Алгоритмы трассировки печатных плат
Задача трассировки состоит в построении соединений между выводами элементов, размещенных в заданном монтажно-коммутационном пространстве (МКП) в соответствии с принципиальной схемой устройства при учете конструктивных ограничений. МКП предназначено для размещения конструктивных модулей и трассировки соединений между их контактами, которые должны быть соединены электрическими цепями. При автоматизированном проектировании печатных плат МКП разбивается на элементарные площадки или дискреты рабочего поля (ДРП). Для задач трассировки ДРП является квадратом со сторонами, равными ширине проводников плюс зазор между ними. При этом считается, что проводник из каждого дискрета может быть проведен только в соседний ДРП. Обычно трасса формируется в виде множества связанных отрезков, соединяющих ДРП. При решении задачи трассировки учитываются следующие критерии качества:
Минимальная суммарная длина соединений.
Минимальное число соединений, длина которых превышает заданное значение.
Минимальное число переходов между слоями.
Минимальное число слоев.
Минимальные паразитные помехи.
Уровень помех, наводимых в каждой трассе, не превышает допустимого значения.
Число соединений (паек) к одному выводу не превышает заданного значения.
Минимальное число углов в соединении.
В общей проблеме автоматизации конструкторского проектирования трассировка соединений – это наиболее трудная задача. Исходной информацией в задаче трассировки в общем случае являются как список цепей проектируемой схемы, так и параметры конструкций элементов (форма и геометрические размеры) и монтажного пространства (допустимые расстояния, форма соединений, число пересечений и т.п.), а также данные по размещению элементов. Трассировка осуществляется между точками, координаты которых заданы в абсолютных или относительных единицах.
В последовательных конструктивных алгоритмах трассы цепей проводят в определенном порядке, одну за другой. Выбор очередности – эвристический. Обычно начинают прокладку трасс либо с самых длинных соединений, так как в сильно заполненном монтажном пространстве их труднее формировать, либо с самых коротких соединений, которые плотнее заполняют монтажное пространство. Проложенные трассы фиксируются и при дальнейшей трассировке рассматриваются как препятствия, т.е. как занятые ячейки монтажного пространства. Таким образом, в последовательных алгоритмах осуществляется локальная оптимизация при прокладке каждой трассы, но в результате после проведения ряда трасс некоторые участки монтажного пространства могут блокироваться, что не позволяет выполнить трассировку автоматически.
В итерационных алгоритмах после прокладки всех трасс, которая осуществляется без учета взаимного влияния трасс, определяется функция качества трассировки как взвешенная сумма параметров трассы (длина, число пересечений, число перегибов). Наихудшие трассы удаляются, и процесс трассировки повторяется с учетом лучших соединений как препятствий.
Большинство известных универсальных алгоритмов трассировки основываются на волновом алгоритме определения пути (трассы соединений элементов), минимизирующем некоторую многомерную функцию качества этого пути. На первом этапе работы волнового алгоритма на множестве ДРП от первого контакта трассируемой цепи (источника) ко второму контакту (приемнику) распространяется числовая волна. При этом последовательно шаг за шагом строится очередной фронт волны, в котором каждому ДРП присваивается вес по формуле pt=pt-1+e, где pt и pt-1 – веса ДРП в t-м и (t-1)-м фронтах, e - некоторая функция, в простейшем случае равная +1, t – фронт волны, распространяющийся из ДРП, принадлежащих (t-1)-му фронту, только на соседние ячейки, имеющие с ячейками предыдущего фронта общую сторону.
Чтобы исключить неопределенности в выборе веса ДРП, которые могут возникнуть при распространении числовой волны и при проведении трассы, вводят путевые координаты, задающие предпочтительное направление движения трассы, например вверх, направо, вниз, налево.
Процесс распространения волны продолжается до тех пор, пока ее расширяющийся фронт не достигнет второго контакта (приемника) или на каком-то шаге не найдется ни одной свободной ячейки, которая могла бы быть включена в очередной фронт, что соответствует невозможности проведения трассы при заданных ограничениях.
Если в результате распространения волны по свободным ДРП коммутационного пространства числовая волна достигнет второго контакта трассируемой цепи (приемника), то процесс распространения волны прекращается и начинается второй этап трассировки – проведение пути. Для этого необходимо, начиная от ДРП, в котором располагается второй контакт (приемник трассируемой цепи), двигаться в направлении, противоположном направлению распространения волны, последовательно переходя от ДРП с большим весом pt к соседнему ДРП с меньшим весом pt-1, следя за тем, чтобы значения веса монотонно убывали. Ячейки ДРП, выделенные в ходе указанного процесса, определяют искомое оптимальное соединение.
Трассировка цепей, содержащих более двух контактов, проводится в несколько этапов. На каждом этапе к цепи присоединяется один контакт, и источником волны для следующего этапа становятся все ранее проведенные проводники, что позволяет получить близкую к минимально возможной суммарную длину всех проводников.
Работа простейшего волнового алгоритма представлена на рис. 4.3. В данном примере соединяются элементы А и В, расположенные в точках (1, 4) и (4, 7) регулярного МКП. Цифрами 0, 1, 2, ..., 14 показаны “фронты” распространения волны от точки (1, 4) – состояние 0, до тех пор, пока она не достигает точки (4, 7) – состояние 14. Оптимальная трасса получается соединением точек в обратной последовательности 14-13-...-1-0, как трасса, имеющая минимальную длину, обеспечивающая максимальную плотность монтажа и минимальное число изгибов. Штрихами показаны трассы, имеющие ту же длину, но худшие по остальным критериям. Модификации волнового алгоритма направлены на повышение быстродействия и уменьшение требуемого объема памяти.
Структура волнового алгоритма позволяет оптимизировать соединения по различным критериям: количеству пересечений, поворотов проводника, степени приближения проводника к уже проведенным соединениям, минимизации длины соединений и др.
 |
Рис. 4.3. Трассировка соединений волновым алгоритмом
при наличии препятствий
Трассировка с использованием другого эвристического алгоритма – лучевого – показана на рис. 5.4. При использовании этого алгоритма между соединяемыми точками А (5, 3) и В (4, 8) проводится луч. Основное направление (0) выбирается из начальной точки вдоль большей стороны прямоугольника, диагональю которого является луч (АВ). При переходе к следующей точке монтажного пространства определяется направление трассы, минимально отличающейся от направления луча. При необходимости обхода препятствий, образованных занятыми позициями, учитываются указанные на диаграмме приоритеты (нумерация направлений), начиная с нулевого. После проведения соединения (или в случае неудачного соединения), направление меняется на противоположное (ВА). Соответственно меняется и приоритет направлений. Из полученных соединений выбирается оптимальное. На рис. 4.4 штриховой линией отмечен оптимальный путь (его длина в два раза меньше первого), проложенный при проведении луча от В к А, т.е. в обратном направлении.
 | |||||||
 | |||||||
 | |||||||
|
Обычно с помощью лучевого алгоритма удается провести до 80% трасс, а более сложные по конфигурации неразведенные трассы проводят с помощью волнового алгоритма или вручную.
В связи с тем, что ни один из известных алгоритмов не гарантирует полной трассировки при автоматизированном проектировании, считается целесообразным, чтобы в развитых системах автоматизированного конструкторского проектирования было несколько различных программ трассировки и имелась возможность их совместного использования при решении одной задачи. Оставшиеся непроложенными после трассировки соединения дорабатываются конструкторами вручную или в диалоговом режиме взаимодействия с ЭВМ.
Трасса выбирается таким образом, чтобы минимизировать совокупный показатель, характеризующий качество трассы по используемым критериям.
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
Вариант №1.
Тема: «Разработка усилителя низкой частоты с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная усилителя низкой частоты, представленная на рис. 5.1.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры однотипных конденсаторов (С1, С2, С3, С6) укажите в директиве моделей компонентов (С=2.5 TC1=0.01 VC1=0.2). Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле РР.LIB. Амплитуда источника гармонического сигнала 20 мВ, частота 1 кГц. Моделирование проводится для температуры 580С. Варьируется емкость конденсатора C3 (10 мкФ, 30 мкФ, 50 мкФ, 100 мкФ).
По постоянному току, при изменениях напряжения источника питания от –3 В до –12 В с шагом 1 В, рассчитайте малосигнальные передаточные функции напряжения на резисторе R6 и потенциала на базе транзистора VT2.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 100 Гц до 1 КГц в 50 точках в линейном масштабе, уровень шума на резисторах R9 и R11.
Спектральный анализ напряжения на резисторе R11 проведите при частоте первой гармоники, равной 200 Гц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 5 мкс до 10 мкс c шагом вычислений 0,25 мкс и с шагом вывода данных 0,5 мкс.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: при анализе по переменному току - напряжение на резисторе R6, ток через R7, напряжение между базой VT5 и базой VT6.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: переходные процессы на резисторе R11 и диоде VD1.Уровень выходного шума в децибелах.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: действительную часть тока через конденсатор С3.
 |
Рис. 5.1. Схема электрическая принципиальная к варианту №1
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с минимальным числом изгибов печатных проводников;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Вариант №2.
Тема: «Разработка шумоподавителя с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная шумоподавителя, представленная на рис. 5.2.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры однотипных резисторов укажите в директиве моделей компонентов. Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле DAT.LIB. Источник гармонического сигнала имеет амплитуду 15 мВ при постоянной составляющей 0,5 В на частоте 500 Гц. Моделирование проводится для значений температур 200С, 250С, 500С и 800С.
По постоянному току при изменении напряжения источника питания от 5В до 20 В с шагом 5 В и коэффициента усиления транзистора VT4 (параметр BF) от 50 до 150 с шагом 10, рассчитайте чувствительности напряжения база-эмиттер транзистора VT2, и тока через диод VD3.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 1 кГц до 300 кГц в логарифмическом масштабе с количеством точек в декаде – 100, а также уровень шума на сопротивлении R3 и базе транзистора VT1. Спектральный анализ напряжения на резисторе R4 проведите при частоте первой гармоники, равной 1 кГц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 0 мкс до 15 мкс с автоматическим выбором шага вычислений и с шагом вывода данных, равным 10 нс.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: изменение постоянного напряжения между базой и эмиттером транзистора VT2 и на R4, изменение тока через диод VD3.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: переходные процессы на базе транзистора VT1, уровень выходного шума в относительных единицах и децибелах, частотные зависимости модуля напряжения на резисторе R7 и базе транзистора VT4.
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с максимальной плотностью печатного монтажа;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Рис. 5.2. Схема электрическая принципиальная к варианту №2
Вариант №3.
Тема: «Разработка полосового усилителя с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная полосового усилителя, представленная на рис. 5.3.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры однотипных резисторов укажите в директиве моделей компонентов. Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле IST.LIB. Источник гармонического сигнала имеет амплитуду 1 мВ на частоте 100 кГц.
Моделирование проводится для значения температуры 200С и при изменении коэффициента усиления транзистора VТ4 (параметр BF) от 50 до 500 с шагом 50.
По постоянному току при изменениях напряжения источника питания от -3 В до –15 В с шагом 3 В рассчитайте малосигнальную передаточную функцию напряжения база-эмиттер транзистора VT3 и на R9.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 100 кГц до 1 МГц в логарифмическом масштабе с количеством точек в октаве 20 и уровень шума на коллекторе транзистора VT3.
Спектральный анализ напряжения на сопротивлении R6 проведите при частоте первой гармоники, равной 100 кГц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 0 мкс до 7 мкс с шагом вычислений 0,01 мкс и с шагом вывода данных 0,05 мкс.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: постоянное напряжение на R16, потенциал базы транзистора VТ3 и ток через резистор R3.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: результаты анализа по переменному току для потенциала на базе транзистора VТ3. Уровень входного и выходного шума в относительных единицах.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: ток через диод VD2, потенциал на коллекторе транзистора VT4.
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с минимальным числом изгибов печатных проводников;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Рис. 5.3. Схема электрическая принципиальная к варианту №3
Вариант №4.
Тема: «Разработка усилителя тока с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная усилителя тока, представленная на рис. 5.4.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры однотипных резисторов (R2, R4-R6, R8, R11, R15) укажите в директиве моделей компонентов. Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле DETL.LIB. Источник гармонического сигнала с постоянной составляющей 0,5 В имеет амплитуду 0,7 В на частоте 1 кГц;
Моделирование проводится для cтандартного значения температуры 270С и при изменении сопротивления R9 от 5 К до 50 К с шагом 5 К.
По постоянному току при изменениях напряжения источника питания от 10 В до 20 В с шагом 1 В в линейном масштабе рассчитайте чувствительность потенциала базы транзистора VT2 и тока через резистор R6.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц в логарифмическом масштабе в 500 точках, а так же уровень шума на сопротивлении R15 и затворе транзистора VT4.
Спектральный анализ напряжения на сопротивлении R13 проведите при частоте первой гармоники, равной 2 кГц.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: изменение постоянного напряжения на R15 и потенциала базы транзистора VТ2. Частотные зависимости фазы (в радианах) на нагрузке и модуля (в децибелах) напряжения на R15. Переходные процессы на базе транзистора VT5.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: ток через конденсатор С4.
Рис. 5.4. Схема электрическая принципиальная к варианту №4
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с максимальной плотностью печатного монтажа;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Вариант №5.
Тема: «Разработка предварительного усилителя с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная предварительного усилителя, представленная на рис. 5.5.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры всех резисторов укажите в директиве моделей компонентов. Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле HOME.LIB. Источник гармонического сигнала с амплитудой 1 мВ и частотой 1 кГц.
Моделирование проводится для значений температуры –300С, 500С и для значений сопротивления R8 200 КОм, 500 КОм, 1 МОм, 2 МОм, 2.5 МОм.
По постоянному току при изменениях напряжения источника питания от 10 В до 25 В с шагом 5 В в логарифмическом масштабе, рассчитайте малосигнальную передаточную функцию напряжения эмиттер-база транзистора VT3 и на нагрузке R12.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 10 Гц до 20 кГц в логарифмическом масштабе с количеством точек в декаде 25 и уровень шума на сопротивлении R12 и базе транзистора VT1.
Спектральный анализ напряжения на сопротивлении R11, коллекторе транзистора VT1 и тока через конденсатор C8 проведите при частоте первой гармоники, равной 1 кГц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 100 мкс до 1 мс с автоматическим выбором шага вычислений и с шагом вывода данных равным 50 нс.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: переходные процессы на R12 и коллекторе транзистора VТ3 и уровень шума в относительных единицах и децибелах. Изменение постоянного напряжения эмиттер-база транзистора VT3, потенциала базы транзистора VT2 и тока через конденсатор С8.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: модуль (в децибелах) потенциала базы транзистора VT3, напряжение на резисторе R8, ток базы транзистора VT2.
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с минимальным числом изгибов печатных проводников;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Рис. 5.5. Схема электрическая принципиальная к варианту №5
Вариант №6.
Тема: «Разработка предварительного усилителя с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная предварительного усилителя, представленная на рис. 5.6.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры конденсаторов укажите в директиве моделей компонентов (C=2.5 TC1=0.01 VC1=0.2). Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле PRIB.LIB. Источник гармонического сигнала с постоянной составляющей 0,5 мВ, амплитудой 5 мВ на частоте 1 кГц.
Моделирование проводится для значения температуры 300С и при изменении сопротивления R6 от 1 К до 10 К в логарифмическом масштабе с количеством точек в декаде 30.
По постоянному току при значениях напряжения источника питания 5 В, 10 В, 20 В и 30 В рассчитайте чувствительность напряжения на резисторе R6, ток через R10.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц в логарифмическом масштабе с количеством точек в октаве 10, уровень шума на сопротивлении R12 и R2.
Спектральный анализ напряжения на сопротивлении R12 и базе транзистора VT2 проведите при частоте первой гармоники, равной 1 кГц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 0 мкс до 1 мкс с шагом вычислений 0,05 мкс и с шагом вывода данных 0,1 нс.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: переходные процессы на сопротивлении R12 и напряжение база-эмиттер транзистора VТ1. Изменение постоянного напряжения на резисторе R2 и потенциал базы транзистора VT2.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: при анализе по переменному току – потенциал эмиттера транзистора VT2, напряжение на резисторе R8 и на конденсаторе С4, ток через резистор R4. Уровень шума в относительных единицах и децибелах.
Рис. 5.6. Схема электрическая принципиальная к варианту №6
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с максимальной плотностью печатного монтажа;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Вариант №7.
Тема: «Разработка предусилителя-корректора с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная предусилителя-корректора, представленная на рис. 5.7.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле BIB.LIB. Источник гармонического сигнала с амплитудой 8 мВ и частотой 1 кГц.
Моделирование проводится для значений температуры -300С, 200С и 500С при варьировании емкости конденсатора С2 1000 пФ, 10000 пФ, 0,001 мкФ и 10 мкФ.
По постоянному току при изменениях напряжения источника питания от +5 В до +50 В с шагом 5 В в линейном масштабе, рассчитайте малосигнальную передаточную функцию напряжения на R11 и на базе транзистора VT2.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе с количеством точек в декаде 25 и уровень шума на базе транзистора VT3.
Спектральный анализ напряжения на базе транзистора VT3 и коллекторе транзистора VT1 проведите при частоте первой гармоники, равной 0,5 кГц.
Переходные процессы исследуйте на интервале времени от 0 мс до 15 мс с шагом вычислений 0,025 мс и с шагом вывода данных равным 0,25 мс.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: изменение потенциала базы транзистора VT2, изменение напряжения на сопротивлении нагрузки. Переходные процессы на коллекторе транзистора VТ3 и резисторе R12. Уровень шума в относительных единицах и децибелах.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: действительную и мнимую части тока через конденсатор C8.
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с минимальным числом изгибов печатных проводников;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Рис. 5.7. Схема электрическая принципиальная к варианту №7
Вариант №8.
Тема: «Разработка усилителя низкой частоты с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная усилителя низкой частоты, представленная на рис. 5.8.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры однотипных резисторов (R1-R10) укажите в директиве моделей компонентов. Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле PARAM.LIB. Источник гармонического сигнала имеет амплитуду 50 мВ при постоянной составляющей 0,2 В, частоту 1 кГц.
Моделирование проводится для значений температуры -100С и 500С и при изменении коэффициента усиления (параметр BF) транзистора VT3 от 50 до 150 с шагом 20.
По постоянному току при изменении сопротивления резистора R3 от 3 кОм до 10 кОм в логарифмическом масштабе с количеством точек 200 рассчитайте чувствительность напряжения база-эмиттер транзисторов VT1 и VT2 и тока через диод VD3.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 5 Гц до 500 кГц в линейном масштабе с количеством точек 5000.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 0 мс до 12 мс с автоматическим выбором шага вычислений и с шагом вывода данных равным 0,05 мс.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: изменение постоянного напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2 и тока через диод VD3.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: переходные процессы на базе транзистора VT3 и уровень выходного шума в относительных единицах и децибелах, частотные зависимости модуля напряжения на конденсаторе C7 и резисторе R7.
Рис. 5.8. Схема электрическая принципиальная к варианту №8
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с максимальной плотностью печатного монтажа;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Вариант №9.
Тема: «Разработка линейного усилителя с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная линейного усилителя, представленная на рис. 5.9.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры однотипных конденсаторов (C1, C2, C4, C5) укажите в директиве моделей компонентов (C=2.5 TC1=0.01 VC1=0.2). Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле POLPROV.LIB. Источник гармонического сигнала с постоянной составляющей 0,25 В имеет амплитуду 100 мВ на частоте 1 кГц.
Моделирование проводится для значений температур -200С, 00С, 200С, 500С.
По постоянному току для конкретных значений напряжения источника питания 5 В, 10 В, 15 В, 20 В и 30 В и сопротивления нагрузки 500 Ом, 1 кОм, 3 кОм и 5 кОм рассчитайте малосигнальную передаточную функцию напряжения база-эмиттер транзистора VT3 и напряжения на резисторе R6.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 1 Гц до 100 кГц в логарифмическом масштабе с количеством точек в октаве – 20. Уровень шума на R10 и базе транзистора VT4.
Спектральный анализ напряжения на базе транзистора VT3, тока коллектора VT1 и тока через резистор R8 проведите при частоте первой гармоники, равной 1кГц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 0,3 мс до 10 мс с шагом вывода данных 0,1 мс.
Выведите результаты моделирования в виде таблицы: изменение постоянного напряжения на R11 и потенциала базы транзистора VТ4, частотные зависимости фазы (в радианах) на R11 и модуля напряжения база-эмиттер транзистора VТ3 (в децибелах). Переходные процессы на базе транзистора VТ3.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: ток через конденсатор C4.
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с минимальным числом изгибов печатных проводников;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Рис. 5.9. Схема электрическая принципиальная к варианту №9
Вариант №10.
Тема: «Разработка усилителя мощности звуковой частоты с использованием средств систем автоматизированного проектирования».
Исходные данные: схема электрическая принципиальная усилителя мощности звуковой частоты, представленная на рис. 5.10.
Требуется:
1) составить задание на моделирование на входном языке пакета программ PSpice;
2) рассчитать размеры ПП и выполнить размещение радиоэлектронных компонентов на односторонней ПП;
3) разработать топологию печатного монтажа с использованием волнового алгоритма трассировки;
4) разработать топологию печатного монтажа с использованием лучевого алгоритма трассировки.
Исходные данные для раздела «Схемотехническое моделирование».
При составлении задания на моделирование необходимо учитывать исходные данные и следующие условия моделирования.
Параметры полупроводниковых приборов считайте описанными в библиотечном файле SILIC.LIB. Источник гармонического сигнала с амплитудой 30 мВ и частотой 1 кГц.
Моделирование проводится для стандартного значения температуры +270С и при изменении сопротивления нагрузки от 10 Ом до 50 Ом с шагом 5Ом.
По постоянному току при изменении коэффициента усиления (параметр BF) транзистора VT3 от 10 до 210 в логарифмическом масштабе с количеством точек –500 рассчитайте чувствительность потенциала базы транзистора VT1 и напряжения на резисторе R13.
По переменному току рассчитайте частотные характеристики в диапазоне частот от 1 Гц до 1 кГц в линейном масштабе с количеством точек – 1000, а также уровень шума на резисторе R13 и базе транзистора VT5.
Спектральный анализ потенциала коллектора транзистора VT5 и напряжения на резисторе R13 проведите при частоте первой гармоники, равной 1000 Гц.
Переходные процессы проанализируйте на интервале времени от 0 мс до 6 мс с автоматическим выбором шага вычислений и с шагом вывода данных, равным 25 мкс.
Выведите результаты моделирования в виде графиков: переходные процессы на R13 и коллекторе транзистора VТ1. Изменение постоянного напряжения эмиттер-база транзистора VT1, потенциала базы транзистора VT3 и тока через конденсатор С4.
Для использования в графическом постпроцессоре PROBE: модуль (в децибелах) потенциала базы транзистора VT3, напряжение на резисторе R5 и ток базы транзистора VT2.
Исходные данные для раздела «Проектирование печатной платы»:
плотность печатного монтажа –1-й класс;
волновой алгоритм трассировки с максимальной плотностью печатного монтажа;
лучевой алгоритм с использованием веерного приоритета направлений для обхода препятствий.
Рис. 5.10. Схема электрическая принципиальная к варианту №10
Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 5215;