Моделирование электронных схем в среде GENESYS
Покупка
Тематика:
Проектирование, отладка и тестирование ПО. Вспомогательные средства проектирования. CASE-технологии
Издательство:
Издательство Уральского университета
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 104
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7996-3010-2
Артикул: 798563.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Учебно-методическое пособие содержит основные сведения по моделированию электронных схем с использованием САПР Genesys компании Keysight Technologies. Приведено краткое ознакомление с программой и описаны основные этапы проектирования фильтров, автогенератора, умножителя частоты и возбудителя частоты.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 004: Информационные технологии. Вычислительная техника...
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 11.03.01: Радиотехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Б. В. Гусев, Е. В. Лагунов, В. А. Чечёткин МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ В СРЕДЕ GENESYS Уч е бн о - ме т од и ч еско е по со бие Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза, обучающихся по направлению 11.03.01 — Радиотехника Екатеринбург Издательство Уральского университета 2020
УДК 004.94:621.38(075.8) ББК 30в6я73+32.965-01я73 Г96 Ре ц е н з е н ты : М. С. Мухамедзянов, канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики, те- лемеханики и связи на железнодорожном транспорте УрГУПС; кафедра ОПД-ТС Уральского технического института связи и инфор- матики (филиал) «Сибирский государственный университет теле- коммуникаций и информатики» (завкафедрой канд. техн. наук, доц. Н. В. Будылдина) Н ауч н ы й ред а к т о р — д-р техн. наук, проф. С. Н. Шабунин Изображение на обложку предоставлено компанией Keysight Technologies Г96 Гусев, Б. В. Моделирование электронных схем в среде GENESYS : учебно- методическое пособие / Б. В. Гусев, Е. В. Лагунов, В. А. Чечёткин ; Мин-во науки и высшего образования РФ. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2020. — 104 с. ISBN 978-5-7996-3010-2 Учебно-методическое пособие содержит основные сведения по моделированию электронных схем с использованием САПР Genesys компании Keysight Technologies. Приведено краткое ознакомление с программой и описаны основные этапы проек- тирования фильтров, автогенератора, умножителя частоты и возбудителя частоты. Библиогр. 8. Табл. 2. Рис. 120. Прил. 4. УДК 004.94:621.38(075.8) ББК 30в6я73+32.965-01я73 ISBN 978-5-7996-3010-2 © Уральский федеральный университет, 2020
Оглавление Предисловие ..........................................................................................5 1. Изучение среды Genesys ....................................................................7 1.1. Ознакомление с программой (на примере разработки дисплексера) ....................................................................................9 1.2. Создание схемы фильтра нижних частот ..............................11 1.3. Анализ схемы фильтра нижних частот ...................................16 1.4. Создание и анализ схемы фильтра верхних частот ................................................................................20 1.5. Создание и анализ диплексера ...............................................22 1.6. Оптимизация схемы диплексера ............................................24 1.6. Контрольные вопросы ............................................................33 2. Разработка автогенератора .............................................................34 2.1. Определение параметров транзистора ...................................35 2.2. Расчет автогенератора по постоянному току .........................42 2.3. Расчет автогенератора по переменному току .........................48 2.4. Энергетический расчет автогенератора ..................................53 2.5. Анализ схемы автогенератора .................................................55 2.6. Контрольные вопросы ............................................................64 3. Разработка умножителя частоты .....................................................65 3.1. Определение входных данных умножителя ...........................66 3.2. Расчет коллекторной цепи умножителя .................................68 3.3. Расчет входной цепи умножителя ..........................................72 3.4. Создание схемы умножителя ..................................................73
Оглавление 3.5. Анализ схемы умножителя ......................................................75 3.6. Контрольные вопросы ............................................................77 4. Проектирование возбудителя частоты ............................................78 4.1. Разработка схемы возбудителя частоты .................................79 4.2. Разработка полосового фильтра .............................................80 4.3. Разработка печатной платы возбудителя ...............................86 4.4. Контрольные вопросы ............................................................90 Список библиографических ссылок ....................................................91 Словарь ...............................................................................................92 Приложение 1. Варианты данных для расчета и содержание отчетов исследования .................................................95 Приложение 2. Пример выражений расчетов автогенератора ..........98 Приложение 3. Извлечение данных входного сигнала умножителя ...................................................................................... 100 Приложение 4. Пример выражений расчетов удвоителя ................ 101
Предисловие О дним из популярных программных продуктов, используе- мых для проектирования радиочастотных устройств, являет- ся проприетарная система автоматизированного проектиро- вания Genesys компании Keysight Technologies [1]. Она представляет собой высокопроизводительное средство проектирования, предназна- ченное для разработчиков ВЧ и СВЧ плат и модулей. Среда компьютерного моделирования Genesys позволяет создавать схемы, состоящие из сосредоточенных и распределенных элементов радиоэлектронных схем. При создании схем могут использоваться встроенные мастера для фильтров, смесителей, генераторов и др. Про- грамма позволяет исследовать проектируемое устройство различны- ми методами и вывести результат в нескольких графических формах. Большими достоинствами САПР являются ее относительно низкая цена и наличие русскоязычного интерфейса. Используя встроенный язык программирования можно автоматически пересчитывать элемен- ты разрабатываемых устройств и оценивать получаемые изменения. Загрузить последнюю версию программы можно с сайта разработ- чика [1]. Программа платная, есть демонстрационная версия и специ- альная лицензия для образовательных учреждений. Торговое назва- ние последней версии: PathWave RF Synthesis. Типовые требования для установки: Windows 7…10 (64-bit), 10 ГБ на жестком диске, 6 ГБ оперативной памяти. Пособие предназначено для ознакомления с методами автомати- зированного проектирования высокочастотных устройств, а также для формирования начальных приемов работы с программой на при- мере разработки автогенератора, умножителя частоты и возбудителя частоты.
Предисловие В первой главе пособия рассмотрены общие вопросы подготовки к работе с инструментальным средством Genesys, в частности: • создание схемы простого диплексера; • линейный анализ схемы; • оптимизация номиналов элементов для достижения требуемых характеристик. Во второй главе рассмотрен расчет и анализ кварцевого автогене- ратора. Исследуется влияние изменения режима работы на качество формируемого сигнала. В третьей главе рассмотрен расчет и методика проектирования ум- ножителя частоты. Особое внимание уделено вопросам согласования с нагрузкой. В четвертой главе рассмотрено создание возбудителя частоты, филь- трация нежелательных гармоник и разработка его конструкции. При значительных изменениях в новых версиях программы будет подготовлено новое издание пособия. В рамках обучения студенты Уральского федерального универси- тета выполняют учебные работы, в ходе которых осуществляют раз- работку автогенератора, умножителя частоты и создание возбудителя частоты. Данные для выбора и справочные параметры транзисторов представлены в Приложении 1.
1. Изучение среды Genesys З апустим Genesys двойным щелчком на пиктограмме либо щелчком по соответствующей строке программы в стартовом меню Windows. После запуска открывается главное окно сре- ды Genesys, показанное на рис. 1.1, где помещены инструменты про- ектирования радиоэлектронных схем, предоставляемые этой средой проектирования. При запуске на экране могут отображаться окна приветствия и выбора действий, которые нужно закрыть. Рис. 1.1. Главное окно Genesys в режиме русского меню
1. Изучение среды Genesys На рис. 1.1 приведено окно в режиме русского меню. Некоторые элементы существующей версии не переведены, поэтому для единоо- бразия описания в дальнейшем будем использовать программу в стан- дартном режиме (c английским меню), как показано на рис. 1.2. Пе- ревод необходимых терминов приведен в словаре, расположенном в заключительной части пособия (см. с. 92). Рис. 1.2. Главное окно Genesys (английское меню) Главное окно среды проектирования Genesys по вертикали разделе- но на три части. В левой части содержатся средства управления — де- рево рабочей области. Центральную часть окна Genesys занимает ра- бочее поле. Под ним расположены поля сообщений и ошибок, ввода команд управления. Правую сторону окна занимает панель селектора компонентов. В верхней части окна расположены главное меню и панели инструментов. Многие функции и команды меню также доступны через панели инструментов и/или дерева рабочей области. Вид и состав меню и панели инструментов динамически изменяются в зависимости от открытого активного окна. Чтобы узнать команду, с которой связан значок на панели инструментов, установим курсор мышки на этот значок и подождем несколько секунд. Появится небольшая подсказка для значка во всплывающем поле.
1.1. Ознакомление с программой (на примере разработки дисплексера) 1.1. Ознакомление с программой (на примере разработки дисплексера) Для ознакомления с программой разработаем простое устройство — диплексер. В соответствии с [2, с. 15] для суммирования в общей нагрузке сигналов нескольких источников (генераторов), работающих в неперекрывающихся частотных диапазонах, используются мультиплексоры. В частности, для суммирования сигналов двух источников используются диплексеры. Взаимной задачей по отношению к зада- че суммирования является задача частотного разделения сигналов (ка- налов). То есть, корректно рассчитанный диплексер может использо- ваться и для суммирования, и для разделения каналов. Схема такого устройства приведена на рис. 1.3. Диплексер состоит из двух филь- тров (Ф1 и Ф2), нагруженных каждый на свою нагрузку. Входы филь- тров, имеющие входные проводимости Yвх1 и Yвх2 соответственно, па- раллельно соединены и подключены к источнику входного сигнала E, формируя общую входную проводимость Yвх. Ф1 Ф2 Yвх1 Yвх2 E Yвх Рис. 1.3. Структурная схема диплексера При этом должен выполняться ряд требований: • устранение взаимного влияния каналов (развязка), • отсутствие потерь мощности при суммировании/разделении, • обеспечение согласования для каждого источника и нагрузки. При расчете частотных характеристик диплексеров на параллельно соединенных фильтрах следует учитывать, что входы (выходы) филь- тров взаимно шунтируют друг друга, поэтому частотные характери- стики каждого из каналов будут отличаться от характеристик филь- тров, работающих по отдельности.
1. Изучение среды Genesys Разработаем диплексер для систем кабельного телевидения. В со- ответствии с ГОСТ 52023–2003 в кабельных сетях «полоса частот от 40 до 1000 МГц предназначена для распределения радиосигналов в прямом направлении, полоса частот от 5 до 30 МГц — для передачи ра- диосигналов в обратном направлении» [3, с. 1]. В связи с этим для филь- тра нижних частот (ФНЧ) требуется частота среза 30 МГц, а для филь- тра верхних частот (ФВЧ) — 40 МГц. По рекомендациям О. В. Алексеева, Г. А. Грошева, Г. Г. Чавка [2, с. 15] сделаем частоту среза одинаковой для ФНЧ и ФВЧ и среднегеометрической между 30 и 40 МГц, равной 35 МГц. Сопротивления нагрузки «для линейной сети, выполненной на ко- аксиальном кабеле, должны иметь несимметричные входы и выходы номинальным сопротивлением 75 Ом» [3, с. 24]. Для нашего случая, когда фильтры включаются параллельно, пер- вое звено фильтров должно быть последовательным. Поэтому исполь- зуем Т-образные ФВЧ и ФНЧ Баттерворта, объединив их так, как по- казано на рис. 1.4. α1ФВЧ α2ФВЧ α3ФВЧ α1ФНЧ α2ФНЧ α3ФНЧ Рис. 1.4. Схема диплексера: α1 ФВЧ, α2 ФВЧ, α3 ФВЧ — нормированные значения элементов ФВЧ; α1 ФНЧ, α2 ФНЧ, α3 ФНЧ — нормированные значения элементов ФНЧ Нормированные значения элементов фильтров αi (рассчитанные для единичных угловой частоты и сопротивления) возьмем из [4, с. 35, табл. П. 1.1]. Для фильтра третьего порядка эти значения следующие: a a a a a a 1 2 3 1 2 3 1 0 0 5 1 0 1 0 2 0 1 ФВЧ ФВЧ ФВЧ ФНЧ ФНЧ ФНЧ = = = = = = , , , , , , , , , , ,0. Рассчитаем денормированные значения индуктивностей Ci и емко- стей Li для требуемых частоты и нагрузки по формулам:
1.2. Создание схемы фильтра нижних частот C R L R i i i i = = a w a w СР СР ; , где ai — нормированное значение элемента; wСР — частота среза фильтра, w p СР СР = 2 f ; R — сопротивление нагрузки фильтра. Для частоты 35 МГц и нагрузки 75 Ом получаем следующие значения: C1 ФВЧ = 61 пФ, L2 ФВЧ = 171 нГн, C3 ФВЧ = 61 пФ, L1 ФНЧ = 341 нГн, C2 ФНЧ = 121 пФ, L3 ФНЧ = 341 нГ н. Чтобы лучше изучить возможности программы в области модели- рования составных схем, создадим отдельные схемы для ФНЧ и ФВЧ, а затем объединим их вместе. 1.2. Создание схемы фильтра нижних частот Создание схем начнем с ФНЧ. Переименуем автоматически соз- данную схему Sch1 в LF, вызвав правой клавишей мыши на строке Sch1 в дереве рабочей области всплывающее меню (рис. 1.5) и щел- кнув по строке Rename. Рис. 1.5. Всплывающее меню дерева рабочей области
Доступ онлайн
В корзину