Пакеты для разработки аппаратных средств электронных устройств

В современных условиях почти на всех перечисленных этапах должны использоваться специализированные системы автоматизированного проектирования электронных устройств (Electronic Design Application - EDA). Поэтому основные направления проектирования, можно разделить на следующие задачи:

моделирование смешанных аналого-цифровых устройств;

моделирование и синтез логики для ПЛИС;

схемотехническое и электромагнитное моделирование СВЧ-устройств;

поведенческое моделирование на уровне структурных схем;

проектирование печатных плат;

анализ электромагнитной совместимости;

тепловое моделирование;

средства подготовки печатных плат к производству;

проектирование топологий БИС;

проектирование электротехнических схем и чертежей.

Современные средства проектирования позволяют решать не одну задачу проектирования, а группу задач. Стоимость EDA продуктов сильно зависит от их функциональности, поэтому надо знать основные детали, которые следует иметь в виду при выборе системы проектирования.

Наиболее распространенной задачей при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ является моделирование аналого-цифровых устройств.Системы моделирования позволяют резко уменьшить объем экспериментальных исследований, для проведения которых требуется приобретение дорогостоящих измерительных приборов, радиодеталей, трудоемкая сборка и длительная настройка макетов.

Применение программ моделирования позволяет всесторонне исследовать разрабатываемые устройства в различных режимах работы (например, в предельно допустимых режимах), что сложно выполнить экспериментальными методами. Результаты макетирования дают ограниченный объем информации о характеристиках разрабатываемой аппаратуры. Экспериментальные исследования отражают характеристики лишь конкретных единичных макетов. Они не позволяют оценить влияние статистического разброса параметров полупроводниковых и других элементов устройства, и поэтому трудно делать обобщающие выводы по результатам макетирования. Экспериментально сложно определить, какие последствия вызовет наихудшее сочетание параметров радиоэлементов, и что произойдет при отказе отдельных радиоэлементов. Опытным путем не просто исследовать влияние дестабилизирующих факторов, например, внешней температуры. Перечисленные проблемы, возникающие при экспериментальных исследованиях, легко преодолеваются путем моделирования работы устройств.

Программы моделирования могут с успехом использоваться и в учебном процессе. Это избавляет от необходимости делать значительные затраты на приобретение оборудования для лабораторных работ, исключает отказы оборудования из-за ошибочной коммутации, позволяет исследовать многие режимы работы устройств, которые недопустимы в реальных макетах.

Кратко рассмотрим назначение и применяемые САПР основных задач проектирования.

Разработка любого электронного устройства начинается с идеи, которая воплощается в виде структурной (укрупненной) схемы. Быстро проверить жизнеспособность и все возможные варианты будущей системы можно с помощью специальных программ функционального моделирования. Как правило, на функциональном уровне важно правильно оценить поведение замкнутых петель обратной связи в схемах регулировки тока или напряжения, начиная с момента включения. Здесь можно порекомендовать программы SimuLink, SysCalc, SystemView, LabView, Hyper-Signal Block Diagram, Dynamo, VisSim которые позволяют построить моделируемую систему из "кубиков" в точной аналогии со структурной схемой.

Обычно работа таких систем представляет собой конструктор, с помощью которого из стандартных "кубиков" строится структурная схема. В библиотеке выбирают нужный модуль, который затем переносят на схему.

После этого этапа проектируются принципиальные схемы самих блоков, осуществляется различные проверки и выбирается элементная база.

Объединение схемотехнического моделирования c функциональным моделированием обладает рядом достоинств, к которым, например, для связки программ MATLAB/Simulink и OrCAD, следует отнести:

моделирование с идеальными моделями, позволяющими доказать работоспособность моделируемого устройства;

моделирование радиоэлектронных проектов с использованием моделей компонентов PSpice;

большая библиотека компонентов для PSpice и блоков для Simulink;

полный доступ к окружающей среде PSpice для проектирования и отладки;

полный доступ к MATLAB для осуществления анализа и визуализация данных.