1.6. Способы проектирования
Выделяют следующие способы проектирования.
Неавтоматизированный расчет по заранее полученным формулам.
Недостаток: низкая точность, ограниченные функциональные возможности и т.д.
Физическое моделирование на основе принципа электрофизических аналогий. Исследуют объект с помощью объекта другой природы, но с одинаковым математическим описанием. Применяется редко, в частности, для изучения тепловых процессов в РЭА, математическое моделирование которых достаточно сложно.
Натурное моделирование – наиболее старый и распространенный способ проектирования.
Достоинство:
максимальная достоверность результатов, т.к. работа с реальной схемой, а не с приблизительной моделью.
наглядность результатов.
Недостаток: большое время моделирования, высокая стоимость.
Математическое моделирование на ЭВМ – это комплекс вопросов, связанных с настроением математической модели и использованием процедур расчета, анализа, оптимизации, синтеза.
Достоинство:
можно найти выходные параметры, которые нельзя измерить на макете из-за недоступности точки измерения (например, в интегральной схеме),
можно провести анализ в запредельных режимах, опасных для макета, а также для большого разброса внутренних параметров (статистический анализ),
неограниченное количество вариантов при оптимизации РЭА.
Поскольку моделировать можно только то, что уже синтезировано, то реальный процесс АП состоит обычно из двух этапов:
неавтоматизированный синтез структуры,
доводка структуры до кондиции с помощью программ АП.
1.7. Подходы, реализующие уровни проектирования
Рассматриваемый информационный и физический подходы используются как на системном, так и на структурном и функциональном уровне проектирования.
При физическом подходе выполняется учет реальных физических законов (например, Ома, Кирхгоффа). Подход требует значительного объема вычислений и, следовательно, уменьшает степень сложности РЭА при АП.
При информационном подходе определяется лишь преобразование входного сигнала в выходной без изучения внутренних процессов. Моделируемое устройство представляется «черным ящиком» с известной функцией или алгоритмом преобразования входного сигнала (см. рис.1.9).
Рис. 1.9. Представление моделируемого устройства при информационном подходе
1.8. Математический аппарат моделирования
Математический аппарат моделирования включает в себя две большие группы методов: теоретические и численные.
Для каждого теоретического метода могут быть подобраны соответствующие численные методы, которые эффективны при автоматизированном проектировании (АП). Обычно эти численные методы и называют методами АП. Они являются универсальными в том смысле, что ориентированы на определенный круг задач, а не на конкретный объект. Например, задачи теории массового обслуживания (структурный уровень) решаются в основном методом статистического моделирования (метод Монте-Карло). При функциональном проектировании в зависимости от вида устройств (цифровые или аналоговые) используют различные математические аппараты. Для цифровых устройств применяется алгебра логики. Для аналоговых устройств общего математического аппарата не существует и используется теория комплексных переменных, дифференциальное и интегральное исчисление.
Каждый способ порождает свой численный метод расчёта на ЭВМ выходного сигнала по заданному входному сигналу. Например, способ быстрого преобразования Фурье (БПФ) для решения задач спектрального анализа требует численного вычисления интегралов для определения во временной области выходных сигналов линейных радиоэлектронных устройств.