Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Оптимізація параметрів СЕП за допомогою системи Microcap
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра САПР
Інформація про роботу
Рік:
2003
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Інші
Група:
ІТП
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра САПР
ЗВІТ
до лабораторної роботи № 1
з курсу “Системи структурного, функціонольно- технічного схемотехнічного проектування”
на тему:”Оптимізація параметрів СЕП за допомогою системи Microcap”
Мета роботи : ознайомитись і набути практичних навиків роботи з програмою аналізу електричних принципових схем Microcap та поглибити теоретичні знання з курсу системи схемотехнічного функціонально-технічного та структурного проектування.
Теоретичні відомості
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 примінення методів спрощених розрахунків на логічному і функціональному рівні. Таким чином виникла необхідність розглянути в цьому курсі лекцій разом з методами автоматизації електричних розрахунків – такі методи автоматизації структурного, функціонального і логічного моделювання.
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.
Основні задачі проектувння.
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.
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.
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 : .
Параметрична оптимізація схем
Завершальним етапом проектування РЕА є оптимізація схем. Оптимізація – це процес визначення такої сукупності внутрішніх параметрів схеми (ємностей, опорів, параметрів активних елементів) при якій вибрані вихідні параметри (швидкодія, час затримки сигнала, споживана потужність) приймають найкращі можливі значенння. При цьому структура схеми, типи елементів, схема з’єднань є незмінними. Також є задані діапазони зміни параметрів елементів схеми. Задачі проектування, які вимагають використання методів оптимізації, можна поділити на чотири групи :
пошук оптимальних параметрів схеми, які забезпечують 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 спрощених інженерних розрахунків.
Індивідуальне завдання.
Схема електрична принципова.
Схема електрична принципова із позначеними вузлами.
Трансцидентний аналіз.
Аналіз у 1-му і 16-му вузлах.
Аналіз у 2-му і 4-му вузлах.
Аналіз у 6-му і 7-му вузлах.
Аналіз у 6-му і 7-му вузлах при зміні опору на базі з 10к до 30к.
Аналіз у 6-му і 7-му вузлах при зміні ємності конденсатора з 1,5мкф до 1000пф
Аналіз у 6-му і 7-му вузлах при зміні опору на базі з 30к до 35к.
Аналіз у 7-му і 9-му вузлах
Аналіз у 7-му і 9-му вузлах при зміні опору на базі з 8к на 40к
Аналіз в 1-му та 16-му вузлах
Відлагоджена схема
Частотний аналіз.
Температурний аналіз АЧХ
Температурний аналіз ФЧХ
LABU.NET
105
1430,183,184,701
1400,183,157,701
1.5MKF
430,1,2,401
12K
200,0,2,602
1400,132,106,502
1420,185,184,703
1400,106,80,402
16K
200,2,3,302
1400,54,28,202
1430,28,29,102
1410,29,55,103
1410,55,81,203
3K
210,4,0,505
1410,161,187,605
1420,187,186,705
1420,186,185,704
1400,135,109,505
1420,31,30,105
1420,30,29,104
1430,31,32,105
1410,32,58,106
1420,189,188,707
1420,188,187,706
1
630,5,907,406
1400,189,163,707
500
200,0,6,607
30000PF
430,6,0,507
1410,138,164,508
1410,164,190,608
1420,190,189,708
1400,111,85,407
3K
200,7,3,307
1400,59,33,207
1420,33,32,107
1430,112,113,408
1
630,8,9,409
1410,113,139,409
1410,139,165,509
4K
210,8,0,609
1420,191,190,709
1430,191,192,709
1400,192,166,710
1400,166,140,610
1420,35,34,109
1420,34,33,108
1430,35,36,109
0.5MGN
310,3,10,110
3K
210,10,9,210
1410,88,114,310
1430,114,115,410
180
230,9,11,411
180
230,11,12,412
1410,116,142,412
2MGN
310,13,0,612
1420,194,193,712
1420,193,192,711
1430,36,37,110
1430,37,38,111
1430,194,195,712
1430,117,118,413
1430,39,40,113
1
630,12,2115,414
1400,119,93,415
1410,158,184,602
1430,195,196,713
1430,196,197,714
1400,197,171,715
3K
200,0,14,615
1430,145,146,515
1.5MKF
430,14,16,516
1K
210,16,0,517
1410,173,199,617
1420,199,198,717
1420,198,197,716
1430,199,200,717
1400,200,174,718
3000PF
400,0,16,618
1420,148,147,518
1810,200,0,718
7
200,15,3,315
1430,41,42,115
1420,41,40,115
1410,41,67,115
+8V
120,0,3,117
1
630,2,2553,302
1
630,17,603,403
1430,134,135,504
1.5MKF
430,4,5,405
1410,162,188,606
1400,110,84,406
6K
200,5,3,306
1400,108,82,404
1400,82,56,304
1400,56,30,204
100PF
400,13,11,612
1430,38,39,112
1
1710,1,0,501
1830,43,0,117
1410,105,131,401
1410,35,61,109
8K
210,3,8,209
1410,87,113,309
6K
200,0,5,606
1400,136,110,506
1.5MKF
430,7,8,407
8
15E6
-400
200
-360
90
1E-9
1E-4
2
4
5
A
27
1
N
N
Y
ESC
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
N
10
10
.5
1
2
50
.001
2
27
1
N
N
Y
*
Y
N
1E-2
1E-2
5
1
2
1/-1
6
7
3
Z
N
N
Y
27
1
N
N
Y
N
Y
N
.001
2
1
0
STD
1
1E6
-1
1E-6
1E-6
Висновок: в результаті виконання циклу лабораторних робіт я ознайомився з програмою аналізу електричних принципових схем Microcap, а також відлагодив схему електричну принципову і здійснив трансцидентний, частотний і температурний аналіз.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора