24. Задачі схемотехнічного проектування електронних пристроїв от.

На схемотехническом уровне разрабатываются принципиальные электрические схемы, программы, подготавливаются тестовые и контрольные данные, прорабатывается форма сигналов для отдельных электронных узлов и устройств, уточняются внутренние и выходные их параметры.

На каждом уровне про­ектирования в той или иной степени решаются задачи расчета, анализа, оптимиза­ции и синтеза. Эти задачи называются проектными процедурами и имеют следующее содержание.

Расчет — определение выходных параметров и характеристик устройства при неизменных значениях его внутренних парамет­ров и постоянной структуре.

Анализ — определение изменения выходных параметров и ха­рактеристик устройства в зависимости от изменения его внутрен­них и входных параметров. В случае применения ЭВМ задача расчета часто называется одновариантным анализом, а задача анализа — многовариантным анализом.

Оптимизация — определение наилучших в том или ином смыс­ле значений выходных параметров и характеристик путем целе­направленного изменения внутренних параметров устройства (при параметрической оптимизации) или структуры устройства (при структурной оптимизации). Внутренние параметры, за счет изме­нения которых выполняется параметрическая оптимизация, назы­ваются варьируемыми. Способ изменения варьируемых парамет­ров определяется конкретным алгоритмом оптимизации. В качест­ве варьируемых следует выбирать управляемые внутренние параметры, значение которых легко изменять и контролировать в процессе производства.

Наиболее сложными являются задачи параметрического и структурного синтеза. В общем случае синтезом называется гене­рация исходного варианта устройства, включая его структуру (структурный синтез) и значения внутренних параметров (пара­метрический синтез).

Cхемотехническое моделирование (СхМ) понимается в узком смысле, как моделирование электрических процессов в электронных устройствах, традиционно изображаемых в виде принципиальных электрических схем, т.е. соединений условных обозначений диодов, транзисторов, резисторов и т. д.

Схемотехническое моделирование электрических процессов учитывает в отличие от идеализированного моделирования информационных процессов реальные физические ограничения в электрических процессах – так называемые законы сохранения. Такими ограничениями являются первый и второй законы Кирхгофа. Они вытекают из законов сохранения заряда и работы и называются обычно законами электрического равновесия. Необходимость выполнения этих законов в каждой расчетной точке требует решения соответствующих уравнений электрического равновесия, что составляет наиболее существенное отличие СхМ от функционального, логического и других видов информационного моделирования, не требующего решения уравнений равновесия.

В связи с этим в математическую модель электронного устройства в CxM входят не только модели отдельных элементов и уравнения их связи, как в информационном моделировании, но и уравнения электрического равновесия, составляемые на основе законов Кирхгофа и называемые обычно топологическими уравнениями. Уравнения отдельных элементов схемы называются компонентными. Таким образом, математическая модель для СхМ в общем случае состоит из двух подсистем уравнений – компонентной и топологической.

Более высокая степень строгости описания электронных схем при СхМ позволяет получить более точные сведения о процессах в схемах по сравнению с моделированием на информационном уровне, например функциональным. Платой за это служит увеличение времени моделирования из-за необходимости решения уравнений равновесия.

Цель СхМ состоит обычно в определении формы и параметров сигналов тока и напряжения, возникающих в разных точках схемы. Для этого приходится решать ряд таких типовых задач СхМ, как расчет статического режима, переходных процессов, частотных характеристик. На основе решения этих задач можно далее вычислить параметры сигналов (фронт, длительность, задержку и др.), рассчитать спектр выходного сигнала, чувствительность схемы к изменению параметров ее элементов, решить задачи статистического анализа схемы и оптимизации ее параметров.