E-book details

Metody opisu i symulacji układów elektronicznych

Metody opisu i symulacji układów elektronicznych

Jan Ogrodzki

Ebook

Niniejsza monografia poświęcona jest metodom formalnego opisu układów elektronicznych i opartej na tym opisie komputerowej symulacji. W procesie projektowania i fabrykacji współczesnych układów scalonych symulacja komputerowa jest nieodzownym narzędziem wspomagającym.
Przytoczono podstawowe, najbardziej rozpowszechnione modele elementów półprzewodnikowych, by na ich podstawie wprowadzić Czytelników w dziedzinę opisów matematycznych układów fizycznych. Opisy te mogą mieć postać równań algebraicznych, różniczkowych zwyczajnych lub cząstkowych, lub, co jest równoważne, sieci elektrycznej, czyli połączenia wyidealizowanych elementów elektronicznych.
Monografia zajmuje się tylko układami o stałych skupionych, a więc takimi, w których długość fali sygnału zmiennego jest dużo większa od rozmiarów
geometrycznych układu.

Przedmowa 7

Wykaz często używanych skrótów 9

ROZDZIAŁ 1. PODSTAWY FORMALNEGO OPISU UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH 11

1.1. Modelowanie 11

1.2. Opis matematyczny topologii sieci 17

1.3. Opis matematyczny gałęzi sieci 20

1.4. Równania kanoniczne sieci 21

1.5. Zmodyfikowana metoda potencjałów węzłowych do formułowania równań sieci nieli­niowych 24

1.6. Algorytmiczne formułowanie równań sieci *** 26

1.7. Równania stanu *** 30

Bibliografia 36

ROZDZIAŁ 2. ANALIZA ODPOWIEDZI STAŁOPRĄDOWYCH SIECI NIELINIOWYCH 38

2.1. Odpowiedź stałoprądowa sieci i równania ją opisujące 38

2.2. Rozwiązywanie równań DC metodami numerycznymi 41

2.2.1. Podstawy teoretyczne metody Newtona-Raphsona 41

2.2.2. Implementacja Metody Newtona-Raphsona w analizie punktu pracy (OP) 44

2.2.3. Metoda quasi-Newtona-Raphsona z tłumieniem kroku 53

2.2.4. Metoda Newtona-Raphsona z numeryczną estymacja macierzy pochodnych 56

2.3. Analiza charakterystyk stałoprądowych (analiza DC) 59

2.3.1. Algorytm analizy DC 59

2.3.2. Metody kontynuacji w analizie OP 62

2.4. Algorytmiczne układanie równań DC sieci *** 64

2.4.1. Wprowadzenie 64

2.4.2. Sieć iteracyjna i równania iteracyjne bezpośrednie 65

2.4.3. Sieć iteracyjna i równania iteracyjne przyrostowe 68

2.4.4. Test stopu NR w przypadku układania równań na podstawie sieci iteracyjnych 70

Bibliografia 72

ROZDZIAŁ 3. ANALIZA ZMIENNOPRĄDOWA (AC) SIECI 74

3.1. Odpowiedź AC i równania AC sieci liniowych 74

3.2. Odpowiedź AC i analiza AC sieci nieliniowych 78

3.3. Realizacja algorytmu analizy AC 81

3.4. Algorytmiczne formułowanie równań do analizy AC *** 86

Bibliografia 88

ROZDZIAŁ 4. ANALIZA CZASOWA SIECI NIELINIOWYCH 90

4.1. Równania i  analiza sieci w dziedzinie czasu 90

4.1.1. Sieci liniowe opisane równaniami AR i stanu 90

4.1.2. Analiza czasowa sieci nieliniowych opisanych równaniami AR lub stanu – użycie analizatorów środowiska Matlab 97

4.2. Schematy różnicowe, ich właściwości i użycie do numerycznego rozwiązywania równań AR zwyczajnych 109

4.2.1. Schematy różnicowe (SR) i warunki ich dokładności 109

4.2.2. Sposób rozwiązywania równań za pomocą SR 112

4.2.3. Metody analizy czasowej ze stałym krokiem 114

4.2.4. Badanie dokładności schematów różnicowych 120

4.2.5. Badanie stabilności schematów różnicowych 122

4.3. Zaawansowane schematy różnicowe i analiza zmiennokrokowa sieci elektrycznych *** 131

4.3.1. Metody Rungego-Kutty (RK) 131

4.3.2. Metody BDF 136

4.3.3. Metody oparte na schemacie różnicowym NDF 142

4.3.4. Strategia zmiany kroku, rzędu i implementacja algorytmu zmiennokrokowego 145

4.4. Algorytmiczne układanie równań do analizy czasowej *** 150

4.4.1. Zasada algorytmicznego formułowania równań do analizy czasowej 150

4.4.2. Algorytm formułowania równań do analizy czasowej 153

4.4.3. Wybór zmiennych różniczkowanych i numeryczne zachowanie ładunku 154

4.4.4. Poprawa mechanizmu zmiany kroku metodą odcinkowo stałokrokową 156

Bibliografia 158

ROZDZIAŁ 5. METODY OPISU I ALGORYTMY SYMULACJI SIECI CYFROWYCH *** 162

5.1. Modelowanie matematyczne bloków i  sieci cyfrowych 162

5.2. Opis sieci cyfrowych za pomocą języków opisu sprzętu 167

5.3. Algorytmy symulacji sieci cyfrowych 173

5.3.1. Analiza logiczna sieci cyfrowych 175

5.3.2. Analiza czasowa sieci cyfrowych metodą propagacji fali 177

5.3.3. Analiza czasowa sieci cyfrowych metodą kierowaną zdarzeniami 180

Bibliografia 185

ROZDZIAŁ 6. METODY OPISU MIESZANYCH SIECI BLOKOWYCH *** 188

6.1. Opis matematyczny bloków analogowych *** 188

6.2. Opis bloków analogowych językiem VHDL-AMS *** 190

6.2.1. Architektura złożona wyrażeń jednoczesnych 191

6.2.2. Architektura dedykowana do opisu w dziedzinie transformaty Laplace’a 194

6.2.3. Architektura zawierająca opis z wyrażeniami proceduralnymi i funkcjami 197

6.3. Równania połączeń bloków analogowych danych opisem matematycznym lub opi­sem

VHDL-AMS *** 198

6.4. Opis bloków analogowo-cyfrowych (A/C) i  cyfrowo-analogowych (C/A) 203

6.4.1. Opis matematyczny konwersji A/C i C/A 203

6.4.2. Opis VHDL-AMS bloków A/C *** 207

6.4.3. Opis VHDL-AMS bloków C/A 212

6.4.4. Przykład układu mieszanego 213

6.5. Analiza sieci złożonej z bloków analogowych i mieszanych za pomocą metody sprowa­dzającej blok cyfrowy do analogowego*** 217

6.6. Analiza kierowana zdarzeniami sieci złożonej z bloków cyfrowych i mieszanych *** 219

Bibliografia 221

 

  • Title: Metody opisu i symulacji układów elektronicznych
  • Author: Jan Ogrodzki
  • ISBN: 978-83-8156-174-7, 9788381561747
  • Date of issue: 2021-02-10
  • Format: Ebook
  • Item ID: e_1ye7
  • Publisher: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej