Особенности разработки узлов и блоков радиоэлектронных средств с использованием средств систем автоматизированного проектирования

Использование средств САПР при проектировании РЭС позволяет перейти от традиционного макетирования разрабатываемой аппаратуры к ее моделированию с помощью персональных компьютеров (ПК). И более того, с помощью ПК возможно осуществление цикла сквозного проектирования, который включает в себя:

- синтез структуры и принципиальной схемы РТС;

- анализ его характеристик в различных режимах с учетом разброса параметров компонентов и наличия дестабилизирующих факторов, проведение параметрической оптимизации;

- синтез топологии, включая размещение элементов на плате и разводку межсоединений;

- верификацию (проверку) топологии;

- выпуск конструкторской документации.

Задачи структурного синтеза решаются с помощью узкоспециализированных программ, ориентированных на устройства определенного типа, создано, например, большое количество программ синтеза согласующих цепей, аналоговых и цифровых фильтров. Наибольшие достижения в построении программ структурного синтеза и синтеза принципиальных схем имеются в области проектирования цифровых устройств. Структура и принципиальная схема большинства устройств в существенной степени зависят от области применения и исходных данных на проектирование, что создает большие трудности при синтезе принципиальной схемы с помощью ЭВМ. Поэтому обычно первоначальный вариант схемы составляется инженером «вручную» с последующим моделированием и оптимизацией на ЭВМ.

Современные программы САПР работают в диалоговом режиме и имеют большой набор сервисных модулей. Пакеты программ САПР способны решать сложнейшие задачи моделирования РЭС, таких как источники питания, усилители, преобразователи сигналов и другие. Результатами моделирования являются режимы по постоянному току, осциллограммы сигналов, частотные и спектральные характеристики и даже температуры элементов. По своим возможностям программы моделирования могут даже превосходить измерительные приборы, например, они позволяют наблюдать осциллограммы токов и мощностей в элементах без внесения в устройство измерительных резисторов. Полученные результаты могут помочь выявить причины возможных или реальных неисправностей в устройстве, найти пути улучшения его качества. Использование программ моделирования позволяет проанализировать большое количество различных вариантов схемотехнического решения и выбрать из них наилучший, не потратив на это ни одного радиоэлемента.

Топология печатной платы разрабатывается после завершения схемотехнического моделирования. На этом этапе проектирования осуществляется размещение элементов на ПП и трассировка соединений. Наиболее успешно разрабатываются ПП цифровых устройств, где вмешательство человека в процесс синтеза топологии сравнительно невелико. Разработка аналоговых устройств требует гораздо большего участия человека в процессе проектирования, коррекции и при необходимости в частичной переделке результатов автоматизированного проектирования. Основная сложность при разработке аналоговой аппаратуры заключается в автоматизации синтеза топологии и обеспечении взаимодействия программ моделирования схем и синтеза топологии. Кроме того, достаточно сложно формализовать многочисленные дополнительные требования к аналоговым устройствам, например, требование электромагнитной совместимости компонентов.

Заключительным этапом разработки является верификация топологии. На нем проверяется соблюдение технологических норм, соответствие топологии принципиальной схеме, а также рассчитываются электрические характеристики схемы с учетом паразитных параметров, присущих конкретной конструкции.

В настоящее время существует несколько пакетов прикладных программ САПР, позволяющих автоматизировать каждую из стадий проектирования РЭС. При выборе САПР необходимо учитывать возможность прямой передачи результатов, полученных на одной стадии проектирования, на следующую стадию.

В отечественной практике часто используется следующий вариант:

1. Моделирование характеристик аналогового или цифрового узла РЭС, подлежащего впоследствии конструкторскому проектированию, выполняется на основе SPICE-технологии средствами пакета прикладных программ PSpice или его позднейших версий, получивших название MicroSim Design Lab.

2. Составление электрической принципиальной схемы модуля и проектирование топологии проводящего рисунка печатной платы выполняется средствами интегрированной САПР PCAD. Результатом этого этапа является интегральный образ печатной платы узла РЭС.

3. Довести результат проектирования до состояния конструкторского документа можно, выполнив следующую стадию проекта. Переход к этой стадии требует конверсии данных из формата «электронной» САПР PCAD в формат «конструкторской» САПР AutoCAD. Конвертированный образ печатного узла подвергается обработке, в результате которой создаются рабочие конструкторские документы в соответствии с требованиями ЕСКД.

Результатом прохождения по такой цепочке является комплект конструкторской документации на спроектированный модуль РЭС и файлы управляющей информации для автоматизированного производственного оборудования.