Научный журнал

Научное обозрение. Технические науки

ISSN 2500-0799

ПИ №ФС77-57440

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Жвад Ахмед Хашим Халиль 1

---

1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф.Морозова»

Проведён анализ современных систем автоматизации проектирования (САПР) с целью выявления их возможностей для проектирования электронной компонентной базы на примере МОП – транзисторов. Учитывались возможности формирования структур МОП – транзисторов, оценка материалов, используемых для технологий создания МОП – транзисторов, возможности оценки специфических параметров МОП – транзисторов. Для этого были разработаны модели в САПР Cadence, Microcap, SIMETRIX, Multisim, Tine, Proteus, CircuitMaker, Workbeanch и сформированы зависимости, определяемые каждым САПР в отдельности. Модели были созданы на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора. Каждая модель имеет свои особенности применительно к конкретной системе автоматизированного проектирования. Зависимости являются результатами работы каждой модели в отдельности. В ходе проведённого анализа были выявлены недостатки существующих САПР и приведена сравнительная таблица по их возможностям. В данной таблице приведены виды анализа эквивалентной схемы МОП-транзистора.

Статья в формате PDF

0 KB

метод

формализация процедур проектирования

системы автоматизированного проектирования (САПР)

OrCAD Capture Cadence

MICROCAP

SIMETRIX

MULTISIM

Tine

Proteus

CircuitMaker

WORKBENCH

1. Жвад, А.Х.Х. Алгоритм формализации МОП - транзистора для объектно – ориентированного языка программирования [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад // Моделирование систем и процессов. 2016. Т. 9. № 2. С. 5-14.

2. Жвад, А.Х.Х. Анализ математических зависимостей EKV модели для формализации процедур проектирования МОП – транзисторов [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад // Моделирование систем и процессов. 2015. Т. 8. № 4. С. 27-33.

3. Жвад, А.Х.Х. Анализ функциональных возможностей САПР MICROCAP на примере схемы МОП-транзистора [Текст] / В.В. Лавлинский, Жвад А.Х.Х. // Моделирование систем и процессов. Научно-технический журнал – Вып. 1. – Воронеж : ВГЛТА, 2014. С. 30-37.

4. Жвад, А.Х.Х. Анализ функциональных возможностей САПР SIMETRIX на примере схемы МОП-транзистора [Текст] / В.В. Лавлинский, Жвад А.Х.Х // Моделирование систем и процессов. Научно-технический журнал – Вып. 1. – Воронеж : ВГЛТА, 2014. С. 38-43.

5. Жвад, А.Х.Х. Анализ функциональных возможностей САПР WORKBENCH на примере схемы МОП-транзистора [Текст] / В.В. Лавлинский, Жвад А.Х.Х // Моделирование систем и процессов. Научно-технический журнал – Вып. 1. – Воронеж : ВГЛТА, 2014. С. 43-54.

6. Жвад, А.Х.Х. Метод синтеза виртуальной реальности для формирования 3D модели МОП – транзистора [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад, А.Л. Савченко // Моделирование систем и процессов. 2015. Т. 8. № 3. С. 56-59.

7. Жвад, А.Х.Х. Модели формализации МОП - транзисторов на основе объектно - ориентированного языка программирования [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад // Моделирование систем и процессов. 2016. Т. 9. № 2. С. 15-20.

8. Жвад, А.Х.Х. Модели формирования электрических параметров МОП – транзисторов для компонентов САПР [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад // Моделирование систем и процессов. 2016. Т. 9. № 3. С. 5-7.

9. Жвад, А.Х.Х. Основы формализации процедур проектирования МОП - транзисторов в САПР [Текст] / А.Х.Х. Жвад // Моделирование систем и процессов. 2015. Т. 8. № 4. С. 5-7.

10. Жвад, А.Х.Х. Основы формирования 3D моделей для проектирования современных МОП - транзисторов с использованием синтеза виртуальной реальности [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад, А.Л. Савченко // Моделирование систем и процессов. 2015. Т. 8. № 3. С. 59-64.

11. Жвад, А.Х.Х. Проектирование МОП - транзисторов на основе построения 3D моделей синтеза виртуальной реальности [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад, А.Л. Савченко // Фундаментальные исследования. 2016. № 1-1. С. 38-42.

12. Жвад, А.Х.Х. Проектирование различных слоёв кристаллической решётки элементов с использованием методов объектно-ориентированного программирования [Текст] / В.В. Лавлинский, Жвад А.Х.Х. // Моделирование систем и процессов. Науч.-техн. журнал – Вып. 2. – Воронеж : ВГЛТА, 2014. С. 16-19.

13. Жвад, А.Х.Х. Трехмерное моделирование МОП - транзисторов для решения научных и прикладных задач в САПР [Текст] / А.Х.Х. Жвад // Второй международный молодёжный симпозиум «Современные проблемы математики. Методы, модели, приложения» Воронеж: ВГЛТУ, 2015. С. 34-43.

14. Жвад, А.Х.Х. Формализация методов моделирования для разработки компонентов САПР с элементами синтеза виртуальной реальности [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад, А.Л. Савченко // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2. С. 171-179.

15. Жвад, А.Х.Х. Формализованные модели формирования зависимостей отдельных параметров МОП - транзисторов от температуры для компонентов САПР [Текст] / В.В. Лавлинский, А.Х.Х. Жвад // Моделирование систем и процессов. 2016. Т. 9. № 3. С. 8-13.

Основные задачи формализации процедур проектирования МОП – транзисторов для САПР заключаются в следующем [3-5]:

– снизить сложность 3D моделирования в САПР компонентов (модулей) в виде МОП - транзисторов с учётом воспроизведения физических и химических процессов на уровне кристаллических решёток материалов для его отдельных элементов;

– снизить сложность 3D моделирования в САПР компонентов (модулей) в виде МОП - транзисторов из-за многомерности решаемых задач, что требует разработку методов синтеза внутренних и внешних параметров;

– снизить сложность воспроизведения физических явлений в виде процессов, происходящих внутри отдельных элементов МОП - транзистора;

– снизить сложность выбора оптимальных средств 3D моделирования с целью сопрягаемости с существующими САПР;

– снизить сложность решения задач синтеза параметров МОП – транзистора из-за различного уровня используемой в них топологии, различий применяемых при их изготовлении технологий, особенностей использования существующих и новых материалов их изготовления (зачастую с новыми параметрами), которые также оказывают своё влияние на конечный результат, а также снизить сложность 3D моделирования с электрическими параметрами изделий ЭКБ.

Методы формализации процедур проектирования МОП – транзисторов с использованием современных САПР

Предлагаемый обзор включает исследование возможностей следующих САПР: OrCAD Capture Cadence, MICROCAP, SIMETRIX, MULTISIM, Tine, Proteus, CircuitMaker, WORKBENCH.

Во всех исследуемых системах автоматизированного проектирования имеется два подхода проектирования МОП – транзисторов: первый – даёт возможность работать лишь с имеющимися компонентами САПР для конкретных уже разработанных библиотек; второй – позволяет изучать зависимости МОП – транзисторов на основе исследования её эквивалентной схемы.

Именно такие подходы с различными САПР были проанализированы и представлены ниже. Так, например, в САПР OrCAD Capture Cadence МОП - транзисторы в виде отдельных компонент представлены на рис. 1.

В этом случае с основными параметрами МОП – транзистора для конкретно выбранного компонента в САПР предоставляются табличные данные (рис. 2).

Рис. 2. Табличные данные параметров отдельного компонента МОП – транзистора в САПР OrCAD Capture Cadence

Только применительно к САПР OrCAD Capture Cadence имеется возможность 3D геометрического моделирования выбранного компонента МОП – транзистора (рис.3).

Второй подход при проектировании МОП – транзисторов представлен в виде модели, основанной на его эквивалентной схеме в САПР OrCAD Capture CIS Cadence (рис. 4).

Рис. 4. Модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора в САПР OrCAD Capture CIS Cadence

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ искажений, анализ температурного диапазона, анализ наиболее неблагоприятного варианта, анализ Монте-Карло (рис. 5) соответственно.

Применительно к САПР MICROCAP используемые подходы представлены на рис. 6 (внешний вид компонента МОП – транзистора и его параметры в табличном виде) и рис. 7 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров) соответственно.

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ быстрого преобразования Фурье, анализ помех, анализ искажений, анализ чувствительности, анализ температурного диапазона, анализ передаточной функции, анализ Монте-Карло (рис. 7) соответственно.

Применительно к САПР SIMETRIX используемые подходы представлены на рис. 8 (внешний вид компонента МОП – транзистора и его параметры в табличном виде) и рис. 9 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров) соответственно.

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты (АЧХ), анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ температурного диапазона, анализ методом Monte-Carlo (рис. 9) соответственно.

Применительно к САПР MULTISIM используемые подходы представлены на рис. 10 (внешний вид компонента МОП – транзистора и его параметры в табличном виде).

Применительно к САПР Tine используемые подходы представлены на рис. 11 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ диапазона параметров (рис. 11) соответственно.

Применительно к САПР Proteus используемые подходы представлены на рис. 12 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ диапазона параметров, анализ температурного диапазона (рис. 12) соответственно.

Применительно к САПР CircuitMaker используемые подходы представлены на рис. 13 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ диапазона параметров, анализ температурного диапазона (рис. 13) соответственно.

Применительно к САПР WORKBENCH используемые подходы представлены на рис. 14 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты и фазы, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ коэффициента шума, анализ искажений, анализ чувствительности, анализ температурного диапазона, анализ передаточной функции, анализ Монте-Карло, анализ длительности траектории (рис. 14) соответственно.

Сравнительный анализ возможностей САПР представлен в таблице 1

Таблица 1

Сравнительный анализ возможностей САПР

Все рассмотренные параметры МОП – транзисторов при их моделировании в различных САПР придерживаются одних и тех же методов формализации процедур проектирования, которые не дают возможности оценивать специфические внутренние и внешние параметры, относящиеся к МОП – транзисторам.

Заключение

Таким образом, выполненный анализ методов формализации процедур проектирования элементов электронной компонентной базы на примере формализации МОП - транзисторов в современных системах автоматизированного проектирования позволил сделать следующие выводы:

формализация процедур проектирования в современных САПР направлена на формирование только электрических параметров: как для отдельных элементов, так и для схем в целом, но не для геометрического моделирования;

нет открытости для формирования новых МОП - транзисторов с новыми параметрами (можно использовать только стандартные компоненты);

модели и параметры транзисторов представлены либо в табличном, либо в схематичном виде;

отсутствует возможность формирования 3D моделей (кроме Cadence, которая представляет данные услуги практически за 100% доплату от стоимости пакета всех модулей) и геометрического моделирования МОП – транзисторов;

существующая формализация процедур проектирования не даёт возможность синтеза новых моделей МОП – транзисторов и его параметров;

существующая формализация процедур проектирования не даёт возможность учитывать новые материалы МОП – транзисторов.

Ввиду проведённого анализа, предлагается на основе использования новых методов информационных технологий, методов 3D геометрического моделирования и синтеза виртуальной реальности устранить выявленные недостатки САПР. При этом также возникает необходимость в формировании методов формализации процедур проектирования для синтеза параметров МОП – транзисторов и алгоритмов разработки компонентов САПР, позволяющих синтезировать различные зависимости параметров при проектировании МОП - транзисторов.

Причинами формализации процедур проектирования МОП – транзисторов для САПР являются:

сложность моделирования математических зависимостей параметров МОП – транзистора воспроизводящих их функционирование;

множественность структур МОП - транзисторов и их элементов;

необходимость учёта структуры материалов МОП - транзисторов на уровне кристаллических решёток;

необходимость учёта физико-технологических процессов для формирования результатов функционирования МОП – транзисторов;

необходимость учёта внешних и внутренних параметров, описывающих физические процессы МОП – транзисторов;

необходимость использования информационных 3D технологий и анализа существующих методов, алгоритмов и моделей проектирования на основе физических процессов, происходящих в МОП - транзисторе.

Ввиду этого предлагается следующее упрощённое представление этапов формализации процедур проектирования МОП – транзисторов для САПР (рис. 15).

Следовательно, рассматриваемые задачи и схему дальнейших исследований можно схематично представить в виде рисунка 16.

Более детальное рассмотрение ключевых вопросов исследования формализации процедур проектирования МОП - транзисторов в САПР и основные результаты такого исследования представлены в работах [1-15].

Библиографическая ссылка