Конструкторское проектирование устройств ИИТ средствами систем автоматизированного проектирования

Уровни проектирования.

 

Большинство видов аппаратуры относится к сложным системам, их проектирование характеризуется высокому различию задач, наличием высокого числа вариантов решений, необходимостью учета большего количества факторов, влияющих на конституцию и параметры аппаратуры. Проектирование сложных систем основано на блочно и иерархическом подходе, сущность которого состоит в расчленении представления об объекте проектирования, включающем модели постановки проектируемых задач, проектную документацию и т.д. Цель проектирования – замена малого числа проектируемых задач чрезмерной сложности большим числом задач допустимой сложности. Уровни иерархии проектирования различают степенью детализации представлений об объекте и каждому уровню соответствует свое определение элементов. Части объекта, рассматриваемого как элементы на неком k-уровне описываются как системы на соседнем k+1 уровне. Кроме детализации на иерархические уровни применяют расчленение представлений об объекте по характеру отображаемых свойств, на ряд аспектов.

Аспект, связанный с описанием проектируемых действий и процессов функционального объекта, называется функционированием. Кроме того к числу основных аспектов относится конструкторский и топологический. В каждом аспекте принято выделять свои уровни абстрагирования.

В функциональном аспекте принято выделять системный или структурный функционально логический, схемотехнический и компонентный уровни.

На системном уровне в качестве систем фигурируют комплексы, например, ЭВМ, РЛС, СУДО, а качестве элементов – блоки аппаратуры.

На функционально-логическом уровне эти блоки рассматриваются как системы, состоящие из элементов, в качестве которые выстраивают функциональные узлы: счетчики, дешифраторы, триггеры и т.д.

На схемотехническом уровне эти блоки рассматриваются как системы, состоящие из элементов: транзисторы, резисторы, диоды и т.д.

На компонентном уровне рассматривают как системы сами компоненты и рассматривают процессы, проектируемые в схематических компонентах.

Конструкторскому аспекту соответствует своя иерархия конструктивов, включающая уровни описания стоек, рам, панелей, типовых элементов замены (ТЭЗ), дискретных компонентов и микросхем, топологических фрагментов и функциональных схем и отдельных  компонентов в кристаллах ИМС.

В технологическом аспекте рассматриваются иерархические уровни описания технологических процессов в виде принципиальных схем, маршрутов, совокупности операций и переходов.

Неотъемлемой частью представлений б объекте при САПР являются математические модели.

Математической моделью технологического объекта является совокупность систем объектов и отношения между ними, адекватно отражения некоторым свойствам технологического объекта.

Каждому уровню и аспекту иерархического описания объекта соответствует свой математический аппарат, соответственно характерной для этого уровня математической модели.

Процесс проектирования в свою очередь делится на этапы, те в свою очередь делятся на процедуры и операции.

Проектная процедура – формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Проектное решение – это промежуточное или оконечное описание объекта проектирования, необходимая и достаточная для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Проектная операция – это действие или совокупность действий, составная часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур.

 

Этапы пректирования

 

Этап проектирования – условно выделяемая часть процесса проектирования, состоящая из одной или нескольких проектных процедур.

Иногда в процессе проектирования выделяют последовательность процедур или этапов под названием маршрутного проектирования.

В зависимости от того в какой последовательности выполняются процедуры или этапы, различают два способа проектирования или два типа маршрутов:

1. Восходящее проектирование – это проектирование снизу вверх, осуществляет в случае выполнения процедуры низких иерархических уровней, предшествует выполнению процедур относящимся к более высоким иерархическим уровням.
2. Нисходящее проектирование – это проектирование сверху вниз, и характеризуется противоположной последовательностью выполнения процедур и этапов. Типичная последовательность этапов исходящего проектирования радиоэлектронной аппаратуры, включает в себя системно-техническое проектирование – это анализ тактико-технических требований на проектировании комплекс определенных основ принципов функционирования, разработка структурных схем.
3. Схемотехническое проектирование – это разработка функциональных и принципиальных схем.
4. Конструкторское проектирование – это выбор формы компоновки и размещения конструктивов трассировка межсоединений, изготовления конструктивов документации.
5. Технологическое проектирование – это разработка маршрутов и технологической базы выбора оснастки.

Типичная последовательность восходящего проектирования БИС включает в себя:

Приборно-технологическое проектирование – это выбор базовой технологии, расчёт диффузии профиля, выбор топологии компонентов.

Схемотехническое проектирование – это синтез принципиальной электрической схемы, оптимизация параметров элементов, статистический анализ применительно к типовым ячейкам БИС

Функционально-логическое проектирование – это синтез комбинационных схем, реализация памяти, синтез контролирующих и проверяющих тестов.

Конструктивно-технологическое проектирование – это размещение элементов, тросировка межсоединений, проверка соответствия топологических и электрических схем, расслоение, вычерчивание послойной топологии.

В случае матричных БИС первые 2 этапа относят к проектированию БМК, а последние 2 этапа к проектированию к каждой конкретной БИС.

 

Классификация проектных процедур

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статика                          Чувствительность                                                    расчёт внутренних

                                                                                                                           параметров

динамика                      статистичность                                                         оптимизация

                                                                                                                          параметров

частотная область        расчёт зависимых                                                    оптимизация

                                       параметров от внутреннего                                    допусков

                                       и внешнего воздействия                                         оптимизация 

                                                                                                                         технических требований

стационарный

режим колебаний

 

В процедурах синтеза разрабатываются, а в процедурах анализа оцениваются варианты построения объектов.

Одновариантный анализ заключается в определении вектора выхода параметров “y” при заданной структуре системы значащих вектора параметров элементов “x” и внешних параметров Q.

Структура системы задана, если заданы перечни типов элементов и способ их связей друг с другом в составе системы.

Если анализ выполняется по результатам исследования математической модели объекта, то такой анализ принято называть моделированием.

Задачи многовариантного анализа заключаются в определении изменений параметров Y при заданных изменениях X и Q. К задачам многовариантного анализа относится анализ чувствительности – это оценка влияния внутренних и внешних параметров на выходные, которые сводятся к расчёту коэффициента чувствительность.

Статистический анализ – это оценка закона и (или) числовых характеристик распределения вектора Y при заданных статистических сведениях о распределении случайного вектора X.

Существуют процедуры структурного и параметрического синтеза. При структурном синтезе определяется структура объекта, при параметрическом – числовые значения параметров элементов при заданной структуре объекта и диапазон некоторых изменений и внешних переменных.

Если при этом становится задача достижении некоторого экстремума функции, то такая задача называется оптимизацией.

При оптимизации параметров определяется наминал значения внутренних параметров при оптимизации допусков, дополнительные допуски на параметры, а при оптимизации технических требований решается задача оптимизации назначения технических требований к выходным параметрам объекта.

 

СХЕМА ТИПОВОГО МАРШРУТА ПРОЕТИРОВАНИЯ

 

В маршрутах проектирования РЭУиА процедуры анализа и синтеза находится во взаимодействии. После формулировки технического задания и выбора, т.е. синтеза первоначального варианта структуры и значений параметров элементов следует процедура анализа.

Если целью анализа является установления в соответствии с синтезирующей структурой исходному описанию, то анализ называют верификацией объекта.

Различают структурную и параметрическую верификацию.

При структурной верификации проверяется структура РЭУ, представленная двумя различными описаниями, а при параметрической оптимизации устанавливаются соответствия областей работоспособности 2-х сравнительных РЭУ.

Пример структурной верификации – установление изоморфизмов графов и описывающих топологию и принципиальную электрическую схему РЭУ.

Пример параметрической верификации – установления работоспособность РЭУ путём анализа электрических процессов в учётом конструктивов и технологических параметров, определяемых принятым вариантом размещения и трассировки РЭУ.

 

 

Структура и принципы построения САПР, РЭУиА.

Составными структурными частями САПР, являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Подсистемы делятся на проектирующие и обслуживающие. Проектирующие подсистемы выполняют проектные процедуры и операции, а обслуживающие предназначены для поддержания работоспособности проектирующих подсистем. Примеры проектирующих подсистем: проектирование топологических БИС, технологическое проектирование. Примеры обслуживающих подсистем: графическое отображение объектов проектирования, документирование, управление базой данных.

В зависимости от отношения к объекту проектирования проектирующие подсистемы делятся на объектно-проектируемые и объектно-независимые, то есть инвариантные.

В объектных подсистемах выполняются процедуры и операции непосредственно связанные с конкретным типом объектов, а в инвариантном – универсальные процедуры и лоперации, иеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

 

В САПР вводятся следующие виды обеспечения объектов проектирования:

1. Методическое обеспечение – документы, в которых отражается состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования.

2. Математическое обеспечение – совокупность математических методов, алгоритмов и моделей, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

3. Программное обеспечение – совокупность программ, представленных в заданной форме с необходимой программной документацией.

4. Техническое обеспечение – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств для ввода, хранения, переработки, передачи программ и данных организаций общения проектных ЭВМ, изготовление проектной документации.

5. Лингвистическое обеспечение – совокупность  языков, терминов, определений, необходимых, для выполнения автоматизированного проектирования.

6. Информационное определение – совокупность представлений в заданной форме сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования, в том числе, описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий и материалов и т.д. Основной частью такого обеспечения являются базы данных.

7. Организованное обеспечение – это совокупность документов, установленного составного проектирования организации и ее подразделений, их функции, связи между ними и комплект средств автоматизации, состав и перечень проектной документации.

 

Уровни САПР РЭУиА

Техническое обеспечение современных САПР имеет иерархическую структуру. Принято выделять в качестве уровня САПР следующие комплексы аппаратуры:

1. Центральный вычислительный комплекс  ЦВК – для решения сложных задач проектирования и представляет собой ЭВМ средне (или высокой) производительности с штатным набором периферийных устройств. Для повышения производительности в ЦВК используют многопроцессорные комплексы.