Введение к работе
Актуальность тема. В области производства новых радиоэлектронных устройств большое развитие получила интегральная полупроводниковая технология, обеспечивающая большую надежность,лучшие массо-габаритные и энергетические показатели. Весьма перспективными в этом плане являются дискретно-аналоговые цепи с переключаемыми конденсаторами (ІЩК). Реализованные на кристалле по ШП-технологии, конденсаторы о переключателями, управлявши последовательностью импульсов с высокой тактовой частотой, с большой точностью воспроизводят реэистивнне элементы. Область применения ЩІК в настоящее время очень широкая: частотно-избирательные цепи (фильтры), усилители, компараторы напряжения, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП, ПАП) и др.
В связи со сложностью машинного анализа ЦПК, в которых топология цепи мокет существенно изменяться в момент коммутации, выдвигаются требования разработки эффективных САПР с высоким быстродействием. При этом трудно решаемой задачей оказывается учет многофазности, наличие линейных и нелинейных элементов реальных ЦПК. В этой связи представляет большой интерес разработка ноен:с моделей п алгоритмов анализа ЦПК, позволяющих увеличить быстродействие вычислительного процесса.
Цель работы - разработка моделей ЦПК о учетом линейных и нелинейных кзидеальностей для реализации быстродействующих алгоритмов анализа во временной области дискретно-аналоговых цепей при машинном проектировании.
В связи с этим были поставлены следующие основные задачи:
исследовать современные тенденции создаваемых специализированных САПР для ЦПК и предлояпть машигагой алгоритм анализа, реализующий быстродействующую процедуру вычислений в САПР;
разработать модели идеализированных IHUt (1ЩПК) для эффективного машинного анализа многофазных ЦПК;
разработать дискретные модели элементов аналоговых цепей и дискретно-аналоговых преобразователей (ЦАП, АЦП) для анализа смешанных (дискретно-аналоговых) цепей;
разработать модели реальных ЦПК с лпнойпнмп неидоально— стяглі с целью повышения быстродействия вычислений;
разработать модели нелинейных ЩІК для эффективного машинного анализа;
разработать эдйоктпвные модели операционного усилителя (ОУ) с учетом его линейных к нелинейных непдеалькостей;
реализовать разработанные модели и алгоритм анализа в подсистеме моделирования учебно-исследовательской САПР (УИ САПР) для схем с переключаемыми конденсаторами.
."етодч геследованпя. При решении поставленных задач были использованы современные матричные методы анализа электрических цепей, методы численного решения систем линейных уравнений, методы математического моделирования электрических цепей. Основные теоретические полоеония проверены вычислительными экспериментами в тестовых примерах, для которых возможно аналитическое решение.
Научная новизна. Разработана универсальная методика моделирования идеальных и реальных ЦПК с учетом линейных и нелинейных неадеальиостей для реализации быстродействующего машинного анализа во временной области. При этом получены следующие новые результаты:
предложено развитие быстродействующего алгоритма вимаслений для малинного анализа ЦПК: метода частичного Ц-рашже-нпя, что позволяет выделить основную часть матрицы коэффициентов расширенных узловых уравнений (РУУ), являющейся постоянной, и подматрицу с варьируемыми элементами, для которой возможно шо-гократная JL U -факторизация; .
расширено применение понятия С -аотва и предложе;» модель универсального базового двухполюсника, содержащий С" -ветвь, используемая во всех моделях ЦПК, специально разработанных для метода частичного LU -разложения;
предложена структурная декомпозиция любого изменяемого параметра о помощью базового двухполюсника с заделением С" -вэтвз, позволяющая все варьируемые элементы модели ( Cf*$"№-рсметрк) располагать в соответствующей подматрице, подъем л^'ой многократному LU-разложению, что обзопечив^от 6ac.pc^.^i.i..d вычислений;
Применительно К ПСПОЛЬЗуеМОМУ бЫСХрОДеЙОТВуЮЩеКУ аЫЧН'АйЛ-
тольному алгоритму разработаны алгоритмические (т.е. прад-зїав» ленные в виде системы уравнений для численного решения) недоля для:
а) идеализированных многофазных ЦПК;
б) программируемых цепе:": и ЦАП;
в) аналоговых элементов (резистора, индуктивности, линей
ных управляемых источников) в координатно:.: базисе ЦПХ;
г) нелинейных элементов и нелинейных управляемых источни
ков;
д) операционного усилителя с линейными и нелинейными пска-
кениями;
- предложена адаптивная структура и последовательность организации вычислений при использовании метода частичного LU-разлокения для анализа ЦПК.
Практическая ценность. Использование разработанных алгоритмических моделей в сочетании с быстродействующим алгоритмом частичного Lи-разложения позволяет существенно расширить круг задач анализа дискретно-аналоговых цепей, при одновременном увеличении быстродействия вычислений. 3 конечном итоге это позволяет повысить качество и сократить сроки проектирования цепей с переключаємыля конденсаторами.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы получены в ходе выполнения хоздоговорных научных исследс— пани",, а такке госбюджетных научных исслодоюнпЯ в соответствии с постановлением ГШ, АН и СМ СССР по программе ОЦ. 2 1.05. Методическое и программное обеспечение, разработанное автором, внедрено на предприятии и в учебный процесс, что подтверждено соответствующими актами внедрения.
Апробацп.т работы. Основные результаты диссертационно!! работы докладывались и обсукдалпег. на научпо~?"хт:чуекой конкуренции "Азтсматизированные системы проектирован!*»; и научных исследований" (Москва, 1988 г.), ;ТЛ научно-техні'чпоксй конференции БІППІ "Альтаир" (Москва, 1089 г.), научно~то:гн::чес:гсм семипаро "САПР электронных схем" (Чебоксары, 1989 г.).
На защиту выносятся:
I. Методика алгоритмического моделирования применительно к методу частичного L U. -разлононяя матрицы коэффициентов системы расширенных узловых уравнений.
- б -
2. Алгоритмические модели идеальных и реальных ЦПК, учитывающие линейные и нелинейные неидеальности, а также алгоритмические модели аналоговых цепей в координатном базисе ЦПК.
Публикации. Общее количество публикаций по теме диссертации - 6.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 17 страницах, включая 33 стр. рисунков и б стр. таблиц. Приложения содержат стр.
