В пер.: 1 р. 20 к.
Изложены методы моделирования и оптимизации радиоэлектронных устройств (РЭУ) в системе автоматизации проектирования (САПР). Рассмотрены современные алгоритмы расчета этих устройств на ЭВМ. Приведены языки описания РЭУ. Предназначена для инженеров-разработчиков РЭА, систем управления и САПР.
ПРЕДИСЛОВИЕ
/
Системы автоматизации проектирования (САПР) применяют на всех этапах разработки радиоэлектронных устройств (РЭУ). Их внедрение началось с автоматизации ряда конструкторских работ: размещения компонентов и функциональных узлов в различных стандарт- • ных конструкциях, разводки проводов и печатных проводников, выпуска управляющих перфолент для изготовления многослойных печатных плат и интегральных микросхем (ИС). К настоящему времени в САПР включены также подсистемы моделирования и оптимизации РЭУ, позволившие значительно улучшить характеристики и сократить сроки отработки проектируемой аппаратуры. Эти подсистемы особенно эффективны,при расчете характеристик переключательных схем и устройств автоматического регулирования.
При использовании САПР для моделирования радиоприемных и телевизионных РЭУ возникают значительные трудности из-за того, что периоды собственных колебаний в них намного меньше времени переходного процесса. Моделирование этих РЭУ на ЭВМ можно реализовать, только комплексно решая задачи повышения производительности ЭВМ, создания специализированных терминальных и вычислительных средств в САПР и построения эффективных алгоритмов, учитывающих схемотехнические особенности высокочастотных РЭУ.
Повышение степени интеграции ИС значительно усложняет математические модели РЭУ, основанные на композиции моделей отдельных компонентов, т. е. резко увеличивается размерность решаемых уравнений. Для уменьшения размерности можно применить метод макромоделирования, при котором модель ИС, включаемая в общую математическую модель устройства, представляется упрощенной схемой или упрощенной системой уравнений. При этом должна достигаться приемлемая точность аппроксимации выходных характеристик ИС в рабочей области входных воздействий.
При оптимизации РЭУ дополнительно к перечисленным возникают трудности формализации задачи. Обычно это задачи многокритериальной оптимизации, которые являются наиболее сложными в.теории математического программирования. Удачные формулировка критериев оптимизации и подход к построению целевых функций и ограничений могут во многом способствовать успешному выбору наилучших параметров РЭУ за приемлемое время работы ЭВМ.
Предлагаемая книга посвящена моделированию и оптимизации РЭУ в САПР. Эта тема нашла отражение в книгах [3, 10, 14, 21, 27, 39, 40, 49, 56, 69, 89], по содержанию которых можно проследить за развитием методов решения задач и расширением областей применения САПР. Поэтому основное внимание здесь уделяется вопросам, которые в последние годы приобрели наибольшую актуальность: построе-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................ . .............3
Глава первая
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ В СИС'ТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1. Задачи автоматизации функционального проектирования радиоэлектронных устройств ..................... 5
1.2. Компоненты радиоэлектронного устройства............ 9
1.3. Уравнения математической модели радиоэлектронного устройства 12
1.4. Постановка задачи дискретизации................ 17
1.5. О методах решения нелинейных уравнений........... 20
1.6. О методах решения задачи оптимизации . -........... 25
1.7. Организация вычислительного процесса при решении уравнений электрической схемы...............,...... 31
Глава вторая
МОДЕЛИ КОМПОНЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
2.1. Общие вопросы построения математических моделей компонентов РЭУ............................... 35
2.2. Макромодели для линейного режима.............. 37
2.3. Модели полупроводниковых приборов............ 42
2.3.1. Модели биполярного транзистора................ 42
2.3.2. Модель интегрального МДП-транзистора для режима большого сигнала............................ 44
2.4. Макромодели аналоговых ИС................. 45
2.4.1. Операционный усилитель................... 45
2.4.2. Макромодели умножителя................... 48
2.4.3. Макромодели логарифмических и антилогарифмических устройств 52
2.4.4. Макромодель делителя.................... 52
2.5. Макромодели цифровых ИС.................. 53,
2.5.1. Макромодель двухвходового вентиля НЕ—И..........53
2.5.2. Макромодель JKR^-триггера.................55
2.6. Моделирование статических магнитных полей. Определение параметров моделей трансформаторов .............. 57
2.7. Математическая модель нелинейного трансформатора . . . . . . -61
2.8. Моделирование теплового режима РЭУ............64
2.8.1. Поток тепла через стенку................... 65
2.8.2. Тонкая пластинка....................... 66
2.8.3. Охлаждаемая плита...................... 66
2.8.4. Переход тепла через границу раздела............ 67
Глава третья
АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
3.1. Исходные предпосылки..................• • 6°
3.2. Алгоритм Гаусса........................ °°
3.3. Оценка ошибок решения- линейных уравнений........• • '*
3.4. Определение ошибок округления алгоритма Гаусса и выбор главного элемента............................. '~L
3.5. Матрицы специального вида.................• • '
3.6. Решение линейных алгебраических уравнений электрической цепи по методу динамического программирования.......... °
О7Л
3.7. Построение алгоритма решения линейной системы на основе обобщения метода динамического программирования.......... 88
3.8. Алгоритм обобщенного динамического программирования .... 91
3.9. Алгоритмы выбор а порядка исключения............. 97
3.10. Алгоритм решения сеточных линейных уравнений, основанный на методе динамического программирования............ ЮЗ
3.11. Решение нелинейных уравнений РЭУ............. 109
3.12. Реализация на ЭВМ алгоритмов LU-разложения........ 112
3.13. Реализация на ЭВМ алгоритмов динамического программирования 115
3.14. Сравнительная оценка на ЭВМ различных алгоритмов выбора порядка исключения переменных и уравнений .......... 119
Глава четвертая
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НА ЭВМ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ. ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПОЛЕЙ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ
4.1. Предварительные замечания о методах интегрирования . . . . . .. . 121
4.2. Дискретизация дифференциальных уравнений в методе ФДН . . . 123
4.3. Устойчивость процессов численного интегрирования........125
4.4. Применение экстраполяции интегрируемых переменных.....130
4.5. Дискретные модели компонентов схем при методе ФДН......131
4.6. Вывод выражения для текущей ошибки интегрирования......140
4.7. Выбор шага и порядка метода интегрирования..........142
4.8. Задачи анализа линейных РЭУ.................146
4.9. Сравнительная оценка методов анализа линейных схем во временной области............................147
4.10. Анализ линейных схем в частотной области..........150
4.11. Алгоритм вычисления переходных процессов по частотным характеристикам схемы.......................154
4.12. Алгоритмы вычисления переходных процессов резонансных схем с вы-
сокой добротностью......................157
4.13. Адаптивный частотный анализ процессов............164
4.14. Алгоритмы расчета периодических и переходных процессов в нелинейных слабодемпфированных системах............170
4.15. Построение системы алгебраических уравнений для численного расчета статических магнитных полей............. . 184
Глава пятая
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ОПТИМИЗАЦИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
5.1. Общая характеристика задач оптимального проектирования РЭУ 188
5.2. Методы построения целевых функций при оптимизации РЭУ ... 190
5.2.1. Электрические фильтры..................... 197
5.2.2. Группа устройства резонансного типа............. 198
5.2.3. Импульсные устройства................... 199
5.2.4. Сильнодемпфированные системы................ 199
5.3. Поинтервальная оценка качества характеристик РЭУ...... 199
5.4. Методы решения задач оптимизации, основанные на концепции со-
пряженных уравнений.....................206
5.5. Организация вычислительного процесса и примеры решения задач оп-
тимизации РЭУ......................... 214
Глава шестая
КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АНАЛИЗА И ОПТИМИЗАЦИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
6.1. Общие требования к комплексу................ 218
6.2. Состав, основные функции и взаимодействие программ комплекса анализа и оптимизации .................... 219
6.3. Последовательность этапов машинного анализа и оптимизации 224
6.4. Входной язык комплекса анализа и оптимизации РЭУ...... 225
6.4.1. Элементарные конструкции языка...............
6.4.2. Операторы щшсваивания, цикла, управления и перехода . . . 227
6.4.3. Оператор ввода данных о схеме и компонентах РЭУ и оператор 229 выдачи результатов моделирования......".........231
6.4.4. Описания ...........................234
6.4.5. Оператор задания функций оптимизации ............237
6.4.6. Процедуры............................237
6.4.7. Операторы базирования, записи, считывания и редактирования 239
6.4.8. Служебные операторы.....................241
6.5. Использование входного языка для моделирования РЭУ.....241
6.6. Пакет программ моделирования илоскопараллельных магнитных полей при сложной конфигурации .границ раздела различных сред 246
6.7. Примеры практического применения комплекса программ . . . 248
6.7.1. Операционный усилитель...................248
6.7.2. Усилитель видеосигналов...................251
6.7.3. Генератор синусоидальных сигналов..............255
6.7.4. Четырехквадрантный умножитель...............256
6.7.5. Стабилизатор напряжения...................259
6.7.6. Полосовой фильтр................-......260
6.7.7. Магнитная отклоняющая система...............261
6.8. Моделирование РЭУ в диалоговом режиме...........263
Список литературы.........................266
Цена: 150руб.
