Методология проектирования радиоэлектронных устройств на основе математического моделирования взаимодействующих разнородных физических процессов

• Автор: Воловиков, Валерий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 282 с. : ил.

1.1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

1.2. КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ .

1.3. ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОМПОНЕНТОВ КОМПЛЕКСНЫХ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙС ТВАХ.
2.1. ТРЕБОВАНИЯ К КОМПОНЕНТАМ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.
2.2. КОМПОНЕНТЫ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.

2.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВК 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОМПЛЕКСНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.

3.1. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПАРАМЕТРИЗАЦИИ КОМПЛЕКСНЫХ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ,
ГИДРОАЭРОДИАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
3.2. МЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ,
ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.
3.2.1.ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДУ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ
3.2.2.СХЕМА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ
3.2.3. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ УРАВНЕНИЙ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.
3.2.4. АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЕТВЕЙ
КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ВЕРХНЕГО ИЕРАРХИЧЕСКОГО УРОВНЯ
3.3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОИСКА ОШИБОК В КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЯХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
3.3.1.ПРОВЕРКА ОБЩИХ ПРАВИЛ ПОСТРОЕНИЯ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
3.3.2. ПРОВЕРКА НАРУШЕНИЙ ФИЗИЧЕСКОГО СМЫСЛА В
ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.3.3. ПРОВЕРКА ВЗАИМОСВЯЗЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ
3.4. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ.
4.1. ТРЕБОВАНИЯ К ПОДСИСТЕМЕ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ
4.2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПОДСИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ АСОНИКАП
4.3. МОДЕЛЬ КЛАССОВ ПРОГРАММЫ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ.
4.4. МОДЕЛЬ КЛАССОВ ПРОГРАММЫ СОЗДАНИЯ ВЕКТОРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
4.5. МОДЕЛЬ КЛАССОВ ПРОГРАММЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ.
4.6. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ
4.7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭУ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫ1ЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
5.1. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫХ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ,
ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ
5.2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ЭФФЕКТОВ
В РЭУ ПРИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИИ.
5.3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ РАЗНОРОДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
5.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ, МЕТОДИК И
МЕТОДОЛОГИИ.
5.4.1. ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ У1 ТРАВЛЕНИЕМ.
5.5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.
5.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


М. за научное консультирование по вопросам оптимального проектирования РЭУ и коллективам кафедр Информационные технологии и автоматизированные системы и Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы МИЭМ за конструктивное обсуждение результатов, советы и помощь в работе. ГЛАВА 1. В главе, в соответствии с целью диссертационной работы, проводится анализ проблемы комплексного моделирования взаимодействующих физических процессов в микроэлектронной аппаратуре с точки зрения его применения в процессе проектирования. Проводится обзор и анализ современных методов и программных средств математического моделирования РЭУ, описываются сложности, возникающие при их применении на этапах проектирования РЭУ с высокой плотностью компоновки. На основе проведнного анализа предлагается концепция моделирования взаимодействия физических полей РЭУ при их проектировании. Положения концепции позволяют рекомендовать математические модели, методы и методики, а так же состав программных средств для использования в процессе проектирования микроэлектронной аппаратуры. Приводится постановка задач исследования, необходимых для достижения поставленной цели, а так же список вопросов решаемых в рамках выполнения задач диссертации. К настоящему моменту в мире создано множество различных программных средств см. РЭУ, то вс множество программ можно разделить на две группы универсальные и проблемно ориентированные. К универсальным относятся программные средства, предназначенные для анализа разнообразных технических объектов, теоретически позволяющие при наличии определнного опыта и знаний провести расчт РЭУ, но не специализированные на этой области. К проблемноориентированным относятся программные средства, разработанные для анализа РЭУ. Их интерфейс и математическое обеспечение специализировано на особенностях конструктивного исполнения и протекания физических процессов в РЭУ. За счт этого решение расчтных задач происходит более быстро и с высокой точностью, по сравнению с универсальными программными средствами. Кроме этого проблемноориентированные программы позволяют автоматически определять наиболее уязвимые места схемы и конструкции, обеспечивают автоматический расчт специальных характеристик, таких как коэффициенты тепловой и электрической нагрузки, автоматизировать процесс составления отчта, поддерживать обмен данными с другими программными комплексами. Для решения математических моделей РЭУ в современных ПК, как проблемноориентированных, так и универсальных, используются схожие численные методы, такие как метод узловых потенциалов, Ьиразложения, НыотонаРафсона, простых итераций, ВЭР, преобразование Фурье и др. При построении моделей используют методы разбиения, твердых тел и пространства на конечные элементы, методы расчта коэффициентов облученности например, метод полукуба, а так же алгоритмы локального усреднения теплофизических параметров расчт среднего значения коэффициента теплопроводности многослойной печатной платы. Данные методы широко известны и рассмотрены во многих работах , , , , ЮГ, 3, 6, 3, 4, 7, 5, 5. Таблица 1. Электрические Проблемноориентированный, электрическая схема Модификации математического ядра входят в состав программных комплексов различных производителей. Г6, 0 Электрические Проблемноориентированный, электрическая схема Сквозное проецирования печатных плат. I , Электрические Проблемноориентированный, электрическая схема Наличие виртуальных приборов. Дополнительные программы обеспечивают трассировку ПП и размещение компонентов. Электрические, электромагниные Проблемноориентированный, электрическая схема Сквозное проектирования печатных плат. Двунаправленный обмен данными с ПК . Тепловые Проблемно ориентированный, конечноразностная модель Импорт данных из ПК сквозною проектирования печатных плат i, , , и др. X, и др. I, Ii, I, и др. Тепловые, аэродинамические Использование программы X i i позволяет создавать модели РЭУ. Конеч ноэлементн ые модели Комплексный расчт тепловых и аэродинамических процессов на уровне блоков и ПП с элементами. Двунаправленный обмен данными с ПК проектирования ПП , , i и др. Обмен данными с программами i, , и др. Тепловые Проблемно ориентированный, конечноразностная модель Тепловое моделирование на уровне печатных плат с элементами.