 |
Сравнительный анализ программных средств схемотехнического моделирования цифровых устройств
|
|
|
|
Введение
Темой данной дипломной работы является создание программной модели памяти типа FIFO, LIFO. В настоящее время существует большое количество всевозможных программ, с помощью которых можно моделировать различные устройства. До появления данных программ, создание схем происходило с помощью макетов, но этот процесс был довольно трудоемкий и занимал большое количество времени и затрат, чем при моделировании с помощью программ.
В настоящее же время программы моделирования электронных схем общепризнанны в качестве важного элемента при проектировании сложных электронных схем. Их создание выполняется с помощью различных элементов, которые содержатся в библиотеках этих программ.
Проектирование схем с помощью компьютеров в данный момент является одним из наиболее перспективных способов повышения производительности и качества инженерного труда и получает все более широкое распространение в радиоэлектронике и вычислительной технике.
Сравнительный анализ программных средств схемотехнического моделирования цифровых устройств
Разработка любого радиоэлектронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их трудоемкое исследование. Часто физическое моделирование просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройства, например, при разработке больших и сверхбольших интегральных микросхем. В этом случае прибегают к математическому моделированию с использованием средств и методов вычислительной техники. Например, известный пакет P-CAD содержит блок логического моделирования цифровых устройств, однако для начинающих, в том числе и для студентов, он представляет значительные трудности в освоении. Не меньшие трудности встречаются и при использовании системы Design Lab. На этапе начального освоения методов автоматизированного проектирования и на этапах проведения поисково-исследовательских работ целесообразно рассмотреть возможность использования следующих программ:
|
|
|
Micro-Cap 7 - позволяет моделировать и аналоговые, и цифровые устройства и более того, смешанные аналого-цифровые устройства. Однако при этом нужно учитывать, что программа Micro-Cap 7 поддерживает формат PSpice старых версий пакета Design Center/Or CAD. В последних же версиях ряд ключевых слов текстовых описаний PSpice претерпел незначительные изменения и появились новые возможности. Поэтому перед загрузкой в современные версии PSpice текстовых описаний схем, полученных с помощью программы, может потребоваться их коррекция.
Micro-Cap 7- Введена параметрическая оптимизация во всех основных видах анализа и сделаны другие нововведения:
1введены S-параметры линейных 4-полюсников и круговые диаграммы (диаграммы Смита) для моделирования высокочастотных устройств;
2в файл схем включена вся информация, необходимая для переноса моделируемого проекта на другой ПК;
3обеспечено размещение файлов схем и библиотек математических моделей компонентов в разные каталоги;
4введен редактор воздействий Stimulus Editor;
5усовершенствован редактор компонентов Component Editor;
6в схемотехническом редакторе введен откат назад и вперед на один или несколько шагов;
7предусмотрено составление списков соединений схемы в форматах программ Cadence Or CAD, PADS, Protel, P-CAD и др. для разработки печатных плат.
Из других достоинств Micro-Cap 7 отметим исчерпывающую встроенную помощь и возможность задания функциональных зависимостей параметров схемы (как функций времени, токов ветвей и узловых потенциалов), причем эти возможности даже несколько шире, чем в последних версиях Or CAD 9.2 - в них можно сделать параметры пассивных компонентов зависящими только от токов или напряжений других ветвей схемы, в этих целях не нужно больше применять управляемые источники токов или напряжений.
|
|
|
Перечень основных характеристик Micro-Cap 7:
1многостраничный графический редактор принципиальных схем, поддерживающий иерархические структуры;
2поведенческое моделирование аналоговых и цифровых компонентов, возможность описания цифровых компонентов с помощью логических выражений. В сочетании с библиотекой графических символов типовых операций (суммирование, вычитание, умножение, интегрирование, применение преобразования Лапласа, Z - преобразования и т.п.). Это позволяет моделировать динамические системы, заданные не только принципиальными, но и функциональными схемами;
3большая библиотека компонентов, включающая в себя наиболее популярные цифровые интегральные схемы дискретной логики и PLD и аналоговые компоненты типа диодов, биполярных, полевых и МОП-транзисторов, магнитных сердечников, линий передачи с потерями, макромодели операционных усилителей, кварцевых резонаторов, датчиков Холла и т.п. Все эти модели написаны в стандартном формате SPICE и могут быть использованы с программами моделирования фирм Altium, Cadence, Into Soft и др.;
4макромодели компонентов могут быть представлены в виде принципиальных электрических схем или в текстовом виде;
5графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков;
6многовариантный анализ при вариации параметров и статистический анализ по методу Монте-Карло;
7имеется специальная программа MODEL для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным;
8при наличии ошибок информация о них мгновенно появляется на экране (в PSpice большинство ошибок нужно отыскивать в текстовом файле); имеются встроенные средства помощи;
9имеется электронная документация и контекстно-ориентированные средства помощи.
APLAC- предназначена для проектирования и моделирования электрических схем и систем во временной и частотной областях. В ее состав могут входить как цифровые, так и аналоговые компоненты, в том числе устройства диапазона СВЧ. Выполняются следующие виды расчетов: режим по постоянному току, частотные характеристики, спектральная плотность и коэффициент шума, чувствительность и параметрическая оптимизация, переходные процессы, спектры сигналов, анализ периодических режимов, статистический анализ по методу Монте-Карло. В основном этот набор довольно стандартен. Однако аналогичные расчеты проводятся, с помощью нескольких разных программ, а здесь они доступны в одной. Другая важная особенность APLAC - наличие большого набора библиотек элементов принципиальных схем и отдельных блоков, применяемых в аналоговых и цифровых системах связи. По своему функциональному составу эти библиотеки превосходят библиотеки других систем. Кроме того, в состав APLAC входит подпрограмма расчета трехмерных электромагнитных полей микрополосковых конструкций и других устройств диапазона СВЧ. Последнее, на что следует обратить внимание, это возможность ввода результатов измерений и вывода управляющих сигналов с помощью интерфейсных плат стандарта IEEE-488.
|
|
|
Circuit Maker 6.0 - фирмы MicroCode Engineering, содержащую обширную библиотеку моделей, промышленных изделий электронных компонентов с возможностью оперативного просмотра их основных характеристик (например, для транзистора - это тип корпуса, максимальное напряжение, ток, частота, фирма-изготовитель и др.). Программа позволяет достаточно оперативно подготавливать электрические схемы аналоговых, цифровых или смешанных аналого-цифровых устройств и проводить их моделирование с получением результатов в виде осциллограмм сигналов и графиков частотных характеристик; возможно получение точных отсчетов с помощью вертикальных и горизонтальных визирных линий; позволяет контролировать режим по постоянному току в выбранных точках схемы. Отличительной особенностью программы является наличие анимационных компонентов (запуск ракеты, старт автомобилей), призванных имитировать конечный результат работы схемы, а также наличие учебного пособия в демонстрационном режиме. Она интегрируется с программой разработки печатных плат TraxMaker.
|
|
|
Design Lab 8.0 - интегрированный пакет корпорации MicroSim, в состав которого входит известная программа моделирования PSpice. Этот пакет позволяет проводить сквозное проектирование радиоэлектронных устройств: от ввода принципиальной схемы, ее моделирования до создания управляющих файлов для программаторов, разработки печатных плат и управляющих программ для сверлильных станков и вывода данных на графопостроитель.
Electronics Workbench 5- в отличие от других программ схемотехнического моделирования на экране изображаются измерительные приборы с органами управления, максимально приближенными к реальности. Пользователь освобождается от изучения довольно абстрактных (хотя и не очень сложных) правил составления заданий на моделирование. Достаточно на схему поместить двухканальный осциллограф и генератор сигналов - и программа сама сообразит, что нужно анализировать переходные процессы. Если же на схеме разместить анализатор частотных характеристик, то будет рассчитан режим по постоянному току, выполнена линеаризация нелинейных компонентов и затем проведен расчет характеристик схемы в частотной области. Диапазон анализируемых частот, коэффициент усиления и характер оцифровки данных (в линейном или логарифмическом масштабе) устанавливается на лицевой панели, манипулируя мышкой. Чтобы начать моделирование, достаточно щелкнуть выключателем. После этого на устройствах индикации цифровых вольтметров и амперметров будет зафиксирован режим по постоянному току, на экране измерителя нарисованы частотные характеристики (амплитудно или фазочастотные), а на экране осциллографа будут непрерывно изображаться эпюры напряжений до тех пор, пока не заполнится буферная память, а затем можно прекратить моделирование или обнулить память и продолжить наблюдения. В конце 1998 г. программа Electronics Workbench 5.3 дополнена простейшей программой разработки печатных плат EWB Layout (Multiboard) (причем в отличие от Micro-Cap 7 интерфейс с другими известными САПР печатных плат не предусмотрен), и затем серий программ multisim 2001, ultiboard 2001, ultiroute и commsim 2001.
Or CAD 9.2- интегрированный программный комплекс корпорации Cadence Design Systems (бывш. Design Lab) для сквозного проектирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств, синтеза устройств программируемой логики и аналоговых фильтров. Проектирование начинается с ввода принципиальной схемы, ее моделирования и оптимизации и заканчивается созданием управляющих файлов в формате JEDEC для программаторов, разработкой печатной платы и выводом управляющих файлов для фотоплоттеров и сверлильных станков.
|
|
|
System View 5.0- программа System View представляет собой конструктор, с помощью которого из стандартных «кубиков» строится функциональная схема исследуемой электронной системы. Из каталога библиотек выбирается нужный функциональный модуль, который переносится на схему, и затем производится синтез его параметров или задание их значений вручную. После соединения всех функциональных модулей и подключения измерительных устройств задаются системные параметры (длительность интервала наблюдения, частота дискретизации, параметры быстрого преобразования Фурье) и выполняется моделирование. В отдельном окне просматриваются и обрабатываются результаты анализа. Рассчитываются преобразования Фурье графиков, корреляционные и взаимно корреляционные функции, выполняются арифметические и тригонометрические операции, статистическая обработка данных и многое другое.
Microwave Office 2002. - программы Microwave Office (MCO) и VSS (Visual System Simulator) фирмы Applied' Wave Research (AWR) позволяют моделировать принципиальные СВЧ устройства, заданные как: в виде принципиальных, так и функциональных схем.
|
|
|
