Асинхронные модели функциональных схем

Асинхронная математическая модель функциональной схемы может быть задана в виде:

, где V - вектор внутренних и выходных переменных, U - вектор входных переменных, Δt - такт моделирования.

В каждом такте моделирования в правую часть уравнения (1) подставляются значения входных переменных в соответствии с временной диаграммой работы устройства, заданной разработчиком и значения внутренних и выходных переменных, полученные в предыдущем такте. Длительность такта моделирования должна выбираться достаточно малой исходя из соображений точности. Асинхронное моделирование позволяет обнаруживать любые риски сбоев.

Для обнаружения статических рисков сбоя используют трехзначную логику, для обнаружения динамических рисков сбоя - пятизначную логику.

При трехзначном моделировании требуется двукратное решение системы логических уравнений (при условии, что исходное состояние задано, а не находится путем решения) для промежуточного состояния сигналов и окончательного. Для схемы (рис.1) моделирование с использованием трехзначной логики представлено в таблице 1.

Табл.1

Допустимые переключения сигналов через неопределенное состояние, то есть 1-*-0 или 0-*-1, все другие комбинации свидетельствуют о возможных рисках сбоя. В данном случае переключение выхода "с" - 0-*-0, что говорит о статическом риске сбоя. При этом динамический риск сбоя на выходе "е" не обнаружен.

Его можно обнаружить с помощью пятизначного моделирования. Оно также выполняется для промежуточного и окончательного наборов сигналов. В таблице 2 представлены результаты пятизначного моделирования.

Табл.2

По выходам "с" и "е" обнаружены риски сбоев, так как допустимые переключения 1-D-0 или 0-Е-1, все остальные комбинации свидетельствуют о рисках сбоев.

Одной из первых удачных программ математического компьютерного моделирования РЭУ была программа (и язык схемотехнического моделирования) SPICE (S imulation P rogram with I ntegrated C ircuit E mphasis), разработанная в начале 70-х годов ХХ столетия в Калифорнийском университете для больших ЭВМ, в конце 80-х годов эта программа была адаптирована (приспособлена) для ПЭВМ и получила название PSpice. Эта программа оказала сильное влияние на последующие подобные разработки.

В системе PSpice использован таблично-топологический (или узловой) метод описания схемы: выделяются узлы и указывается, какие элементы установлены между этими узлами. Затем программа автоматически составляет алгебраические и дифференциальные уравнения для описания работы моделируемого устройства (вспомнить предыдущую лекцию).

Последние версии программы PSpice позволяют синтезировать схему из готовых графических элементов. Для этого системы комплектуются библиотеками стандартных элементов. Заметим, что разработку математических моделей радиоэлементов ведут фирмы-производители, которые в наибольшей степени заинтересованы в широком распространении своей продукции.

Компания OrCAD, основанная в 1985 г., выпускала программы для моделирования цифровых устройств и оформления чертежей радиосхем. OrCad разработала модуль расчета аналого-цифровых схем OrCAD - PSpice A/D, послуживший основой всех современных решении в этой области.

В январе 1998 г. она объединилась с компанией MultiSim, дополнив список своих продуктов системой аналогово-цифрового моделирования PSpice и системой сквозного проектирования DesignLab v.8.0.

DesignLab 8.0 — интегрированный программный комплекс корпорации MicroSim, предназначенный для сквозного проектирования аналоговых, цифровых и смешанных аналогово-цифровых устройств, синтеза устройств программируемой логики и аналоговых фильтров.

Наиболее легка в освоении программа Electronics Workbench (фирма Interactive Image Technologies). Она построена интуитивно понятно и работа с этой программой напоминает экспериментальную деятельность радиоинженера. В программе имеются виртуальные приборы (вольтметры, амперметры, генераторы, осциллограф, измеритель амплитудно-частотной характеристики и т. п.).

В последнюю версию MultiSIM & Electronics Workbench v 6.02 добавлены измеритель мощности, анализатор спектра и анализатор сети. Программа имеет большую библиотеку аналоговых и цифровых радиодеталей. В библиотеке содержатся сведения о транзисторах, диодах, резисторах, конденсаторах, триггерах, счетчиках, индикаторах и т. п.

Испытуемая схема «монтируется» на виртуальном столе, и затем делаются необходимые измерения. При этом настройка виртуальных измерительных приборов осуществляется практически так же, как и настройка реальных приборов. Создается полная иллюзия работы с конкретными действующими конструкциями.

Программа допускает возможность вносить изменения в схему прямо в процессе моделирования (например, с помощью переменных резисторов или коммутируемых клавишами переключателей). Это существенно повышает наглядность моделирования. Изменение параметров измерительных приборов (например, осциллографа) дает возможность исследовать сигналы в разных масштабах непосредственно в процессе моделирования. Это наиболее существенное отличие данной системы (другие работают в пакетном режиме моделирования и не допускают изменения параметров устройства в процессе его моделирования).

P-Cad (до 2006) или сейчас Altium Designer — это современный программно-аппаратный комплекс, наиболее известный в России и предлагающий:

· единую среду для проектирования РЭС на базе печатных плат и ПЛИС;

· сквозную технологию от разработки или описания электрической схемы до подготовки платы к производству;

· работу с интегрированной базой данных электронных компонентов;

· поддержку двунаправленного интерфейса со многими распространенными CAD-системами;

· широкие возможности в пользовательских настройках;

· коллективную работу над единым проектом.

Cамым современным пакетом проектирования планарных СВЧ устройств в настоящей момент является программа Microwave Office компании AWR (Applied Wave Research), включающим средства разработки и моделирования линейных и нелинейных схем, 2.5D электромагнитного анализа планарных структур, топологический редактор, обширные наборы библиотек элементов с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Компания Applied Wave Research специализируется на производстве высокоскоростных систем проектирования и моделирования ВЧ и СВЧ устройств для телекоммуникационного оборудования (сотовые телефоны, пейджеры, локальные системы спутникового цифрового вещания). В 1998 году компания Applied Wave Research выпустила на мировой рынок САПР СВЧ устройств мощное интегрированное решение Microwave Office для проектирования планарных СВЧ устройств, которое значительно потеснило позиции ближайших конкурентов: Ansoft и Hewlett-Packard.

Счетное ядро программы может работать как в частотной, так и временной областях, и позволяет выполнять следующие виды анализа схем:

- одночастотный и многочастотный методы гармонического баланса для анализа нелинейных схем;
- анализ на основе рядов Вольтерра;
- анализ смесителей (также называемый конверсионно-матричный анализ);
- высокоскоростной метод линейного анализа;
- высокоскоростной метод анализа шумов,
- анализ переходных процессов

– поддержка турбодекодеров стандарта 3G/4G (цифровых сигналов WiMAX, и LTE);
– поддержка дополнительных CВЧ-моделей.

Пакет Microwave Office был разработан исключительно для высокочастотных и сверхвысокочастотных приложений. Это делает его значительно быстрее всех существующих продуктов. Например, стало возможным, используя метод гармонического баланса, настраивать несложные нелинейные схемы фактически в реальном времени.

В версии Microwave Office компания AWR реализовала вычислительное ядро, интегрирующее собственную математику и алгоритмы HSPICE компании Synopsys, соглашение о партнерстве с которой было подписано в ноябре 2002 года. Доступные ранее только для анализа в частотной области EM модели микрополосковых и щелевых линий теперь можно будет использовать как стандартные SPICE элементы. Аналогичным образом стали поддерживаться элементы описанные матрицами S-параметров. Антенный анализ Microwave Office включает:

– диаграммы направленности антенны, расчет поляризации, от круговой до эллиптической.;
– расчет разнообразных характеристики антенн, включая усиление с учетом потерь;
– просмотр и анимацию токов.

Дата добавления: 2014-01-05