Android-приложение для поиска дешевых авиабилетов: play.google.com
Главная -> Машинное проектирование

0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

определенному рисунку на этих схемах монтируются кристаллы активных Приборов или специальные бескорпусные активные приборы в некоторых гис свч кроме микрополосковых линий используются и другие типы линий, такие как щелевая и копланарная линии 22. 231 щелевая линия представляет собой щель в проводниковом слое на одной стороне диэлектрической подложки другая сторОна подложки не металлизирована в копланарных линиях металлизированный рисунок также нанесен на одной стороне подложки

i последнее время появилась тенденция использования

J свч схе-

мах элементов i сосредоточенными параметрами ранее элементы с сосредоточенными параметрами на свч не могли использоваться из-за соизмеримости их размеров с длиной волны с появлением фотолитографии и тонкопленочной технологии размеры элементов (емкостных, индуктивных и др ) могут быть настолько уменьшены, что эти Э-чементы могут испольюваться вплоть до миллиметрового дапазона (24 , 251 для ис свч оказалось весьма удобным изготовление элементов с сосредоточенными параметрами на диэлектрических подложках, на которых одновременно размещаются полупроводниковые приборы в виде кристаллов. предполагалось, что при использовании таких ис стоимо сгь свч устройств уменьшится в пятьдесят раз и более 24 наряду с уменьшением рлзмеров использование элементов с сосредоточенными параметрами дает и другое преимущество совершенные методы разработки низкочастотных цепей и их оптимизации теперь могут непо средственно использоваться в свч диапазоне

наряду с элеменгзчи на сосредоточенных параметрах и одномерными компонентами на линиях передачи в свч устройствах могут также тк пользоваться двумерные планарные компоненты [261 такие ком1Ю ненты совместимы с полосковыми и микрополосковыми линиями и могут использоваться при разработке свч устройств наряду с другими номгюиентами

следующее поколение ис свч - это полупроводниковые интег ральные микросхемы [27, 281 в качестве (юлупроаодниконых подложек исполь.1уются высокоомные кремний, арсенид галлия н низко-пмный Кремний со слоем двуокиси кремния трудности возникли, во-нервых, из-за необходимости использовать различные полупроводниковые Приборы свч, которые не могут быть изготовлены по единой технологии, и, во-вторых, из *а необходимости наличия подложки большой площади с распределенными элементами (секциями передающих л.riий). выполтющими функции пассивных элементов клю чом к созданию полупроводниковых интегральных микросхем являет ся использование арсенида галлия [291 полевые транзисторы с барьером шоткн на ga as 1301, вероятно, бчдут играть ос»ювную роль в ана-.-юговых усилителях гигогерцевой полосы частот и в быстродействую щих цифровых интегральных микросхемах

достоинства ис свч (гибридных или полупроводниковых) в основном те же, что в > интегральных микросхем низких частот [311 к ним относятся- а) более высокая надежность, б) меньший объем и масса и а) возможность снижения стоимости при изготовлении большого числа ..тандартных ис развитие ис свч, как » в случае интегральных 12

и>,1осхем низких частот, приведет к расширению существующих . 1т>ий их сбыта и к появлению множества новых возможностей прнме-I.1ih. включая и невоенные. использование ис свч связано с некоторыми трудностями 1311 I кп.ше, когда ис свч еще не имели широкого распространения, раз-, 1((пчики свч устройств могли осуществлять их настройку и регулн-для оптимизации характеристик после изготовления (например, ни (ами) интегральные схемы свч. особенно если они должны иметь цижую надежность, лишены этих подстроечных элементов поэтому 114 устройства должны разрабатываться более точно, а используе-<.к полупроводниковые прнборы должны иметь стабильные харзкте-и. гики отсюда следует необходимость машинного проектирования, i! 1с.1Ирования и оптимизации [32, 331

\\\ШНННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

классическая схема процесса разработки свч устройств иэобра-i i ча на рис 1 1 разработка начинается с анализа технических тре-l.isdHHH и выбора первоначальной конфигурации цепи первоначаль .i.r.i конфигурация выбирается на основании имеющихся нслодных дан-м,1х и предшествукщего опыта для определения различных параметров этой цепи используются процедуры анализа и синтеза затем рзз-1.,1г1атывается предварительный лабораторный макет и измеряются ii) характеристики измеренные характеристики сравниваются 1аданными техническими требованиями, если заданные требова-,п(я не выполняются, то макет дорабатывается- доработка может илючать регулировку, настройку и подстройку макета затем lUioBb проводятся измерения, результаты которых сравниваются заданными требованиями последовательный процесс доработки. г. 1мерений и сравнения результатов с заданными требованиями пивторяется до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые харак иристики иногда заданные технические требования Противоречат практически достижимым характеристикам схемы окончательная ."([фигурация воспроизводится при изготовлении опытного образца

описанный процесс разработки свч устройств занимает достаточна много Времени. в настоящее время он намного усложняется по c-ie 1\ю1цим Причинам

1) увеличение сложности современных систем требует более тща мibHOrO и точного проектирования приборов и устройств стедова г1ьио, Чрезвычайно возрастает значение исследования влияния до-\сков в Проектируемых устройствах,

2) в настоящее время для вы)юлнения заданных функций сущест-1 множество разнообразных активных и пассивных компонентов

I 1,in разработка представляет собой процесс повторяющихся эксне-г1!ментов, то выбор подходящего прибора или типа передающей струк-\ры становится затруднительным,

3) в устройства, изготовленные по технологии ис свч, очень ,>\дно вводить какие бы то ни было изменения



исходные

Технические треЪфхия

[{дорадетка

схемы

Анализ

Днодаз М изменения </*5s.J"


образца

im i i cxiMd процесса рэзраоот* I iv1 устройств

рис 1 2 с«сма прочссга автоматик рованиого проектирований свч ) ройств

н такнл атучаях используется метод машинного проектирования И iTporoM смысле слова машинным проектированием можно назвать лшбой процесс проектирования, в котором в качестве рабочего инстру Mfina используется эвм однако обычно машинным проектирование шнывают тогда, когда обычный процесс проектирования без использо-1ИПШЯ эвм 8 качестве рабочего инструмента становится или невозмож иым. или существенно более сложным, дорогостоящим и занимающим б<> п.шее Время, менее надежным и менее точным, обеспечивающим и\дт4ч; качество изделий

типичная схема процесса машинного проектирования показана на ри1 1 2 как и раньше, исходными данными для разработки являются ичпнческие требования используя различные методы синтеза и исяод-)iuv данные (иногда заранее записанные в память маишны), можно ччидслить первоначальную конфигурацию цепи характеристики iiuii первоначальной цепи рассчитываются с помощью пакета машин-ггих I [клстн анализа для анализа необходимы числовые модели раз-m4[i[.tx компонентов (пассивных и активных) оии вызываются из . И-11и;ип,ной библиотеки подпрограмм характеристики устройства, уцлучепиые в результате анализа, сравниваются с заданными технн чсгкнми требованиями если полученные результаты не соответству-н>1 шдаипым требованиям, то параметры устройства изменяются по чпределеиной системе это является основным шагом оптимизации m<-KuTO()Uf методы оптимизации включают в себя анализ чувствитель-

ности характеристик устройства к изменению его параметров последовательность операций, включакяцих анализ цепи, сравнение с заданными характеристиками н изменение параметров, выполняется повторно до тех пор, пока не будут удовлетворены заданные технические фебования или пока не будут достигнуты оптимальные характеристики затем изготавливается макет и проводится его экспериментальное исследование если процесс моделирования и (или) анализа не был достаточно точным, то на этом этапе могут потребоваться некоторые изменения однако можно ожидать, что эти изменения окажутся незначительными целью метода машинного проектирования является уменьшение, насколько это возможно, числа повторных экспериментальных исследований

как уже было сказано, процесс машинного проектирования состоит из трех важных этапов

1) моделирование,

2) анализ,

3) оптимизация

моделирование представляет собой математическое описание различных активных и пассивных компонентов, позволяющее получить числовую модель, которая может управляться машиной. для машинного проектирования свч цепей должны быть разработаны модели большого числа активных и пассивных компонентов в качестве активных компонентов используются полупроводниковые приборы- биполярные транзисторы и полевые транзисторы с затвором шотки, точечные диоды и диоды шотки, варакторы и р ~ i - л-диоды, а также диоды гаина и лавинно-пролетные диоды пассивными элементами свч цепей служат отрезки линий передачи различной структуры, компоненты с сосредоточенными параметрами, диэлектрические резонаторы, невзаимные устройства и планарные (двумерные) элементы в качестве линий передачи могут использоваться коаксиальные линии, волновода, полосковые, микрополосковые, копланарные. щелевые линии или комбинации этих линий для полного описания характеристик этих линий передачи необходимо не только знать такие параметры, как волновое сопротивление и фазовая скорость, но и моделировать их паразитные реактивные параметры, обусловленные геометрическими не-однородностями для их описания используются s-параметры 1341

трудности моделирования ограничивают использование техники автоматизированного проектирования на свч детальное моделирование активных приборов 135, 361. как и численное моделирование пассивных свч элементов 37, является весьма сложной задачей, зани мающей значительное время поэтому возникает необходимость упрощения эквивалентных схем и получения выражений в замкнутой форме, точность которых достаточна для проектирования эти выражения для микрололесковых, щелевых и копланарных линий, а также для неоднородностей в мнкрополосковых линиях содержатся в книге !231 иногда становится необходимым измерять 5-параметры некоторых приборов или компонентов, чтобы использовать эти эмпирические «модели» в программах машинного проектирования. Лля таких измерений очень удобны автоматические измерители 138, 391 с системой компеиса-



НИН погрешностей Разработанная недавно методика 40, 411, основанная на измерении уровней сигналов в шести точках, упростит измерительную аппаратуру

В процессе анализа определяются номинальные характеристики нс-следуемой конфигурации цепи для данного набора входных параметров Машинный анализ 42 является, по-видимому, наиболее развитым и широко используемым этапом машинного проектирования Анализ СВЧ цепей включает в себя расчет S-параметров полной схемы на основе заданных значений S-параметров ее компонентов Очень часто СВЧ схемы могут быть представлены в виде каскадного соединения четырехполюсников В этих случаях матрица, описывающая полную схему, может быть получена перемножением матриц А BCD (или матриц пе редэчи) составляющих ее четырехполюсников 1321, Для более сложных топологий используются Методы соединений многополюсников [421 Согласно этим методам необходимо осуществлять обращение матриц, которое эффективно выполняется с использованием методов разреженных матриц 1431

Другой задачей анализа является расчет чуаствительностп Он заключается в расчете влияния изменения параметров устройства на его характеристики l44[ Результаты этого расчета используются для двух целей-для анализа допусков и для оптимизации, основанной иа градиентных методах

Повторяющийся Процесс изменений параметров цепи, осуществляемый для достижения заданной цели (т е совпадения ее характеристик с !аданными требованиями), называется оптимизацией Методы оптимизации, развитые для других областей применений 1451, могут также использоваться при проектировании СВЧ устройств Эти методы можно разбить на две группы градиентные и прямого поиска [46 В градиентных методах изменение набора параметров, необходимое для перемещения в направлении к оптимальному решению, осуществляется на основе использования информации о производных от функций характеристик цепи зависящих от ее параметров) Эти производные (или Гра диеиты) получают с [юмощью анализа чувствительности цепи, выпол няемою на каждом шаге- В противоположность этому, в методах пря-м010 поиска не используется и!!формация о Градиенте и оптимизация 1!ыцолняется поопределеиной системе При проектировании СВЧ цепей более популярными являются методы прямого поиска 132. 47), так как i радиентные методы связаны с дополнительными вычислениями при .(иализе чувствительности Однако в некоторых последних работах, посвящешшх градиентным методам оптимизации [48, 491. эти методы 1чита»!к-п лучшими и Применяются при машинном проектировании

,и-пег, т

13 ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ. ОСВЕЩЕННЫЕ 6 КННГЕ

Материалы, вошедшие в книгу, разделены на двадцать глав В гл 2 рассматриваются три способа математического описания характеристик компонентов и цепей на СВЧ ЛвСО-параметры и матрицы передачи (Г-матрицы) применяются только для описания четы-

рихполюсных компонентов (или цепей) Так как четырехполюсные ком-Пвнеиты в СВЧ устройствах встречаются очень часто, эти способы описания схем детально исследуются Очень удобны при измерениях и вЯИсанни характеристик компонентов СВЧ матрицы рассеяния Они Врименяются также в общем случае описания 2л-1Юлюсных цепей Щ этой главе рассматриваются также свойства S-матриц и их связь t другими способами математического описания цепей В приложении Н данной главе приведены Л BCD-, S- и Т-матрицы для некоторых компонентов, широко используемых в устройствах СВЧ

Следующие восемь глав (гл 3- 10) посвящены различным аспектам, «язанным с моделированием СВЧ элементов В гл 3 приводятся ха-(Иктеристикн линий передачи различных типов Рассматриваются коак Швльные линии, волноводы и другие типы линий передачи, используемые в ИС СВЧ Рассматриваются также связанные полосковые и «жкрополосковые линии Приводятся выражения в 1амкнутой форме, описывающие различные характеристики линий Ука!аны точность и Область применения этих выражений.

Анализ чувствительности линий передачи различных структур рассматривается в гл 4 Значение чувствитеЕЬНости истюльзуется при анализе допусков и в процессе оптимизации Градиентными методами Формулы чувствительности выведены из соответствукАцих выражений Х1рактернстик линий передачи, представленных в гл. 3, По этим формулам рассчитываются наихудшие значения изменений волнового сопротивления и фазовой скорости, соответствующие обычным значениям допусков на изготовление и на параметры материалов Для связанных линий, выполняющих функции направленных ответвителей, приводятся формулы изменения коэффициента связи и входного сопротивления

В гл 5 и 6 Приводятся характеристики неоднородиостей различных типов в различных линиях передачи В гл 5 рассматриваются неодно

ГЯности в коаксиальных линиях и прямоугольных волноводах коаксиальных линиях это емкостный зазор, скачок диаметров, пнна и штыри В Прямоугольных волноводах это штырн. полосы, диафрагмы, скачки, повороты под прямым углом, Т-соединення, круг лые и эллиптические отверстия Приведены эквивалентные схемы цеод народностей и математические выражения в замкнутой форме элемеи тов этих схем

В гл б описываются неоднородности в полосковых и микрополос-новых линиях Такими неодно род нбстя ми являются разомкнутый конец, разрыв в полосковом Гфоводнике, скачок по ширине полоскового проводника, поворот под прямым углом, Г-соединение, круглое от керстне (в полосковой линии), паз (в микрополосковых линиях) и крестоофазное Loeдинeниe (в микрополосковых устройствах) Для рк (ЛИЧНЫХ элементов эквивалентных схем приводятся математические ныражения в замкнутой форме

В гл 7 Приводится информация о проектировании элементов с col редоточепными параметрами, используемых в ИС СВЧ Рассматрива-ит-я резисторы, индуктивные элементы различных типов (проволочные, полосковые и спиральные), конденсаторы (многослойные и штыревые) Так как имеющиеся расчетные формулы являются приближенными, то

арам а



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71



0.0646
Яндекс.Метрика