28.3. Проектирование электронных устройств свч

Если с программами моделирования аналоговых устройств диапазона умеренно высоких частот, таких как Micro-Cap, Pspice, Electronics Workbench и др., большинство инженеров-схемотехников знакомо, то программы проектирования устройств диапазона сверхвысоких частот (СВЧ) известны гораздо меньше. Объяснить это можно, во-первых, меньшей распространенностью СВЧ-аппаратуры, а во-вторых, бóльшими сложностью и стоимостью этих программ в связи с существенно более сложными моделями СВЧ-компонентов электронных устройств по сравнению с низкочастотными.

В последнее время в промышленности налажен выпуск широкой номенклатуры дискретных и интегральных элементов достаточно низкочастотных электронных устройств, которые нужно всего лишь грамотно скомпоновать, в то время как устройства СВЧ требуют индивидуального проектирования. Поэтому интерес к САПР устройств СВЧ сейчас значительно возрос.

В конце 1980-х годов получила известность программа Super-Compact для DOS, разработанная фирмой Compact Software, отделением корпорации Ansoft. С помощью этой программы проводится анализ и оптимизация линейных пассивных и активных двух-, шести- и восьмиполюсных устройств. В нее входит обширная библиотека линий передач различных типов: микрополосковые и полосковые линии, копланарные волноводы, коаксиальные кабели, линии с подвешенной подложкой, связанные линии и др. Для характеристики отрезков линий передачи используются электрические параметры или геометрические размеры. При анализе частотных характеристик учитывается влияние дисперсии, излучения, неоднородностей, многослойной металлизации, шероховатости поверхности, потерь в диэлектриках и проводниках. Активные компоненты задаются таблицей S-параметров матрицы рассеяния в зависимости от частоты (при определенном режиме по постоянному току). Имеется возможность синтеза согласующих цепей и фильтров на дискретных компонентах и отрезках линии передач.

Впоследствии (1986 г.) была разработана программа Microwave Harmonica, предназначенная для анализа не только линейных, но и нелинейных устройств. Примененный в ней метод гармонического баланса для расчета уровня гармоник сигналов в установившемся режиме обеспечивает более высокую точность, чем расчет спектров переходных процессов с помощью преобразования Фурье, как это делается в программе PSpice.

Принятое в этих программах текстовое описание проектируемого устройства не доставляло больших неудобств. Во-первых, формат вполне прост. Во-вторых, неудобство текстового описания схем по сравнению с их графическим представлением компенсирует достаточно высокая степень совпадения результатов моделирования с экспериментальными данными.

Ansoft Serenade Design Environment, Final Serenade Design Environment фирмы Compact Software. Serenade – универсальные пакеты автоматизированного проектирования, моделирования и оптимизации СВЧ-схем и систем. Это мощный инструмент для синтеза, анализа, оптимизации систем и цепей, работающих на частотах от герц до гигагерц. Serenade содержит графический редактор схем, при рисовании которых используются символы компонентов диапазона высоких частот и СВЧ, включая компоненты, задаваемые геометрическими размерами (отрезки линий передачи, изгибы, изменения ширины, мосты и т.п.). После ввода схемы создается список соединений, куда включаются все электрические и топологические характеристики устройства для передачи в программы моделирования и в графические редакторы топологии. В качестве программы моделирования линейных устройств используется Super Compact, а нелинейных – Microwave Harmonica.

Serenade имеет ряд важных особенностей, в частности интерфейс, называемый «рабочий стол Serenade», который обеспечивает доступ ко всем инструментальным средствам:

• линейному моделирующему устройству Harmonica,

• нелинейному моделирующему устройству Harmonica,

• устройству моделирования систем Symphony,

• библиотекам, содержащим активные и пассивные элементы,

• схемному редактору,

• символьному редактору Serenade,

• набору инструментов Serenade для физического проектирования и производства.

Редактор топологии Serenade Layout основан на известной программе AutoCAD, используемой для просмотра топологии, выпуска конструкторской и технологической документации и разработки трехмерных чертежей. С помощью Serenade Layout можно изменить параметры любого компонента и снова передать информацию в программу моделирования для уточнения характеристик устройства.

Кроме названных выше, компания Compact Software выпускает следующие программные продукты, касающиеся проектирования устройств СВЧ: Microwave Explorer – моделирование антенн; Microwave Success – моделирование систем связи; Super-Spice – программа моделирования электронных схем семейства SPICE, снабженная моделями устройств СВЧ; Microwave Scope – моделирование оптико-электронных устройств; Compact Scout – программа идентификации параметров нелинейных моделей транзисторов по результатам измерения статических характеристик и S-параметров.