Основы АПРЭС

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
АВТОМАТИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ МОДУЛЕЙ РЭС
Цель работы: углубление и закрепление знаний по вопросам оптимизации
межблочных соединений при компоновке РЭС методом парных перестановок.
Ход работы.
Целесообразность перестановки блоков считается по формуле (1.1).


i
i
F x x   (m  m j )  (   j )  2m j ,
j
i
где
F x  x 
i
j
- функционал для элементов
(1.1)
i

xi и x j ; mi - количество внешних
соединений элемента
xi с блоком Х ; m j - количество внешних соединений
x j

- количество внутренних соединений элемента
i
элемента
с блоком Х; 
xi
блока Х с другими элементами этого же блока;   - количество внутренних
j
соединений элемента
x j
блока Х с другими элементами этого же блока;
m i j
количество общих (прямых) соединений между переставляемыми элементами
-
xi и
x j .  - первый блок; Х - множество элементов блока  (обозначаются буквой i). 
- второй блок; Х- множество элементов блока  (обозначаются буквой j).
Если ∆𝐹𝑥 𝛼𝑥 𝛽 ≤ 0, то перестановка этих элементов нецелесообразна, то есть эта
𝑖
𝑗
перестановка не ведет к уменьшению числа межблочных соединений, а ведет к их
возрастанию или не изменяет их количество. Если ∆𝐹𝑥 𝛼𝑥 𝛽 ≥ 0, то перестановка
𝑖
𝑗
целесообразна.
Мне выдан вариант 10, данные для его расчета находятся в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Данные варианта 10.
Вариант
10
Кол-во соединений
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
2
4
5
0
6
4
2
8
3
1
По таблице 1.1 составил схему межблочных соединений (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Схема межблочных соединений
2
Проведу расчет (1.2) по формуле (1.1).
𝐹12 = (2 + 2 + 4) − (8 + 1 + 6 + 2) − 2 ∗ 2 = −13;
𝐹14 = (2 + 5) − (8 + 1 + 4 + 6) − 0 = −12;
𝐹16 = (2 + 0) − (8 + 1 + 4 + 2) − 0 = −13;
𝐹32 = (4 + 4 + 2) − (1 + 3 + 6 + 2) − 2 ∗ 4 = −10;
𝐹34 = (4 + 5) − (1 + 3 + 6 + 4) − 0 = −5;
𝐹36 = (4 + 0) − (1 + 3 + 0 + 2) − 0 = −2;
𝐹52 = (5 + 0 + 2 + 4) − (3 + 8 + 6 + 2) − 0 = −10;
(1.2)
𝐹54 = (5 + 0) − (8 + 3 + 6 + 4) − 2 ∗ 5 = −26;
𝐹56 = (5 + 0 + 0) − (8 + 3 + 4 + 2) − 2 ∗ 0 = −12.
В данном случае условие F ≤ 0 выполняется для всех сочетаний блоков, значит
данное размещение блоков является целесообразным.
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы я рассчитал целесообразность
перестановки блоков РЭС, но производить оптимизацию их размещения методом
парных перестановок не потребовалось, поскольку исходное размещение блоков
оказалось целесообразным.
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ МОДУЛЕЙ НА КОМУТАЦИОННОМ ПОЛЕ
МЕТОДОМ ПАРНЫХ ПЕРЕСТАНОВОК
Цель работы: закрепление знаний по оптимизации размещения модулей на
коммутационном поле с помощью алгоритма парных перестановок.
Ход работы.
Мне выдан вариант 10, данные для его расчета находятся в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные варианта 10.
Номер варианта
Количество соединений
Номера и координаты
модулей для начального
размещения
1
10
2
3
4
а
б
в
г
д
е
x
y
x
y
x
y
x
y
5
0
1
2
4
1
1
2
2
4
4
4
4
1
По таблице 2.1 составил схему межблочных соединений (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Схема межблочных соединений.
4
Схему соединений удобно представлять в виде матрицы (таблица 2.2).
Таблица 2.2 – Матрица соединений.
S
1
2
3
4
1
0
5
2
0
2
5
0
1
1
3
2
1
0
4
4
0
1
4
0
Оптимизацию размещения модулей схемы, показанной на рисунке 2, проведу
вручную с помощью алгоритма парных перестановок. Для этого составил схему
размещения модулей в начальном состоянии (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Схема размещения модулей в начальном состоянии
5
Нужно вычислить суммарную длину соединений для начального размещения
по формуле (2.2), а далее все значения ∆Wij, т.е. ∆W12, ∆W23, ∆W34, ∆W13, ∆W14 и
∆W24. Эти значения вычисляются по формуле 2.2.
𝑁−1
𝑁
(2.1)
𝑊0 = ∑ ∑ 𝑆𝑖𝑗 ∙ (|𝑥𝑖 − 𝑥𝑗 | + |𝑦𝑖 − 𝑦𝑗 |).
𝑖=1 𝑗=𝑖+1
N
Wij   ( S ik  S JK )  (| xi  x k |  | y i  y k |  | x j  x k |  | y j  y k |) .
(2.2)
k 1 i  k  j
Проведу расчет (2.3) по формулам (2.1 – 2.2).
𝑊0 = 5 ⋅ (|3 − 4| + |3 − 2|) + 2 ⋅ (|3 − 1| + |3 − 4|) + 0 ⋅ (|3 − 2| + |3 − 1|)
+ 1 ⋅ (|4 − 1| + |2 − 1|) + 1 ⋅ (|4 − 1| + |2 − 4|) + 4 ⋅ (|4 − 4| + |4 − 1|) =
= 37 ед.
𝛥𝑊12 = (2 − 1) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 4| − |4 − 1| − |2 − 4|) +
+ (0 − 1) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 1| − |4 − 1| − |2 − 1|) = −2 ед.
𝛥𝑊23 = (5 − 2) ⋅ (|4 − 3| + |2 − 3| − |1 − 3| − |4 − 3|) +
+ (1 − 4) ⋅ (|4 − 1| + |2 − 1| − |1 − 1| − |4 − 1|) = −6 ед.
𝛥𝑊34 = (2 − 0) ⋅ (|1 − 3| + |4 − 3| − |1 − 3| − |1 − 3|) +
+ (1 − 1) ⋅ (|1 − 4| + |4 − 2| − |1 − 4| − |1 − 2|) = −2 ед.
𝛥𝑊13 = (5 − 1) ⋅ (|3 − 4| + |3 − 2| − |1 − 4| − |4 − 2|) +
+ (0 − 4) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 1| − |1 − 1| − |4 − 1|) = −12 ед.
𝛥𝑊14 = (5 − 1) ⋅ (|3 − 4| + |3 − 2| − |1 − 4| − |1 − 2|) +
+ (2 − 4) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 4| − |1 − 1| − |1 − 4|) = −8 ед.
𝛥𝑊24 = (5 − 0) ⋅ (|4 − 3| + |2 − 3| − |1 − 3| − |1 − 3|) +
+ (1 − 4) ⋅ (|4 − 1| + |2 − 4| − |1 − 1| − |1 − 4|) = −16 ед.
6
(2.3)
В данном случае условие ΔWij ≤ 0 выполняется, а значит суммарная длина
соединений для начального размещения W0 = 37 является минимально возможной и
оптимизировать ничего не нужно.
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы мной была рассчитана
целесообразность перестановки модулей РЭС на коммутационном поле, и, исходя из
полученных данных, оптимизация их размещения методом парных перестановок не
потребовалась.
7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ В
ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ
Цель
работы:
ознакомиться
с
методами
моделирования
тепловых
характеристик импульсных микросхем. Получить температурные зависимости при
различных геометрических, физических, электрических и временных параметрах
микросхем.
Выполнение работы
По последней цифре моего номера в списке я выбрал вариант №0.
Таблица 1 – Исходные данные варианта 0.
№
Варианта
0
Параметры
№
набора
t0,
Ф,
и,
А,
,
h,
r,
мат-лов
0
С
Вт
мс
мм2
мм
мм
мм
20
0,8
1,5
3
0,1
1
0,98
1
Таблица 2 – Набор материалов №1 для варианта 0.
Элемент
Материал
№ набора материалов
1
Алюминий
Керамика
Подложка
Кремний
+
Медь
Ситалл
ArGa
Кристалл
+
Ge
Si
Воздух
Корпус
Компаунд
Стирол
8
+
Задание 3.1
Для плоского прямоугольного источника необходимо получить графики
зависимости:
1) температуры от длительности действия импульса, Т(и);
2) температуры от рассеиваемого потока, Т(Ф);
3) толщины прогретого слоя от длительности действия импульса, x*(и).
Построю эти графики, используя программу impuls.exe.
Рисунок 3.1 – Данные, записанные в программе.
Рисунок 3.2 – График зависимости температуры от длительности импульса
9
Рисунок 3.3 – График зависимости температуры от рассеиваемого потока
Рисунок 3.4 – График зависимости толщины прогретого слоя от длительности
импульса
10
Задание 3.2
Для источника энергии в форме круга получить графики зависимости:
1) температуры от длительности действия импульса, Т(и);
2) температуры от площади источника, Т(А);
Построю эти графики, используя программу impuls.exe.
Рисунок 3.5 – График зависимости температуры от длительности импульса
11
Рисунок 3.6 – График зависимости температуры от площади источника энергии
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы ознакомился с методами
моделирования тепловых характеристик импульсных микросхем при помощи
приложения impuls.exe. Получил температурные зависимости при различных
геометрических, физических, электрических и временных параметрах микросхем.
12
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛА В ПЛЕНОЧНЫХ
ПРОВОДНИКАХ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Цель работы: получение и закрепление знаний и практических навыков по моделированию времени
задержки сигнала в проводниках с диэлектрической изоляцией на ЭВМ, получение навыков расчета
паразитных емкостей и индуктивностей пленочных проводников, а также их сопротивления.
Выполнение работы
Мне был выдан вариант №10.
Таблица 1 – Исходные данные варианта 10.
Номер
Длина
Ширина
Толщина
Расстоя-ние
Удельное
Диэл.
варианта
проводни-
проводни-
проводни-
между
сопротив-
Проница-
ка, м*10-3
ка, м*10-3
ка, м*10-3
проводни-
ление,
емость
ками, м*10-3
мкОм*см
диэлектрика
10
4
0.75
0.05
4
5.5
0.5
Необходимо ввести в программе значения параметров системы: длина, ширина,
расстояние до противолежащего проводника, толщина, удельное сопротивление,
относительная
диэлектрическая
проницаемость
диэлектрика.
После
этого
рассчитываются емкость и сопротивление проводника с помощью нажатия кнопки
"Расчет" в главном меню и "Расчет сигнала". Для вывода на экран графика выбрать в
главном меню "Файл" пункт "Рисовать график". После этого на поле графика
появится изображение единичного воздействия. Для вывода на поле графика уровней
0,1 и 0,9 необходимо нажать кнопку "Показать уровни 0,1 и 0,9" на панели
"Результаты". Под графиком сигнала появятся значения моментов времени при
достижении сигналом заданных уровней, а также время задержки dt. Полученные
13
значения емкости и сопротивления проводника и график единичного воздействия
представлены на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и
график единичного воздействия
Рисунок 4.2 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и
график единичного воздействия с изменением длины плёнки
14
Рисунок 4.3 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и
график единичного воздействия с изменением ширины плёнки
Рисунок 4.4 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и
график единичного воздействия с изменением толщины плёнки
Вывод: были получены навыки при моделировании времени задержки сигнала
в проводниках с диэлектрической изоляцией на ЭВМ. Освоил навыки расчета
паразитных емкостей и индуктивностей пленочных проводников, а также их
сопротивления.
15