1.3 Способы проектирования

Основными методами проектирования являются:

1. неавтоматизированный расчет по заранее полученным формулам;

2. физическое моделирование, когда объекты одной физической природы моделируются объектами другой физической природы, имеющими одинаковое с первыми математическое описание (например: колебания маятника и колебания энергии в электрическом контуре описываются одними и теми же математическими формулами);

3. натурное макетирование;

4. математическое моделирование на ЭВМ.

Неавтоматизированный расчет по формулам обладает низкой точностью, ограниченными функциональными возможностями и используется чаще всего для приближенной оценки параметров объектов.

Физическое моделирование как способ проектирования РЭА используется довольно редко, чаще его применяют для изучения сопутствующих тепловых и других процессов, математическое моделирование которых слишком сложно и трудоемко. При этом обычно используется принцип электрофизических аналогий.

Натурное макетирование - наиболее старый и распространенный способ проектирования. Макет собирается на реальных элементах, что обусловливает высокую достоверность результатов.

Недостатки способа натурного макетирования: длительное время и большие материальные затраты при создании макетов, ограниченные возможности макетирования, в частности, невозможность моделирования критических и аварийных режимов.

Математическое моделирование на ЭВМ заключается в том, что реальные элементы заменяются их математическими моделями и проводится анализ математической модели устройства.

Достоинства способа: большая скорость проектирования, возможность моделирования критических и аварийных режимов без опасности разрушения макета.

Недостаток: меньшая достоверность, чем при натурных испытаниях за счет погрешностей математических моделей, всегда более или менее приближенно описывающих реальные объекты.

В связи с этим на практике вначале моделируют устройство на ЭВМ, а затем проверяют окончательные результаты на опытном макете.

1.4 Уровни автоматизированного проектирования

Проектирование сложной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) представляет многоэтапный иерархический процесс. Содержание и число этапов проектирования зависит от особенностей объекта и конечной цели его проектирования, используемой элементной базы, имеющегося математического аппарата, возможностей технологии и т.п.

Одним из основных факторов, определяющих структуру процесса проектирования, является ограниченность возможности выполнения большого количества расчетов, даже при использовании мощных ЭВМ. В связи с этим процесс проектирования разбивается на уровни, каждому из которых соответствует решение определенных задач.

Различают следующие уровни проектирования:

1. системное проектирование, при котором изучается взаимодействие объекта с окружающей средой;

2. структурное проектирование, при котором определяются типы блоков, образующих устройство, и структура связей между ними, обеспечивающая заданные информационные и точностные характеристики устройства;

3. функциональное проектирование, при котором обеспечивается выполнение отдельными блоками и устройством в целом своего функционального назначения на основе знания приближенной или идеализированной формы входных и внутренних сигналов;

4. схемотехническое проектирование, при котором прорабатывается форма сигналов для отдельных функциональных узлов и элементов, а так же рассчитываются уточненные значения их внутренних и выходных параметров;

5. конструкторское проектирование, при котором принципиальная электрическая схема устройства преобразуется в совокупность конструктивных узлов, осуществляющих ее физическую реализацию;

6. технологическое проектирование, при котором разрабатываются технологические процессы изготовления конструктивных узлов и изделия в целом.

Указанные уровни проектирования можно реализовать на основе двух подходов - информационного и физического.

При информационном подходе определяется только преобразование входного сигнала в выходной без изучения внутренних физических процессов и без учета физических законов, определяющих или сопровождающих это преобразование. В связи с этим информационные модели имеют вид “черного ящика” с однонаправленным прохождением информации, для которого известна функция или алгоритм F преобразования входного сигнала х в выходной у: y=F(x). Информационный подход используется обычно при системном, структурном и функциональном проектировании.

При физическом подходе проектирование выполняется с учетом реальных физических законов, например, законов равновесия (законов Кирхгофа для электрических цепей) или законов сохранения (уравнений непрерывности для активных компонентов). Эти законы играют роль ограничений-равенств, которые нужно соблюдать в каждый момент времени, что приводит к необходимости численного решения уравнений равновесия или сохранения и, следовательно, существенно больших затрат машинного времени (на несколько порядков) по сравнению с информационным подходом. Физический подход используется чаще всего при схемотехническом проектировании.