Компьютерный анализ электронных схем: Рабочая программа дисциплины

Министерство образования Российской Федерации УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ-УПИ УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ___________________

В. И. Лобанов

___________________

2001 г.

РА Б О Ч А Я П Р О Г РА М М А Д И С Ц И П Л И Н Ы К О М П Ь Ю Т Е Р Н Ы Й А Н А Л И З ЭЛ Е К Т Р О Н Н Ы Х С Х Е М Рекомендована Методическим советом УГТУ-УПИ для направления 654200 - Радиотехника специальности 200700 - Радиотехника

ЕКАТЕРИНБУРГ 2001

1.

Цели и задачи дисциплины

Математические основы моделирования компонентов РЭС различного уровня сложности; алгоритмы анализа аналоговых и цифровых устройств; методы оптимизации проектных решений; методы моделирования полей; использование пакетов прикладных программ.

2.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

¾ Знать методы и алгоритмы автоматизированного формирования и решения уравнений аналоговых радиоэлектронных средств; ¾ Приобрести навыки использования моделей компонент радиоэлектронных схем; ¾ Уметь ставить и решать задачи схемотехнического этапа проектирования аналоговых радиоэлектронных средств; ¾ Правильно интерпретировать результаты компьютерного моделирования и принимать решения по оптимизации параметров и характеристик аналоговых радиоэлектронных средств.

3.

Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПЗ) Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Другие виды аудиторных занятий Самостоятельная работа Курсовой проект Курсовая работа Расчетно-графическая работа Графическая работа Расчетная работа Домашняя работа Домашнее задание Реферат Другие виды самостоятельных занятий Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

Всего часов

Семестры

100 51 34 17 49 -

4 4 4 4 4 4 -

Зачет

4

4.

Содержание дисциплины 4.1.

Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п

Раздел дисциплины

Лекции, час

1

Введение Математические модели компонентов РЭС для автоматизированного проектирования Методы формирования уравнений электрических цепей Введение в численные методы решения уравнений электрических цепей Расчет цепи по постоянному току Анализ цепи с помощью схемных функций Использование методов теории чувствительности для анализа и расчета радиоэлектронных устройств Параметрическая оптимизация Заключение ИТОГО:

2

2 3 4 5 6 7 8

9

4.2.

ПЗ, час

С, час

ЛР, Час

2 6

5

6

4

3 3 4

4

4

4

2 32

17

Содержание разделов дисциплины

ВВЕДЕНИЕ Жизненный цикл сложной технической системы. Общие сведения о процессе проектирования технической системы. Блочно-иерархический подход при проектировании сложной технической системы. Задачи схемотехнического проектирования. Компоненты САПР. Уровни КТС САПР. Связь САПР с ГАП. Раздел 1. Математические модели компонентов РЭС для автоматизированного проектирования Основные элементы электронных схем. Независимые и зависимые источники. Описание цепей с реактивными компонентами с помощью преобразования Лапласа. Идеальные четырехполюсники. Линейные и нелинейные модели полупроводниковых компонентов. Раздел 2. Методы формирования уравнений электрических цепей Методы узловых потенциалов и контурных токов. Достоинства и ограничения. Табличный метод формирования уравнений цепи. Направленные графы. Матрицы инциденций, сечений и контуров, топологические методы составления уравнений РЭС. Модифицированный метод узловых потенциалов на основе одиночного графа. Модифицированный метод узловых потенциалов на основе двух графов - токов и напряжений. Раздел 3. Введение в численные методы решения уравнений электрических цепей Решение линейных уравнений методом треугольного разложения. Принципы учета разреженности матриц. Простые методы интегрирования при решении 3

дифференциальных уравнений. Порядок метода интегрирования и ошибка усечения. Устойчивость метода интегрирования. Численные методы интегрирования дифференциальных уравнений при анализе нелинейных схем. Раздел 4. Расчет цепи по постоянному току Алгоритм Ньютона-Рафсона. Применение метода узловых потенциалов для расчета цепи по постоянному току. Чувствительность по постоянному току. Расширенный анализ на постоянном токе. Раздел 5. Анализ цепи с помощью схемных функций Функции цепи, нуль-полюсное представление функций цепи. Формирование функций цепи с помощью ЭВМ. Определение полюсов и нулей из системы уравнений. Связь функций цепи с другими характеристиками: комплексным коэффициентом передачи, импульсной и переходной характеристиками. Численные методы обратного преобразования Лапласа в задачах анализа РЭС. Раздел 6. Использование методов теории чувствительности для анализа и расчета радиоэлектронных устройств Чувствительность функций цепи к вариациям внутренних параметров РЭС. Многопараметрическая чувствительность. Расчет чувствительности на ЭВМ. Применение метода присоединенной системы уравнений для расчета чувствительности. Статистический анализ и расчет наихудшего случая. Раздел 7. Параметрическая оптимизация Классическая теория оптимизации. Целевая функция. Метод множителей Лагранжа при минимизации с ограничениями. Основной итерационный алгоритм. Постановка задачи параметрической оптимизации РЭС. Критерии оптимальности. Стратегия решения задачи оптимального проектирования РЭС. Алгоритмы глобального поиска. Методы и алгоритмы локального поиска: прямые и градиентные методы поиска минимума целевой функции. Заключение Проблемы и перспективы развития автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств. Возможные направления решения задач структурного синтеза РЭС.

5.

Лабораторный практикум

№ п/п

2

№ раздела дисциплины 3, 4, 7 3, 4, 7

3

3, 4, 7

4

8

1

Наименование лабораторных работ Расчет радиоэлектронных схем методом узловых потенциалов Расчет радиоэлектронных схем методом общего графа Расчет радиоэлектронных схем методом графов токов и напряжений Параметрическая оптимизация электронных схем

4

6.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1.

1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Рекомендуемая литература

Основная литература И.Влах, К.Сингхал. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М.: Радио и связь, 1988. 560 с. Диалоговые системы схемотехнического проектирования/ В.И.Анисимов, Г.Д.Дмитриев и др.: Под ред.В.И.Анисимова. М.: Радио и связь, 1988. 288 с. Справочник. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике/ Под редакцией .И. П. Норенкова. М.: Радио и связь, 1986. 318 с. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 128 с. Кийко В.В. Расчет радиоэлектронных схем методом узловых потенциалов: Методические указания к лабораторной работе. Екатеринбург, изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1992. 32 с. Кийко В.В. Расчет радиоэлектронных схем методом графов: Методические указания к лабораторной работе. Екатеринбург, изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1992. 36 с. Кийко В.В. Анализ радиоэлектронных схем с помощью схемных функций: Методические указания к лабораторной работе. Екатеринбург, изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1992. 35 с. Кийко В. В. Параметрическая оптимизация радиоэлектронных схем: Метод. указания к лаб. работе. Екатеринбург, УГТУ, 1996. 36 с.

6.2.

Средства обеспечения освоения дисциплины

1. Электронное учебное пособие по курсу АПРЭС/ В.В.Кийко, А.В.Коробицин, А.В.Соловьев. Екатеринбург. УГТУ-УПИ. 1998 - 2001.

7.

Материально-техническое обеспечение дисциплины 7.1.

Компьютерный класс

1. Ауд. Р-445

7.2.

Лаборатории и лабораторное оборудование

1. Принтер HP LaserJet

5

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего и среднего образования и учебным планом по направлению подготовки 654200 - Радиотехника, специальности 200700 - Радиотехника. Программу составил (и): Кийко В.В., доцент, к. т. н., кафедра радиоэлектроники информационных систем Программа одобрена на заседании кафедры радиоэлектроники информационных систем (протокол № 11/01 от «_20 » _сентября___ 2001 г.) Заведующий кафедрой _____________________________ Калмыков А. А.. Программа одобрена на заседании выпускающей кафедры радиоэлектроники информационных систем (протокол № 11/01 от «_20 » _сентября___ 2001 г.) Заведующий кафедрой _____________________________ Калмыков А. А.. Программа одобрена на заседании Методической комиссии Радиотехнического факультета (протокол № ____ от «____» ____________ 2001 г.) Председатель Методической комиссии _______________ Дружинина О.Г.

Аннотация содержания дисциплины Дисциплина посвящена изучению основ автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств. Особое внимание уделено методам формирования уравнений аналоговых электронных схем и численным методам их решения. Подробно изучаются методы формирования уравнений с использованием теории графов и параметрической оптимизации.

Редактор

Подписано в печать Бумага типографская Уч. – изд. л.

.

Формат 60*84 1/16 Печать офсетная Усл. печ. л. Тираж Заказ Цена “С” Издательство УГТУ 620002, Екатеринбург, Мира, 19 ЗАО УМЦ – УПИ 620002, Екатеринбург, Мира, 17