессов......... 158
7.5. Моделирование частотных характеристик........ 170
7.6. Входные языки схемотехнического моделирования...... 172
7.7. Программы схемотехнического моделирования....... 175
Глава 8. Схемотехническое моделирование больших схем . . . . 183
8.1. Постановка задачи.............. 183
8.2. Методы разреженных матриц........... 184
8.3. Методы подсхем............... 189
8.4. Методы макромоделирования........... 195
8.5. Гибридное моделирование............ 197
Глава 9. Схемотехническое моделирование нелинейных и высокодобротных линейных радиочастотных схем........ 203
9.1. Постановка задачи.............. 203
9.2. Алгоритмы определения оптимальных начальных условий .... 207
9.3. Расчет периода стационарных колебаний........ 211
9.4. Расчет схем в частотной области в режиме малого сигнала . . . 212
9.5. Расчет схем в частотной области в режиме большого сигнала . . 216
9.6. Быстрое преобразование Фурье........... 219
Глава 10. Моделирование полупроводниковых приборов..... 221
10.1. Основная задача моделирования компонентов и классификация моделей .................. 221
10.2. Электрические модели............. 223
10.3. Физико-топологические модели........... 234
10.4. Определение параметров моделей.......... 236
Глава П. Макромодели интегральных микросхем....... 241
11.1. Постановка задачи.............. 241
11.2. Методы построения макромоделей.......... 246
11.3. Формы представления макромоделей......... 254
11.4. Макромодели цифровых схем........... 256
11..5. Макромодели аналоговых схем........... 261
Глава 12. Методы расчета и анализа выходных параметров схем . . 265
12.1. Расчет выходных параметров схем.......... 265
12.2. Анализ чувствительности............ 268
12.3. Метод расчета на наихудший случай......... 273
12.4. Статистический анализ............. 275
12.5. Лингвистическое обеспечение программ расчета и анализа выходных параметров схем............... 277
Глава 13. Критерии оптимальности........... 280
13.1. Особенности задач технической оптимизации....... 280
13.2. Общие сведения о критериях оптимальности....... 282
13.3. Формальные обобщенные критерии оптимальности...... 286
13.4. Максиминные (минимаксные) критерии оптимальности .... 289
13.5. Статистические критерии............. 292
Глава 14. Методы непрерывной параметрической оптимизации . . . 295
14.1. Постановка задачи.............. 295
14.2. Методы поиска локального экстремума........ 300
14.3. Методы поиска глобального экстремума........ 309
14.4. Методы учета ограничений............ 311
14.5. Алгоритмы статистической оптимизации схемы...... 313
367
14.6. Структура пакета программ оптимизации схем...... 314
14.7. Лингвистическое обеспечение пакета программ оптимизации . . . 318
14.8. Методология использования пакета программ оптимизации . . . 320
Глава 15. Основы дискретной оптимизации........ 321
15.1. Постановка задачи.............. 321
15.2. Классификация основных задач дискретной оптимизации .... 323
15.3. Методы дискретной оптимизации.......... 328
15.4. Задачи и методы синтеза в САПР.......... 333
Глава 16. Конструкторское проектирование........ 340
16.1. Постановка задачи.............. 340
16.2. Модели конструкции и схем........... 343
16.3. Алгоритмы компоновки............. 347
16.4. Алгоритмы размещения............. 352
16.5. Алгоритмы трассировки............. 356
Список литературы ............... 361
Предметный указатель............... 364
Цена: 150руб.
