Модификация подсистемы задания ограничений и

Модификация подсистемы задания ограничений и характеристик в
программе структурно-параметрического синтеза Geneamp
О. А. Ким, А.А. Калентьев
В статье представлена модификация модуля задания ограничений и
характеристик программы структурно-параметрического синтеза Geneamp.
Описаны основные функциональные возможности и назначение модуля, а
также представлена архитектура.
Ключевые слова: СВЧ-усилители, проектирование СВЧ-устройств, САПР,
связность модулей, ограничения на характеристики, структурнопараметрический синтез.
Введение. Проектирование СВЧ устройств, включая транзисторных СВЧ-усилителей,
является трудоемким процессом и требует большого опыта разработчика и значительного
времени. На данный момент существуют множество методов проектирования СВЧусилителей: аналитические, систематический поиск, на основе диаграммы Вольперта-Смита
и др.[1,2]Недостатком таких методов является сложность контроля полученных структур
цепей и значений элементов, обеспечение требований к нескольким характеристикам
усилителя в диапазоне частот.
Программа Geneamp[3]предназначена для проектирования линейных и малошумящих,
узкополосных и широкополосных СВЧ транзисторных усилителей. Она осуществляет метод
структурного синтеза усилительного устройства, который основан на генетическом
алгоритме (ГА)[4]. Основная задача программы состоит в автоматической генерации схемы
усилителя и значений элементов, исходя из требованийнаследующиехарактеристики в
диапазоне частот: коэффициент усиления, коэффициент шума, коэффициент отражения на
входе и на выходе, коэффициент устойчивости.
Постановка задачи. Одним из важных этапов структурно-параметрического синтеза
является задание требований на характеристики в виде ограничений. В текущей версии
программы Geneamp задание требований выполняется с помощью модуля
PerfomanceSpecifications. Для анализа архитектуры модуля была построенаUMLдиаграмма[5]классов (см. рисунок 1).
Рисунок 1—UML-диаграмма классов текущего модуля задания ограничений и
характеристик
Так как представленные на диаграмме классы относятся к отдельным модулям, то
текущий вариант представления характеристик и ограничений повышает связность[6]между
ними, что значительно усложняет дальнейшую поддержку и разработку программы. Также
одним из недостатков текущей реализации является хранение одновременно всех типов
ограничений
(ограничений
сверху,
снизу
и
эквивалентное)
в
классе
OneFrequencyCharacteristicRequirement. Каждое ограничение описываетсяструктурой
CharacteristicRequirement. В данной структуре статусIsEnableопределяет, выбрано
ограничение или нет. Такой способ представления ограничений является избыточным, т.к.
хранить ограничения, которые не используются, не имеет смысла.
Модификация модуля. Модуль задания характеристик и ограничений программы
Geneampобладалследующиминедостатками: избыточное хранение ограничений и высокая
связность между модулями хранения и графического представления ограничений и
характеристик. В процессе разработки была реализована подсистема задания характеристик
и ограничений, которая позволяет установить нужные пользователю ограничения на
характеристику. UML-диаграмма классов модуля представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Модифицированная UML-диаграмма модуля задания ограничений и
характеристик
Системазадания ограничений представлена в виде перечисления TypeOfRequirement,
структуры Requirement, класса Requirements. Каждая характеристика является объектом
классаCharacteristic, где хранятся установленные ограничения, список частот и значения
характеристики. Обработка изменения значений характеристик и ограничений была
реализована
в
виде
событий
ChracteristicRequirementChangedEventArgs
и
CharacteristicValuesChangedEventArgs, которые передают новые значения в класс
CharacteristicView.
С
помощью
обработки
событий
ChracteristicViewRequirementChangedEventArgs
и
CharacteristicViewValuesChangedEventArgsкласс CharacteristicViewконвертирует значения в
графическое представление и обновляет в модуле GraphForm, отображающий
характеристики и ограничения на графике.
Макет пользовательского интерфейса задания ограничений (см. рисунок 3)
представляет реализацию следующих основных частей:

выбор характеристики и перерасчет в дБ или в разы в таблице Characteristics;




задание типа ограничения в выпадающем меню Requirement Type;
задание формы выбранной характеристики PresetType: прямая, наклонная,
фильтр.
задание значений ограничений (y1, y2 и т.д.) и выбор диапазона частот (x1, x2 и
т.д.) в зависимости от типа ограничения и добавление их в список
ChosenRequirementsпри нажатии на кнопку Add. Чтобы изменить добавленные
ограничения необходимо нажать на один из списка ChosenRequirementsи
изменить соответствующие значения (y1, y2 и т.д.), диапазон частот (x1, x2 и т.д.),
выбор формы характеристики и типа ограничения;
отображение характеристик(и) на графике.
Рисунок 0— Макет пользовательского интерфейса задания ограничений на характеристики
После выбора ограничений и характеристик можно добавить характеристики с
заданными требованиями на график. Для добавления графика необходимо ввести его имя в
форме (см. рисунок 4а). После чего в дереве проекта у элемента Graphs появиться дочерний
элемент с именем добавленногографика (см. рисунок 4б). С помощью контекстного меню
графика Setcharacteristics можно добавить характеристики на график (см. рисунок 4в).
а
б
в
Рисунок 4 —Макеты пользовательского интерфейсаа) создания нового графика, б)
добавленного графика,в) добавления характеристик на график
Заключение. Входе проделанной работы в программе была реализована подсистема
задания характеристик и ограничений, которая позволяет хранить только выбранные
пользователем ограничения. Это позволило снизить связность между модулями, что
упрощает дальнейшую поддержку и разработку программы Geneamp.С помощью обработки
событий упрощено обновление характеристик на графиках. Добавлена возможность выбора
формы характеристики в видеPresetType, что позволяет значительно снизить время на
задание ограничения на характеристики по сравнению с заданием ограничений с помощью
таблицы.
Литература
1. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных устройств с заданной
характеристикой коэффициента преобразования мощности, связывающих произвольные
иммитансы источника сигнала и нагрузки // Научный вестник НГТУ. Новосибирск.
Издательство: НГТУ, 2005.
2. Дж. Ленк. Справочник по современным твердотельным усилителям: Пер. с англ. М.: Мир.
–1997.
3. Жабин Д.А. Добуш И.М.,Гарайс Д.В., Бабак Л.И., "Структурный синтез СВЧ
транзисторных усилителей на основе генетического алгоритма с применением моделей
пассивных элементов в виде наборов S-параметров," Издательство: Материалы 24-ой
Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные
технологии» (КрыМиКо’2014). Севастополь, 7-13 сентября 2014 г.: Материалы конф. в 2 т.
– Севастополь: Вебер, 2014. – Т.1. – С. 117-118
4. Емельянов В.В., Курейчик В.М., Курейчик В.В. Теория и практика эволюционного
моделирования. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 432 с.
5. Фаулер М. "UML-основы." 3-е издание. Издательство: Символ-Плюс, 2004. 192 стр.
6. Макконнелл С. Совершенный код. Мастер-класс. Издательство: Русская редакция, 2013.
896 стр.
7. Л.И. Б, "Теория, методы и алгоритмы автоматизированного синтеза СВЧ транзисторных
усилителей на основе декомпозиционного подхода," — Томск, Диссертация 2012.
Калентьев Алексей Анатольевич
Аспирант каф. Компьютерных систем в управлении и проектировании (КСУП),
мл.науч. сотрудник лаборатории интеллектуальных компьютерных систем (ЛИКС) ТУСУРа
Тел: +7 (952) 408-04-08
Эл.почта:alexey.kalentyev@gmail.com
Ким Олеся Алексеевна
Студент 4 курса каф. КСУП ТУСУР
Тел: +7 (952) 160-81-01
Эл.почта:kimlesya11@gmail.com
KimO.A. Kalentyev A.A.
Modification of characteristic requirements settings subsystem of structural-parametric
synthesis software tool Geneamp
Characteristic requirements module modification of the automated structural-parametric software
toolGeneamp is presented in the paper. Basic modulefeatures and development motivation are
described.New module software architecture is also presented.
Keywords: microwave amplifiers, microwave devices design, EDA, module’sconnection,
characteristic requirements, structural-parametric synthesis.