§ В.2. Принципиальные основы подхода к автоматизированному проектированию ОИС СВЧ

1. Общие соображения.

Построение любой системы автоматизированного проектирования (АП) и, в частности, системы АП ОИС СВЧ, априори предполагает наличие, во-первых, достаточно разработанного, адекватного и эффективного математического аппарата, дающего возможность с достаточной (и гарантированной) для практики АП точностью описать (например, в терминах -матрицы) базовый элемент ОИС. Во-вторых, необходимо ясное и четкое

ионимапие характера физических явлений как при возбуждении отдельного БЭ, так и связи между отдельными БЭ схемы. Высокая степень адекватности математической модели и реального БЭ может быть обеспечена только при условии знания матрицы рассеяния БЭ на электродинамическом уровне строгости. В равной мере это относится и к проблеме взаимосвязи (санкционированной или паразитной) между отдельными БЭ данного РЭА. Таким образом, система АП может рассматриваться как некоторая структура, включающая в себя все самые современные данные по анализу матриц рассеяния БЭ (библиотека БЭ) и взаимодействию (в общем случае многомодовому) между ними. Система взаимосвязи между БЭ должна «уметь» решать задачу синтеза, т. е. обеспечивать оптимальное (в электродинамическом и конструктивном плане) соединение БЭ в функциональные узлы при непременном учете требований по физической и конструкторско-технологической реализуемости параметров каждого БЭ. Нередко получение наперед заданных электродинамических параметров (при некоторых ограничительных условиях, таких как, например, конечное число элементов фильтра, согласующего трансформатора и т. п.) оказывается возможным только при выполнении некоторых «сверхтребований» технологического, конструктивного, экономического и т. п. характера. При этом следует помнить, что допустимы и такие постановки задач синтеза, когда не требуется единственность решения, удовлетворяющего поставленным условиям. Это позволяет проводить отбор решений с помощью дополнительных условий предпочтительности (приоритета) (см., например, [1], § 1.1).

Вместе с тем нельзя не отметить, что решение обратных задач электродинамики и задач синтеза электродинамических структур основывается и ориентируется на высокоэффективные алгоритмы численного (аналогово-дискретного) решения прямых задач (задач анализа). Поэтому при разработке программ и алгоритмов для систем АП особое внимание должно уделяться вопросам адекватности, точности расчета матрицы рассеяния и (или) импеданса, удобству алгоритмизации и т. д. Теория дифракции волн элементами ОИС СВЧ пока пользуется «стандартным» набором идей, методов и алгоритмов, нашедших широкое применение при анализе линий, устройств и ИС СВЧ. Строго говоря, развитые методы далеко не всегда удовлетворяют потребности практики АП: иногда это происходит по принципиальным соображениям ограниченности метода или модели (например, из-за невозможности продвижения в более коротковолновый диапазон и др.), иногда — по «техническим» причинам (неудовлетворение требованиям реализуемости, необходимости чрезмерных машинных ресурсов и др.).

Одним из наиболее серьезных требований к теории дифракции,

которые предъявляет система АП, является высокая точность расчета матрицы рассеяиия и, как следствие, необходимая адекватность модели и не только отдельного БЭ, но целого функционального узла РЭА. Дело в том, что с наперед заданной точностью должен быть рассчитан весь функционально-конструктивный узел (например, отдельный блок ОИС), состоящий из многих БЭ. Таким образом, в системе АП фигурирует некоторая интегральная точность, что, естественно, означает высокие требования к точности модели каждого БЭ. Кроме того, модель БЭ должна учитывать возможные технологические, температурные, радиационные и другие разбросы параметров ОИС. В целом, вопросы функционально-вероятностного аспекта теории систем АП представляют первостепенный практический интерес и в этом направлении предстоит еще очень много сделать. Некоторые первоначальные сведения содержатся в работе [124].

Сказанное выше свидетельствует о необходимости привлечения преимущественно строгих методов математической теории дифракции для создания моделей БЭ. Разумеется, нет нужды применять сложные и «дорогостоящие) электродинамические моделп для ИС и предназначенных для функционирования в РЭА достаточно длинноволновых диапазонов, где более простые и «дешевые» статические и (или) квазистатические модели дают приемлемые для практики точпостц (см., например, [1], § 2.4, с. 120, где приводятся результаты сопряжения квазнстатического и высокочастотного асимптотического приближений в теории Однако применение строгих подходов необходимо по ряду причин. Во-первых, они являются единственно пригодными в так называемой резонансной области частот и размеров, в которой неприменимы квазистатические а — характерный геометрический размер БЭ или его отдельных частей), ни асимптотические методы. Во-вторых, зачастую только строгий подход позволяет вскрыть и понять «тонкую» структуру физического явления. Характерным примером в этом плане является строгая теория НПЛ ([1], гл. 2). При этом уже одно применение строгого подхода к решению ключевой (полубесконечной) задачи приводит к глубоким и фундаментальным математическим и физическим результатам. Одним из них является, например, разная по зпаку реакция (емкостная или индуктивная) края ключевой для НПЛ структуры в зависимости от угла падения волны на ее край (очень коротко об этих результатах написано в гл. 1 и 2).

Вместе с тем естественно, что строгие подходы всегда существенно более трудоемки и в ряде случаев для системы АП можно использовать, как мы уже отмечали, статические, квазистатические [1, 125—133] или асимптотические [1, 134—139] методы и модели [140, 141]. В книге такие модели будут использованы довольно часто.