Методика, алгоритмы и программы для квазистатического анализа печатных плат вычислительной техники и систем управления

• Автор: Аширбакиев, Ренат Ихсанович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Обзор задач моделирования печатных цепей

1.1. Использование моделирования печатных плат для диагностики межсоединений

1.2. Контроль электромагнитной обстановки в бортовой космической аппаратуре

1.3. Актуальность моделирования печатных цепей с помощью графов и разработки алгоритмов разбиения поверхностей

для численного метода моментов

1.4. Обзор алгоритмов для моделирования печатных цепей

1.5. Обзор алгоритмов разбиения поверхностей на ортош- _ нальные прямоугольники для численного метода моментов

1.6. Обзор инструментария и комплексов программ

1.7. Постановка задач исследования

2. Методика моделирования цепей печатных плат с помощью графов
2.1. Формулировка задачи моделирования
2.2. Построение модели печатной цепи
2.3. Алгоритм получения сжатого гомеоморфного графа
2.4. Тестирование алгоритма получения сжатого гомеоморфного графа
2.5. Генерация принципиальной схемы
2.6. Основные выводы и результаты главы
3. Алгоритмы аппроксимации переходных отверстий и полигонов
для численного метода моментов
3.1. Переходные отверстия
3.2. Многоугольник с круглыми вырезами
3.3. Тестирование алгоритмов
3.4. Основные выводы и результаты главы
4. Программы и алгоритмы для квазистатического анализа
4.1. Программа для методики моделирования печатных цепей
с помощью графов

4.2. Программа для моделирования переходных отверстий и
полигонов
4.3. Программа для создания БНТМЬ-диалогов
4.4. Программа для быстрого преобразования Фурье на графическом процессоре
4.5. Программа для построения графиков
4.6. Программа, реализующая интерпретатор для вычисления математических выражений
4.7. Алгоритмы аппроксимации набора данных
4.8. Использование результатов работы
4.9. Основные выводы и результаты главы
Заключение
Литература
Приложение 1
Приложение 2

Введение
Актуальность работы
Рост плотности монтажа и скорости обработки данных вычислительной техники и систем управления все больше затрудняет обеспечение надежности, контроля и диагностики печатных плат. Выполнять натурные испытания становится всё более дорого (оборудование, дополнительный персонал, помещение). Поэтому актуально электрическое моделирование элементов и устройств вычислительной техники и систем управления, в частности такой их универсальной детали как печатная плата. Для этого широко используется квазистатический анализ, с целью совершенствования которого применяются различные методы, алгоритмы и программы.
Значительный вклад в развитие теории и практики анализа печатных плат внесли зарубежные ученые Аршамбо Б. (Archambeault В.), Баум C. (Baum С.), Де Цуттер Д. (De Zutter D.), Полтц Ж. (Poltz J.), Фаш H. (Fache N.), Харрингтон P. (Harrington R.), а также отечественные ученые Газизов Т.Р., Гизатуллин 3.М., Кечиев Л.Н., Лемешко Н.В., Чермошепцев С.Ф. Однако обзор существующих исследований показывает, что в них недостаточно полно освещены вопросы моделирования цепей печатных плат с целью квазистатического анализа. Значительный вклад в развитие теории построения и анализа алгоритмов и структур данных внесли Вирт H. (Virt N.), Грэхем О. (Graham О.), Гэри М. (Gary М.), Джонсон Д. (Johnson D.), Кнут Д. (Knut D.), Кормен Т. (Cormen Т.), Кун X. (Kuhn H.), Форд Л. (Ford L.). Обзор общих алгоритмов, а также разработанных для печатных плат, показывает, что для анализа печатных плат актуальна разработка алгоритмов разбиения трехмерных конфигураций. Значительный вклад в объектно-ориентированное программирование внесли Влиссидес Дж. (Vlissides J.), Гамма Э. (Gamma E.), Джонсон Р. (Johnson R.), Страуструп Б. (Stroustrup В.), Хелм Р. (Helm R.). Однако его приложения к квазистатическому анализу остаются актуальными.
Таким образом, ряд актуальных задач совершенствования квазистатического анализа печатных плат остается нерешенным, и необходимо восполнить эти пробелы. Так, целесообразно разработать методику моделирования цепей печатных плат, которая бы позволила получать из геометрической модели печатной платы принципиальную схему её межсоединений, пригодную для квазистатического анализа целостности сигналов с целыо контроля функционирования.

Выбор инструментария для разработки диалоговых окон. Для разработки программного обеспечения необходимо использовать библиотеку, которая предоставляет интерфейс для создания окопных приложений и всего остального. В операционной системе (ОС) Windows такой интерфейс называется WinApi, с помощью него происходит создание всех приложений. Однако непосредственное использование интерфейса WinApi приведет к усложнению кода и зависимости от ОС Windows. В среде разработки Visual Studio существует библиотека MFC. которая является надстройкой над интерфейсом WinApi и должна упрощать работу с интерфейсом WinApi. Использование MFC приводит к зависимости от ОС Windows, а использование Visual Studio требует оплаты лицензии (20 -500 тыс. руб. при разных конфигурациях). Поэтому использование MFC невыгодно. Удобством использования инструментария отличается библиотека Borland (для языков С-г+ [40] с STL [41-43] и Pascal), где достаточно лишь разместить нужные компоненты и задать свойства. Однако последние версии Borland работают нестабильно, а стоимость лицензии исключает вариант использования этой библиотеки, даже если она будет работать стабильно. Самой популярной библиотекой разработки программного обеспечения является Qt [44] ( для языков Python, С-—). Приложения, написанные с использованием этой библиотеки, могут работать на ОС Windows, *nix, Mac OS, iOS, Android, Windows Phone и QNX (микроядерная ОС). Библиотека Qt это комплекс различных модулей, ориентированных на разработку пользовательских приложений. Она включает модули работы с пользовательскими интерфейсами, базами данных, графическими библиотеками, работу с сетью и др. Главное преимущество Qt заключается в качестве, кросснлатформенпо-сти программного кода и лицензии GNU LGPL на свободное ПО.
Язык HTML предназначен для разметки гипертекста, например, с помощью этого языка отображается текст на веб-страницах. Однако, использование HTML не ограничивается лишь одним Интернетом. В приложениях данный язык позволяет пользователю создавать собственные подпрограммы при использовании соответствующего инструментария. Развитым инструментарием для решения этой задачи является WebKit, на основе которого построено множество современных и самых популярных браузеров. При проектировании модуля диалогов удобно использовать библиотеку WebKit, позволяющую создавать диалоговые окна, однако Qt включает в себя QtWebKit. Эта библиотека