Подсистема конструирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры

Секция «Автоматика и электроника»

УДК 629.78.01

Д. С. Тарасов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева, Железногорск

ПОДСИСТЕМА КОНСТРУИРОВАНИЯ БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

При конструировании бортовой радиоэлектронной аппаратуры выделяют основные задачи синтеза конструкций: компоновка и размещение конструктивов низшего уровня по конструктивам высшего уровня проектирования, а также трассировка соединений. Сложность принятия проектного решения на этапе конструкторского проектирования РЭА обусловлена тем, что задачи синтеза конструкций, как правило, являются задачами многокритериальной глобальной оптимизации. Выполнить постановку задачи указанной оптимизации, т.е. прежде всего сформировать целевую функцию, даже имея математическое описание объекта проектирования, весьма сложная для формализации процедура. Для поиска глобального экстремума также требуется большое количество вычислительных ресурсов. Поэтому в настоящее время на предприятии ОАО «ИСС» конструирование электронных узлов осуществляется с применением САПР Р-САО в ручном режиме, из-за отсутствия соответствующих алгоритмов и критериев оптимальности в библиотеке методов проектирования. Инженер-конструктор получая чертежи принципиальной электрической схемы, осуществляет компоновку и размещение вручную, используя разработанную базу данных элементов. После того как элементы скомпонованы и размещены, производится трассировка печатной платы ручным способом.

При выполнении этапов компоновки, размещения и трассировки конструктор должен учесть множество требований предъявляемых к конструкции. В связи с тем, что все основные задачи конструирования РЭА (компоновка, размещение, трассировка) осуществляются ручным, не автоматизированным способом, возникает необходимость разработки и внедрения алгоритмов компоновки, размещения и трассировки на соответствующих этапах проектирования РЭА в составе подсистемы конструирования бортовой РЭА. Это позволит формализовать требования к конструктивам в виде целевой функции, адаптировать известные алгоритмы конструирования РЭА и разработать уникальные для ОАО «ИСС», что сократит время на проектирование электронных узлов, повысить их качество и надежность.

Этап конструкторского проектирования РЭА начинается с решения задачи компоновки - распределение конструктивных элементов /-го уровня по конструктивным элементам (/ + 1)-го уровня в соответствии с выбранным критерием. При компоновке узлов особое внимание должно быть уделено определенным соединениям для минимизации задержек в распространении сигналов, так как переход соединительных цепей с одного уровня на другой влечет за собой уменьшение быстродействия схем.

Основными критериями компоновки являются: минимум числа узлов; минимум числа межузловых соединений; число элементов в узлах скомпонованной схемы; суммарная площадь, занимаемая элементами и соединениями; электромагнитная совместимость в модуле; параметры теплообмена между элементами в узле.

В задачах компоновки конструктивных узлов критерии оптимизации и ограничения могут быть сведены к определенным конструктивным параметрам расположения отдельных элементов и межузловых соединений. Основной целью задачи компоновки следует считать создание наилучших условий для последующего размещения элементов узла [1].

Формализовать задачу компоновки можно используя описание коммутационной схемы конструктива РЭА /'-го уровня в виде графа G = (X, U), которое среди различных вариантов описания коммутационных схем отличается наибольшей общностью и наглядностью. Множество вершин X -радиоэлектронные компоненты проектируемого изделия, а множество рёбер U - связи между ними в соответствии с принципиальной электрической схемой. Компоновка, т. е. распределение компонентов по определённым конструктивным электронным модулям, моделируется разрезанием графа на куски с заданным количеством вершин в каждом из них. Для оценки качества решения задачи разрезания графа используются такие количественные показатели, как минимум внешних связей между кусками К (К = min К) или максимум коэффициента разрезания A G, вычисляемого по формуле

AG = j^L/, / K,

/=1

n

где j Lii - суммарное количество внутренних рёбер

i=1

графа, связывающих вершины внутри кусков.

Разрезание графов осуществляется различными методами, чаще всего последовательными и итерационными. Последовательные методы легко реализуются программно, отличаются простотой и высокой производительностью, но в большинстве случаев не обеспечивают оптимальных результатов. Итерационные методы позволяют получить более приемлемые с точки зрения критерия (1) результатов, однако полученные результаты также не всегда оптимальны.

На рисунке приведена среда проектирования подсистемы конструирования при выполнении компоновки на основе метода разрезания графа в соответствии с критерием min К. Исходными данными является схема соединений, полученная из принципиальной схемы, созданной в системе P-CAD.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Реализация подсистемы конструирования при выполнении компоновки

Эффективность работы алгоритма компоновки коммутационных схем РЭА может быть оценена по исходным данным электрических принципиальных схем и подборе управляющих параметров алгоритмов.

Библиографическая ссылка

1. Носкова Е. Е., Капулин Д. В., Краснобаев Ю. В. и др. Автоматизированное проектирование средств и систем управлении : курс лекций. Красноярск : ИПК СФУ, 2009. 272 с.

© Тарасов Д. С., 2013