Введение

Включение электронных вычислительных машин (ЭВМ) в цикл проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) выдвинуло на передний план задачи математического описания радиоэлементов (РЭ), составляющих эти РЭА, так как достоверность машинных расчетов параметров РЭА определяется, в первую очередь, достоверностью описания параметров РЭ. Комплексный характер работ в области моделирования РЭА наиболее полно сформулирован Логаном /1/, который связал неудачные попытки использования систем автоматизированного проектирования электронной аппаратуры (САПР РЭА) с системным подходом. Такой подход включает:

−  разработку математических моделей радиоэлементов;

−  проверку адекватности путем сравнения результатов, с характеристиками реализованных устройств радиоэлементов САПР РЭА;

−  определение и описание технологических разбросов;

−  оценку влияния изменений окружающей среды (температура, влажность, механические воздействия, радиация и т.п.);

−  исследование эффектов старения с точки зрения надежности.

Если же при тщательном исследовании пренебрегают хотя бы одним из выше перечисленных аспектов с целью упрощения модели РЭА, то результат моделирования может быть сведён на нет. Например, при оптимизации без учёта климатических факторов или статических параметров.

Исторически потребность математического описания РЭА возникла одновременно с применением РЭА. Современные требования к описанию РЭА отличаются только в существенном повышении требований к адекватности моделей, что связано, в первую очередь, с усложнением функционального назначения и структуры РЭА.

Относительно простые по структуре РЭА и составляющие их РЭ позволяли разработчикам после несложных расчетов проверять результаты посредством натурного макетирования. Это привело к тому, что описание моделей РЭ было также ориентировано на корректировку их параметров в процессе проектирования РЭА. При необходимости простые модели и процессе проектирования усложнялись, если в этом возникала такая потребность.

Усложнение РЭА, связанное с применением полупроводниковых элементов (ПЭ), особенно с началом развития микроэлектронных радиоэлементов (МРЭ), привело, во-первых, к повышению требований к описанию РЭ и МРЭ, во-вторых, к глобальному усложнению РЭА, в-третьих, к резкому ограничению, вплоть до полного исключения натурного макетирования.

Развитие ЭВМ и измерительной техники, широкое внедрение персональных компьютеров (ПК), открыло качественно новые возможности в области САПР РЭА, в том числе и области моделирования РЭ и МРЭ. В практику внедрены:

−  мощные методы САПР РЭА, например система Pspice /2/;

−  модели РЭ и МРЭ, позволяющие производить адекватное описание характеристик реальных устройств;

−  автоматизированные технические средства измерения (АТСИ) на базе ПК, применение которых позволяет идентифицировать параметры модели РЭА в ограниченное время с требуемой точностью.

Анализ как структуры принятых моделей РЭ и МРЭ, так и принятых методов измерения их параметров приходит к следующим выводам:

−  повышение точности связано с усложнением структуры моделей, что в большинстве случаев для их эффективного практического использования приводит к их усечению (упрощению), например, модель биполярного транзистора, содержащая до 59 компонентов (модель Гуммеля-Пунна) упрощается до 12 компонентов (классическая модель Эберса-Молла);

−  возникают естественные трудности аттестации сложных моделей (увеличение числа параметров приводит к увеличению времени и расходов на моделирование).

Разработчики САПР РЭА PSpice чётко представляют эти проблемы. ............