Структурно-параметрический синтез резистивно-емкостных элементов с распределенными параметрами со структурой слоев вида R-CG-NR

• Автор: Филиппов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ РЕЗИСТИВНОЕМКОСТНЫХ СРЕД.

1.1 Краткая характеристика элементов на основе резистивноемкостных сред

1.1.1 Общие понятия об элементах на основе резистивноемкостных сред

1.1.2 Анализ конструктивных вариантов ЯСЭРП, пригодных для создания элементов с фрактальным импедансом

1.2 Обзор математических моделей, используемых для анализа и синтеза ЛСЭРП.

1.3 Методы анализа КСЭРП

1.4 Методы синтеза ЯСЭРП и их программная реализация

1.5 Выводы.
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И КОНЦЕПЦИИ АНАЛИЗА ЯСЭРП СО СТРУКТУРОЙ СЛОЕВ ВИДА ЯСОЫЕ
2.1 Обоснование математических модели ЯСЭРП со структурой слоев вида КСОКЯ
2.1.1 Предварительные замечания
2.1.2 Учет потерь в диэлектрике
2.1.3 Учет конструктивных ограничений
2.2 Разработка математической модели ДО ЯСЭРП со структурой слоев вида ЯССКК.
2.2.1 Вывод уравнений ЯССКлинии
2.2.2 Вывод выражений коэффициентов Уматрицы СОЫК.линии ОО КРЭ.
2.2.3 Оценка корректности выражений упараметров с помощью Бркемодели.
2.2.4 Вывод выражений коэффициентов упараметров КРЭ с учетом концевых емкостей
2.2.5 Формирование Уматрицы ДО КРЭ
2.3 Разработка программы анализа ЯСЭРП
2.3.1 Разработка алгоритма анализа ЛСЭРП
2.3.2 Разработка пользовательского интерфейса программы анализа
2.4 Оценка корректности математической модели КСОЫК
2.4.1 Проверка корректности работы программы и выбор числа конечных элементов по заданной точности вычислений
2.4.2 Оценка влияния параме тров модели ЯСЭРП со структурой слоев вида ЯССКЯ.
2.5 Экспериментальная проверка адекватности результатов работы
профаммы анализа
. 2.6Выводы.Л .
Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРОГРАММЫ СИНТЕЗА ЯСЭРП СО СТРУКТУРОЙ СЛОЕВ ВИДА ЯСОЫЯ
3.1 Генетические алгоритмы
3.1.1 Предварительные замечания.
3.1.2 Основные понятия .
3.1.3 Рекомендации по разработке генетических алгоритмов синтеза
3.2 Разработка ГА.
3.2.1 Разработка способа кодирования информации о конструктивных
. параметрах ЯСЭРП.
3.2.2 Выбор типов и разработка алгоритмов генетических операторов
3.3 Разработка программы синтеза
3.4 Оптимизация параметров ГА .
3.4.1 Исследование влияния значений вероятностей мутации резистивных слоев и вероятности кроссинговера .
3.5 Выводы .
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ЯСЭРП.
. 4.1 Оптимизация алгоритмов анализа .
4.1.2 Профильный метод . .
4.1.3 Разработка алгоритма нумерации узлов. .
4.2 Методы совершенствования генетического алгоритма синтеза ЯСЭРП
4.2.1 Использование самоадаптации оператора мутации.
4.2.2 Использование островной модели ГА. .
4.2.3 Использование динамического изменения размера.сетки
4.2.4 Использование динамического изменения области анализируемых частот . .
4.2.5 Использование динамического изменения площади мутации
4.2.6 Выбор места действия операторов . .
4.3 Исследование возможностей профаммы синтеза по реализации заданных уровней постоянства фазы ФЧХ входного импеданса
4.4 Выводы .1.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
ЛИТЕРАТУРА


Для проверки точности и достоверности результатов синтеза проводилось имитационное моделирование с применением пакетов программ схемотехнического моделирования и физическое моделирование на толстопленочных образцах ЯСЭРП. Первая глава посвящена обзору конструкций и математических моделей двумерных резистивноемкостных элементов с распределенными параметрами ЯСЭРП. Проведен обзор и дана краткая характеристика методов расчета параметров ЯСЭРП как многополюсных элементов электрических цепей с точки зрения возможности их использования в программах автоматизированного проектирования ЯСЭРП. Дано современное состояние решения вопросов синтеза конструкций ЯСЭРП по заданным частотным характеристикам. Намечены пути повышения эффективности существующих алгоритмов синтеза и круг задач, решение которых позволит создать необходимую теоретическую и алгоритмическую базу для создания специализированного программного обеспечения проектирования двумерных ЯСЭРП. В главе 2 проведено обоснование математической модели ЯСЭРП со структурой слоев вида ЯССЫЯ. Получены выражения коэффициентов Уматриц одномерных конечных распределенных элементов ЯСЭРП со структурой слоев вида ЯСвИЯ. Разработаны алгоритм и программа анализа ЯСЭРП. Проведена проверка точности и адекватности результатов работы программы с помощью схемотехнического моделирования и сравнения с экспериментальными данными. В главе 3 реализована методика проектирования генетических алгоритмов применительно к новому объекту исследования двумерному КСЭРП со структурой слоев вида ЯСОЫЯ. Разработана программа синтеза ЯСЭРП. Проведена оптимизация параметров генетического алгоритма по скорости сходимости. В главе 4 проведена оптимизация алгоритмов анализа и синтеза ЯСЭРП. Проведена модернизация генетического алгоритма с целью повышения эффективности поиска решения. Разработан алгоритм нумерации узлов, позволяющий существенно уменьшить объем требуемой памяти и повысить скорость вычисления гпараметров ЯСЭРП. Математическая модель двумерного КСЭРП со структурой слоев вида ЯСОИЯ с учетом конструктивнотехнологических ограничений. Оптимизированный алгоритм расчета упараметров двумерных ЯСЭРП. Способ кодирования информации о конструктивных параметрах двумерных однородных ЯСЭРП. Алгоритмы реализации генетических операторов с учетом выбранного способа кодирования. Механизмы самоадаптации генетического алгоритма, повышающие эффективность и надежность алгоритма структурнопараметрического синтеза двумерных ЯСЭРП. Программное обеспечение анализа и структурнопараметрического синтеза двумерных ЯСЭРП с различными структурами слоев. Глава 1. Данная глава посвящена обзору конструкций и математических моделей двумерных резистивноемкостных элементов с распределенными параметрамиБСЭРН Проведен обзор и дана краткая характеристика методов расчета параметров ЯСЭРП как многополюсных элементов электрических цепей с точки зрения возможности их использования в программах автоматизированного проектирования ЯСЭРП. Дано,современное состояние решения вопросов синтеза конструкций ЯСЭРП по заданным частотным характеристикам. В самом общем виде резистивноемкостные среды можно представить в виде системы чередующихся слоев материалов, в которой1 проводящие иили резистивные слои разделены диэлектрическими слоями или двойными заряженными слоями с электронной. Формируя определенную конфигурацию проводящих и резистивных слоев, можно создавать пассивные электронные компоненты с распределенными параметрами в дальнейшем ЯСЭРП 1 . Пример конструкции ЯСЭРП, выполненной на основе тонкопленочной резистивноемкостной среды показан на рисунке 1. Рисунок 1. Как можно заметить, ЯСЭРП представляет собой функциональный элемент, способный выполнять функции цепи, состоящей из большого числа ЯСэлементов с сосредоточенными параметрами. Поэтому при изменении электрофизических характеристик материалов слоев или геометрических параметров слоев, происходит не просто изменение номинала элемента как у резисторов, конденсаторов и т. ЯСЭРП. Эта двойственность ЯСЭРП элемента, обладающего конструктивной целостностью, но характеризующегося не номиналом, а функциями цепи отражена в классификационной диаграмме, представленной на рисунке 1. Рисунок 1.