Проектирование сложных РЭА представляет многоэтапный иерархический процесс. Содержание и число этапов проектирования зависит от многих причин, основными из которых являются особенности объекта и конечные цели его проектирования, используемая элементная база, имеющийся математический аппарат, возможности технологии и.т.д.
Одним из основных факторов, определяющих структуру процесса проектирования, является ограниченность возможности выполнения большого количества расчетов, даже при использовании мощных ЭВМ.
В связи с этим процесс проектирования разбивается на уровни, каждому из которых соответствует решение определенных задач, характерных для этого уровня. Классификация уровней представлена во второй колонке. Рассмотрим эти уровни.
Таблица 1.1
Иерархия уровней сложности РЭА и уровней проектирования
|
Иерархия уровней сложности РЭА |
Иерархия функциональных уровней автоматизированного проектирования |
Математический аппарат |
||
|
Уровень |
Подуровень |
Теоретические методы |
Численные методы реализации |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Функциональные комплексы (радиоизмерительные и радиоуправляющие системы) |
Автоматизированное системное проектирование (АСП) |
Системный анализ, исследование операций, теория игр, теория массового обслуживания |
Численные методы непрерывной и дискретной оптимизации, статистическое моделирование |
|
|
Автоматизированное структурное проектирование (АСтП) |
Информационный |
|||
|
Функциональные устройства (передатчики, приемники, микропроцессоры, ЗУ…) |
Точностный |
Спектральный анализ, ТАУ, теория цифровых автоматов, алгебра логики |
Численные методы моделирования и преобразования сигналов |
|
|
Автоматизированное функциональное и логическое проектирование (АФЛП) |
Функциональный |
|||
|
Регистровый |
||||
|
Логический |
||||
|
Функциональнее узлы (тракты ВЧ, НЧ, регистры, счётчики, сумматоры…) |
Автоматизированное схемотехническое проектирование (АСхП) |
Макро-модельный |
Теория электрических цепей с сосредоточенными параметрами |
Численные методы решения конечных и обыкновенных дифференциальных уравнений |
|
Элементный |
||||
|
Функциональные элементы (генераторы, усилители, фильтры…) |
Автоматизированное проектирование компонентов (АПК) |
Модели с сосредоточенными параметрами |
Методы математической физики и физики твердого тела |
Численные методы решения уравнений в частных производных |
|
Компоненты (транзисторы, диоды…) |
Модели с распределенными параметрами |
|||
На уровне системного проектирования изучается взаимодействие проектируемого объекта с окружающей средой
На уровне структурного проектирования определяются типы ФУС, образующих функциональный комплекс, и структура связей между ними, обеспечивающая заданные информационные и точностные характеристики ФК.
На уровне функционального (функционально-логического) проектирования обеспечивается выполнение РЭА типа ФУС и ФУ своего функционального назначения (например, выдача заданной последовательности выходных сигналов и временных соотношений между ними) на основе знания приближенной или идеализированной формы входных и внутренних сигналов.
На уровне схемотехнического проектирования прорабатывается форма сигналов для отдельных ФУ или ФЭ, а также рассчитываются уточненные значения их входных и внутренних параметров.
На уровне проектирования компонентов определяются параметры конструкции, материалов и технологии, обеспечивающие заданные характеристики отдельных компонентов (диодов, транзисторов).
Указанные уровни проектирования можно реализовать на основе двух подходов: информационного и физического.
При информационном подходе определяется лишь преобразование входного сигнала в выходной без изучения внутренних физических процессов и без учета физических законов сохранения или равновесия, определяющих или сопровождающих это преобразование. В связи с этим все информационные модели имеют вид "черного ящика" с однонаправленным прохождением информации, для которого известна функция или алгоритм F преобразования входного сигнала х в выходной y: y=F(x). Информационный подход используется при системном, структурном, и функциональном проектировании.
При физическом подходе проектирование выполняется с учетом реальных физических законов, например законов равновесия (законов Кирхгофа) или законов сохранения (уравнения непрерывности). Эти законы играют роль ограничений-равенств, которые нужно соблюдать в каждый момент времени, что приводит к необходимости численного решения уравнений равновесия или сохранения. В связи с этим время моделирования численного решения уравнений равновесия или сохранения. В связи с этим время моделирования на ЭВМ устройств при физическом подходе существенно (на несколько порядков) превышает время моделирования на ЭВМ устройств при информационном подходе. Соответственно, сложность РЭА, допускающей автоматизированное проектирование на основе физического подхода, на несколько порядков ниже, чем на основе информационного. Иногда при информационном подходе используются модели, составленные на основе физического подхода, но с исключенными внутренними переменными, так что модель приобретает вид y = F(x), характерный для информационных моделей.