Дослідження характеристик і оптимізація параметрів схеми по критерію мінімального спотворення сигналів. . Курсова робота з Системи схемотехнічного функціонально технічного та структурного проектування. Робота № 202419

Перехід до торгівельного партнера Binance

Дослідження характеристик і оптимізація параметрів схеми по критерію мінімального спотворення сигналів.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра систем автоматизованого проектування

Інформація про роботу

Рік:

2003

Тип роботи:

Курсова робота

Предмет:

Системи схемотехнічного функціонально технічного та структурного проектування

Група:

ІТП-5

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” ІКНІТ Кафедра систем автоматизованого проектування ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсової роботи з дисципліни: Системи схемотехнічного функціонально технічного та структурного проектування. на тему: Дослідження характеристик і оптимізація параметрів схеми по критерію мінімального спотворення сигналів. Допущено до захисту: Дата: ________________ Виконав: студент групи ІТП- 5 Прийняв : Оцінка:_______________ Дата: ________________ Львів-2003 НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” Кафедра : САПР Дисципліна : „Системи схемотехнічного, фукціонально-технічного та структурного проектування” Спеціальність : ІТП Курс : п’ятий Група : ІТП-51 Семестр : десятий Завдання на курсову роботу студента Засєдволка Володимира Зіновійовича 1. Тема: „ Дослідження характеристик і оптимізація параметрів схеми по критерію мінімального спотворення сигналів ”. 2. Термін здачі закінченої роботи _________ 3. Вихідні дані для роботи: Схема електрична принципова. 4. Завдання на курсову роботу: Виконати налагодження схеми і дослідження параметрів; Оптимізувати параметри схеми по критерію мінімального спотворення сигналів; Виконати частотне дослідження в діапазоні частот 8Гц-18МГц; Виконати дослідження фазочастотної характеристики; Визначити температурну залежність; Календарний план Студент: __________________ Засєдволк В.З. Керівник : ________________ Іванців Р.Д. Реферат Дана пояснювальна записка складається з __ листів. Було використано кілька інформаційних джерел. Метою даної роботи є: ознайомитись і набути практичних навиків роботи з програмою аналізу електричних принципових схем Microcap поглибити теоретичні знання з курсу системи схемотехнічного функціонально-технічного та структурного проектування. ЗМІСТ. Завдання_________________________________________________________ Календарний план_________________________________________________ Реферат_________________________________________________________ Зміст____________________________________________________________ Вступ___________________________________________________________ Теоретична часина________________________________________________ Моделювання частотних і фазових характеристик______________ Аналіз чутливості____________________________________________ Параметрична оптимізація схем. Основні методи оптимізації.___ Поняття макромоделі в АсхП._________________________________ Методи аналізу електронних кіл_______________________________ Дослідження схеми електричної принципової________________________ Частотний аналіз_____________________________________________ Температурний аналіз_____________________________________________ NET файл працюючої схеми________________________________________ Висновок_________________________________________________________ Вступ Поняття “схемотехнічного проектування” було сформовано давно, ще тоді, коли всі складові радіоелектронної апаратури (РЕА) – були дискретні елементи: резистори, конденсатори, дроселі, трансформатори, транзистори, діоди. В зв”язку з прогресом інтегральної технології і збільшенням інтегральної складності дискретних елементів поняття “схемотехнічного проектування” суттєво розширилося. Інженеру схемотехніку при проектуванні інтегральних схем (ІС) приходиться не тільки розраховувати електричні процеси, а й проектувати функціональні і структурні схеми. До таких пристроїв відносяться як ІС, які складаються з великої кількості елементів, розрахунок з допомогою ЕОМ електричних процесів (статичних і динамічних) практично нездійснимий через великі затрати часу. Тому виникла необхідність застосування методів спрощених розрахунків на логічному і функціональному рівні. Схемотехнічне проектування включає в себе рішення таких задач: розрахунку, аналізу, оптимізації і синтезу. Задача розрахунку передбачає визначення вихідних параметрів і характеристик пристрою при незмінних значеннях його внутрішніх параметрів і незмінній структурі. Задача аналізу передбачає визначення зміну вихідних параметрів і характеристик пристрою в залежності від зміни його внутрішніх і вхідних параметрів. Задача оптимізації передбачає визначення найкращих значень вихідних параметрів і характеристик за рахунок цілеспрямованої зміни внутрішніх параметрів пристрою (параметрична оптимізація) або структури пристрою (структурна оптимізація). При параметричній оптимізації змінні внутрішні параметри треба вибирати такі, які можна легко міняти і контролювати під час виробництва. Найбільш складними є задачі параметричного і структурного синтезу. Синтезом називають процес генерування первинного варіанту пристрою, в тому числі його структуру (структурний синтез) і значення внутрішніх параметрів (параметричний синтез). Генерування первинного варіанту може виконуватися різними способами – вибір з ряду відомих пристроїв, побудова на основі доказаних теоретичних результатів (співвідношень), шляхом винахідництва і т.п. Пристрій, який отриманий як продукт синтезу, не повинен бути найкращим, але обов”язково працездатним. Теоретичні відомості При проектуванні РЕА використовують різноманітні методи. Основні є такі: Натурне макетування; Математичне моделювання на ЕОМ. Недостатки неавтоматизованого розрахунку – низька точність, обмежені функціональні можливості, … Фізичне моделювання використовують рідко, але використовують там де математичне моделювання складне і трудомістке. Натурне макетування – один з найбільш старих і розповсюджених способів проектування РЕА. Основна перевага – висока достовірність результатів, тому що досліджуються реальні електричні схеми, а не їх приближені моделі. Недоліки – велика тривалість в часі, обмежені можливості проектувати НВІС – вноситься при макетуванні багато паразитних елементів: Rn, Ln, Cn. Крім цього неможливо забезпечити 100% перевірку розкладу параметрів внутрішніх окремих модулів при крайніх розкидах параметрів. Також необхідно відмітити велику вартість такого методу. Під математичним моделюванням на ЕОМ звичайно розуміють весь комплекс питань, які зв”язані з розробкою математичної моделі пристрою РЕА і її використання в процедурах розрахунку, аналізу, оптимізації. В порівнянні з макетуванням математичне моделювання на ЕОМ має такі переваги. В задачах розрахунку з допомогою моделі можна визначити любі вихідні і проміжні (внутрішні) параметри ІС. В задачах аналізу моделювання дозволяє отримати вихідні параметри і характеристики схеми РЕА в граничних і заграничних режимах (що неможливо при макетуванні). Моделювання дозволяє отримати параметри серійнопридатності, тобто виконати аналіз статистичних характеристик схеми при певних законах розподілу ймовірностей зміни внутрішніх параметрів (нормальний закон розподілу, рівномірний закон розподілу …). В задачах оптимізації можливості макету обмежені невеликим числом регулювальних елементів, тоді як в моделі можна змінювати любі параметри, маючи за мету покращення вихідних параметрів. Роль моделювання в задачах синтезу визначається в перевірці правильності функціонуванні синтезованих схем шляхом розрахунку їх математичних моделей. Очевидно, що часові затрати значно менші ніж для макетування ряду синтезованих схем. Однак, моделювання повністю не може витіснити макетування. При використанні добре відпрацьованихелементів (модулів) і високій достовірності їх мат. моделей – мат. моделювання досить достовірні результати. Якщо необхідно спроектувати нову оригінальну схему для якої нема достовірної математичної моделі – то розробка і виготовлення макету (і його дослідження) може бути більш доцільним ніж розробка нової програми математичної моделі. Класифікація параметрів елементів, з яких складається пристрій. Внутрішні параметри – параметри елементів. Вихідні параметри – параметри пристрою, по яких оцінюють його якість. Вхідні параметри – парметри зовнішніх інформаційних сигалів, які діють на пристрій. Зовнішні параметри – парметри навколишнього середовища. Моделювання частотних і фазових характеристик. Моделювання амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) на ЕОМ базується на трьох підходах : символьному, число-символьному і числовому. Символьний метод реалізується так, що треба обчислити коефіцієнти аі, bi у вигляді формул. Цей метод можна використовувати при розрахунку АЧХ невеликих схем, тому що зі збільшенням схеми обсяг обчислень різко зростає. Аналогічний недолік має число-символьний метод але АЧХ як і в символьному методі обчислюється як відношення поліномів. Найбільшого розповсюдження дістали числові методи. АЧХ обчислюється як числове значення F(jw) при різних значеннях w, тобто точково. Аналіз чутливості Чутливість - це реакція схеми на малі зміни її параметрів Х. Кількісна оцінка такої зміни вихідного параметра схеми Y при заданій зміні внутрішнього параметра Х називається коефіцієнтом чутливості. Аналіз чутливості потрібний при визначенні стабільності внутрішніх параметрів схеми, а відповідно для визначення вимог до технології виготовлення елементів з метою збільшення відсотку виходу працездатних мікросхем а також при проектуванні мікросхем, які призначені працювати у складних умовах оточуючого середовища – високі перепади температур, вологості, тиску, прискорене старінння, радіація. Мета аналізу – знаходження елементів схеми і їх параметрів Х, відхилення яких від номінальних значень викликає найбільше відхилення вихідних параметрів схеми Y. При аналізі чутливості треба знайти матрицю чутливості А[m*n], елментами якої є коефіцієнти чутливості вихідного параметра Yi до змін внутрішнього параметра Хі : EMBED Equation.3 . Параметрична оптимізація схем. Основні методи оптимізації. Завершальним етапом проектування РЕА є оптимізація схем. Оптимізація – це процес визначення такої сукупності внутрішніх параметрів схеми(ємностей, опорів, параметрів активних елементів), при якій вибрвні вихідні параметри (швидкодія, час затримки сигнала, споживана потужність і т.п.) приймають найкращі можливі значення. При цьому структура схеми, типи елементів, схема з”єднань є незмінними. Також є задані діапазони зміни параметрів елементів схеми. Задчі проектування , які вимагають використання методів оптимізації, можнаподілити на 4 групи. Пошук оптимальних параметрів схем, які забазпечують екстремальне значення однієї вихідної функції(наприклад швидкодія). Задачі наближення розрахункових характеристик до характеристик, які задані точково(наприклад ідентифікація моделей). Задачі адаптації схем до нових технічних вимог – новий частотний або температурний діапазон. Задача уточнення параметрів схем, які синтезовані або створенні на основі спрощенних інженерних розрахунків. Якщо позначити X – вектор внутрішніх параметрів, F(X) – функція системи. Задача пошуку оптимального значення вектора X відноситься до загальної задачі нелінійного програмування, де треба знаходити max F(X) або min F(X), тобто максимізація або мінімізація скалярної функції F(X) при таких умовах: X=(x1, x2, … ,xn)  Dx (53–1) g1(x1, x2, … ,xn)  0 , g2(x1, x2, … ,xn)  0 , (53–2) gm(x1, x2, … ,xn)  0 , де qi(x) – функціональні і критеріальні обмеження; Dx – область n-мірного евклідового простору Rn, в межах якої допустима зміна внутрішніх параметрів X. Область, яка визначається умовами (53–1) і (53–2) позначається як G(X) і називається областю працездатності. F(X) – функція схеми. Введемо позначення. Вектор X*=[x1*, … xn*]T, який задовільняє умовам (53–1) і (53–2) і мінімизує (або максимизує) функцію F(X), називається оптимальною абоекстремальною точкою, а відповідне йому значення F(X*) – оптимальне значення функції схеми. Множина точок, для яких функція двох змінних має постійне значення, називається лінією рівня функції F(X). Якщо ця функція неперервна і диференційована, то існує градієнт функції F(X), який визначається як вектор–стовпчик з перших часткових похідних F(X) по X в заданій точці X(k): EMBED Equation.3 (54–1) Відомо, що градієнт функції направлений в напрямку найскорішого підйому. Вектор, який направлений в протилежному напрямку, направлений в сторону найскорішого спуску. Методи методи нелінійного програмування базуються на апроксимації функції F(X) з допомогою ряда Тейлора в околі точки X(k): EMBED Equation.3 де 2F(X(k))=H(X(k)) – квадратична матриця других часткових похідних функції F(X), в точці X(k), і називається матрицею Гессе EMBED Equation.3 В залежності числа членів, які використовуються в розкладі (54-1) виділяють методи оптимізації нульового, першого і другого порядку. Для того, щоб точка Х* була точкою мінімуму функції F(Х), необхідні такі умови: Функція F(Х) диференційована в точці Х*; EMBED Equation.3 , тобто точка Х* є стаціонарною; EMBED Equation.3 . Класичні методи оптимізації базуються на тому, що F(X) задається у вигляді формули, яку диференціюють по параметрах Х. Далі похідні прирівнюють до нуля і розв’язують рівняння. З цих розв’язків перевіряють такі умови 1) та 2). Дальше перевіряють умову 3), і якщо вона виконується – рішення знайдено. EMBED PBrush a) – одно екстремальна функція; б) – багато екстремальна функція. Щоб знайти глобальний екстремум у випадку б) треба весь простір допустимих значень перевірити з кроком S і чим менше S – тим більший обсяг обчислень, але тим вища ймовірність визначення глобального екстремума. Поняття макромоделі в АсхП. Макромоделі – це спрощене представлення функціональних вузлів ІС, які з достатньою точністю відбивають статичні і динамічні характеристики на зовнішніх контактах ІС. Якщо уявити, що сучасні ІС можуть мати 105...106 і більше вентилів на кристалі, то зрозуміла проблема схемотехнічного аналізу, тим більше оптимізації. Ця проблема розв’язується так. ІС і її модель представляється набором моделей під схем спрощеної структури – макромоделей. Сама під схема оптимізується окремо, система рівнянь суттєво простіша, ніж для ІС. Це дає можливість спростити процес моделювання ІС в десятки раз, а похибка збільшується до 15...10%, що допустимо. Для спрощення макромоделей використовують три способи: Виключення з мікромоделей несуттєвих елементів, які відбивають фізичні ефекти другого порядку точності. Заміна окремих фрагментів мікромоделі більш простішими. Заміна складних характеристик елементів мікромоделі більш простими. Методи аналізу електронних кіл Позначення. I - постійний струм (ампери), E - напруга джерела живлення (вольти), U - падіння напруги (вольти), R - опір (оми), g - провідність (сіменси). I, E, U - векторні величини, R, g - скалярні. a, b - потенціали в точках a і b. a - b - різниця потенціалів між точками a і b. 1. Закон Ома для ланки, яка не має джерела живлення. рис. 1 Uab = IR; I = Uab : R = (a - b) : R. 2. Закон Ома для ланки, яка має джерело живлення. рис. 2 EMBED Equation.3 В загальному вигляді (якщо врахувати зміну номерності джерела живлення): EMBED Equation.3 Задача 1 Ланка - див. рис. 2. Якщо струм I = 10А тече від a до c, то напруга Uac = 3В. Якщо струм I = 10А тече від c до a, то напруга Uac = 7В. Визначити R і E. EMBED Equation.3 ; IR = Uac + E. 10R = 3 + E; 3 + E = -7 - E; 2E = -10; E = -5; 10R = -7 - E; 20R = -4; R = -0.2 3. Закони Кірхгофа На всі електричні кола розповсюджуються 1-й і 2-й закони Кірхгофа. 3.1. 1-й закон Алгебраїчна сума струмів, які протікають через будь-який вузол схеми, дорівнює нулю. рис. 3 I1 - I2 - I3 - I4 = 0 або I1 = I2 + I3 + I4. 3.2. 2-й закон Алгебраїчна сума падіння напруги в будь-якому замкненому контурі дорівнює алгебраїчній сумі е.р.с. (електрорушійних сил) в цьому ж контурі. IR = E I, E - векторні величини. Закони Кірхгофа справедливі для лінійних і нелінійних кіл при будь-якому законі зміни струмів і напруг. рис. 4 Важливо отримати лінійно незалежні рівняння. Згідно 1-го закону Кірхгофа можна отримати незалежні рівняння по кількості y - 1, де y - кількість вузлів. Згідно 2-го закону Кірхгофа складають таку кількість рівнянь K = ( - джс) - (y - 1) =  - джс - y + 1, де  - всі ланки схеми, джс - ланки з джерелами струму, y - кількість вузлів. 4. Метод контурних струмів При розрахунку електричних кіл методом контурних струмів роблять допущення, що в кожному незалежному контурі схеми тече свій контурний струм. Рівняння складають відносно контурних струмів, через які визначають струми в ланках. Метод контурних струмів можна охарактеризувати (визначити) як метод розрахунку, в якому за невідомі величини приймають контурні струми. Кількість невідомих в цьому методі рівна кількості рівнянь, які можна записати згідно 2-го закону Кірхгофа. Тому цей метод більш економний, ніж метод з використанням законів Кірхгофа. рис. 5 Виведення розрахункових співвідношень виконуємо для схеми, зображеної на рис. 6. Допускаємо, що в обох контурах протікають контурні струми I11 та I22 за годинниковою стрілкою. Будемо мати на увазі, що через ланку R5E5, яка є спільна для обох контурів, тече струм I11 – I12. Напрямок обходу контурів приймаємо також по годинниковій стрілці. Для першого контуру: (R1 + R2)I11 + R5(I11 – I22) = E1 + E5 Для другого контуру: - R5(I11 - I22)+(R3 + R4)I22 = - E5 – E4 Треба розв'язати цю систему 2-х рівнянь відносно I11 і I22. Можна зробити такі заміни: R11 = R1 + R2 + R5 – сума опорів в першому контурі E11 = E1 + E5 R12 = R21 = - R5 R22 = R3 + R4 + R5 E22 = - E4 – E5 Тоді рівняння можна записати: R11I11 + R12I22 = E11 R21I11 + R22I22 = E22 Для 3-х контурів буде така система рівнянь: R11I11 + R12I22 + R13I33 = E11 R21I11 + R22I22 + R23I33 = E22 R31I11 + R32I22 + R23I33 = E33 або в матричному вигляді: R11 R12 R13 I11 E11 [R] = R21 R22 R23 ; [I] = I22 ; [E] = E22 . R31 R32 R33 I33 E33 Схема електрична принципова. EMBED PBrush Трансцидентний аналіз. Аналіз у 18-му і 17-му вузлах. EMBED PBrush EMBED PBrush Аналіз у 2-му і 5-му вузлах. EMBED PBrush EMBED PBrush Аналіз у 7-му і 8-му вузлах. EMBED PBrush EMBED PBrush Аналіз у 7-му і 8-му вузлах при зміні опору на базі з 7.5к на 45к. EMBED PBrush EMBED PBrush Аналіз у 8-му і 9-му вузлах при зміні опору з 10 Ом на 45к EMBED PBrush EMBED PBrush Аналіз у 13-му і 17-му вузлах EMBED PBrush EMBED PBrush Аналіз в 18-му та 17-му вузлах EMBED PBrush EMBED PBrush Відлагоджена схема електрична принципова EMBED PBrush Частотний аналіз. EMBED PBrush EMBED PBrush Температурний аналіз АЧХ в діапазоні –60-60 С з інтервалом 10С EMBED PBrush EMBED PBrush Температурний аналіз ФЧХ в діапазоні –60-60 С з інтервалом 10С EMBED PBrush EMBED PBrush

Курсова робота Системи схемотехнічного функціонально технічного та структурного проектування

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись