Процедуры и виды схемотехнического проектирования
Схемотехническое проектирование – это разработка принципиальных электрических схем и спецификаций в соответствии с требованиями технического задания.
В случае схемотехнического проектирования электронные устройства представляются на схемном уровне. Составляющими данного уровня являются пассивные и активные компоненты такие, как катушка индуктивности, резистор, конденсатор и т.п. Иногда в качестве элемента схемного уровня используется типовой фрагмент схемы, например, вентиль или триггер. Электронная схема проектируемого объекта представляет собой соединение идеальных компонентов, которых достаточно для точного отображения структуры и элементного состава изделия. Идеальные компоненты схемы допускают математическое описание с заданными параметрами и характеристиками. Математическая модель устройства является совокупностью алгебраических или дифференциальных уравнений, которые выражают зависимости между токами и напряжениями в разных компонентах схемы. Схемотехническое проектирования состоит из следующих процедур:
- Структурный синтез, который представляет собой построение эквивалентной схемы проектируемого изделия.
- Расчет статических характеристик, предполагающий определение токов и напряжений в узлах схемы.
- Анализ вольтамперных характеристик, а также исследование воздействия параметров элементов схемы на них.
- Расчет динамических характеристик, который заключается в определении выходных параметров схемы в зависимости от изменения внутренних и внешних параметров.
- Оценка чувствительности и степени разброса относительно номинальных значений выходных параметров в зависимости от входных и внешних параметров схемы.
- Параметрическая оптимизация, которая определяет значения внутренних параметров схемы, оптимизирующих выходные параметры.
Различают восходящее и нисходящее проектирование. В случае нисходящего проектирования выполняются в первую очередь этапы, использующие более высокие иерархические уровни представления устройств. При восходящем проектировании последовательность противоположная.
Автоматизированное схемотехническое проектирование
Интенсивное развитие автоматизированное схемотехническое проектирование получило в радиоэлектронике, что объясняется двумя основными причинами:
- Необходимость разработки сложных интегральных схем с высоким уровнем интеграции - больших и сверхбольших интегральных схем, в которых количество элементов достигает нескольких миллионов на одном кристалле.
- Высокая экономическая эффективность методов автоматизированного проектирования интегральных схем, потому что для них стоимость проектирования составляет существенную долю общих затрат на производство.
Сейчас в теории автоматизированного проектирования (применительно к радиоэлектронике) существуют пять функциональных уровней проектирования, которые образуют следующую иерархию:
- Первый – уровень автоматизированного структурного проектирования.
- Второй – уровень автоматизированного функционально-логического проектирования.
- Третий – уровень автоматизированного схемотехнического проектирования.
- Четвертый – уровень автоматизированного компонентного проектирования.
- Пятый – уровень автоматизированного конструкторско-технологического проектирования.
Процесс автоматизации проектирования прошел несколько этапов, прежде чем разработчики получили возможность использовать системы автоматизированного проектирования (САПР). Главные отличия принципиальных систем автоматизированного проектирования от методов автоматизации следующие:
- Возможность комплексного решения общих задач проектирования, например, возможность компьютерного моделирование сложной электронной схемы с последующим решением задачи размещения элементов и трассировки печатной монтажной платы.
- Возможность реализации интерактивного режима проектирования, в случае которого осуществляется непрерывный процесс диалога “человек - компьютер”.
- Возможность имитационного моделирования систем и комплексов в условиях работы, которые близки к реальным.
- Существенное усложнение информационного и программного обеспечения проектирования, а также усложнение технических средств систем автоматизированного проектирования.
Современные системы автоматизированного проектирования, использующиеся при схемотехническом проектировании, представляют собой сложный комплекс технических, программных и других видов средств. Поэтому в их состав выделяются семь обеспечения их функционирования: методическое, программное, техническое, языковое или лингвистическое, информационное, математическое и организационное.
