Использование ЭВМ при проектировании передатчиков

При проектировании радиопередающих устройств целесообразно применение ЭВМ как на стадии эскизного проектирования для расчета структурной схемы, так и при расчете электрической принципиальной схемы отдельных каскадов и проверке их работы. Кроме того, с использованием ЭВМ можно провести конструкторские расчеты, а с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) перевести электрическую схему в топологию соответствующих печатных или микрополосковых плат и интегральных схем.

На стадии эскизного проектирования или при расчете отдельных каскадов ЭВМ может использоваться как быстродействующее вычислительное средство, способное за короткое время просчитать большое количество вариантов. Для этого на основе известных аналитических соотношений составляется программа вычислений на одном из известных языков программирования. Вывод рассчитанных данных предусматривается в виде таблиц, графиков и диаграмм. Изменение исходных параметров (программным путем или вручную) позволяет проследить влияние вариации исходных величин на основные выходные показатели и оптимизировать по тому или иному критерию проектируемое устройство. Например, вариация угла отсечки позволяет в усилителе мощности получить максимальный КПД при заданной колебательной мощности. Широкое распространение методов машинного проектирования дает возможность проведения оптимального расчета как отдельных каскадов, так и передатчика в целом.

Использование ЭВМ позволяет существенно сократить время на проведение трудоемких или однотипных расчетов. Например, расчет каскада по стандартной методике проводится за секунды. Поэтому, составив программу для расчета генератора (умножителя, усилителя), можно без труда рассчитать все генераторы (умножители, усилители), входящие в передающее устройство. В расчетно-пояснительной записке приводится подробный расчет базового варианта генератора (умножителя, усилителя); для остальных каскадов расчетные данные сводятся в таблицу.

Другое направление в использовании ЭВМ связано с компьютерным моделированием, которое позволяет посмотреть работу схемы в условиях близких к реальным. В первую очередь, пакеты программ предоставляют возможность разработчику посмотреть временные зависимости и значения токов, напряжений и зарядов в отдельных элементах схемы. Можно также проверить амплитудно-частотные, фазо-частотные характеристики, устойчивость работы схемы в диапазоне температур, влияние разброса технических характеристик устройства на номинальные значения его элементов, рассчитать переходные и стационарные процессы при действии различных входных сигналов, режимы по постоянному току, спектры входного сигнала и на выходе исследуемого устройства, распределение спектральной плотности мощности внутренних шумов. Большинство пакетов позволяет вычислить проходные и модуляционные характеристики, оценивать нелинейные искажения и другие качественные показатели.

Компьютерное моделирование и проектирование производится по специальным программам. Наибольшее распространение получили программы Micro-Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) компании Spectrum Software. Этот пакет программ является следующим поколением системы Design Center. Основу Design Center составляет программа PSpice, которая является наиболее известной модификацией программы схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis).

Система Design Center стала эталонной программой моделирования нелинейных и линеаризованных аналоговых электронных устройств. Принятые в этой системе математические модели полупроводниковых приборов используются во многих аналогичных программах, а формат входного языка SPICE поддерживается большинством пакетов САПР – OrCAD, SPECTRA, ACCEL EDA, Dr. Spice 2000 A/D, Electronics Workbench, System View, APLAC, Workview Office, Microwave Office, TINA-pro и др. Перечисленные САПР могут применяться как при обучении, так и в реальном проектировании.

Одним из наиболее удачных пакетов САПР универсального применения является пакет OrCAD, информация о котором имеется на сайте www.orcad.com, а также на сайтах компании Mentor Graphics (www.mentor.com), Cadence Design Systems, Inc. (www.cadence.com), занимающихся совершенствованием пакета программ OrCAD.

Программа входит составной частью в ряд пакетов схемотехнического моделирования. Она предназначена для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным. Начальная версия библиотеки компонентов включает более 10 тысяч электронных элементов (компонентов) компаний-производителей. Для настройки моделей электронных компонентов введены специальные программы расчета параметров компонентов PEP (Parameter Estimation Program). По справочным данным на прибор автоматически составляется таблица параметров его модели и заносится в специальную библиотеку компонентов.

Эффективным способом решения задач математического моделирования и проектирования радиопередающих устройств являются также программные средства AWR Microwave Office (AWR MWO). Эти средства позволяют учитывать особенности современной элементной базы при проектировании и конструировании как отдельных блоков, так и радиопередатчиков в целом.

Программы схемотехнического моделирования дают возможность проектировать практически все узлы и каскады передатчика. Сначала проводится проектирование и расчет данного устройства по аналитическим формулам. Затем составляется его компьютерная модель и проводится исследование, в которое входит уточнение характеристик и параметров проектируемого устройства. При необходимости проводится изменение и замена тех или иных элементов модели, чтобы приблизиться к расчетным либо лучшим (оптимизированным) параметрам. Применение схемотехнического моделирования позволяет существенно уменьшить время экспериментальной проверки и доводки разработанного устройства, а иногда позволяет получить характеристики устройства, недостижимые при натурном моделировании.

Примеры практического применения компьютерных технологий при проектировании передатчиков даны в [5.1-5.9]. В этих книгах рассмотрены компьютерные методы расчетов усилителей с внешним возбуждением, цепей согласования радиодиапазонов и СВЧ диапазонов, возбудителей передатчиков, модуляторов и других устройств, обычно рекомендуемых для расчета в курсовых проектах. Рассмотрены также методы оптимизации устройств по ряду важных технических критериев.

Дата добавления: 2015-03-31