Universelle analog programmierbare ICs: Auswahl elementarer Funktionseinheiten. Vergleichsdaten

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anwendung von Mikroschaltungen

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Die Bedeutung umprogrammierbarer integrierter Logikschaltkreise (FPGA) bei der Synthese logischer Systeme kann kaum überschätzt werden. Die komplexe Entwicklung der Elementbasis und Computer-Aided-Design-Systeme ermöglicht es, komplexe logische Systeme in beispiellos kurzer Zeit und mit minimalem Materialaufwand zu realisieren. Daher ist der Wunsch nach ähnlichen Ergebnissen bei der Konstruktion und Produktion analoger Systeme durchaus verständlich. Viele in diese Richtung unternommene Versuche haben jedoch noch nicht die erwarteten Ergebnisse gebracht, und programmierbare analoge ICs (PAIS) und analoge Matrix-LSIs (MABIS) sind noch nicht universell geworden.

Probleme beim Entwerfen programmierbarer analoger LSI

Der rasante Fortschritt auf dem Gebiet des Entwurfs logischer Systeme auf FPGAs war dadurch vorbestimmt, dass alle logischen Systeme auf einem ausgereiften mathematischen Apparat der Booleschen Algebra basieren. Diese Theorie ermöglicht es zu beweisen, dass die Konstruktion einer beliebigen logischen Funktion durch die geordnete Zusammensetzung nur eines elementaren Operators möglich ist - dem logischen UND-NICHT (oder ODER-NICHT). Das heißt, jedes streng logische System kann aus Elementen nur eines Typs, beispielsweise NAND, entworfen werden.

Ganz anders verhält es sich im Bereich des Entwurfs (Synthese) und Analyse (Zerlegung) von Schaltplänen analoger Systeme. In der analogen Elektronik gibt es immer noch kein einziges allgemein anerkanntes mathematisches Gerät, das es ermöglichen würde, Probleme der Analyse und Synthese aus einer einheitlichen methodischen Position zu lösen. Die Gründe für dieses Phänomen sind in der Entwicklungsgeschichte der analogen Elektronik zu suchen.

In den frühen Stadien entwickelte sich die Schaltung analoger Geräte nach den Konzepten der Funktionsknotenmethode, deren Hauptidee die Aufteilung komplexer Schaltpläne in Knoten war. Ein Knoten besteht aus einer Gruppe von Elementen und führt eine wohldefinierte Funktion aus. Wenn sie kombiniert werden, bilden die Knoten Blöcke, Bretter, Schränke, Mechanismen - d.h. einige vereinheitlichte Konstruktionen, die Geräte genannt werden. Die Kombination von Geräten bildet ein System. Die funktionale Knotenmethode ging davon aus, dass die elementaren Komponenten von Systemen Knoten sein sollten, deren Hauptaufgabe darin besteht, eine genau definierte Funktion auszuführen.

Aus diesem Grund wurde die Funktionalität, also die Tatsache, dass ein Knoten eine bestimmte Funktion erfüllt, als Kriterium für die Klassifizierung von Knoten herangezogen. Mit der Entwicklung der Elektronik stellte sich jedoch heraus, dass es eine extrem große Anzahl isolierter und isolierter Funktionen (und folglich Knoten) gab. Jegliche Möglichkeit ihrer Minimierung und Vereinheitlichung, die für die Synthese komplexer Systeme notwendig ist, ist verschwunden. Aus diesem Grund wurde die Entwicklung von analogen Matrix-LSIs (MABIS) und umprogrammierbaren analogen integrierten Schaltungen (PAIS) verlangsamt und wird weiterhin verlangsamt.

Der Stand der Dinge auf dem Gebiet der programmierbaren analogen Schaltungen kann anhand der Analyse der Entwicklungen führender russischer und ausländischer Unternehmen nachvollzogen werden. Daher konzentrierten sich die Spezialisten von OAO NIITT und dem Werk Angstrem auf die Entwicklung und Produktion von analog-digitalen BMCs (Grundmatrixkristallen) des Rul-Typs H5515KhT1, N5515KhT101, die für Datenerfassungs-, Überwachungs- und Steuerungssysteme für medizinische Geräte ausgelegt sind und Kontrollmessgeräte [1].

Das Design dieser BMCs umfasst eine analoge und eine digitale Matrix. Die digitale Matrix enthält 115 digitale Basiszellen (230 2I-NOT-Gatter), die in fünf Reihen zu je 23 Zellen hintereinander angeordnet sind. Die analoge Matrix kombiniert 18 analoge Basiszellen, die in zwei Reihen zu je 9 Zellen angeordnet sind. Zwischen den Reihen analoger Zellen befinden sich zwei Reihen Kondensatoren (nominal 17,8 pF) und zwei Reihen Diffusionswiderstände (jeweils 24,8 kOhm). Zwischen den analogen und digitalen Teilen befindet sich eine Reihe von 3,2-kΩ-Widerständen.

Der BMC bietet zwei Arten von analogen Zellen (A und B). Typ-A-Zellen bestehen aus 12 npn- und 38 pnp-Transistoren mit isoliertem Kollektor und XNUMX Multi-Tap-Diffusionswiderständen. In Typ-B-Zellen werden die vier NPN-Transistoren durch zwei pMOS-Transistoren ersetzt. Periphere Zellen vom Typ A und B enthalten vier leistungsstarke npn-Transistoren (in Zellen vom Typ B - mit isoliertem Kollektor) und zwei Bipolartransistoren.

Digitale Basiszellen werden durch drei Typen dargestellt – vier n-MOS-Transistoren, vier p-MOS-Transistoren und ein komplementäres Paar Bipolartransistoren. Zusätzlich befinden sich an der Peripherie des Kristalls leistungsstarke Digitalzellen, die vier leistungsstarke n-MOS- und p-MOS-Transistoren sowie zwei nach Darlington-Schaltung geschaltete npn-Transistoren enthalten.

Für BMC wurden Bibliotheken mit standardmäßigen analogen und digitalen Elementen entwickelt, die den Prozess des Entwerfens von Geräten auf der Basis von BMC erheblich erleichtern und beschleunigen. Diese und ähnliche BMCs enthalten unverbundene Sätze elektrischer Funkelemente (ERE), aus denen eine Reihe von in der Bibliothek spezifizierten Funktionseinheiten erhalten werden können. Der Hauptnachteil solcher Mikroschaltungen ist ein sehr enger Anwendungsbereich, der durch die spezifischen Werte der Nennwerte und andere Eigenschaften des ERE in diesem Satz begrenzt ist. Die Fähigkeiten der für diesen Satz entwickelten und empfohlenen Funktionseinheiten sind in der Bibliothek angegeben, die der Mikroschaltung beiliegt.

Reis. 1. Struktur von ispPAC-10

Seit 2000 produziert Lattice Semiconductor programmierbare analoge integrierte Schaltungen (PAIS) der ispPAC-Familie (In-System Programmable Analog Circuit) mit In-System-Programmierung, d.h. ohne Herausziehen aus der Leiterplatte [2, 3]. Bis Mitte 2000 wurden drei Vertreter dieser Familie produziert: ispPAC-Yu (Abb. 1), ispPAC-20 (Abb. 2) und ispPAC-80. Sie integrieren bis zu 60 aktive und passive Elemente, die mit dem Paket PAC-Designer konfiguriert, modelliert und programmiert werden.

Das ispPAC PAIS enthält:

• serielle Schnittstellenschaltungen, Register und Elemente elektrisch umprogrammierbarer nichtflüchtiger Speicher (EEPROM), die eine Matrixkonfiguration bereitstellen;
• programmierbare Analogzellen (PACcells) und daraus bestehende programmierbare Analogblöcke (PACblocks);
• programmierbare Elemente für Verbindungen (ARP – Analog Routing Pool).

Die in diese Serie eingebettete Architektur basiert auf Basiszellen, die Folgendes enthalten: Instrumentenverstärker (IU); Ausgangsverstärker (VU), implementiert gemäß dem Addierer/Integrator-Schema; Referenzspannungsquelle 2,5 V (ION); 8-Bit-DAC mit Spannungsausgang und dualem Komparator (CP). Analoge Ein- und Ausgänge der Zellen (außer ION) zur Erhöhung des Dynamikbereichs der verarbeiteten Signale erfolgen nach dem Differentialschema. Zwei DUTs und eine VU bilden eine als PAC-Block bezeichnete Makrozelle, in der die Ausgänge des DUT mit den Summiereingängen der VU verbunden sind. Das ispPAC-10 enthält vier PACs und das ispPAC-20 hat zwei. Das ispPAC-20 enthält auch DAC- und Komparatorzellen. In der Zelle wird die Verstärkung des DUT im Bereich von -10 bis +10 mit einer Schrittweite von 1 programmiert, und im Rückkopplungskreis der VU der Wert der Kondensatorkapazität (128 mögliche Werte) und der Ein/ Widerstand ab.

Eine Reihe von IC-Herstellern verwenden die „Switched Capacitor“-Technologie zur Programmierung analoger Funktionen, bei der die Kapazität von Frequenzeinstellschaltungen mithilfe eines elektronischen Schalters geändert wird, der entsprechend der Bedingung schaltet.

Reis. 2. Struktur von ispPAC-20

Der Ansatz von Lattice basiert auf der Verwendung von Schaltkreisen mit über die Zeit konstanten Eigenschaften, die während des Prozesses der Neukonfiguration des Systems geändert werden können, ohne den Strom abzuschalten. Diese Verbesserung ist signifikant, da sie die zusätzliche Signalverarbeitung eliminiert, die bei dem ersten Verfahren erforderlich ist.

Mit internen Routing-Tools (Analog Routing Pool) können Sie die Eingangspins der Mikroschaltung, die Ein- und Ausgänge von Makrozellen, den DAC-Ausgang und die Komparatoreingänge miteinander verbinden. Durch die Kombination mehrerer Makrozellen ist es möglich, Schaltungen abstimmbarer aktiver Filter im Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz aufzubauen, basierend auf der Verwendung eines Integratorabschnitts.

Es sei darauf hingewiesen, dass die ispPACs von Lattice PAIS am nächsten kommen. Ihr einziger Nachteil besteht darin, dass es kein System universeller Grundelemente gibt, mit denen nicht nur abstimmbare aktive Filter, sondern eine ziemlich große Vielfalt analoger Systeme entworfen werden könnten. Es ist dieser Umstand, der verhindert, dass das ispPAC von Lattice Semiconductor ein Analogon von FPGAs von Unternehmen wie Altera und Xilinx wird.

Im Allgemeinen können wir bei der Analyse der Situation auf dem Gebiet der Entwicklung und praktischen Implementierung analoger Mikroschaltungen eine Reihe von Verallgemeinerungen vornehmen:

• die Masse der industriell implementierten analogen Mikroschaltungen kann hinsichtlich des Integrationsgrades nicht als LSIs klassifiziert werden;
• Analoge LSIs und BMKs sind für den Entwurf von Geräten einer bestimmten Klasse gedacht, d. h. sie sind nicht universell;
• Beim Entwurf großer analoger Systeme bleibt die funktionale Knotenmethode vorherrschend (spezielle IC-Kits, zum Beispiel für Fernsehempfänger).

Eine einzige Basis für das Design von FPGAs und MABIS

Die Aufgabe, eine einheitliche Schaltungsdesign-Basis für den Entwurf analoger Systeme zu entwickeln, hat jedoch noch eine Lösung, die wir versuchen werden, theoretisch zu untermauern und mögliche Richtungen für die praktische Umsetzung der skizzierten Ideen aufzuzeigen.

Zunächst einmal sollte man ein mathematisches Modell eines großen analogen elektronischen Systems wählen, das es einem erlaubt, eine kleine Gruppe von Grundelementen herauszugreifen. Auf dem Gebiet der Analyse und Synthese elektronischer Schaltungen gibt es praktisch keine Alternative zum mathematischen Apparat linearer Differentialgleichungssysteme, der bereits in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts erkannt wurde [4, 5]. Beachten Sie jedoch, dass die Idee des praktischen Masseneinsatzes dieser Methodik noch nicht in den Köpfen aller Spezialisten angekommen ist.

Das System der Differentialgleichungen besteht aus Elementen, deren Verbindungen und ist durch eine bestimmte Struktur gekennzeichnet. Die elementare Grundlage von Differentialgleichungen wurde in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts im Rahmen der Wissenschaftsdisziplin "Automatik" untersucht. In diesem Bereich hat sich ein solcher Vorteil von Differentialgleichungen wie der Vereinheitlichung manifestiert: Ihre Form hängt nicht vom beschriebenen Prozessmodell ab. In der Standardform des Schreibens einer Differentialgleichung gibt es jedoch keine visuellen Informationen über die Art der Beziehungen im untersuchten System. Daher wurden während der Entwicklung der Theorie der automatischen Steuerung Methoden zur Visualisierung der Struktur von Differentialgleichungssystemen in Form verschiedener Arten von Schemata entwickelt.

Ende der 60er Jahre des 6. Jahrhunderts war die moderne Sichtweise auf die strukturelle Organisation von Modellen dynamischer Systeme vollständig ausgebildet [XNUMX]. Die Bildung eines mathematischen Modells des Systems beginnt mit seiner Aufteilung in Verknüpfungen und deren anschließender Beschreibung - entweder analytisch in Form von Gleichungen, die die Eingangs- und Ausgangswerte der Verknüpfung in Beziehung setzen; oder grafisch in Form von mnemotechnischen Diagrammen mit Merkmalen. Entsprechend den Gleichungen bzw. Kennlinien einzelner Glieder werden Gleichungen bzw. Kennlinien des Gesamtsystems zusammengestellt.

Verknüpfungen dynamischer Systeme als typisch identifiziert

Linkname	Verknüpfungsgleichung y(t)=f(u(t))	Übertragungsfunktion W(s)=y(s)/u(s)	Elementare Bestandteile
proportional	y(t)=ku(t)	Wp(s)=k	Nein
Integrieren	dy(t)/dt = ku(t); py = ku	Wi(s)=k/s	Nein
differenzieren	y(t)=kdu(t)/dt; y=kpu	Wd(s)=ks	Nein
Aperiodisch 1. Ordnung	(Tp+1)y = ku	W(s)=k/(Ts+1)
1. Ordnung erzwingen	Y \u1d k (Tp + XNUMX)	W(s)=k(Ts+1)
Trägheit integrieren	p(Tp+1)y = ku	W(s) = k/[s(Ts+1)]
Trägheit unterscheiden	(Tp+1)y = kpu	W(s) = ks/(Ts+1)
Izodromnoje	py = k(Tp+1)u	W(s) = k(Ts+1)/s
Oszillatorisch, konservativ, aperiodisch 2. Ordnung	(T2p2+2ξTp+1)y = ku	W(s)=k/(T2p2+2ξTp+1)

Beachten Sie, dass, wenn für ein funktionales Schema das System basierend auf den Funktionen, die sie ausführen, in Verknüpfungen unterteilt wird, das System für eine mathematische Beschreibung basierend auf der Bequemlichkeit, eine Beschreibung zu erhalten, fragmentiert wird. Daher sollten die Links möglichst einfach (klein) sein. Andererseits muss bei der Aufteilung des Systems in Links die mathematische Beschreibung jedes Links erstellt werden, ohne seine Verbindungen mit anderen Links zu berücksichtigen. Dies ist möglich, wenn die Links eine Wirkungsrichtung haben – d.h. Übertragen Sie die Aktion nur in eine Richtung, vom Eingang zum Ausgang. Dann wirkt sich eine Änderung des Status eines Links nicht auf den Status des vorherigen Links aus.

Wenn die Bedingung für die Wirkungsrichtung der Glieder erfüllt ist, kann die mathematische Beschreibung des Gesamtsystems in Form eines Systems von unabhängigen Gleichungen einzelner Glieder, ergänzt durch die Verbindungsgleichungen zwischen ihnen, erhalten werden. Die gebräuchlichsten (typischen) sind Verbindungen wie aperiodische, oszillierende, integrierende, differenzierende Verbindungen mit konstanter Verzögerung [6].

Das Problem elementarer Verknüpfungen in Modellen in Form eines Differentialgleichungssystems wurde von einer Reihe von Autoren untersucht [7-9]. Die Analyse zeigt [10], dass sich ihre Positionen hauptsächlich darauf beschränken, die Tatsache der Existenz typischer Verbindungen festzustellen und ihre Rolle im Prozess der Bildung komplexerer Strukturen zu untersuchen. Die Auswahl in die Gruppe typischer Links erfolgt willkürlich, ohne Kriterien. In den Listen typischer Links sind ohne Erklärung und Begründung unterschiedliche Verknüpfungen enthalten, wobei die Begriffe „einfach“ und „elementar“ gleichermaßen zur Bezeichnung typischer Verknüpfungen verwendet werden (siehe Tabelle). Inzwischen zeigt die Untersuchung zahlreicher "typischer" Verknüpfungen dynamischer Systeme mit den Methoden der Strukturmatrizen [10-12], dass nur drei Verknüpfungen - proportional, integrierend und differenzierend - keine Matrixzyklen in ihren Strukturmatrizen enthalten. Daher können nur sie als elementar bezeichnet werden. Alle anderen Links werden durch die Kombination elementarer Links aufgebaut.

Wenn also eine proportionale Verknüpfung mit einer Übertragungsfunktion W_B(s) = k_B und Differenzierglied mit Übertragungsfunktion W_A(s) = k_As verbinden nach dem Gegenkopplungsschema (Abb. 3), dann die äquivalente Übertragungsfunktion

Somit stimmt das Ergebnis bis auf die Werte der Zeitkonstanten mit der Übertragungsfunktion der aperiodischen Verbindung erster Ordnung überein. Dies bedeutet, dass diese Verbindung durch die Verbindung proportionaler und differenzierender Verbindungen gemäß einer Schaltung mit negativer Rückkopplung erreicht werden kann und daher nicht als elementar angesehen werden kann.

Reis. 3. Äquivalenter, aperiodischer Schaltkreis

Auf die gleiche Weise können Sie die restlichen in der Tabelle enthaltenen Verknüpfungen erstellen. Besonderes Augenmerk sollte auf die Übertragungsfunktion der schwingenden Verbindung (T²p² + 2ξTp + 1)y = ku. Wenn wir also zwei aperiodische Verbindungen mit Übertragungsfunktionen in Reihe schalten, die sich nur in Zeitkonstanten unterscheiden, dann nimmt die äquivalente Übertragungsfunktion die Form an

Somit stimmt das Ergebnis bis zu den Werten der Zeitkonstanten mit der Übertragungsfunktion der untersuchten Verbindung überein. Daher können oszillatorische, konservative und aperiodische Verbindungen der 2. Ordnung erhalten werden, indem die Verbindungen der ersten Ordnung in Reihe geschaltet werden. Das bedeutet, dass sie nicht als elementar angesehen werden können, obwohl man sie grundsätzlich als typisch bezeichnen darf.

Eine Analyse der in der letzten Spalte der Tabelle angegebenen Ergebnisse lässt uns den Schluss zu, dass Verbindungen wie aperiodische, isodrome, erzwingende, differenzierende Trägheit und integrierende Trägheit durch Verbinden elementarer Verbindungen erhalten werden können. Um zu beweisen, dass die Übertragungsfunktionen anderer typischer Verbindungen erhalten werden können, indem elementare Verbindungen verbunden werden, wäre es notwendig, die Verbindungen von drei, vier usw. Verbindungen gemäß typischen Verbindungsschemata zu analysieren. Dasselbe Ergebnis erhält man, wenn man die Verbindungen elementarer Verknüpfungen mit typischen Verknüpfungen erster Ordnung betrachtet. Ein Teil einer solchen Studie wurde bereits durchgeführt, ihre Ergebnisse sind in [10] dargestellt.

Es hat sich also gezeigt, dass durch das Verbinden elementarer Verbindungen ganz einfach alle Übertragungsfunktionen der sogenannten typischen dynamischen Verbindungen erhalten werden können. Folglich können beliebige dynamische Systeme unter Verwendung der Multiplikations- und Verknüpfungsoperatoren von nur drei elementaren Verknüpfungen synthetisiert werden: proportional, differenzierend und integrierend. Diese Schlussfolgerung ist von grundlegender Bedeutung, da sie die elementare Basis bestimmt, die für den Aufbau von linearen dynamischen Systemen jeglicher Ordnung, einschließlich funkelektronischer Schaltungen, erforderlich ist. Und wenn dynamische Systeme aus einer begrenzten Anzahl dynamischer Verknüpfungen aufgebaut werden sollen, wie im Fall von MABIS und PAIS, dann ist die gezogene Schlussfolgerung besonders wichtig.

Reis. 4. Einfache Schaltungslösungen elementarer Knoten: a) Addierer mit mehreren Eingängen, b) Differenzverstärker (Proportionalglied), c) Differenzierer (Differenzglied), d) Integrator (Integrierglied)

Es wird möglich, beliebige analoge Geräte aus nur fünf Funktionseinheiten zu synthetisieren – einem Multiplexer, einem Addierer, einem Multiplizierer, einem Integrator und einem Differenzierer (Abb. 4)! Beachten Sie, dass die in Abb. 4 Schaltungen sind nicht als tatsächlich ausgearbeitete Schaltungslösungen zu verstehen, sondern nur als Begründung für die Möglichkeit, elementare Verknüpfungen auf einer Funktionsschaltung durch funkelektronische Grundelemente zu ersetzen. Durch Ersetzen der elementaren Verknüpfungen funktionaler Schaltkreise durch ihre Hardware-Gegenstücke ist es möglich, analoge Geräte mit bestimmten Eigenschaften zu entwerfen.

Beispiel für die Synthese analoger Geräte

Betrachten Sie ein sehr einfaches Beispiel für die Synthese eines Schaltplans eines analogen Geräts gemäß einem Modell, das durch ein System von Differentialgleichungen in Form von Laplace-Transformationen der Form: x gegeben ist₀ = g, x₁ =x₀ - 2x₂/s,x₂ = 10x₁/s,x₃ =x₂ - 10x₄/s,x₄ = 500x₃/ S.

x1	x2	x3	x4	x5
1	-(2/s)			1
10 / s	1
	1	1	-(10/s)
		500 / s	1

Konstruieren wir die Strukturmatrix dieses Systems von Differentialgleichungen und markieren Sie die Matrixzyklen mit Pfeilen:
Anhand der Gleichungen und der Strukturmatrix rekonstruieren wir das Blockschaltbild des Geräts (Abb. 5). Gemäß der Strukturmatrix verfügt das System über zwei negative Rückkopplungen: Knoten 2 -> Knoten1 bzw. Knoten 4 -> Knoten 3. Da das Blockdiagramm in Abb. 5 basiert zunächst auf elementaren Verknüpfungen und kann als Funktionsdiagramm eines elektronischen Geräts betrachtet werden.

Reis. 5. Blockdiagramm des synthetisierten Geräts (in Stufen)

Aus den Simulationsergebnissen (Abb. 6) der synthetisierten Schaltung ist ersichtlich, dass sie mit den gegebenen Parametern zwei in Reihe geschaltete Generatoren darstellt. Das heißt, eine sehr einfache Vorrichtung, die nur aus vier Integrationsgliedern besteht, führt eine relativ komplexe Funktion des Modulierens einer niederfrequenten Schwingung mit einer hochfrequenten durch.

Beachten Sie, dass es beim Entwerfen und Herstellen von MABIS und PA-IS absolut nicht notwendig ist, Hardwareanaloga von elementaren Verbindungen zu verwenden, die an Operationsverstärkern hergestellt werden, wie in Abb. 4, obwohl sie auf dieser Grundlage am besten ausgearbeitet werden [13–16]. Am vielversprechendsten ist die Implementierung von Hardware-Analoga elementarer Verbindungen auf optoelektronischen Komponenten, obwohl alle anderen Optionen möglich sind.

Reis. 6. Oszillogramm des synthetisierten Geräts

Universal MABIS und PAIS - es geht

Somit ist es möglich, fünf elementare (einfachste) Komponenten jeder CEA herauszugreifen, die den Hauptoperatoren von Differentialgleichungssystemen entsprechen: Multiplikation, Differentiation, Integration, Addition und Multiplikation (Multiplikation). Die Methodik zum Entwerfen analoger elektronischer Geräte geht von [10] aus:

• Verwendung als Ausgangsdaten für den Entwurf eines mathematischen Modells in Form eines Systems von n Differentialgleichungen erster Ordnung (oder einer Differentialgleichung l-ter Ordnung);
• Erstellen einer strukturellen Matrix des entworfenen Geräts und Finden von Matrixzyklen;
• Wiederherstellung des Blockdiagramms des entworfenen Geräts;
• Transformation eines Blockdiagramms in ein Funktionsdiagramm durch Ersetzen typischer Links durch eine Menge elementarer Links;
• Umwandlung des Funktionsdiagramms des entworfenen Geräts in einen elektrischen Schaltplan durch Ersetzen elementarer Verbindungen durch äquivalente Hardware-Grundelemente (vielleicht können wir durch den Einsatz moderner CAD-Systeme diesen Schritt vermeiden, indem wir die Topologie direkt aus der Funktionsbeschreibung synthetisieren);
• Entwicklung der Topologie des entworfenen Geräts.

Der vorgeschlagene Ansatz hat eine Reihe entscheidender Vorteile. Somit wird das Funktionsdiagramm des entworfenen Geräts aus dem ursprünglichen System von Differentialgleichungen unter Verwendung von Standardmatrixtransformationen synthetisiert, das geordnet und in einen Algorithmus für automatische Berechnungen umgewandelt werden kann. Der elektrische Schaltplan wird aus dem Funktionsplan synthetisiert, indem einfach die elementaren dynamischen Verbindungen durch äquivalente Grundelemente ersetzt werden. Auch die Modellierung eines Geräts mithilfe von CAD-Tools kann die Arbeit erheblich erleichtern.

Da der Satz elementarer Verknüpfungen nicht zahlreich ist, besteht somit eine reale Möglichkeit, universelle MABIS und PAIS zu entwerfen. Was wiederum das Design analoger und digital-analoger Geräte stark vereinfacht und attraktive Perspektiven für die Weiterentwicklung der Elektronik im Allgemeinen eröffnet.

Literatur

1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. Implementierung spezialisierter analog-digitaler Geräte basierend auf BIK MOS BMKtype N5515ХТ1. - ChipNews, 2000, Nr. 2.
2. Kurbatow. A. Programmierbare analoge integrierte Schaltungen. Das Leben geht weiter. - Komponenten und Technologien, 2000, Nr. 2.
3. Petrosyants K., Suvorov A., Khrustalev I. Programmierbare analoge Matrizen von Lattice Semiconductor. - ChipNews, 2001, Nr. 1.
4. Ku E.S., Sorer R.A. Anwendung der Methode der Zustandsvariablen auf die Schaltungsanalyse. - TIEER, 1965, Nr. 7.
5. Iljin V.N. Computergestützter Entwurf elektronischer Schaltkreise. - M.: Energie, 1972.
6. Yurevich E.I. Theorie der automatischen Steuerung. - L.: Energie, 1975.
7. Kuropatkin P.V. Theorie der automatischen Steuerung. - M.: Höhere Schule, 1973.
8. Voronov A.A., Titov V.K., Novogranov B.N. Grundlagen der Theorie der automatischen Regulierung und Steuerung. - M.: Höhere Schule, 1977.
9. Woronow A.A. Theorie der automatischen Steuerung. Teil 1. Theorie linearer automatischer Steuerungssysteme. - M.: Höhere Schule, 1977.
10. Mischin G.T. Naturwissenschaftliche Grundlagen der analogen Mikroelektronik. -M.: MIEM, 2003.
11. Shatikhin L.G. Strukturmatrizen und ihre Anwendung in der Systemforschung. - M.: Maschinenbau, 1974.
12. Shatikhin L.G. Strukturmatrizen und ihre Anwendung in der Systemforschung. - M.: Maschinenbau, 1991.
13. Analoge integrierte Schaltkreise. /Hrsg. J. Connelly. -M.: Mir, 1977.
14. J.Lenk. Elektronische Schaltkreise. Praktischer Leitfaden. -M.: Mir, 1985.
15. Nesterenko B.K. Integrierte Operationsverstärker. - M.: Energoizdat, 1982.
16. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design T. 1. - M.: Mir, 1983.

Autor: G. Mischin; Veröffentlichung: cxem.net

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