АВТОМАТИЗАЦИЯ СКВОЗНОГО СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

Развитие систем и устройств связи требует полной автоматизации процесса их проектирования для быстрого обновления РТУ. В статье описывается алгоритм работы сквозной САПР РТУ, включающий гибридную продукционную и объектно-ориентированную экспертные системы для синтеза структурных и принципиальных электрических схем РТУ, моделирование методами узловых потенциалов и переменных состояния и распределенную динамическую базу данных параметров электронных компонентов.

ABSTRACT

Development of communication systems and devices demands in the full automation of its designing process for fast updating. In clause there is described the process algorithm, including hybrid production and object-oriented expert systems for structural and basic electric circuits synthesis, modeling by methods of central potentials and distributed status variables and dynamic database of electronic components parameters.

Ключевые слова: база данных, радиотехническое устройство, экспертная система, радиотехника, САПР, синтез, анализ, принципиальная схема.

Keywords: database, radio engineering device, expert system, radio engineering, CAD, synthesis, analysis, schematic diagram.

Введение

Развитие систем и устройств связи требует полной автоматизации процесса их проектирования для быстрого обновления РТУ. Создание нового поколения элементной базы и увеличение требований к электрическим и конструктивным параметрам способствует повышению надежности и серийности РТУ, а также значительному росту объема научно-технической информации. Это ставит проектировщиков в ситуацию, когда они уже не в состоянии традиционными методами проектировать РТУ [3].

Анализ состояния отечественных предприятий с точки зрения их готовности к разработке современной радиоэлектронной аппаратуры и систем связи показывает, что существует отставание даже ведущих предприятий страны от общепринятого международного уровня разработки таких изделий. Вместе с тем проведенный анализ показывает, что в течение рассматриваемого периода ситуация на рынках телекоммуникационного оборудования будет качественно меняться. Это потребует от отечественных производителей понимания происходящих изменений и проведения в организации комплекса мероприятий, необходимых для производства и продвижения продукции на рынках средств связи.

Таким образом, для увеличения роста объемов производства на предприятиях, быстрого обновления номенклатуры и вывода на рынок телекоммуникационного оборудования требуется полная автоматизация процессов проектирования. Она должна не только повышать производительность труда проектировщиков, но и качество принимаемых ими проектных решений.

Методы автоматизации процесса проектирования

Рассмотрение известных методов проектирования показало, что ЭС широко и эффективно применяются для проектирования широкого класса систем и устройств во многих областях техники. Они способны накапливать знания и моделировать процесс решения специалистами неформализуемых задач на основе профессионального опыта [3]. Проведенный анализ особенностей ЭС показал целесообразность автоматического схемотехнического синтеза РТУ в ЭС. Они позволяют уменьшить время на проектирование, удешевить его процесс за счет накопления эмпирических знаний высококвалифицированных проектировщиков об области проектирования аналоговых РТУ и исключить нереализуемые или малоперспективные схемные решения. При этом для синтеза структурных схем аналоговых и аналого-цифровых РТУ целесообразно применять продукционную ЭС, а для синтеза принципиальных схем - объектно-ориентированную ЭС.

Для моделирования РТУ применяют ряд методов: метод контурных токов, холостого хода и короткого замыкания, наложения, узловых потенциалов и переменных состояния. Для проведения компьютерного моделирования целесообразно использовать два последних. Их комбинированное применение позволяет анализировать широкую номенклатуру РТУ, а также производить оценки результатов синтеза [5].

Алгоритм сквозного автоматизированного проектирования РТУ

Для реализации сквозного автоматического схемотехнического проектирования РТУ в САПР предлагается использовать следующий алгоритм:

1. анализ ТЗ,
2. синтез структурной схемы
3. синтез принципиальной схемы
4. моделирования РТУ
5. оценка и коррекция процесса синтеза
6. вывод результатов проектирования.

Анализ ТЗ включает ввод проектировщиком параметров ТЗ и формирование цели проектирования. При отсутствии у проектировщика значений требуемых параметров, ЭС не может осуществлять процесс проектирования. А при необходимости учета дополнительных требований ТЗ проектировщику следует внести изменения в БЗ ЭС. На этом этапе особую важность приобретает надежность эвристической информации, хранимой в БЗ и необходимой для проведения конструктивного синтеза.

Разработка устройства на структурном уровне включает выбор номенклатуры узлов и каскадов структурной схемы проектируемого РТУ из БЗ. Гибридная продукционная экспертная система позволяет представить методики синтеза структурных схем РТУ в виде правил [1]. Они дают возможность сохранять для пользователя полученные заключения и запрашивать у него дополнительную информацию, вычислять требуемые параметры структурных схем по функциональным соотношениям и производить отбор электронных компонентов по нескольким параметрам из БД. Синтез структурных схем ведется в гибридной продукционной ЭС, оперирующей с символьной информацией в сочетании с формульными соотношениями. Структурное проектирование заканчивается формированием требований к параметрам отдельных узлов РТУ, которые должны обеспечить работу всего устройства в целом.

Автоматическое проектирование каскадов и узлов РТУ, как и ручное, включает выбор принципиальной схемы, т.е. автоматическое определение по функциональным соотношениям элементной базы РТУ в виде конкретного набора электронных компонентов [4]. Синтез принципиальных схем ведется в гибридной объектно-ориентированной ЭС, оперирующей с объектами, описывающими методы расчета компонентов принципиальных схем отдельных каскадов. ЭС позволяет упростить и ускорить процесс формирования БЗ за счет использования в объектах, хранящих методики расчета принципиальных схем каскадов, механизмов наследования, инкапсуляции и полиморфизма. Результатом работы объектно-ориентированной ЭС является текстовое описание принципиальной схемы синтезируемого устройства по каскадно и в целом.

Моделирование включает анализ и параметрическую оптимизацию синтезированных в ЭС схем РТУ для расчета мгновенных значений отклика сигнала; огибающих амплитуды, фазы и частоты отклика; искажений сигналов в цепях; устойчивости цепей против самовозбуждения; чувствительности их характеристик к отклонениям параметров и анализ влияния разброса параметров элементов методом Монте-Карло и наихудшего случая. Результаты этих расчетов позволяют проверить адекватность синтезированных в ЭС эвристических схемных решений их математическим моделям.

Заключение

Проведенное конструктивное проектирование широкой номенклатуры РТУ в разработанных гибридной продукционной и объектно-ориентированной ЭС, блоках моделирования с использованием распределенной БД показал возможность использования разработанного алгоритмического и программного обеспечения для сквозного автоматического схемотехнического проектирования, более эффективного и экономичного по сравнению с используемыми в настоящее время методами проектирования РТУ.

Список литературы:

1. Долин Г.А., Kudryashova A.Y., Frisk V.V., Shakin V.N. Representation of algorithms for schematic synthesis of radio engineering devices in the knowledge base of the expert system. Представление алгоритмов схемотехнического синтеза радиотехнических устройств в базе знаний экспертной системы./ International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020 - Proceedings. 2020. С. 9261556.
2. Долин Г.А., Kudryashova A.Y. Synthesis of structural electrical circuits of radio engineering devices in a hybrid production expert system. Синтез структурных электрических схем радиотехнических устройств в гибридной продукционной экспертной системе./ Synchroinfo Journal. Т. 6. № 3. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер», 2020. - С. 5-9.
3. Dolin G.A., Kudryashova A.Y. Modified methods of circuit simulation of radio engineering devices in the time domain. Модифицированные методы схемотехнического моделирования радиотехнических устройств во временной области. / Synchroinfo Journal. Т. 6. № 2. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер», 2020. - С. 7-11.
4. Долин Г.А., Алпеев В.А., Царев П.В., Круглов Н.А., Корыткин А.В. Автоматизация схемотехнического проектирования радиотехнических устройств в экспертной системе./ REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 2. - М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 9-15.
5. Долин Г.А., Смирнов Н.П., Тарбаев Т.В., Цыганков Э.О. Использование метода переменных состояний для определения запаса устойчивости против самовозбуждения узлов аналоговых радиотехнических устройств. /REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 1. М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 34-36.