Россия
Россия
УДК 621.396 Аппаратура и методы радиосвязи
В статье рассматривается этап системного моделирования, входящий в жизненный цикл проектирования радиоэлектронного оборудования. Основное внимание уделено организации и проведению моделирования на начальной стадии разработки радиоэлектронного оборудования, которое направлено на определение оптимальной архитектуры изделия и оценку основных показателей его работоспособности. Рассмотрены этапы подготовки данных для моделирования, порядок выполнения моделирования и инструменты, используемые для этого. Особое внимание уделяется применению специализированных программно-аппаратных комплексов (САПР), таких как MATLAB Simulink, позволяющих проводить численное моделирование и верификацию архитектурных решений. Выделены важные аспекты системного моделирования, влияющие на дальнейшую разработку, включая алгоритм работы изделия, распределение функциональных блоков, оценку выделяемого тепла, массы и габаритов изделия, диапазон рабочих частот и прочие характеристики. Результаты моделирования позволяют выявить несоответствия между заявленными требованиями и характеристиками будущей конструкции, обеспечивая возможность своевременной коррекции архитектуры и концепции изделия. Также представлены рекомендации по подготовке отчета по результатам моделирования, который служит основой для дальнейших этапов проектирования. Представлены разделы, входящие в итоговый документ по итогу разработки протоколов информационного взаимодействия.
системное моделирование, проектирование радиоэлектронного оборудования, архитектура изделия, показатели работоспособности, проведение моделирования, программно-аппаратные комплексы, численное моделирование, верификация решений, конструкция радиоэлектронных устройств
I. Введение
Входными данными для выполнения этапа системного моделирования являются следующие:
- Функциональная схема.
- Требования для моделирования.
Выходные данные после выполнения этапа:
- Результаты моделирования.
- Отчет по моделированию.
Исполнителем этого этапа является ведущий конструктор (системный инженер, расчетчик).
В качестве САПР используется Matlab Simulink.
II. Порядок выполнения этапа
- Разработка блоков, используя системные примитивы, или создание пользовательских блоков.
- Построение схемы (модели) согласно требованиям ТЗ и функциональной схемы.
- Установка на схему источников напряжения, источников тока, генераторов импульсов и пр.
- Настройка проекта и параметров расчета (шаг расчета, расчетные параметры, типы графиков).
- Проведение моделирования внешних сигналов, воздействующих на схему, с целью убедиться в правильности их работы.
- Проведение моделирования системы для разного уровня требований (рис. 1).
- Проведение анализа полученных результатов заданным требованиям на расчет.
- Если требуется провести анализ нескольких вариантов схем, то проведение не только моделирования, но и сравнение результатов моделирования между собой по заданным критериям, выбор наилучшего результата.
- Проведение анализа соответствия результатов моделирования требованиям на расчет.
- Оценка соответствия результатов моделирования и требований к РЭА, оценка необходимости доработки архитектуры (концепции) изделия.
- Разработка отчета, в котором должны отражаться результаты моделирования и рекомендации по доработке изделия.
III. Рекомендации по выполнению этапа
Системное моделирование должно выполняться при помощи специализированной САПР. Как правило, такой системой является Matlab и его модуль Simulink. В зависимости от назначения изделия, могут применяться другие модули и библиотеки САПР.
Целью проведения системного моделирования является выбор наилучшего варианта построения архитектуры изделия (системы). Проверка соответствия изделия основным требованиям к нему – алгоритмы работы, состав функциональных блоков, расчет основных параметров изделия. На данном этапе системный инженер должен определить набор главных функций изделия, которые определяют облик изделия и без проверки которых невозможно начать разработку. Такими расчетами могут быть:
- Расчет преобразовательного тракта;
- Выбор системы управления и обратных связей;
- Состав количества передающих устройств и их удаленность друг от друга;
- Оценка выделяемого тепла;
- Расчет блоков, определяющих массу и габариты изделия;
- Расчет диапазона рабочих частот;
- Выбор количества составных частей изделия и их назначение.
Системное моделирование, в зависимости от проработки разного уровня требований, может иметь различный уровень абстракции и проверки (таблица 1).
Таблица 1
Уровни требований и моделирования
|
№ |
Уровень требований |
Уровень моделирования |
|
1 |
Описание потребностей |
Сценарии использования |
|
2 |
Требования заинтересованных сторон |
Функциональное моделирование |
|
3 |
Требования к системе в целом |
Моделирование характеристик системы |
|
4 |
Требования к подсистемам |
Моделирование подсистем и взаимодействия между ними |
1. Ахметшин, А. А. Разработка цифровых двойников элементной базы радиофотонных устройств Для интеграции в САПР / А. А. Ахметшин // Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы - 2022 : материалы IX Молодежной международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Казань, 28–30 апреля 2022 года. – Казань: ИП Сагиева А.Р., 2022. – С. 183-184. – EDN TXSFGG.
2. Колебакин, М. М. Исследование работы модулей конечно-элементного анализа современных САПР / М. М. Колебакин, Е. В. Смирнова, С. С. Цывкунова // Образование. Наука. Производство : Сборник докладов XVI Международного молодежного форума, Белгород, 30–31 октября 2024 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2024. – С. 47-51. – EDN XVOQNZ.
3. Компьютерное моделирование работоспособности электрической схемы в системах автоматизации проектирования / В. К. Зольников, С. В. Стоянов, Е. В. Шмаков, Н. Н. Литвинов // Моделирование систем и процессов. – 2024. – Т. 17, № 3. – С. 26-36. – DOIhttps://doi.org/10.12737/2219-0767-2024-24-34. – EDN EJJKJP.
4. Оборудование и программно-аппаратный комплекс для испытаний электронной компонентной базы / А. Я. Кулибаба, А. А. Сашов, А. А. Скрипников, А. Ю. Штукарев // Наноиндустрия. – 2020. – Т. 13, № S4(99). – С. 539-540. – DOIhttps://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.4s.539.540. – EDN UFBFNN.
5. Федорова, М. В. Автоматизированная система учета элементной базы радиоэлектроники / М. В. Федорова, О. К. Югай // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2024) : Материалы XIII Международной научно-технической и научно-методической конференции, Санкт-Петербург, 27–28 февраля 2024 года. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2024. – С. 566-570. – EDN BHHYQF.
6. C. -Y. Huang, Y. -H. Lin and P. -F. Tsai, "Developing a Rework Process for Underfilled Electronics Components via Integration of TRIZ and Cluster Analysis," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 5, no. 3, pp. 422-438, March 2015, doi:https://doi.org/10.1109/TCPMT.2015.2394388.
7. Nesterenko Yu.P., Petrovskaya L.I. «The use of computer-aided design systems in the creation of high-frequency radio-electronic modules.» // Bulletin of Tomsk Polytechnic University. Series: Electrical Engineering and Information Technology. Vol. 332, No. 4 (2021). P. 65–74.
8. Popova E.N., Savchenko V.Yu. «Methodology for increasing reliability at the stage of designing digital radio-electronic equipment.» // Problems of Radioelectronics. Vol. 18, No. 3 (2020). P. 123–134.
9. Sokolovsky A.D., Semenov D.B. «Modeling methods for ensuring electromagnetic compatibility when designing radio-electronic equipment.» // Scientific Notes of Ural Federal University. Vol. 16, No. 2 (2022). P. 21–30.
10. Shulga A.K., Ivanov V.L. «Problems and solutions in the design of multilayer printed circuit boards for modern radio-electronic equipment.» // Technical Physics Letters. Vol. 47, No. 1 (2021). P. 34–41.
11. Alekseeva O.S., Ryabushkin S.O. «Evaluation criteria for effectiveness in the design of modular radio-electronic systems.» // Izvestiya SFedU. Engineering Sciences. Vol. 23, No. 2 (2022). P. 112–121.
12. Belousov V.V., Kuznetsov F.M. «Mathematical modeling techniques for noise suppression in the design of analogue radio-electronic circuits.» // Vestnik MEPhI. Vol. 19, No. 3 (2020). P. 101–110.
13. T. Mager, C. Jürgenhake and R. Dumitrescu, "Approach for a modular design methodology for an efficient development of 3D MID components," 2021 14th International Congress Molded Interconnect Devices (MID), Amberg, Germany, 2021, pp. 1-9, doi:https://doi.org/10.1109/MID50463.2021.9361622.
14. Verification methods for complex-functional blocks in CAD for chips deep submicron design standards / V. K. Zolnikov, K. V. Zolnikov, N. V. Iljina, K. P. Grabovyi // E3S Web of Conferences : International Scientific and Practical Conference “Environmental Risks and Safety in Mechanical Engineering” (ERSME-2023), Rostov-on-Don, Russia, 01–03 марта 2023 года. Vol. 376. – Rostov-on-Don: EDP Sciences, 2023. – P. 01090. – DOIhttps://doi.org/10.1051/e3sconf/202337601090. – EDN XNXOCF.
15. Y. N. Kofanov, S. I. Frolov and S. Y. Sotnikova, "Development of Topological Models of Electronic Component Base for Joint Research on Simultaneous Electro-Thermal Processes in Radioelectronic Equipment," 2024 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED), Sochi, Russian Federation, 2024, pp. 1-6, doi:https://doi.org/10.1109/SED63331.2024.10741059.
