автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Интегрированная САПР топологии проводниковых слоев коммунтационных оснований помехозащищенных интегральных радиоэлектронных устройств

На правах рукописи

РГВ од

1 2 СЕН 2Д!3

КУТЫРЁВ Андрей Владимирович

УДК 621.3.049.77.22

ИНТЕГРИРОВАННАЯ САПР ТОПОЛОГИИ ПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЁВ КОММУТАЦИОННЫХ ОСНОВАНИЙ ПОМЕХОЗАЩИЩЁННЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования в радиоэлектронике

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2000

Работа выполнена в Арзамасском филиале Нижегородского Государственного Технического Университета.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Ямпурин Николай Петрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Назаров Александр Викторович

доктор технических наук, профессор Руфицкий Михаил Всеволдович

Ведущее предприятие - ОАО АН] 111 "Темп-Авиа"

Защита диссертации состоится "_"_2000 г. в_час. на

заседании диссертационного совета Д053.18.01 при Московском Государственном Авиационном Институте (Техническом Университете).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАИ (ТУ). Отзыв на автореферат в 2 экз., заверенный печатью организации, просим направить по адресу института:

125871, Москва, ГСП, Волоколамское шоссе, д.4, МАИ, каф. 404.

Автореферат разослан "_"_2000 года.

Учёный секретарь кандидат технических наук доцент

иш-сь-.ч-ок.о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Решение задачи обеспечения максимальной скорости обработки информации при минимальных массогабаритных параметрах и гарантированной помехоустойчивости интегральных радиоэлектронных устройств (ИРЭУ) встречает всё большие трудности, связанные с получением оптимальных характеристик конструкций современных ИРЭУ.

Одними из основных элементов конструкции ИРЭУ являются коммутационные основания (КО): печатные платы (ПП), а также подложки тонко- и толстоплёночных микросборок (МСБ).

Повышение функциональной сложности и степени интеграции элементной базы (ЭБ) ИРЭУ приводит к росту числа межсоединений в КО, что определяет рост плотности проводящего рисунка и применение многоуровневой разводки цепей. При этом на одном и том же КО (или соседних КО одного и того же ИРЭУ) устанавливаются разнотипные электрорадиокомпоненты (ЭРК): аналоговые и цифровые, высоко- и слаботочные. Данные факторы, одновременно с тенденцией к снижению уровня информационных сигналов и уровня допустимой помехи (использование ЭРК на основе ЭСЛ и арсенида галлия), приводят к ухудшению в ИРЭУ электромагнитной обстановки, что определяет рост требований на взаимные емкости и индуктивности в цепях КО.

Рост быстродействия ЭБ приводит к необходимости обеспечения помехоустойчивой работы различных ИРЭУ на границе диапазона СВЧ (300 МГц) и на более высоких частотах, в связи с чем особую важность приобретают такие параметры цепей КО, как время задержки и волновое сопротивление.

Принимая во внимание значительное число цепей (тысячи) в современных КО, а также взаимное влияние цепей соседних КО ИРЭУ, сделан вывод: проблема автоматизированного проектирования тополгии проводниковых слоёв (ТПС) КО помехозащищённых ИРЭУ является актуальной.

Автором были исследованы 11 современных САПР ТПС КО ИРЭУ и 7 программ электромагнитного моделирования (ЭММ). Кроме того, автором были получены среднестатистические данные по автоматизированному

проектированию ТПС более 50 КО различных конструктивно-технологических вариантов (КТВ) с использованием трёх постпроцессорных и прогнозного алгоритмов обеспечения заданных электрических характеристик цепей КО.

Проведённый анализ показал, что не смотря на наличие высокоэффективных средств трассировки КО (например, автотрассировщик БРЕССТКА) и пакетов ЭММ (например, программа АРЬАС), задача оптимального проектирования ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ, с применением современных САПР, не решается в полном объёме в приемлемые сроки (как при использовании постпроцессорных алгоритмов, так и в случае применения прогнозного алгоритма синтеза ТПС КО). Главными причинами этому являются следуклдие факторы: 1) в средствах разработки ТПС КО не предусмотрен учёт конструкции ИРЭУ в целом, что приводит к неприемлемым расхождениям расчётных и реальных значений электрических параметров цепей КО (до 50 раз); 2) низкая автоматизация используемых в настоящее время алгоритмов разработки ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ на основе стандартных САПР, что определяет длительные сроки проектирования топологии всех КО ИРЭУ (1-2 года для ИРЭУ с несколькими ПП и несколькими десятками МСБ).

Цель диссертационной работы состоит в снижении времени проектирования ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ при достижении максимальной плотности проводящего рисунка и требуемых электрических характеристик проводников КО путём разработки интегрированной САПР ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ. К данной САПР предъявляются следующие требования: 1) комплекси-рование стандартных средств разработки ИРЭУ; 2) максимальная автоматизация всех процедур, задействованных в процессе проектирования ТПС; 3) Обеспечение заданных электрических характеристик цепей ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ для различных КТВ, сложности конструкции и быстродействия ИРЭУ в приемлемое время.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: 1) Разработка формального описания ИРЭУ любого КТВ для ЭММ (формальной модели ИРЭУ).

2) Разработка алгоритмов автоматического синтеза формальных моделей ИРЭУ.

3) Разработатка алгоритмов автоматической идентификации и включения в формальную модель ИРЭУ электрических параметров межсоединений ЭРК.

4) Разработка алгоритмов интерфейса со стандартными средствами проектирования ТИС и программами ЭММ КО.

5) Разработка прогнозных алгоритмов автоматического синтеза правил трассировки КО помехощащищённых ИРЭУ (предельных значений ширины проводников, расстояния между проводниками, длины цепей, длины связи параллельных сегментов проводников) для реализации заданных электрических характеристик цепей (времени задержки, волнового сопротивления, взаимных емкостей и индуктивностей).

6) Реализация разработанных алгоритмов и САПР ТПС КО помехозащи-щённых ИРЭУ.

Методы исследования. В работе применены следующие методы: статистического анализа (при получении среднестатистических данных о времени проектирования КО ИРЭУ); компьютерного моделирования (в расчётах электрических характеристик цепей КО); наихудшего случая (при построении моделей ИРЭУ).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны методы и алгоритмы синтеза и оптимизации моделей ИРЭУ, инвариантные к конструктивно-технологическому исполнению ИРЭУ, для электромагнитного моделирования цепей КО в автоматическом режиме.

2. Предложены методы и алгоритмы автоматического синтеза правил трассировки цепей КО с ограничениями на волновое сопротивление, время задержки, взаимные ёмкости и индуктивности.

3. Разработаны структура, интерфейсная система и алгоритм работы интегрированной САПР ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ.

4. Получены универсальные выражения для определения числа синтезируемых моделей, времени работы предложенных алгоритмов и разработанной на их основе САПР, а также объёма используемой памяти на жёстком диске. Практическая ценность и результаты внедрения. Практические результаты выполненных в диссертационной работе исследований связаны с реализацией разработанных методов, моделей и алгоритмов в САПР ТПС КО помехозащи-щённых ИРЭУ. Разработанная САПР внедрена в промышленность (АООТ "Темп-Авиа") и в учебный процесс (лабораторная работа по курсу "Проектирование радиоэлектронных систем (РЭС)" на кафедре "Конструирование и технология РЭС" и Арзамасском филиале Нижегородского государственного технического университета). В результате использования разработанной САПР достигается сокращение времени проектирования ТПС КО цифровых и аналоговых ИРЭУ, повышение плотности проводящего рисунка, улучшение массогабаритных и стоимостных характеристик.

На защиту выносятся следующие основные научные и практические результаты:

1. Результаты анализа постпроцессорных и прогнозного алгоритмов синтеза ТПС КО помехозащшцённых ИРЭУ.

2. Методы и алгоритмы автоматического синтеза моделей ИРЭУ для электромагнитного моделирования цепей КО.

3. Методы и алгоритмы автоматического синтеза правил трассировки цепей КО с ограничениями на значения волнового сопротивления, времени задержки, взаимных емкостей и индукгивностей.

4. Структура, основные характеристики и результат внедрения в промышленность интегрированной САПР ТПС КО помехозащшцённых ИРЭУ. Апробация работы. Основные научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш Республиканской научно-технической конференции молодых учёных и специалистов (г. Казань, 1997г.), Всероссийской научно-методической конференции "Самостоятельная работа студентов в условиях современной информационной среды" (г. Н. Новгород,

1998 г.); Всероссийских научно-технических конференциях: "Наука - производству: современные задачи управления, экономики, технологии и экологии в машино- и приборостроении" (г. Арзамас, 1998 г.), "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (г. Н. Новгород, 1999 и 2000 г.г.), "Приборостроение в аэрокосмической технике" (г. Арзамас, 1999 г.); Международной молодёжной научной конференции "XXV Гагаринские чтения" (г. Москва, 1999 г.).

Публикации по работе. По результатам диссертации опубликовано 4 научных статьи [1,5,6,7] и 7 тезисов докладов [2-4,8-11] на 4 научно-технических конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объём работы - 151 страница, включая 134 страницы основного текста, иллюстрированного 80 рисунками и 21 таблицей, а также список литературы из 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи диссертации, сформулированы научная новизна, практическая ценность, результаты апробации и внедрения данной работы; приведена структура диссертации и краткое содержание основных разделов.

В первой главе произведён анализ состояния в облает автоматизированного проектирования ТПС КО помехозашищённых ИРЭУ. Показано, что в современных условиях проблема проектирования оптимальной ТПС КО помехоза-щищённых ИРЭУ обостряется в условиях широкой, постоянно пополняющейся номенклатуры КТВ ИРЭУ. Обоснована необходимость формального описания конструкции ИРЭУ для возможности автоматизированного проектирования широкого круга радиоэлектронных устройств. Показана связь топологических параметров цепей КО (ширина, длина, протяжённость параллельных сегментов, расстояние между проводниками) и электрических характеристик цепей (время задержки, волновое сопротивление, взаимные ёмкости и индуктивности).

Проведён анализ возможностей современных автоматизированных средств проектирования ИРЭУ для обеспечения в КО требований по электромагнитной совместимости (ЭМС). Для этого рассмотрены наиболее известные средста разработки ТПС КО ИРЭУ (11 пакетов) и программы моделирования электромагнитных полей ИРЭУ (7 пакетов). С использованием САПР на основе автотрассировщика SPECCTRA оценено время проектирования ТПС ПП и КО МСБ с различным числом сигнальных цепей для 3-х постпроцессорных и прогнозного алгоритмов синтеза ТПС КО. Показано, что задача оптимального проектирования ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ с использованием современных САПР не решается в полном объёме в приемлемые сроки по двум основным причинам: 1) в средствах разработки ТПС КО не предусмотрен учёт конструкции ИРЭУ в целом; 2) низкая автоматизация используемых в настоящее время алгоритмов разработки ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ. В связи с этим возникает необходимость в создании интегрированной САПР ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ, решающей следующие задачи: комплексирование стандартных средств разработки ИРЭУ; максимальная автоматизация всех процедур, задействованных в процессе проектирования ТПС; обеспечение заданных электрических характеристик цепей КО помехозащищённых ИРЭУ для различных КТВ, сложности конструкции и быстродействия ИРЭУ в приемлемое время.

Вторая глава посвящена разработке методов и алгоритмов автоматического синтеза формальных моделей ИРЭУ для ЭММ цепей КО.

Показано, что на входе программ ЭММ цепей КО информация о параметрах конструкции ИРЭУ должна представляться в виде описания п многослойных микрополосковых (МПЛ) структур:

Mn={{hm> Eni}, {'ф }, (!)

где //щ - толщина /-го диэлектрического слоя КО; Ещ - диэлектрическая проницаемость z'-го диэлектрического слоя; inj - толщина у-го проводникового слоя; hMnnj - кратчайшее расстояние от J-го сигнального слоя до сплошной металлической поверхности (потенциального слоя, крышки корпуса или фиктивной поверхности).

Для автоматического формирования совокупности МПЛ-структур (1) на основе данных о конструкции ИРЭУ предложен алгоритм фрагментации внутреннего пространства ИРЭУ регулярными конструктивными моделями (РКМ). Основными процедурами алгоритма являются:

1) Автоматическое формирование блочной пространственной модели диэлектрических слоев ИРЭУ типа:

Мбг{Кб1{Б1>еи,Ту>Ии}}, (2)

где N6;- номер блочного уровня; Бу - координаты _|'-го блока ¿-го уровня; -диэлектрическая проницаемость блока; Ту-тип верхней границы блока (сигнальный слой, потенциальный слой, отсутствие сигнального или потенциального слоя); Иу - идентификатор соответствующего блоку диэлектрического слоя КО или заполнения.

2) Для каждого сигнального слоя каждого КО в автоматическом режиме в одном из двух направлений сравнение е и типа границы примыкающих блоков, в результате чего открывается соответствующее число файлов для записи параметров РКМ в соответствии со следующими правилами: наличие двух металлических поверхностей с двух сторон от сигнального слоя и максимум трёх сигнальных слоев внутри образованной структуры.

3) Продолжение анализа примыкающих блоков, пока для всех сигнальных слоёв всех КО не будут сформированы все возможные МПЛ-структуры.

4) Оптимизация моделей путём объединения данных на идентичные РКМ одного и того же сигнального слоя КО.

В состав синтезированных формальных моделей ИРЭУ предложено включать всю необходимую информацию как для электромагнитного моделирования, так и для записи правил трассировки цепей КО. Для таких моделей, содержащих разнотипную информацию, автором вводится понятие "макромодель".

Для автоматического синтеза макромоделей рассмотрены вопросы построения базы данных на ЭРК и разработан алгоритм, содержащий следующие процедуры:

1) Автоматический поиск в базе данных на ЭРК всех требований на электрические параметры (ТЭП) цепей и параметров эквивалентной схемы (ПЭС) для каждого вывода всех ЭРК, подключенного к каждой цепи каждого сигнального слоя каждого КО и запись ТЭП и ПЭС в соответствующие формальные модели.

2) Оптимизация полученных моделей путём объединения макромоделей с идентичными параметрами МПЛ-структур, ТЭП цепей и ПЭС выводов ЭРК.

Алгоритмы расчёта и включения в макромодели правил трассировки КО рассмотрены в главе 3.

Третья глава посвящена разработке алгоритмов автоматического синтеза правил трассировки КО помехозащшцённых ИРЭУ.

Разработана структура обобщённого алгоритма автоматического синтеза правил трассировки КО помехозащшцённых ИРЭУ. Алгоритм содержит следующие процедуры, функционирующие в автоматическом режиме: синтез формальных моделей ИРЭУ; синтез макромоделей ИРЭУ; выбор макромоделей; синтез топологических параметров, соответствующих ТЭП цепей КО; запись топологических параметров в параметры макромоделей; анализ топологических параметров макромоделей и запись правил трассировки для КО.

На основе обобщённого алгоритма разработаны частные алгоритмы автоматического синтеза правил трассировки цепей КО помехозащищённых ИРЭУ. В каждом из алгоритмов, реализующих в цепях КО требования на волновое сопротивление, время задержки, взаимные ёмкости и индуктивности, предложено определять один (базовый) топологический параметр (соответственно, ширину проводника, его максимальную длину, предельную длину связи параллельных сегментов проводников) при минимальных значениях остальных топологических параметров.

В алгоритме автоматического синтеза правил трассировки цепей КО по заданному допуску на волновое сопротивление реализован метод быстрого поиска требуемой ширины проводника путём анализа областей возможных и допустимых значений волнового сопротивления.

и

В алгоритме автоматического синтеза правил трассировки цепей КО с ограничениями на время задержки предложено использовать метод эквивалентной сосредоточенной ёмкости, ускоряющий моделирование цепей с распределёнными параметрами. Максимальная длина цепи определяется с помощью итеративного процесса. Начальным значением для длины цепи является сумма кратчайших расстояний между выводами размещённых на КО ЭРК. Шаг итераций по умолчанию равен 10% от кратчайшей длины цепи.

Также разработан алгоритм автоматического синтеза правил трассировки цепей КО с ограничениями на взаимные ёмкости и индуктивности цепей. В алгоритме реализован метод быстрого поиска максимальной длины параллельных сегментов пары проводников.

Четвёртая глава посвящена исследованию разработанных алгоритмов.

Для расчёта числа формальных моделей любого КТВ ИРЭУ доказана применимость следующего выражения:

ЛГРКМ=ЛГРКМпп+^РКММСБ ' ^

где ЛГРКМ и Л'РКМ - соответственно, число всех формальных моделей всех

ПП МСБ

ПП п МСБ ИРЭУ;

ЛШ 2

Хртш, = I [Шмсб+Нмсбс-ХисбС0 +М0П) + ЫСС -2], (4) к=\ /=1

где Лпп _ общее число ПП;

1-Х...2- число уровней установки МСБ на ПП;

Л'МСБ - число МСБ с различной г и (или) Ь КО на /-м уровне установки;

ЛгМСБс - число МСБ с различной е и (или) И КО на ближайшем уровне ближайшей ПП;

Л?МСБс0 - число МСБ на ближайшем уровне установки ближайшей ПП, контуры КО которых полностью охватываются на планарной плоскости совмещения контурами КО МСБ /-го уровня ;

Л'оп - число ПП, расположенных в одной плоскости с ближайшей к 1-му уровню ПП, проекции контуров которых на планарную плоскость полностью

или частично совпадают с проекцией контура k-й ПП (если 1-й уровень ближайший к корпусу, то ЛоП=1);

Ncc - число сигнальных слоев ПП;

Лдл ! Ммсб

Np,ah,CB = 1 Z I (N0M + NOUi + N4n + Л^ + Ncc -1), (5) k=l l ¡=i

где А'ом - число контуров КО МСБ с различной диэлектрической проницаемостью е и (или) толщиной h, охватываемых контуром i-ro КО МСБ в проекции на планарную плоскость;

А'ощ - число контуров КО МСБ, охватывающих контур i-ro КО МСБ в проекции на планарную плоскость (Л70щ= 1 при наличии таких контуров, и Лошг® при их отсутствии);

Лцп - число частичных пересечений контура i-ro КО МСБ с контурами других КО МСБ с различной е и (или) h в проекции на планарную плоскость;

Апр - параметр, определяемый пересечением контуров КО МСБ: JVnp= I при наличии на планарной плоскости совмещения зон, в которых контур КО i-ой МСБ не пересекается и не содержит внутри себя ни одого фрагмента любого КО МСБ ближайшего уровня установки ближайшей ПП, и Л^пр=0 при отсутствии таких зон;

Ncc - число сигнальных слоёв i-ro КО МСБ.

Определены скорость функционирования разработанного алгоритма синтеза формальных моделей ИРЭУ и объём необходимой памяти для записи РКМ конструктивно наиболее сложного ИРЭУ, проектируемого на базовом предприятии. Получены вполне приемлемые значения скорости работы алгоритма (менее 5 минут) и объём занимаемой памяти для записи параметров РКМ в файлы (менее 450 Кбайт), что говорит о высокой эффективности разработанного алгоритма.

Показано, что при использовании разработанного алгоритма автоматического синтеза маромоделей ИРЭУ, в автоматическом режиме формируется число макромоделей NKjU, соответствующее числу формальных моделей ИРЭУ с не-

повторяющимися комбинациями параметров формальных моделей (Пркм) и ТЭП цепей. Число макромоделей рассчитывается слежуюхцим образом:

' т Nrt ,ТЭПТЭПк, ПР!Щ * ПРШк, (6)

1=1

где jVpkm - общее число формальных моделей ИРЭУ, Л'г. - число групп цепей

сигнального слоя, моделируемого i-й формальной моделью.

Получены выражения для расчёта времени и объёма памяти, необходимых для подготовки к этапу моделирования. Определено число макромоделей и объём расходуемой памяти при синтезе и при записи параметров макромоделей в файл для конструктивно наиболее сложного ИРЭУ, проектируемого на базовом предприятии. Общее время подготовки к моделированию (ввод данных, синтез формальных моделей, синтез макромоделей, формирование заданий на моделирование) составило 55 мин при использовании компьютера с процессором Intel Pentium 166ММХ и объёмом оперативной памяти 16 Мбайт и 38 минут при использовании компьютера с процессором Intel Pentium III с тактовой частотой 400 МГц и объёмом оперативной памяти 128 Мбайт. Выигрыш во времени при использовании разработанных алгоритмов для данных типов компьютеров на этапе подготовки к моделированию составляет, соответственно, 224 и 700 раз. Затраты памяти на жёстком диске для записи всех моделей ИРЭУ составили 7,47 Мбайт, что вполне удовлетворительно.

Пятая глава посвящена разработке, исследованию и внедрению в промышленность интегрированной САПР ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ.

Разработан программный модуль синтеза правил трассировки КО помехоза-шишённых ИРЭУ, состоящий из управляющей программы, программы интерактивного ввода параметров конструкции ИРЭУ и вспомогательных параметров, программы автоматического синтеза формальных моделей конструкции ИРЭУ, программы автоматического синтеза макромоделей, программы автоматического синтеза заданий на моделирование, программы автоматического синтеза топологических параметров, программы синтеза управляющих трассировкой файлов.

При разработке модуля была использована объектно-ориентированная среда программирования Delphi 3.0, позволяющая создавать 32-битные Windows-приложения, отличающиеся высокой эффективностью работы в операционных системах Windows 9*. Объём всех компонентов модуля на жёстком диске составляет примерно 1,2 Мбайт.

Разработан программируемый интерфейс данного модуля с САПР ТПС КО и программой ЭММ полей ИРЭУ. Рассмотрены вопросы организации интерфейса с САПР ACCEL EDA, с автотрассировщиком SPECCTRA, и программой ЭММ полей ИРЭУ APLAC. Предложены и программно реализованы структурная схема пчяимодействия и алгоритм работы САПР ТПС КО помехозашишённых ИРЭУ на основе указанных стандартных программ и разработанного модуля.

Получены выражения для определения времени синтеза правил трассировки ИРЭУ с помощью разработанной автором САПР, а также для определения используемой памяти на жёстком диске. Определено время работы разработанного модуля для конструктивно наиболее сложного ИРЭУ, проектируемого на базовом предприятии, а также объём расходуемой при разработки данного ИРЭУ памяти. Показано, что на этапе разработки правил трассировки для данного ИРЭУ выигрыш во времени при использовании разработанной САПР, по сравнению с классическим прогнозным алгоритмом, составил более 200 раз. Общее время проектирования ТПС ИРЭУ сократилось в 1,4 раза. При этом содержание разработанных программ в САПР равно 2,8%, а содержание файлов, синтезированных с помощью разработанных программ в общем объёме файлов проекта ИРЭУ, составляет 5,6%, что говорит о незначительном расходе памяти, связанном с использованием разработанного модуля. Все полученные результаты говорят о существенном повышении скорости и эффективности процесса проектирования ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ.

В рамках опытной промышленной проверки на АШШ "Темп-Авиа" САПР, разработанной автором диссертации, был проведён цикл проектирования для следующих радиоэлектронных устройств: 1) интерфейсный блок (ИБ) летательного аппарата; 2) блок сопряжения (БС) летательного аппарата; 3) МСБ

формирователя трёхфазного напряжения (ФТН) гироинклинометра; 4) плата модуля опорного напряжения (МОН) гироинклинометра. По итогам проверки достигнуто улучшение следующих технических характеристик данных ИРЭУ: 1) время проектирования ИБ сократилось в 1,2 раза, средняя плотность проводящего рисунка выросла на 67%; 2) время разработки БС уменьшилось в 1,4 раза, рост средней плотности проводящего рисунка составил 150%; 3) для ФТН длительность проектирования сократилось в 1,3 раза, средняя плотность проводящего рисунка выросла на 100%; 4) по отношению к МОН, время проектирования уменьшилось в 1,3 раза, средняя плотность проводящего рисунка выросла на 130%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведён анализ конструктивно-технологических особенностей современных ИРЭУ. Показано, что на современном этапе проектирование ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ представляет собой сложную задачу, связанную с поиском оптимальных компромиссных вариантов, при которых требования помехозащищённости ИРЭУ должны быть реализованы при максимальной плот-

I

ности проводящего рисунка КО.

2. Проведён анатиз современных САПР ИРЭУ. Показано, что при наличии высокоэффективных средств трассировки КО (например, автотрассировщик 8РЕССТ11Л) и программ ЭММ полей ИРЭУ (например, программа АРЬАС), задача оптимального проектирования ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ не решается в полном объёме в приемлемые сроки. В связи с этим показана необходимость разработки методов, моделей и алгоритмов для синтеза правил трассировки КО в автоматическом режиме.

3. Разработан алгоритм автоматического синтеза моделей ИРЭУ, содержащих данные, необходимые для ЭММ цепей: параметры конструкции данного КО и соседних КО ИРЭУ, а также ТЭП цепей и ПЭС, определяемые используемыми ЭРК.

4. Разработаны методы и алгоритмы автоматического синтеза правил трассировки цепей КО с заданными электрическими характеристиками: волновое сопротивление, время задержки, взаимные ёмкости и индуктивности.

5. Получены выражения для расчёта числа синтезируемых моделей ИРЭУ различных КТВ, а также для вычисления времени работы алгаритмов и объёма используемой при записи параметров моделей памяти на жёстком диске. Для конструктивно наиболее сложного ИРЭУ, проектируемого на базовом предприятии, время синтеза составило 38-55 минут (в зависимого от типа процессора и объёма оперативной памяти компьютера). Для данного ИРЭУ выигрыш во времени при использовании разработанных алгоритмов, по сравнению с традиционными методами, составляет от 200 до 700 раз.

6. Разработан программный модуль автоматического синтеза правил трассировки КО ИРЭУ. Решены вопросы организации универсального интерфейса с программами ЭММ и автотрассировки. Разработана и программно реализована структурная схема взаимодействия модулей САПР ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ, включающие стандартное программное обеспечение (модули ACCEL EDA, SPECCTRA, APLAC), а также разработанный модуль синтеза прави трассировки.

7. Получены выражения для определения времени синтеза правил трассировки КО ИРЭУ с помощью разработанной САПР, а также для определения необходимой памяти на жёстком диске. Определено время работы разработанного модуля для конструктивно наиболее сложного ИРЭУ, проектируемого на базовом предприятии, а также объём расходуемой при проектировании данного ИРЭУ памяти. Показано, что для данного ИРЭУ выигрыш во времени при использовании разработанной САПР, по сравнению с классическим прогнозным алгоритмом, составил более 200 раз. Общее время проектирования ТПС КО ИРЭУ сократилось в 1,4 раза.

8. Разработанная автором САПР ТПС КО помехозащищённых ИРЭУ внедрена на предприятии "Темп-авиа". В результате внедрения достигнуто: а)

сокращение общего времени проектирования ИРЭУ в 1,2-1,4 раза; б) рост

плотности проводящего рисунка КО на 60-150%.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Кутырёв A.B. Оптимизация проектирования РЭС. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции "Наука производству: современные задачи управления, экономики, технологии и экологии в машино- и приборостроении",- Арзамас, 1998.

2. Кутырёв A.B. Алгоритм оптимизации паразитных параметров топологии печатных плат на основе системы DesignLab. Тезисы докладов 1 Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве".- Н.Новгород: Изд-во НГТУ, 1999.

3. Кутырёв A.B. Алгоритм корректировки топологии печатных плат с учётом паразитных параметров на основе системы DesignLab. Тезисы докладов 1 Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве",- Н.Новгород: Изд-во НГТУ, 1999.

4. Кутырёв A.B. Алгоритм корректировки принципиальной электрической схемы в процессе оптимизации паразитных параметров топологии печатных плат на основе системы DesignLab. Тезисы докладов 1 Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве".- Н.Новгород: Изд-во НГТУ, 1999.

5. Кутырёв A.B. Программный комплекс оптимального проектирования топологии проводниковых структур радиоэлектронных систем // Сборник трудов ВГАВТ, вып. 275. Моделирование и оптимизация сложных систем.-Н.Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1999.

6. Кутырёв A.B. Разработка моделей помехозащищённых многослойных печатных плат // Сборник трудов ВГАВТ, вып. 275. Моделирование и оптимизация сложных систем,- Н.Новгород: Изд-во ВГАВТ, 1999.

7. Кутырёв A.B. Оптимизация проектирования топологии проводниковых структур радиоэлектронных систем // Системы обработки информации и управления, вып. 5.-Н.Новгород: Изд-во НГТУ, 1999.

8. Кутырёв A.B. Оптимизация топологии проводниковых структур радиоэлектронных систем аэрокосмического назначения // XXV Гагаринские чтения. Тезисы докладов Международной молодёжной научной конференции. М.: Изд-во "Латмэс", 1999. Том 1.

9. Кутырёв A.B. Алгоритм автоматической генерации правил трассировки при разработке топологии печатных плат и микросборок из условия обеспечения помехоустойчивости РЭС // Приборостроение в аэрокосмической технике. Сборник докладсг Всероссийской молодёжной научно-технической конференции. - Арзамас, 1999.

10.Кутырёв A.B. Алгоритм синтеза правил трассировки помехозащищенных печатных плат и микросборок. Тезисы докладов II Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве",- Н.Новгород: Изд-во НГТУ, 2000.

11.Кутырёв A.B. Интегрированная САПР помехозащищенных печатных плат и микросборок. Тезисы докладов II Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве",- Н.Новгород: Изд-во НГТУ, 2000.

Работа выполнена в Российском Государственном Университете нефти и газа

им. И.М. Губкина

Научный руководитель: доктор химических наук,

профессор Мельников В.Б.

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Мещеряков С.В.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор Нефедов Б.К.

доктор химических наук, профессор Люшин М.М.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт Природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ)

диссертационного Совета Д 053.27.11 при Российском Государственном Университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д.65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного Университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан "3-/ ООО г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

Защита состоится

' 4 " ш-о/лдооо

г. в

часов на заседании.

кандидат технических наук

Иванова Л.В.

А Мо.ЧЧ.О