Моделирование структурных и функциональных схем

Для выполнения проектных процедур на структурном и функциональном этапах проектирования в настоящее время используются как универсальные математические пакеты (MatLAB, Maple, MathCAD и др.), так и специализированные (SystemView, Complab Professional, HyperSignal Block Diagram и др.).

В основу системы MatLAB (Mat rix Lab oratory – матричная лаборатория) положен принцип расширяемости, позволяющий адаптировать систему под задачи пользователя. Для решения задач моделирования система MatLAB дополнена пакетом SIMULINK с визуально-ориентированным программированием.

Разработчики пакета Maple (компания Maple Waterloo) называют его Symbolic Computation System (Система символьных вычислений) или Computer Algebra system (Система компьютерной алгебры). Maple V версий 5/6/7 – универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения разнообразных математических вычислений, как точных (аналитических), так и приближенных (численных), а также и для построения двух- и трехмерных графиков. Основное преимущество системы – всесторонняя поддержка сложных символьных вычислений, мощные графические возможности и наличие многофункционального внутреннего языка программирования. Пакет Maple дает возможность пользователю полностью сосредоточиться на решении его конкретной проблемы, не тратя время на численные решения частных задач. Большое количество встроенных математических функций и детально разработанных примеров позволяют ученым, инженерам и исследователям решать сложные прикладные и теоретические задачи. Студентам и преподавателям пакет помогает глубже понять многие математические методы и проанализировать влияние различных параметров на найденное решение.

Система MathCAD 8.0/2000/2001 (компания MathSoft Inc) имеет удобный интерфейс. Хорошо развитые средства помощи и обширную справочную базу. Система позволяет проводить численные расчеты и аналитические преобразования. Отличительной особенностью системы является использование в ней общепринятых в математике символов для обозначения операций интегрирования, дифференцирования, вычисления рядов и т.п. Возможность использования латинских, греческих букв, верхних и нижних индексов позволяет получать формулы в привычном виде. С помощью кириллицы можно делать комментарии на русском языке.

Программа SystemView, разработанная фирмой ELANIX, представляет собой великолепный конструктор, с помощью которого из стандартных “кубиков” строится функциональная схема. Слева от рабочего окна выбирается библиотека, щелчком по которой раскрывается ее содержание. Из каталога библиотеки выбирается нужный функциональный модуль, который “мышкой” переносится на схему. Выбор параметров этого модуля, синтез и измерение его характеристик производятся после еще одного щелчка мышью.

Система функционального моделирования HyperSignal Block Diagram 4. 0, разработанная фирмой Huperception, имеет широкий набор функциональных узлов и индикаторов. Система позволяет осуществлять функциональное проектирование радиоэлектронных схем с помощью блоков (блочных функций), внутри которых производятся генерирование, преобразование, суммирование и прочие действия, совершаемые над электрическими сигналами. Связывая между собой эти блоки и наблюдая за прохождением сигнала через них (наблюдая сигналы на входе и на выходе блоков) с помощью специальных дисплеев, можно смоделировать любую структурную схему и наглядно посмотреть прохождение сигнала через неё в целом.

Схемотехническое проектирование

В табл. 15 представлены наиболее известные универсальные программы схемотехнического моделирования РЭА, работающей на частотах до 1ГГц.

 

Таблица 14145

Программы схемотехнического моделирования РЭА в диапазоне частот до 1ГГц

Название программы или семейства программ	Версии	Фирма-разработчик или правообладатель
Electronics Workbench	4.х, 5.х, Multisim 6.х, Multisim 2001	Interactive Image Technologies Ltd

Окончание табл. 15
Micro-CAP	VR1.0, VR2.0, VI, VII	Spectrum Software
PSpice	3.х, 4.х, 5.х,	MicroSim corp.
DesignLAB	7.х и 8.х	MicroSim corp.
Workview Office	3.0	Viewlogic Systems
OrCAD	9.0, 9.1, 9.15	New OrCAD
OrCAD	9.2, 9.22	Cаdence Design Systems
Protel	98, 99 SE	Protel Internatonal
Protel	DXP	Altium

 

В табл. 16 представлены наиболее известные программы схемотехнического моделирования РЭА в СВЧ-диапазоне.

Таблица 15156

Программы схемотехнического моделирования РЭА в СВЧ-диапазоне

Название программы или семейства программ	Версии	Фирма-разработчик или правообладатель
Super-Compact	-	Compact Software
Microwave Harmonica	-	Compact Software
Serenade	-	Ansoft
Super-Spice	-	Ansoft
Microware Success	-	Ansoft
Microware Explorer	-	Ansoft
Aplac	7.0, 7.61	APLAC Solutions Inc.
Microwave Office	V3.22, 2000 v4.02, 2002 v5.01, v5.52	Applied Wave Research

Проектирование печатных структур

Наиболее широко на мировом рынке представлена линия продуктов для проектирования печатных плат. Как правило, это сквозные системы, где разработка проекта начинается с прорисовки принципиальной схемы и заканчивается генерацией управляющих файлов для оборудования изготовления фотошаблонов и сверления отверстий. Особо отметим такие пакеты:

- CircuitMaker 2000 компании Protel;

- P-CAD 2001 компании Protel;

- Protel 99 SE компании Protel;

- OrCAD компании Cadence;

- PCB Design Studio компании Cadence.

 

В табл. 17 даны характеристики программ, рекомендуемых для разработки печатной платы проектируемого устройства.

 

Таблица 16167

Программы для разработки печатных структур

Характеристика	OrCAD 9.2	P-CAD	SPECCTRA 9.0	Protel 99
Контроль ошибок в Э3	Да	Да	Да	-
Графический ввод схем	Да	Да	Нет	Да
Интерфейс с программами моделирования	Да	Да	Нет	Да
«Горячая связь» схемного редактора с редактором ПП	Да	Да	Нет	Да
«Горячая связь» схемного редактора с программами моделирования	Да	Да	Нет	Да
Возможность настройки стратегии авторазмещения	Да	Да	Да	Да
Возможность настройки стратегии автотрассировки	Да	Да	Да	Да
Возможность изменять систему единиц	Да	Да	Да	Да
Поддержка выходных форматов Gerber	Да	Да	Нет	Да
Автоматическое формирование отчетных документов	Да	Да	Нет	Да
Автоматическая проверка технологических допусков	Да	Да	Да	Да
Возможность автотрассировки одной цепи сегментами разной ширины	-	Да	-	-
Создание управляющих программ для станков с ЧПУ	Да	Да	Нет	Да
Возможность использования русифицированных шрифтов True Type	Да	Да	-	Да
Встроенный графический редактор	Да	Да	Нет	Да
Возможность задания разных типов переходных отверстий	Да	Да	Да	Да
RAM
Процессор	Р-ММХ	Р-133	486 и выше	Р-133

 

 

Подготовка печатных плат к производству

 

Важным этапом проектирования печатных плат является подготовка уже разработанного проекта к производству. Под этим подразумевается генерация управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, сверлильных станков, оборудования автоматического тестирова­ния плат и расстановки компонентов. Как правило, все системы проектирования плат имеют встроенные средства генерации таких файлов, тем не менее имеется ряд задач, которые необходимо выполнять в специально предназначенных для этого продуктах. Большая часть проблем связана с получением оптимизированных файлов в формате Gerber для изготовления фотошаблонов. Здесь могут пригодиться следующие программы:

- CAMtastic 2000 компании Protel;

- САМ350 компании Innoveda;

- CAMMaster компании Lavenir.

Проектирование конструкции

Для разработки конструкции проектируемого устройства и оформления конструкторской документации можно использовать один из пакетов программ, приведенных в табл. 18. Передача проекта из программ разработки печатных структур в программы конструкторского САПР осуществляется в формате DIF (Data Interchange Files – обмен данными в формате ASII).

Таблица 18

Программы для разработки конструкции

Название программы (системы)	Версии	Фирма разработчик или правообладатель
AutoCAD	2000, 2001, 2002	AutoDesk
Visual CADD	OrCAD 9.x	Numera SoftWare
SolidWorks		SolidCompany
КОМПАС	5.10, 5.11	АСКОН

 

На отечественном рынке наибольшее распространение для проектирования чертежной КД получили следующие программы: КОМПAС 5.х - результат новейших разработок фирмы AСКОН, г. Санкт-Петербург, и AutoCAD 200х.

КОМПAС 5.х - это новое поколение высокоэффективной конструкторской графики с совершенными технологиями проектирования и инструментальными средствами, которые отвечают самым современным требованиям. Он одинаково удобен для машиностроения, приборостроения, строительства и архитектуры. Высокие потребительские качества, полная поддержка отечественных стандартов и приемлемая стоимость делают выбор в его пользу естественным даже для небольших предприятий. Новейшие технологии моделирования, конструирования и выпуска чеpтежно-констpуктоpской документации, реализованные в КОМПAС 5.х, позволят резко сократить сроки разработки новой продукции, повысить ее качество и конкурентоспособность.

КОМПAС 5.х включает высокоэффективный чеpтежно-констpуктоpский редактор, готовые библиотеки для различных областей применения, а также мощные инструментальные параметрические средства разработки приложений.

AutoCAD 200х [10,12] компании AutoDesk – современное 32-разрядное Windows приложение - мощный фундамент САПР, дающий новую технологию и усовершенствованный функциональный набор. Производительный, стабильный, современный инструмент, с которым инженеры, архитекторы, конструкторы вошли в третье тысячелетие приобрел новые черты, сотни изменений нашли отражение в переработанном интерфейсе, новых возможностях и технологии проектирования. AutoCAD 200х – новейшие версии AutoCAD. AutoCAD в настоящее время лидирует среди продаж программных продуктов двумерных САПР нижней ценовой категории, предназначенных как для начинающих пользователей, так и для профессионалов.

Рекомендации по выбору системы проектирования

В заключение отметим, что выбор того или иного пакета программ для выполнения курсового проектирования зависит от вычислительных ресурсов используемого персонального компьютера. Если компьютер достаточно мощный, то при проектировании электронных узлов, работающих на частотах до 1 ГГц, целесообразно использовать одну из систем сквозного проектирования: DesignLAB 8.0, OrCAD 9.0/9.1/9.2, PCAD 2000/2001/2002, Protel 99SE/DXP. В методическом плане более обеспечены OrCAD и DesignLAB, в частности, методические указания по работе с программой PSpice для ОС DOS применимы и для OrCAD PSpice A/D (MicroSim PSpice A/D). При ограниченных вычислительных ресурсах рекомендуется использовать для графического ввода моделируемой схемы Electronics Workbench версий 4 или 5, моделирование выполнять с помощью программ PSpice 5.х или OrCAD PSpice A/D.

На частотах свыше 1 ГГц для моделирования СВЧ устройств рекомендуется использовать APLAC 7.61 или более мощную систему Microwave Office 2000 v4.02/2002 v5.52, если позволяют вычислительные ресурсы компьютера.