13.1.3 Аналіз по розкиду температури

Варіація параметра оточуючого середовища (температури) застосовується під час проведення всіх видів одноварінатного аналізу.

Якщо розкид температури не використовується, схема буде моделюватися при заданій температурі 27C^◦, яку можна змінювати в діалоговому вікні Analysis Options. Оскільки моделі елементів містять температурні залежності для основних параметрів [16], при зміні температури характеристики будуть у вигляді сімейств, як, наприклад ВАХ стабілітрона на рисунку 13.2.

Рисунок 13.2 – ВАХ стабілітрона з температурною варіацією (20-100⁰С)

При дослідженні в EWB [3], в діалоговому вікні задається початкова, кінцева температура і крок, а також вузол, в якому будуть спостерігатися зміни. Результати аналізу схеми підсилювача (рисунок 4.1) представлені на рисунку 8.3, з якого видно, що викривлення форми вихідного сигналу простежується у випадках виходу значень температури за межі нормальних робочих.

Рисунок 13.3 – Осцилограми вихідної напруги з температурною варіацією

13.1.4 Методика параметричної оптимізації

a) Для дослідження пристрою спочатку необхідно створити креслення схеми в редакторі схем Circuit Editor.

b) Вибирається вид аналізу, наприклад, перехідні процеси.

c) Пошук напряму для параметричної оптимізації здійснюється багатоваріантними видами аналізу, наприклад, Stepping, окремим розрахунком чутливості (Sensitivity) для визначення складу варійованих / впливаючих параметрів в цільовій функції, тобто для її мінімізації.

e) Наступний етап – оптимізація схеми. Команда стає доступною тільки після виконання аналізу. Запускаємо вікно настройки оптимізації, що дозволяє виконувати оптимізацію параметрів компонентів схеми і її моделей по критеріях, вказаних в Додатку Е. При цьому можлива оптимізація по максимальному (Maximizes), мінімальному (Minimizes) або заданому (Equates) значенню вибраного критерію.

Якщо знайдені значення нас влаштовують, то можна натискати на кнопку Застосувати, і знайдені значення перенесуться на схему.

13.2 Етапи виконання роботи

1. Провести багатоваріантний аналіз по температурі для схеми підсилювача випрямляча із фільтром (файл choke.cir), або розробити модель схеми випрямляча (діодного мосту) та проаналізувати при варіації параметрів елементів вихідного фільтру.

2. Дослідити схеми opt.cir з бібліотеки МС9, вивчити правила формування цільових функцій та обмежень.

3. Оптимізувати значення опору в колі затвора для ключа на МОНТ (загальний виток) із активним навантаженням, при якому час вмикання/вимикання буде мінімальним.

13.3 Контрольні питання

1. Мета та методика багатоваріантного аналізу.

2. Мета та методика параметричної оптимізації схем.

3. Методи евристичного синтезу/оптимізації (експертних оцінок).

14.Лабораторна робота №14

Тема: Синтез та аналіз цифрових пристроїв в середовищі Electronics Workbench

Мета: Оволодіти навичками автоматизованого синтезу та аналізу цифрових схем в EACD.

Electronics Workbench (EWB) дозволяє виконувати моделювання цифрових, аналогових та аналого-цифрових пристроїв в одній оболонці з можливістю зміни параметрів компонентів під час моделювання. У EWB є віртуальні контрольно-вимірювальні прилади для вимірювання і подальшої візуалізації струмів, напруг, осцилограм у вузлах схеми. Віртуальні прилади зовні і по інтерфейсу користування не відрізняються від звичайних приладів. Для аналогових, і цифрових компонентів використовуються математичні моделі, прийняті в відомій програмі PSpice [12]. Для моделювання застосовується 32-розрядний алгоритм SPICE 3F5.

Результати аналізу формуються як на віртуальних контрольно-вимірювальних приладах, так і в окремому вікні у вигляді закладок записної книжки.У повній версії EWB являє собою систему наскрізного проектування, оскільки включає в себе програму розведення друкованих плат (ПП). Програма автоматично вибирає з бібліотеки корпуси елементів, які використовуються в схемі (якщо вони не задані користувачами), і виробляє з'єднання висновків корпусів елементів відповідно до електричної схемою (списком з'єднань - NetList) та вимогами проектувальника (ширина доріжок, крок сітки, кількість шарів).

Етапи побудови електричної схеми.

Для побудови електричної схеми необхідно:

 вибрати елементи з запропонованого набору;

 розмістити їх на робочому полі в потрібній конфігурації;

 з'єднати компоненти між собою проводами;

 задати параметри елементів;

 приєднати вимірювальні прилади;

 задати режими роботи приладів;

 клацнути по кнопці "Пуск" для запуску в дію електричної схеми.

Для синтезу та аналізу цифрових схем використовуються такі віртуальні прилади, як логічний перетворювач, генератор слів, логічний осцилограф / аналізатор.

Логічний перетворювач являє собою пристрій, що дозволяє синтезувати і перетворювати (конвертувати) логічні схеми в схемні діаграми, таблиці істинності, логічні вирази. Зовнішній вигляд приладу наведено на рисунку 14.1.

Логічний перетворювач, як прилад, містить:

• вхідні та вихідний термінали / вузли підключення;

• текстова рядок для введення логічних виразів, які підлягають перетворенню;

• панель управління перетворенням.

Дисплей перетворювача складається з трьох зон. У лівій вертикальній формуються порядково, починаючи зі значення 000, десяткові еквіваленти двійкових чисел, присутніх на середньому полі. Права колонка є вихідний і відображає результат взаємодії логічних сигналів.

Р исунок 14.1 – Логічний перетворювач

Управління логічним перетворювачем

Введення даних в "таблицю істинності" може здійснюватися в двох областях. Перша область заповнюється за допомогою вхідних терміналів, розташованих над дисплеєм і позначених символами від "а" до "h". Після клацання на будь-якому з терміналів (що рівнозначно підключенню до приладу відповідного розряду вхідного двійкового числа) під ним по вертикалі з'являються набори двійкових чисел, склад і розташування яких залежить від того, чи є в даний момент інші виділені термінали. При цьому в лівій колонці відображаються десяткові еквіваленти двійкових комбінацій по рядках. Активізація всіх восьми терміналів дозволяє представити в двійковій формі числа від 0 до 255.

По мірі заповнення середнього поля дисплея в правій колонці вихідний проти кожного рядка вписується значення 0, яке на наступному етапі перетворення буде змінюватися або автоматично, або вручну, залежно від розв'язуваної задачі.

Символ "х" у вихідний колонці вказує, що прийнятно будь-яке значення / невизначений стан.

Друга область введення даних розташовується знизу під екраном і являє собою текстовий рядок.

Види логічних перетворень

Праворуч від дисплея розташована панель "CONVERSIONS" (перетворення). У цій панелі використовуються наступні мнемознаки:

• - схема пристрою;

•  - напрямок перетворення;

• - таблиця істиності;

• - логічний вираз;

• - спростити;

• NAND - синтезувати в базисі І-НІ.

Типи перетворень:

• [схема пристрою  таблиця істинності];

Це перетворення дозволяє отримати таблицю істинності логічного пристрою з вигляду його електричної схеми, отриманої з використанням логічних елементів з бібліотеки.

Для перетворення необхідно:

підключити термінали зображення таблиці істинності до входів схеми, враховуючи їх позначення "а" - "h" на лицьовій панелі приладу;

з'єднати вихід схеми з останнім терміналом на символі приладу "ОUT" (вихід).

• [таблиця істинності  логічний вираз];

Таблиця істинності логічного пристрою є проміжним етапом у процесі розробки цифрової схеми. Аналіз логічної схеми з використанням апарату Бульової алгебри передбачає її опис логічним виразом. Результат перетворення у вигляді логічного виразу з'явиться в текстовому рядку під екраном дисплея. При цьому в якості логічних змінних будуть використовуватися літерні позначення вибраних вхідних терміналів.

• [таблиця істинності  спрощений логічний вираз];

Це перетворення мінімізує логічний вираз, для спрощення використовується метод Квайна-Мак-Класки, який дозволяє оперувати великою кількістю змінних. Щоб спростити логічне вираження, спочатку необхідно перетворити його в таблицю істинності.

• [логічний вираз  таблиця істинності] ;

• [логічний вираз  схема в розширеному базисі] ;

• [логічний вираз  схема в базисі "І-НІ"] .

Генератор слів

Генератор слів застосовується для формування 16-бітних зразкових сигналів, які керують цифровою схемою (рисунок 14.2).

У лівій частині лицьової панелі генератора - вікно з лінійкою прокрутки для введення коду в шістнадцятковій формі (0000 - FFFF). Кількість осередків пам'яті - 1000. У правій частині знаходяться органи управління генератором: редагування, організація способу подачі даних, установка частоти і способу синхронізації. У нижній частині розташовані термінали для підключення до схеми з індикацією значення бітів.

При підключенні слід мати на увазі, що молодший розряд слова розташовується праворуч. Горизонтальна смужка підсвічує поточне слово у вікні прокрутки, а на панелі "Адреса" у вікнах висвічуються шістнадцяткові значення початку, кінця блоку пам'яті і поточне значення адреси комірки. У вікні "двійковий" висвічується поточне двійкове значення слова. У цьому ж вікні в режимі редагування можливе введення даних двійковим, шістнадцятковим кодом, або в кодуванні ASCII.

Команда "Step" (крок) при кожному зверненні до неї передає на вихід одне слово (16 біт).

Команда "Burst" (пакет) посилає на вихід послідовно всі запрограмовані слова або їх блок.

Команда "Cycle" (цикл) продовжує циклічно повторювати введені зразки слів до натискання кнопки зупинки моделювання.

При необхідності зупинятися, потрібно застосовувати команду "Breakpoint" (точка зупинки).

К оманда "Pattern" (зразок) дозволяє завантажувати вже існуючі набори даних або формувати запрограмовані зразки (зростання і спадання числової послідовності, організація зсуву вліво і вправо одиниці в двійковому слові).При подключении следует иметь в виду, что младший разряд слова располагается справа. Горизонтальная полоска подсвечивает текущее слово в окне прокрутки, а на панели “Адрес” в окнах высвечиваются шестнадцатиричные значения начала, конца блока памяти и текущее значение адреса ячейки. В окне “Двоичн.” высвечивается текущее двоичное значение слова. В этом же окне в режиме редактирования возможен двоичный ввод данных наравне с шестнадцатиричным или в кодировке ASCII.

Рисунок 14.2 – Вид генератора

Логічний аналізатор являє собою 16-кaнaльний осцилограф, що показує значення логічних сигналів в різних точках цифрової схеми у вигляді імпульсів прямокутної форми. При цьому інформація про кожне слово подається як в двійковій, так і в шістнадцятковій формі. Зовнішній вигляд приладу представлений на рисунку 14.3.

При підключенні логічного аналізатора слід мати на увазі, що нумерація входів від молодших до старших відбувається зверху вниз. У полях терміналів, розташованих з лівого боку приладу відображаються логічні значення бітів поточного слова.

Блок синхронізації.

Синхронізація логічного аналізатора може бути як внутрішньою, так і зовнішньою. При натисканні в блоці синхронізації на кнопку "Set ..." з'являється меню, в якому визначається зовнішня чи внутрішня синхронізація, частота останньої (1 Гц ... 999 МГц), а також спрацьовування по позитивному або негативному фронту сигналу.

Рисунок 14.3 – Зовнішній вигляд логічного аналізатора