Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из основных проблем, решаемых іри автоматизированном проектировании изделий РЭА, является в іастоящее время обеспечение требуемых функциональных характеристик с учетом конструкторско-технологических особенностей зеализации. С ростом рабочих и тактовых частот особенно важной становится задача учета влияния электрических межсоединений. Эта задача актуальна как для узлов РЭА, выполненных на печатных шатах, так и для межсоединений внутри интегральных схем.
Однако в широко распространенных САПР для оценки влияния іараметров межсоединений используется подход основанный на квазистационарном приближении. Это обусловлено простотой его реа-шзации и небольшими затратами вычислительных ресурсов. Но при гаком подходе можно получить лишь весьма приближенные оценки, юскольку процессы, которые обуславливают влияние межсоединений іа функциональные характеристики, носят сложный электродинами-іеский характер. Поэтому для повышения точности результатов іроектирования необходимо использовать электродинамическое триближение.
Разработка эффективных методов моделирования изделий РЭА с /четом электродинамического взаимодействия межсоединений позво-шет решить целый ряд задач, возникающих в процессе автоматизи-гаванного проектирования. Среди них можно выделить три наиболее зажных, очень тесно связанных между собой, но в то же время алеющих самостоятельное значение.
-
Исследование конструкторско-технологических особенностей реализации. С помощью методов моделирования на основе электродинамического подхода можно проводить тонкие исследова-шя влияния тех или иных конструкторско-технологических особен-юстей реализации на функциональные характеристики, осуществлять выбор наиболее оптимальных вариантов, вырабатывать соответствующие рекомендации разработчикам.
-
Верификация проектирования. В современных САПР все чаще ^пользуется этап верификации, который охватывает сразу несколько уровней абстрактного представления процесса проектирования. Его основной задачей является проверка соответствия результатов проектирования спецификациям функционального уровня
- 2 -с учетом влияния конструкторско-технологических особенности реализации. На практике этот этап охватывает чаще всего схеме технический и конструкторско-технологический уровни. Это обус ловлено тем, что именно на схемотехническом уровне можно наибе лее точно оценивать то влияние, которое оказывают эти особеї ности на функциональные характеристики узлов.
3. Обеспечение требований электромагнитной совместимості Задача обеспечения требований ЗМС становится в настоящее врек одной из основных при проектировании изделий РЭА широкого наг начения. Новые европейские стандарты принятые в этой облас1] предъявляют жесткие требования к допустимому уровню излучение устойчивости к -воздействию внешних электромагнитных полей.
Особенно актуальна разработка методов моделирования с уч« том электродинамического взаимодействия межсоединений для САІ узлов РЭА на печатных платах. Это обусловлено тем фактом, чч на долю проводников печатной платы приходится 60..70% обще длины межсоединений, и именно они имеют наибольшую электричес кую длину.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационнс работы является улучшение качества и сокращение времени разрг ботки узлов РЭА за счет использования методов автоматизироваї ного моделирования, обеспечивающих учет злектродинамическої взаимодействия проводников печатных плат.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующі задачи:
-
Построить математическую модель аналоговых узлов РЭА, которой учитываются процессы электродинамического взаим< действия проводников печатных плат.
-
Исследовать и выбрать математические методы, обеспечь вающие эффективное, с точки зрения затрат вычислительных ресуі сов, решение уравнений математической модели.
-
Построить дискретную математическую модель узлов.
-
Разработать принципы построения комплекса програшні средств моделирования аналоговых узлов РЭА на печатных платах учетом электродинамического взаимодействия проводников печатні плат.
-
С помощью разработанного комплекса программных среде провести ряд вычислительных экспериментов для оценки достове ности результатов, полученных на основе предложенных математ
- З -ческих моделей.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы элементы функционального анализа, методы дифференциального и интегрального исчисления, методы численного анализа, методы теории электромагнитного поля и анализа электрических цепей, метод конечных элементов. При разработке комплекса программных средств были реализованы принципы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна. Основным научным результатом, полученным в результате, работы над диссертацией, является создание эффективного метода автоматизированного моделирования аналоговых узлов РЭА с учетом электродинамического взаимодействия проводников печатных плат. Его научную новизну составляют:
-
Принципы и методика построения математической модели аналоговых узлов РЭА, учитывающей электродинамическое взаимодействие проводников печатных плат.
-
Дискретная электродинамическая модель проводников печатных плат на основе изопараметрических конечных элементов.
-
Высокоэффективные алгоритмы численного решения уравнений математической модели узлов РЭА, в том числе многосеточного метода конечных элементов и экстраполяции Ричардсона.
-
Комплекс программных средств автоматизированного моделирования аналоговых узлов с учетом электродинамического взаимодействия проводников печатных плат построенный на основе объектно-ориентированного подхода.
Практическая ценность результатов работы. На основе полученных результатов разработан комплекс программных средств моделирования аналоговых узлов РЭА, который позволяет по заданной принципиальной электрической схеме и топологии печатной платы определять функциональные характеристики узлов с учетом электродинамического взаимодействия проводников печатных плат. Благодаря использованию объектно-ориентированного подхода он может быть адаптирован под любую технологию производства печатных плат и интегрироваться с существующими САПР РЭА.
Результаты проведенных исследований были использованы при проведении ряда хоздоговорных и опытно-конструкторских работ.
Часть полученных результатов внедрена в АООТ "Авангард" г. Санкт-Петербург, ЦНИРТИ г. Москва, КНИРТИ г. Казань, что подтверждается документами о внедрении.
- 4 -Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
республиканской научно-технической конференции "Пути создания и совершенствования САПР" (Казань, 1987);
на научно-технических конференция КАИ (Казань, 1989, 1992);
отраслевой конференции "Состояние и перспективы развития основных направлений радиотехнологии и спецмашиностроения" (Казань, 1989);
региональном научно-техническом семинаре "Разработка и эксплуатация САПР в радиоэлектронике" (Челябинск, 1989);
зональных конференциях "Автоматизация проектирования РЭА и ЭВА" (Пенза, 1990, 1991, 1992, 1993);
Всесоюзной научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость судовых технических средств" (Ленинград, 1990);
Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике" (Вильнюс, 1990);
Всесоюзном научно-техническом семинаре "Методы интенсификации производства в приборостроении" (Тернополь, 1990);
Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых "Разработка и эксплуатация САПР в радиоэлектронике" (Челябинск, 1991);
Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития и применения средств вычислительной техниіси для моделирования и автоматизированного исследования" (Москва, 1991);
Всесоюзной научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость технических средств" (Санкт-Петербург, 1992);
научно-технической конференции "Научный потенциал вузов - программе "Конверсия" (Казань, 1993);
Второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1994).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах.
На защиту выносятся:
1. Метод автоматизированного моделирования аналоговых узлов РЭА с учетом электродинамического взаимодействия проводников печатных плат.
- 5 -2. Математическая модель аналоговых узлов РЭА, учитывающая электродинамическое взаимодействие проводников печатной платы.
-
Дискретная математическая модель аналоговых узлов на основе изопараметрических конечных элементов.
-
Высокоэффективные численные алгоритмы решения уравнений математической модели аналоговых узлов, в том числе многосеточного метода конечных элементов и экстраполяции Ричардсона.
-
Построенный на основе объектно-ориентированного подхода комплекс программных средств, реализующий предложенный метод.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем составляет 159 страниц, в том числе 126 страниц основного текста, 20 страниц приложения и список литературы, содержащий 101 наименование на 11 страницах. В работу включены 29 рисунков и 5 таблиц.
