1.3. Основные проектные процедуры
Этапы проектирования состоят из отдельных проектных процедур, задачей которых является получение частного проектного (технического) решения. Типичные проектные процедуры – анализ, синтез и оптимизация.
Анализ – определение свойств и степени пригодности схем.
Синтез структурный – определение структурной схемы. Синтез параметрический – определение параметров элементов заданной схемы, обеспечивающие требуемые характеристики. Например, синтез схем по частотным или временным характеристикам. Анализ и синтез обычно включают в себя процедуру расчета.
Оптимизация – фактически это циклический анализ – синтез с целью
наилучшего приближения к заданным показателям.
Проектные процедуры состоят из проектных операций, носящих обособленный характер. Например, при математическом моделировании необходимо решать стандартные алгебраические и дифференциальные уравнения, осуществлять операции с матрицами и т. д.
Процедуры и операции осуществляются в определенной последовательности, называемой маршрутом проектирования. Различают в зависимости от маршрута восходящее и нисходящее проектирование. Восходящее – начало с верхних, а нисходящее – начало с нижних иерархических уровней описания. Возможна комбинация маршрутов. Процесс проектирования часто носит итерационный характер, т. е. он может многократно корректироваться в зависимости от промежуточных результатов.
При проектировании надо создавать оптимальную РЭА по целому спектру функциональных, конструкторско-технологических, эксплуатационных и экономических характеристик, что часто находится во взаимном противоречии. Часто задача оптимизации не поддается формализации. Поэтому применяют, так называемые, методы эвристического многовариантного анализа, при котором разработчик рассматривает несколько вариантов и выбирает лучший, исходя из своего опыта и интуиции.
При увеличении сложности РЭА количество альтернативных вариантов в несколько раз. Часто при проектировании не удается учесть все нюансы эксплуатации. В результате опытные образцы, прошедшие заводские испытания, не выдерживают объектовых испытаний. Идет доводка РЭА в процессе испытаний, что увеличивает стоимость работ. Все эти обстоятельства требует создания средств автоматизированного проектирования (АП), позволяющих осуществлять многовариантное проектирование и оптимизацию РЭА, что под силу только с использованием методов компьютерного проектирования и моделирования на основе системного подхода к решению поставленной проблемы.
1.4. Классификация параметров
При АП используют следующую классификацию параметров для проектируемых устройств.
Внутренние – это параметры элементов устройства.
Входные – это параметры действующих на устройство внешних информационных сигналов.
Выходные – это параметры, по которым оценивается качество устройства.
Внешние – это параметры окружающей среды.
Варьируемые параметры – это внутренние параметры, за счет изменения которых выполняется параметрическая оптимизация. В качестве таких параметров следует выбирать управляемые параметры.
С учетом данной классификации основные задачи проектирования (они же проектные процедуры) формулируют следующим образом.
Расчёт – определение выходных параметров при постоянной структуре и заданных входных параметрах.
Анализ – определение разброса выходных параметров при изменении внутренних и входных параметров устройства. При АП на ЭВМ фактически расчет – это одновариантный анализ.
Оптимизация – определение наилучших значений выходных параметров при изменении внутренних параметров устройства (параметрическая оптимизация) и/или структуры устройства (структурная оптимизация).
Так, например, при проектировании усилительных устройств в задачу расчёта входит: определение рабочей точки, амплитудно-частотной характеристики, потребляемой мощности, нелинейных искажений.
Задачей анализа является: определение температурной стабильности, оценка влияния разброса внутренних параметров на выходные параметры.
Задачей структурного синтеза является определение числа каскадов, способа включения (с общим эмиттером, с общим коллектором и т.д.).
Задачей параметрического синтеза является выбор параметров элементов каждого каскада.
Задачей параметрической оптимизации является расширение полосы пропускания путем, например, снижения коэффициентов усиления.
Задачей структурной оптимизации является введение отрицательной обратной связи для достижения оптимальных параметров.
Синтез может осуществляться на основе теоретических соотношений, выбора известного устройства, изобретательства. На основе синтеза получают работоспособное устройство, но оно может не являться наилучшим какому-нибудь критерию качества.
При оптимальном синтезе осуществляют синтез устройства, наилучшего по данному критерию качества.
Процесс проектирования включает в себя все вышеперечисленные процедуры. На рис.1.7 цепочка блоков 2-3-4-5-6-2 соответствует циклу параметрической оптимизации, а цепочка 2-3-4-5-7-8 – циклу структурной оптимизации.
Рис. 1.7. Типовой алгоритм отдельного этапа проектирования