Модуль 10.4. Особенности современных программ автоматизированного анализа цепей

программах формирование уравнений электрического равновесия производилось, как правило, с помощью метода узловых напряжений, который легко поддается ав томатизации, причем при составлении уравнений отпадает проблема топологиче ских вырождений. Метод контурных токов не обладает какими либо преимущест вами по сравнению с методом узловых напряжений, однако для контурных уравне ний процесс формирования является более трудоемким, чем для узловых уравнений в связи с необходимостью выбора дерева графа исследуемой цепи и связанной с этим деревом системы независимых контуров. В большинстве программ второго по коления хранение информации о топологии цепи и решение соответствующих урав нений производилось с учетом разреженности топологических и компонентных матриц; пользователю предоставлялась возможность ограниченного диалога, а так же возможность пополнения библиотеки моделей элементов.

Программы третьего поколения, (1980 – 2000 гг.), как и программы второго поколения, основаны на применении различных модификаций метода узловых на пряжений в сочетании с неявными или комбинированными (явно неявными) мето дами интегрирования. В отличие от программ второго поколения программы третьего поколения характеризуются простыми входными языками, широким ис пользованием диалога, наличием графического интерфейса, большим объемом и открытостью для пополнения библиотек моделей элементов и предоставляют поль зователю широкий диапазон различных процедур анализа и оптимизации цепей. Подробные сведения об отечественных и зарубежных программах анализа можно найти в работах [8, 9, 21 — 25].

Основные направления дальнейшего развития методов автоматизиро ванного анализа цепей

В течение длительного времени разработка программ автоматизированного анализа цепей в основном происходила в рамках традиционного подхода, основан ного на исследовании полной модели цепи, получаемой путем объединения моделей отдельных элементов цепи (транзисторов, резисторов и т. п.), построенных путем замены каждого из этих элементов идеализированной цепью, состоящей из двухпо люсных или многополюсных идеализированных элементов. Возможности такого подхода были практически исчерпаны еще в программах второго поколения, причем программы как второго, так и третьего поколений не позволяют с приемлемыми за тратами времени анализировать процессы в сложных современных электронных устройствах, насчитывающих сотни тысяч и даже миллионы компонентов. В связи с необходимостью проектирования и исследования столь сложных устройств в по следние годы начали интенсивно развиваться методы анализа цепей, основанные на уменьшении трудоемкости анализа путем упрощения (сокращения) полной модели цепи.

К настоящему времени сформировалось несколько перспективных подходов к решению этой задачи, которые порознь или в различных сочетаниях друг с другом закладываются в основу разрабатываемых программ четвертого поколения: при

897

менение методов подсхем; макромоделирование; логическое моделирование; про блемная адаптация.

Методы моделирования по частям (методы подсхем), называемые также методами диакоптики, позволяют снижать размерность решаемой задачи путем разбиения полной схемной модели на ряд подсхем с последующим анализом процес сов в каждой подсхеме и минимизацией невязок переменных, описывающих связи между подсхемами [8, 10, 21, 22, 25].

Макромоделирование основано на укрупнении элементов, т. е. на переходе от моделирования резисторов, транзисторов и других простейших компонентов к мо делированию отдельных функциональных узлов и фрагментов больших интеграль ных схем (упрощенные модели таких укрупненных компонентов называются мак­ ромоделями). В отличие от методов подсхем, где снижение вычислительных затрат производится без потери точности, при макромоделировании уменьшение трудоем кости вычислений достигается путем некоторого снижения точности моделирова ния [22, 23, 25].

Детальному анализу процессов в сложной цепи, производимому на основе чис ленного решения уравнений электрического равновесия цепи, может быть противо поставлено упрощенное исследование этих процессов на основе логического или со бытийного моделирования, базирующегося на применении чрезвычайно упрощен ных моделей отдельных функциональных узлов цепи. В связи с тем, что точность такого моделирования является невысокой, его часто используют в сочетании с традиционными методами теории цепей; при этом анализ цепи может производить ся в два этапа: сначала с помощью методов логического моделирования выделяются узлы или подсхемы, активизированные при данном внешнем воздействии, а затем производится детальный анализ процессов в активизированных участках цепи. Данный подход можно рассматривать как разновидность метода разделения движе ний (методов «быстрых» и «медленных» подсхем, метода учета латентности), при котором электрические процессы, протекающие с различными скоростями, иссле дуются раздельно [25].

Широкие возможности для существенного сокращения трудоемкости анализа при сохранении приемлемой точности открывает применение проблемной адапта ции, заключающейся в «приспособлении» (точнее, в автоматической настройке) программы машинного анализа к особенностям решаемой задачи. При этом на осно ве информации о ходе вычислительного процесса могут изменяться как используе мые вычислительные методы и их численные параметры, так и структура и пара метры моделей отдельных компонентов или фрагментов исследуемой цепи.

Вопросы для самопроверки

1.Почему исторически первым методом составления уравнений электри ческого равновесия для программ автоматизированного анализа цепей стал метод переменных состояния (МПС)?

898

2.Какие факторы предопределили первенство МПС по сравнению с уже существовавшими методом контурных токов и методом узловых напря жений?

3.Дайте общую характеристику программам автоматизированного анали за цепей, названных программами первого поколения?

4.Как развитие вычислительной техники привело к появлению программ второго поколения?

5.Почему метод узловых напряжений (МУН) чаще использовался в про граммах второго поколения, чем метод контурных токов (МКТ)?

6.Укажите характерные черты программ третьего поколения, выгодно от личающие их от программ предшественниц.

7.Перечислите основные направления дальнейшего развития методов ав томатизированного анализа цепей и дайте им общую характеристику.

8.Какие перспективные методы включают в себя программы четвёртого поколения?

899