Русский

Медгаус Антон Володимирович

Факультет комп'ютерних наук і технологій

Кафедра комп'ютерної інженерії

Спеціальність: Комп'ютерні системи та мережі

Науковий Керівник: Зінченко Юрій Євгенович

Реферат з теми випускної роботи

Розробка та дослідження методу моделювання несправностей аналогових пристроїв на базі мови опису аналогово-цифрових пристроїв PSpice

Введення

Стрімке зростання обчислювального потенціалу персональних комп'ютерів дозволяє успішно використовувати їх для моделювання процесів, що відбуваються в електричних схемах. Це робить можливим зробити більшу частину налагоджувальних робіт при проектуванні радіоелектронного пристрою, не вдаючись до виготовлення макета. З'явилися і стали доступними програми, які дозволяють це робити: ELECTRONIC WORKBENCH, MULTISIM, MICROCAP, OrCad, PCAD. Вони відмінно справляються з безліччю практичних завдань із розрахунку електронних схем для помірно високих частот. На сьогодні всі вони є програмними комплексами наскрізного проектування, що дозволяють проводити розробку аналого-цифрових схем від ідеї до виготовлення друкованої плати. Об'єднує ці програми те, що їх підсистема моделювання базується на використанні вхідного мови програми PSpice. Це розробка корпорації MicroSim початку 70-х років. Історично вона з'явилася першою і, в силу простоти вхідної мови і прийнятною надійності використаних алгоритмів, стала свого роду стандартом для подібних програм, сучасні версії яких володіють розвиненими графічними оболонками, що дозволяють писати завдання на моделювання на природному для розробників мові - мові електричних схем. У більшості випадків це значно зручніше, ніж використовувати текстову вхідну мову програми PSpice [1].

На даному етапі розвитку науки існує безліч програм для тестування цифрових пристроїв, але все йде інакше з діагностикою аналогових пристроїв. Програми, тести в яких пишуться вручну, не володіють достатньою гнучкістю і універсальністю, що потрібні для діагностики несправностей пристроїв. Функціональність програми залежить від фахівця-діагноста, що становить тест для тієї або іншої моделі пристрою. Головною метою даної магістерської роботи є розробка методу моделювання несправностей, за допомогою якого буде можливо діагностувати широкий вибір аналогових пристроїв, для подальшого усунення виявлених дефектів. Саме цей напрям є актуальним у зв'язку з його новизною і недостатнім досвідом діагностування в даній галузі.

У даній магістерській роботі буду розроблені новий метод і структури моделювання аналогових несправностей, на основі Pspice-моделі об'єкта діагностики.

На основі запропонованих методів і структури будуть розроблені програмні засоби моделювання аналогових несправностей які можуть бути використані в системі діагностики аналогових пристроїв.

Огляд досліджень по темі в ДонНТУ

Діагностиці аналогових пристроїв присвячені наступні магістерські роботи:

• Магістр ФКНТ Масякін Е.А. по темі: Розробка і дослідження методів і структур апаратного генерування аналогових тестів на базі FPGA
• Магістр ФКНТ Шігімагін А.В. по темі: Розробка і дослідження методів і структур апаратного аналізу аналогових тестових реакцій на базі FPGA
• Магістр ФКНТ Маринець О.М. по темі: Дослідження ефективності генерації тестів аналого-цифрових ТЕЗ спеціалізованого радіотехнічного комплексу

  Огляд досліджень по темі в Україна

  Подібних досліджень в Україні немає.

  Огляд досліджень по темі в світі

  Подібними дослідженнями в світі займалися такі:

  • Сускін В.В., Капранов А.П. Результати доповіді по темі
    
  • Zhi-Hong Liu MIXED-SIGNAL TESTING OF INTEGRATED ANALOG CIRCUITS AND ELECTRONIC MODULES

  Структура розроблюваного методу

  У моїй магістерській роботі буде досліджено найпростіші аналогові пристрої, як резистор, індуктивність, конденсатор. Завдання є дуже трудомістким, тому що навіть провести повне тестування схеми з одних резисторів потребує детального опрацювання безлічі деталей. Необхідно ставити критичні параметри для кожного елемента (розрив, коротке замикання), а також перевірити на невеликі відхилення. Для кожного з резисторів в ідеальному випадку необхідно виконати перебір можливих параметрів, які в кожному окремому випадку передавати в систему моделювання OrCad, після чого проводити аналіз вихідного файлу з результатами. У файлі буде зазначено, на скільки відбулося чи не відбулося відхилення в схемі з заданими параметрами.

  Система повинна виконувати перевірку будь-якого аналогового пристрою, при цьому на вході можна було б вибирати будь-який з запропонованих сигналів (синусоїда, пила, шум), а на виході схеми підключати аналізатор. Але так як завдання виходить дуже об'ємною, то достатньо буде реалізувати прості аналогові елементи за відведений для магістерської роботи термін.

  У результаті має бути отримана програмна оболонка для управління внутрішнім мовою OrCad - PSpice, на якому і буде проводитися моделювання усіх вивчених пристроїв.

  Структура роботи програмного комплексу представлена на рис. 1.

  
  
  
  
  Рисунок 1 - Структурна схема роботи досліджуваного методу моделювання несправностей
  6 кадрів. Затримка: після кожного кадру = 1 сек.
  Кількість повторень анімації = 6. Розмір анімації: 500px х 350px.
  Розмір файлу: 17.3 Kbytes. Створено за допомогою Adobe Photoshop
  
  
  

  Для кожного з елементів схеми буде описана структура такого формату:
  <ім'я елемента> <вузли підключення> <параметри елемента>
  
  Приклади опису пасивних елементів [4]:
  * Опір Rmain номіналом 60 Ом
  * Підключено між вузлами 2 і A1:
  Rmain 2 A1 60

  Розробляється програмний модуль повинен виконувати перебір можливо допустимих параметрів елементів, після чого передавати ці дані на обробку в OrCad. Система моделювання порівнює задану схему з еталонною і результати роботи схем подає на компаратор. Компаратор видає 0 (у разі ідентичності роботи), або 1 (у разі виявлення несправності). Так як при моделюванні може вийти не постійна вихідний сигнал, а змінюється у часі, слід передавати вихідний сигнал еталонної схеми для порівняння результатів після компаратора. При цьому визначати в процентному співвідношенні відхилення сигналу компаратора і еталонної схеми, і при заданому значенні відхилення виявляти несправність.

  Досліджувана схема повинна містити в собі відхилення значень параметрів в заданих користувачем діапазонах, для виявлення несправностей. У разі якщо вихідні дані відрізняються в межах допустимих відхиленням, то схема в собі несправностей не містить. Наведемо ще 1 більш наочний приклад вхідного (рис.2) і вихідного (рис.3) файлів.

  
  
  Рисунок 2 - Схема з постійним струмом для аналізу на PSpice
  
  
  
  
  
  Рисунок 3 - Вихідний файл для схеми на рис. 2
  
  
  

  Основні результати

  Три величини представляють інтерес у вихідному файлі: потенціал вузла 2, струм джерела живлення, розсіювання потужності [4]. Планований для розробки програмний модуль буде аналізувати отриманий результати і порівнювати їх з еталонними, після чого будуть побудовані графіки змін диагностируемой схеми щодо еталонної. З наведеної раніше структури розробляється методу моделювання в програмний модуль увійдуть 3 складові: моделююча початкові характеристики та схеми частина, генератор несправностей в межах допустимих діапазоном для досліджуваної схеми і компаратор. Частина моделююча характеристики міститиме базові еталонні параметри елементів і саму структуру еталонної схеми. Генератор несправностей буде по вже створеної структурі еталонної схеми змінювати значення параметрів елементів у припустимих діапазонах. Також планується моделювати критичні несправності схеми, такі як розрив і коротке замикання. Аналоговий компаратор повинен виявляти всі відхилення в роботі досліджуваної схеми і відображати це на вихідний характеристиці, після чого дані буде передаватися в основний програмний модуль для подальшої обробки.

  Висновок

  У результаті має бути розроблений новий метод моделювання несправностей аналогових пристроїв, заснований на мові Pspice. Даний метод дозволить моделювати крім несправностей елементів, критичні несправності. Діагностика буде проводитися порівнянням досліджуваної схеми з еталонною і після закінчення діагностування виводитися графічна інформація про коректність чи некоректність роботи аналогового пристрою.

  Література

  1. Петраков О. М., Створення аналогових PSPICE-моделей радіоелементів [Текст]: - М.: ИП РадіоСофт, 2004.-208с.
  2. Хайнеман Р., Pspice. Моделювання роботи електронних схем [Текст]: - М.: ДМК Видавництво, 2005.-325С.
  3. Аульченко В.М. Аналіз сигналів. Елементи аналогової електроніки, Новосибірськ, 2001
  4. OrCad Pspice. Аналіз електричних ланцюгів
  5. Agrawal V.D. Essentials of electronic testing for digital, memory and mixed-signal VLSI circuits / VD Agrawal, M. L. Bushnell / / Boston: Kluwer Academic Publishers, - 2000, 650p.
  6. Рувінова Е. внутрісхемний контроль живий і буде жити / / Рувінова Е. / Електроніка: Наука, Технологія, Бізнес, № 5 - 2001р.
  7. Bapiraju Vinnakota. Analog and mixed-signal test / Bapiraju Vinnakota / / Prentice Hall PTR, 1998. - 261p.
  8. Електронний САПР. Моделювання. Схемотехніка
  9. Архангельський А. Я. Pspice і Design Center. Ч. 1. Схемотехнічне моделювання. Моделі елементів. Макромоделювання. М.: МІФІ, 1996.
  10. Разевіг В. Д. Система проектування OrCad 9.2 - М.: СОЛОН, 2001.
  
  

  Важливо
  При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: листопад 2011. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його наукового керівника після зазначеної дати.

  ---

  Про автора