Поняття про автоматизацiю проектування в радiоелектроницi
Поняття про автоматизацiю проектування в радiоелектронiцi
Вступ
Сучасний стан розвитку свiту радiоелектронiки, систем компютерниї технологiй висуває перелiк необхiдних умов, якi забезпечують успiх у використаннi ЕОМ, при переходi вiд ручного використання машин до автоматизованого проектування (САПР).
Найбiльший ефект у проектуваннi досягається, коли автоматизацiєю охопленi всi види розробки якого-небудь об’єкта, тобто коли створена крiзна САПР. Розглядається структура такої системи i комплекс засобiв, включений до складу всiх її пiдсистем. Обговорюється змiст компонентiв цього комплексу.
1. Ручне та автоматизоване використання ЕОМ у процесi проектування
На перших порах проектувальник повинен був зробити ряд пiдготовчих крокiв перед виходом до ЕОМ:
- математично описати процеси у проектуємому об’єктi iз заданою долею точностi (тобто обрати модель об’єкта та скласти її рiвняння),
- знайти метод вирiшення рiвняння та алгоритм розрахункiв,
- записати цей алгоритм у виглядi програми
- ввести її в машину разом з чисельною iнформацiєю.
Зрозумiло що все перелiчене вимагало значного часу та значних зусиль. Тому таке використання ЕОМ, яке пiзнiше стали звати ручним, носило обмежений характер.
Але отриманий досвiд вказував на великi можливостi цього шляху, хоч i розкривав його значнi недолiки.
Головний з них – необхiднiсть фахiвцю притягати до вирiшення своєї задачi професiйного програмiста, або самому освоїти програмування.
І перше i друге не так просто реалiзувати. Перший спосiб потребує значного числа програмiстiв.
Другий зв’язаний з великими втратами часу при оволодiннi алгоритмiчними мовами та прийомами програмування, причому цi затрати не виправдовуються внаслiдок швидкої втрати навичок при вiдсутностi регулярної практики.
Не дивно, що через деякiй час з’являється iнший засiб взаємодiї розробника з ЕОМ, який отримав назву автоматизованого проектування. Суть його складається в наступному. Фахiвцю не потрiбно обирати модель об’єкту, складати рiвняння, визначати чисельне рiшення, розробляти алгоритм та писати програму.
Все це зроблено ранiш при утвореннi проблемно-орiєнтованої програми.
В нiй об’єднанi кiлька взаємодiючих програм, тому вона отримала ще одну назву – пакет прикладних програм (ППП). Пакет призначався для вирiшення однiєї проблеми, наприклад для аналiзу лiнiйних електронних схем.
Ця проблема потребує послiдовного вирiшення ряда завдань, якi можуть вiдрiзнятися як постановою, так i методами.
(спецiалiсту) i не потребує великих зусиль для його засвоєння.
Очевидно, ППП значно поширює коло людей, використовуючих ЕОМ в проектуваннi, оскiльки тепер знижуються потреби до рiвня пiдготовки користувача в областi програмування.
З iншої сторони, немає необхiдностi в збiльшеннi кiлькостi програмiстiв, так як створений пакет експлуатується продовж певного часу без великих переробок та обслуговує багато користувачiв.
В якостi прикладу назвемо такi програми: MICRO-CAP та ELECTRONICS WORKBENCH, DESIGN LAB, ORCAD 9. 2, P-CAD 2002, MICROWAVE OFFICE 2000, SERENADE 8. 5, ALPAC 7. 6. Порiвняння мiж собою деяких iз перелiчуваних та iнших програм.
Проектування подiбних програм це плiд зусиль колективу, утвореного з програмiстiв рiзної квалiфiкацiї та фахiвцiв у сферi радiоелектронiки. При високiй продуктивностi групи розробникiв, складеної, наприклад, з 6 чоловiк, програма середнiх розмiрiв розробляється за 2 роки.
Поява проблемно-орiєнтованих програм народжує передумову до переходу до системи автоматизованого проектування.
Почнемо розмову про системи автоматизованого проектування, звернемось знову до рис. 1, хоч проектування передавача, пiдсилювача потужностi та транзистора можна укласти в одну i ту схему, показану на рисунку 1, однак ясно, що змiст кожного елементу цiєї схеми залежить вiд рiвня, на якому знаходиться об’єкт проектування.
При розробцi деякого вузла радiопередавального пристрою необхiдно згадати про структурне проектування, схемотехнiчне i конструкторсько-технологiчне, як вже казали, найбiльший ефект досягається при автоматизуваннi усiх видiв проектних робiт, що приведе до крiзної, або iнтегрованої САПР.
Її можна уявити в виглядi блока (рис. 1), на вхiд якого надходить ТЗ, а на його виходi отримуємо технологiчну документацiю для виготовлення розробленого вузла на виробництвi.
Складається система з кiлькох пiдсистем, в яких проводиться автоматизоване структурне, схемотехнiчне та конструкторсько -технологiчне проектування.
Очевидно, якщо хоч в однiй пiдсистемi немає автоматизацiї, то ця пiдсистема може стати вузьким мiсцем у всьому ланцюгу проектування, а система вже цiлком не буде автоматизованою.
Розглянемо властивостi САПР рiзного вида розробки, у тому числi й крiзну. Насамперед всього вiдмiтимо, що термiн «автоматизована» система, а не «автоматична», використається не випадково.
У випадку автоматичної системи людина звертається до ЕОМ лише при введенi даних та при отриманнi результатiв. В САПР iз розумом, науково обгрунтовано розподiленi функцiї мiж машиною та людиною: ЕОМ виконує проектнi процедури, якi вдається формалiзувати, а людина – евристичнi, творчi.
Важлива властивiсть САПР – її вiдкритiсть, тобто можливiсть внесення змiн у систему, якщо вiдкритiсть не забезпечена, то економiчно невигiдно створювати САПР.
Насправдi, розробка усiх елементiв коштує багато i займає чимало часу. З iншої сторони, прогрес ЕОМ, обчислювальної математики та методiв проектування створюють необхiднiсть у безперервному обновленнi деяких частин САПР. Це приводить до потреби вiдкритостi.
Крiзна САПР i вiдтворюючi її пiдсистеми складаються з кiлькох компонентiв. Тому складовi частини системи i використанi в них програми повиннi бути iнформацiйно узгодженi.
Це припускає єдину вхiдну мову системи, а також взаємодiю програм без втручання людини. Пояснимо останнє прикладом.
Нехай при проектуваннi вирiшуються двi задачi, одна з яких обробляється програмою А, а друга – програмою Б, причому початковими даними другої задачi являються результати розрахункiв першої. Обидвi програми будуть iнформацiйно-узгодженi, якщо результати з А передаються в Б автоматично. Сформульована властивiсть не тiльки зменшує час розрахунку, але i оберiга вiд можливих помилок при передачi даних людиною.
Враховуючи, що читач має уявлення про САПР, завершимо параграф ствердженням: створення САПР нi в якому разi не потребує вiд фахiвця – розробника безглуздого натискання кнопок у ранiш визначенiй послiдовностi.
ефективнiше, нiж ЕОМ на основi своїх обчислювальних можливостей.
входять цiлий ряд питань, якi ранiш не вивчались:
точнiсть методiв розрахунку об’єкта проектування,
алгоритми цих методiв,
оптимiзацiя
можливостi та таке iнше.
Словом, все те, що дозволяє правильно експлуатувати САПР i грамотно формулювати розрахунковi задачi для проектування з метою удосконалення цiєї системи.
3. Комплекс засобiв системи автоматизованого проектування
Для конкретностi викладення будемо мати на увазi систему автоматизованого схемотехничного проектування (АСхП) одного вузла передавача, яка може входити в крiзну САПР цього вузла. Система АСхП складається з комплексу засобiв, завдяки яким здiйснюється його функцiонування.
Цей комплекс вмiщає кiлька видiв забезпечення: математичне, технiчне, програмне, iнформацiйне, лiнгвiстичне, методичне та органiзацiйне.
Пiд математичним забезпеченням розумiють методи вирiшення проектних завдань та їх алгоритми, математичнi моделi об’єктiв проектування та засоби отримання їх параметрiв.
Програмне забезпечення включає до себе загальнi та спецiальнi програми. За допомогою перших здiйснюється функцiонування системи проектування, iншi належать до вирiшення проектних задач.
В iнформацiйне забезпечення входять вiдомостi, необхiднi для виконання проектування: довiдковi данi, стандарти i т. i., а також результати проектування, якi проводилися ранiш для подiбних вузлiв.
Лiнгвiстичне забезпечення визначає сукупнiсть мов для запису алгоритмiв, опису вхiдних даних та результатiв розрахункiв, для обмiну iнформацiєю мiж машиною та користувачем.
Методичне забезпечення дає методику використання систем для проектування, в якiй записано склад системи та закладенi правила її експлуатацiї.
Органiзацiйне забезпечення – це положення, встановлюючи склад та функцiї пiдроздiлiв, де буде вестись автоматизоване проектування.
Вони витiкають iз технiчних потреб. Нехай, для прикладу, необхiдно, щоб потужнiсть в навантаженнi пiдсилювача була в дiапазонi Рн min – Рн max, якщо частота сигналу змiнюється вiд f min до f max, а потужнiсть на виходi – вiд Рн min до Рн max. Навантаження пiдсилювача – 50 Ом, такий i його вхiдний опiр.
частоти i вихiдної потужностi.
Окрiм цього, не повиннi бути перевищенi граничнi струми, напруги та розсiяна потужнiсть на транзисторi та iнших елементах схеми.
Із вище сказаного витiкає, що до математичного забезпечення увiйде методика вибору транзистора по робочiй частотi i вихiднiй потужностi, методика визначення структури кiл узгодження i параметрiв цiєї структури по заданiй смузi частот, рiвнем потужностi у навантаженнi та на виходi, по режиму транзистора.
Крiм того, математичне забезпечення повинно включати модель транзистора, адекватну умовам роботи пiдсилювача, спосiб отримання параметрiв моделi, а також метод перевiрки функцiонування розробленого вузла.
Склад розглянутого виду забезпечення ще бiльш ускладниться, якщо треба врахувати, що пiдсилювач повинен працювати в зазначеному дiапазонi температур, при змiнi живлячої напруги та навантаження. Ускладнення обумовлене тим, що треба не тiльки виявити вплив перелiчених факторiв, але й вказати шлях зменшення їх впливу.
Практика показує, що в теорiї та методах дослiдження транзисторного пiдсилювача потужностi для деяких з цих задач поки що вiдсутнє повне рiшення.
Перейдемо до обговорювання програмного та технiчно забезпечення. Мiж ними є взаємозв’язок, вiд того вони i розглядаються разом. При створеннi автоматизованих систем проектування перевага вiддається ЕОМ i операцiйним системам, якi дозволяють органiзовувати дiалог iз користувачем.
Необхiднi пiд час розробки розрахунки виконуються за допомогою пакетiв прикладних програм, котрi з’єднуються в iнформацiйно-сумiсний програмний комплекс.
Дiалог користувача з цим комплексом буде успiшним, якщо ЕОМ має вiдповiдний об’єм оперативної пам’ятi iз вiдповiдною швидкодiєю. Мала швидкодiя приводить до довгого очiкування результату бiля термiналу. Недолiк оперативної пам’ятi змушує розбивати програмний комплекс на невеликi блоки, кожний з яких може розмiститись у вiдведенiй для вирiшення дiлянцi пам’ятi.
В ходi розрахункiв iз тривалої до оперативної пам’ятi надходить потрiбний в певний час блок, потiм його замiнює iнший i т. д. Чим менший блок, тим їх бiльше, i тим частiше потреба у їх обмiнi, що рiзко пiдвищує витрати машинного часу.
Таким чином, програмнi та технiчнi засоби повиннi вiдповiдати задачам, якi вирiшуються в ходi розробки.
Нарештi, зупинимося на iнформацiйному забезпеченнi схемотехнiчного проектування пiдсилювача потужностi. У склад цього виду забезпечення увiйдуть:
- моделi використаних транзисторiв
- їх параметри у вказанiй областi, де зберiгається потрiбна точнiсть;
- iнформацiя о можливостях кiл узгодження заданої структури
- про смугу i максимальний коефiцiєнт трансформацiї опору,
Останнє в свою чергу впливає не склад математичного забезпечення, так як потребує створення i оновлення методики, за допомогою котрої визначаються параметри моделi за результатами вимiрiв параметрiв реального транзистора.
| 
