Сквозное проектирование усилителя звуковой частоты
1.3 Системы моделирования принципиальной схемы
Большинство программ машинного моделирования общего назначения имеют базовые подпрограммы для анализа по постоянному току, переменному току и переходного анализа. Автоматическое проектирование электронных схем, являющееся в настоящее время предметом широких исследований, требует хорошей программы анализа и хорошей стратегии оптимизации.
Уже издано довольно много книг по теоретическим аспектам систем автоматизированного проектирования (САПР). Однако сведений о практической работе с конкретными пакетами программ в литературе недостаточно, а данные о параметрах математических моделей отечественных компонентов вообще отсутствуют.
Современные программы САПР работают в диалоговом режиме и имеют большой набор сервисных модулей, упрощающих работу на ЭВМ и делающих их «дружественными» по отношению к пользователям. В частности, предусмотрен ввод принципиальной схемы моделируемого устройства в графическом виде.
Топология печатной платы или кристалла интегральной схемы синтезируется после завершения разработки принципиальной схемы. На этом этапе проектирования решается задача размещения элементов и трассировки соединений.
Ниже приведен краткий обзор наиболее известных комплексов программ и отдельных программ автоматизированного проектирования электронной аппаратуры.
OrCAD. Большими функциональными возможностями обладает пакет OrCAD фирмы «OrCAD System Corp.». В марте 2000 году была выпущена очередная версия OrCAD 9.2. В нее включили второй редактор принципиальных схем PSpice Schematics. OrCAD разрабатывал ПП, как систему сквозного проектирования, и уже в ранних версиях предусматривал возможность наращивания системы с помощью специализированных пакетов моделирования (PSpice) фирмы MicroSim, (BetaSoft) фирмы Dynamic Soft Analisysjnc, представляющую собой наиболее современную, мощную и удобную систему теплового анализа электронных устройств, и анализа целостности проекта (т.е. оценки влияния конструктивных особенностей ПП на их электрические характеристики) и моделирования электромагнитной совместимости Omega PLUS фирмы Quantic EMC.
Итак, OrCAD 9.2 - это интегрированное программное обеспечение, предназначенное для сквозного проектирования радиоэлектронных устройств, и состоит из следующих пакетов программ:
OrCAD Capture - программа создания принципиальных схем проектов всех типов: синтез ПЛИС (программирование логических интегральных схем) и моделирование цифровых устройств с помощью OrCAD Express, моделирование смешанных аналого-цифровых устройств и их параметрическая оптимизация с помощью OrCAD PSpice и PSpice Optimizer, разработка ПП с помощью OrCAD Layout;
OrCAD Capture CIS (Component Information System) - программа создания принципиальных схем, имеющая доступ к базам данных ведущих фирм-производителей электронных компонентов через Интернет с помощью службы ICA (Internet Component Assistant). Зарегистрированные пользователи получают доступ к каталогу, содержащему более 200 тыс. компонентов, либо к локальным или корпоративным базам данных радиоэлементов предприятия;
PSpice - моделирование аналоговых устройств. Обеспечивает стандартные методы анализа:
- расчет режима по постоянному току,
- расчет частотных характеристик и переходных процессов,
- многовариантный расчет,
- статистический анализ по методу Монте-Карло,
- расчет чувствительности схемы к разбросу параметров компонентов,
- проверку работоспособности дли наихудшей комбинации отклонений от номинала,
- анализ производительности по результатам моделирования.
Также эта программа предоставляет следующие возможности разработчику, которые существенно упрощают работы с программой:
- графический анализ формы сигнала,
- графическое редактирование входных сигналов,
- аналитическое задание входных воздействий,
- полуавтоматическое описание полупроводниковых устройств на основе данных производителя.
Библиотеки аналоговых моделей содержат более 12 тыс. устройств (диоды, биполярные и полевые транзисторы, мощные МОП-транзисторы, операционные усилители (ОУ), стабилизаторы, регуляторы и компараторы напряжения, нелинейные магнитные устройства, тиристоры, оптроны, кварцевые резонаторы и др.). Новый интерфейс программы PSpice имеет окно для просмотра графиков результатов моделирования, параметры всех директив моделирования, значения глобальных параметров, список подключенных библиотек математических моделей и другие параметры заносятся в отдельный текстовый файл *.sim;
PSpice A/D - моделирование аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств. Алгоритмы аналогового и цифрового моделирования взаимоувязаны в рамках одной программы, которая автоматически распознает и oобрабатывает аналого-цифровые и цифро-аналоговые интерфейсы. Библиотеки цифровых компонентов включают в себя ИС серии 7400, ИС на КМОП-структурах, ТТЛ ИС с диодами Шотки, программируемые логические матрицы (ПЛМ) и многое другое.
PSpice A/D Basics - упрощенные версии пакета PSpice A/D;
PSpice Optimizer - оптимизация параметров для достижения заданных характеристик смешанных устройств. Обеспечивает оптимизацию на основе градиентных методов при наличии линейных и нелинейных ограничений. Оптимизация проводится автоматически или интерактивно до полного удовлетворения условий, заданных пользователем. Поддерживается оптимизация с нелинейными целевыми функциями. Запускается из оболочки программы Capture.
Так же в пакет OrCAD 9.2 входят:
- графический редактор принципиальных схем и печатных плат (OrCAD Layout Engineers Edition);
- графический редактор фирмы Numera Software (Visual CADD);
- программа создания и доработки управляющих файлов для фотоплоттеров (OrCAD GerbTool).
Особую привлекательность этому пакету придают удобство работы с графическим редактором и возможность перекодирования списка соединений схемы в форматы других программ, таких как P-CAD, PSpice и др.
P-CAD. Одна из самых мощных систем автоматизированного проектирования - система P-CAD фирмы «Personal CAD Systems, Inc.» . В нее входят редакторы принципиальных схем и печатных плат, программы моделирования цифровых устройств, автоматического размещения компонентов на печатной плате и трассировки соединений, выдачи чертежей на принтер, графопостроитель, фотопостроитель, а также вспомогательные сервисные программы.
Micro-Cap. Наиболее доступны для пользователей, малознакомых с вычислительной техникой, программы моделирования на ЭВМ семейства Micro-Cap фирмы «Spectrum Software». Программа Micro-Cap обладает удобным графическим вводом принципиальной схемы и обеспечивает проведение простейших видов анализа характеристик схемы во временной и частотной областях.