САПР

В процесі проектування електронних пристроїв доводиться використовувати цілий набір програм. На етапі розробки структурної схеми застосовуються такі відомі програми, як SysCalc, System View, SIMULINK, LabView. При створенні принципових схем - PSpice (в складі пакету DesignLab), Micro-Cap, Electronics Workbench, а при проектуванні пристроїв НВЧ - спеціалізовані програми Super Compact, Touchstone, Libra і ін. (Див. PC Week / RE, № 10/97, с. 44 і № / 97, с. 62). Всі ці програми досить дорогі, тому великий інтерес, особливо в технічних університетах, викликають універсальні програми, до яких відноситься APLAC.

APLAC з успіхом моделює аналогові і цифрові пристрої, що містять елементи як принципових, так і функціональних схем

Програма APLAC була розроблена в 1988 р професором Гельсінкського університету Мартті Валтоненом, а потім дороблена співробітниками лабораторії теорії ланцюгів цього університету спільно з фахівцями Nokia Research Center і Nokia Mobile Phones. Вона призначена для проектування і моделювання електричних схем і систем в тимчасово

й і частотної областях. До складу цих схем і систем можуть входити як цифрові, так і аналогові компоненти, в тому числі пристрої діапазону СВЧ. Виконуються наступні види розрахунків: режим по постійному струму, частотні характеристики, спектральна щільність і коефіцієнт шуму, чутливість і параметричну оптимізація, перехідні процеси, спектри сигналів, аналіз періодичних режимів, статистичний аналіз за методом Монте-Карло. Цей набір досить стандартний, але тільки APLAC дозволяє виконувати такі розрахунки, не вдаючись до допомоги інших програм. Крім цього в APLAC є ряд цікавих особливостей, про які ми розповімо нижче. Ще одна важлива особливість APLAC - наявність великого набору бібліотек елементів принципових схем і окремих блоків, що застосовуються в аналогових і цифрових системах зв'язку. За своїм функціональним складом ці бібліотеки перевершують бібліотеки інших систем. Крім того, до складу APLAC входить підпрограма розрахунку тривимірних електромагнітних полів мікросмужкових конструкцій і інших пристроїв діапазону СВЧ. Останнє, на що слід звернути увагу, це можливість введення результатів вимірювань і виведення керуючих сигналів за допомогою інтерфейсних плат стандарту IEEE-488 (GPIB, HPIB), як в системі LabView. Тепер про все по порядку.

Введення схем.

Програма моделювання APLAC зчитує вхідні дані з текстового файлу, в якому вказані номери вузлів схеми, типи підключених до вузлів компонентів і їх математичні моделі. Мова опису схем схожий на мову програми SPICE. Допускаються складні математичні вирази з використанням арифметики комплексних чисел і функцій, визначених користувачем. Можлива трансляція опису схем, складених для програм PSpice і Touchstone. Графічний введення схем проводиться за допомогою окремої програми NASSE (Nokia Application Specific Schema Editor), розробленої в Nokia Research Center.

Найбільшу привабливість в програмі APLAC представляють великі бібліотеки, що підрозділяються на кілька категорій:

2 Component library - аналогові компоненти: Basic Component - неідеальні конденсатори, індуктивності, трансформатори, резистори, джерела струму і напруги та ін .; Semiconductors - напівпровідникові прилади; Microwave - відрізки мікрополоскових ліній передачі, планарні індуктивності і конденсатори; Misc - циркулятори, коаксіальні кабелі, операційні підсилювачі, фазові детектори і т. П .; System - контактні площадки, багатошарові друковані плати, нелінійні підсилювачі, модулятори, керовані напругою генератори і ін;

2 User library - бібліотеки користувачів (в окремих файлах з розширенням імені .lib);

2 Discrete time library - дискретні компоненти (фільтри, узгоджені фільтри, цифрові компоненти, експандери, модулятори, демодулятори, генератори, коррелометра, аналізатори спектра та ін.);

2 Formula-based library - відкрита для розширення бібліотека компонентів, що задаються аналітичними виразами (антена, антенний перемикач, змішувач, підсилювач та т. П.).

З недоліків програми APLAC відзначимо відсутність бібліотек компонентів конкретних типів, наприклад конкретних типів транзисторів і серій інтегральних мікросхем, як в системі DesignLab. Мабуть, ці бібліотеки поміщаються в файли з розширенням .lib, що поставляються окремо.

Каталог бібліотек відкривається по команді Component або клацанням правої кнопки миші. Після розстановки компонентів на схемі вони з'єднуються провідниками. При цьому не потрібно детально прокладати трасу кожного провідника - досить по команді Wire / Wire вказати курсором з'єднуються висновки компонентів, і траса буде прокладена автоматично. Проміжні точки для створення Т-подібних з'єднань вводяться по команді Wire / Split. Параметри кожного компонента задаються системою атрибутів, список яких відкривається клацанням курсора на символі компонента.

Директиви завдання на моделювання вводяться дещо складніше. Спочатку по команді Aplac / Aplac objects відкривається вікно для введення директив, а потім по команді Component / Show All Aplac Objects або Component / Show One Aplac Object вони при необхідності розміщуються на полі схеми, як показано на малюнку.

Розрахунок характеристик.

Моделювання запускається безпосередньо з керуючої оболонки NASSE по команді Aplac / Simulate. Можливості моделювання APLAC кілька перевершують DesignLab на основі PSpice. По-перше, виконується синтез передавальних функцій різних фільтрів: частотно-виборчих фільтрів типу Баттерворта, Чебишева, Кауера, узгоджених фільтрів і адаптивних фільтрів на основі алгоритму Уїдроу. По-друге, виконується параметрична оптимізація з можливістю вибору з досить широкого набору методів оптимізації (до DesignLab потрібно придбати окремий модуль PSpice Optimizer). По-третє, виконується розрахунок чутливості характеристик до зміни параметрів компонентів в частотної області (в PSpice це можливо тільки в режимі по постійному струму). По-четверте, є алгоритми розрахунку характеристик усталеного режиму нелінійних пристроїв (генераторів, підсилювачів), що позбавляє від необхідності розраховувати весь перехідний процес з самого початку.

Відображення і обробка результатів моделювання.

Результати моделювання відображаються в одному або декількох вікнах відповідно до завдання на моделювання. Однак можливостей обробки результатів моделювання менше, ніж в програмі Probe системи DesignLab. Є тільки один електронний курсор (в Probe їх два, що дозволяє зчитувати різниця координат) і немає коштів розрахунку цільових функцій, таких, як мінімум, максимум, центральна частота, смуга пропускання, тривалість фронту і т. П. При побудові графіка спектра можна вибрати його форму: у вигляді окремих спектральних складових (що звичніше інженерам) або відрізків ліній, що з'єднують сусідні точки (як у програмі Probe).

Проведений короткий аналіз показує, що всі програми мають сильні і слабкі сторони. Зокрема, хотілося б приєднати до програми APLAC великі бібліотеки конкретних компонентів системи DesignLab, програми обробки результатів вимірювань Probe і ідентифікації параметрів математичних моделей Parts з цієї ж системи або ж програму Model з пакета Micro-Cap V. Тому при реальному проектуванні мимоволі доводиться користуватися декількома програмами. Область застосування APLAC - проектування аналого-цифрових пристроїв на функціональному рівні з можливістю включення фрагментів принципових схем, що містять елементи з зосередженими та розподіленими параметрами.

Програми APLAC і NASSE випускаються для UNIX і Windows 3.1. Ядро професійної версії APLAC 7.0 коштує $ 4840, графічний редактор схем NASSE 1.7.2 - $ 1110. До програми APLAC додатково поставляються наступні модулі:

2 для аналізу високочастотних пристроїв (поставляються моделі високочастотних компонентів і алгоритми аналізу періодичних процесів і шумів, розрахунку схем на перемикаються конденсаторах);

2 для моделювання систем з дискретним часом і систем, описуваних за допомогою формул;

2 для розрахунку електромагнітних полів (методом кінцево-різницевої апроксимації FDTD) і мікросмужкових ліній передачі на друкованих платах з двуслойной і багатошаровою структурою.

Університетам зі значною знижкою поставляються ліцензії на 10 робочих місць (timo @ aplac. Hut.fi, [email protected]. Com). За Internet (http: // www. Aplac.hut.fi/aplac) поширюється демоверсія, що має обмеження на складність схеми (не більше 10 будь-яких компонентів), до неї додається електронне керівництво в форматі PostScript.

ВСЕВОЛОД Разевіг

З автором можна зв'язатися за адресою: [email protected].

Версія для друку