Globaloptimierung >> Entwickler und GO

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 Wie wird der Entwickler GO nutzen?

 

GO ist auf jedes beliebige lineare Netzwerk anwendbar.

Das lineare Netzwerk hat für jede Signalaufgabe unzählige herkömmliche (triviale) Mutationen und unbedingt einen Max und einen Moritz, deren Störfestigkeiten die Störfestigkeit der herkömmlichen Bemessungssätze als Grenzwerte einschließen .
Jede herkömmliche Bemessung des linearen Netzwerks hat deshalb eine schlechtere Störresistenz als Moritz und eine höhere Abstrahlung als Max
. Der Entwickler wird GO wegen dieses Zusammenhangs wie folgt nutzen können.

 

Der Entwickler plant eine Topologie zu verwenden - das Layout, der elektrische und mechanische Ausbau spielen hierbei noch keine Rolle - und belegt die Bauelemente mit Bemessungswerten nach einem der herkömmlichen Verfahren.
Als Beispiel sei ein Netzwerk angenommen, welches der Anschauung halber alle drei Arten von passiven Bauelementen nutzt (R, L und C):

Herkömmliche Bemessung der Bauelemente
des linearen Netzwerks:

R1 = 5 kOhm
R4 = 350 Ohm
R2 = 40 kOhm
C5 = 20 pF
C3 = 150 pF
L6 = 1 µH

 

Bild 15 Vom Entwickler gewählte Topologie und herkömmlich bemessene Bauelemente

 

Der Entwickler hat z.B. den GEN-Kode der gewünschten Topologie nicht in seiner Bibliothek und lässt ihn über Internet beim Hersteller der GO -Software ableiten, oder er hat und sucht ihn aus seiner Bibliothek heraus, um mit Hilfe von GO das allgemeine Störäquivalent des Netzwerks zu ermitteln.
Das allgemeine Störäquivalent ist eine theoretische Berichtigung und Verallgemeinerung der herkömmlichen Theorie der Rauschzahl und -temperatur. Es ist umfassender definiert und erfasst im Gegensatz dazu auch das Rauschen der reaktiven C- und L-Elementen bzw. die EM-Beeinflussung und die Parasitics der gesamten Schaltung.

Dadurch werden objektiv alle Störursachen berücksichtigt: GO zeigt es nur deshalb in einer der für das herkömmliche Rauschen bekannten Formen an, damit der Anwender mit der ihm vertrauten Vorstellung etwas anfangen kann.

 

Allgemeines Störäquivalent:

  • Äquivalenter Störpegel = -145 dB
  • Äquivalente Rauschtemperatur = 229 kKelvin
  • Äquivalente "Rauschspannung" = 25.15 nV/√Hz

 

Der Entwickler gibt die Technologie vor, die er anwenden möchte (bipolar, FET, HEMT, Dünnschicht, Dickschicht, diskret etc.). GO übernimmt aus der Bibliothek die für die gewählte Technologie spezifischen Grenzwerte für die Bemessung der Bauelemente.
Der Entwickler kann nach Bedarf diese Grenzwerte ändern oder eigene Sätze von Grenzwerten in die Bibliothek aufnehmen und anwenden, z.B. so:

Rmin = 5 Ohm,  Rmax = 250 kOhm,  Cmin = 5 pF, 
Cmax = 50 nF,  Lmin = 20 nH,  Lmax = 20 µH

Sind die Grenzwerte festgelegt, ermittelt GO automatisch die Werte des Signalterms, klont damit das Netzwerk signalmäßig, mutiert es in den vorgegebenen Grenzen störmäßig und zeigt die Bemessungssätze der Störextreme Max und Moritz an.
Sie gelten ausschließlich für das vorgegebene Signalverhalten und die vorgegebenen Wertebereiche und zeigen an, wie weit die Störresistenz von der Bemessung beeinflusst werden kann.

 

Für die gewählten Wertebereiche:
Rmin = 5 Ohm,  Rmax = 250 kOhm,  Cmin = 5 pF,  Cmax = 50 nF, 
Lmin = 20 nH,  Lmax = 20 µH
und das gewünschte Signalverhalten existieren z.B. die folgenden Bemessungsmöglichkeiten:

Bild 17 Im voraus berechnetes Rauschverhalten der Max und Moritz-Varianten. Die unendlich vielen herkömmlichen Varianten liegen dazwischen. Wenn auch der Entwickler andere Kriterien berücksichtigen muss, die der optimalen Bemessung widersprechen, kann er am Störmeter in Bild 16 kontrollieren, wo er sich befindet, und gezielt von der optimalen Extrembemessung abweichen, um die anderen Vorteile mitzunehmen. Er wird selbst dann Nutzen von der GO und den Extrembemessungen haben, weil auch in diesem Fall die Entwicklung des elektronischen Produkts unter der ständigen Kontrolle seiner GEN-technischen Eigenschaften geschehen wird, wobei die Ressourcen an Störfestigkeit nicht verloren gehen und jeder Zeit erneut genutzt werden können. Man wird z.B. gezielt Kompromisslösungen zwischen der maximalen Störfestigkeit und der maximalen 3 dBr-Dynamikgrenze finden können, wenn man die extremen Max- und Moritz-Lösungen kennt und sie mit der Bemessung vergleicht, die eine maximale Dynamikgrenze liefert.

 

 

Minimal Disturbed Network
(Moritz)

Conventional Disturbed
Network

 

 

Maximal Disturbed Network
(Max)

R1 = 4 kOhm,  R2 = 110 kOhm,
C3 = 110 pF, R4 = 5 Ohm,
C5 = 350 pF, L6 = 4 µH
Störäquivalent:
-182 dB; 40 Kelvin;
332pV/vHz 0.56 dBr
R1 = 5 kOhm, R2 = 40 kOhm,
C3 = 150 pF, R4 = 350 Ohm,
C5 = 20 pF, L6 = 1 µH
Störäquivalent:
-145 dB; 229 kKelvin;
25.15 nV/vHz 28.98 dBr
R1 = 1 kOhm, R2 = 20 kOhm,
C3 = 35 nF, R4 = 250 kOhm,
C5 = 320 pF, L6 = 3 µH
Störäquivalent:
-95 dB; 22.9 GKelvin;
7.953µV/vHz 78.97 dBr

 

Bild 16 Störmeter mit den möglichen Bemessungsvarianten - kann in dB (Allgemeiner Störpegel), Kelvin (Rauschtemperatur), Verhältnis oder dBr (Rauschzahl oder -maß), Ohm (Rauschwiderstand) und V/vHz (äquivalente "Rauschspannung") justiert werden.
Die Zahlenwerte entsprechen den Größenverhältnissen. Sie sind jedoch Anschauungs- und keine speziell durchgerechnete Werte.

Dass jede Bemessung ein neues Rauschverhalten liefert und dass bei Max in Vergleich zu Moritz ein großer Unterschied zu erwarten ist, zeigt bereits die Simulation der äquivalenten "Rauschspannung" mit Spice oder ADS (ehemals EEsof) oder Cadence, Bild 17, jedoch berücksichtigt die Simulation weder die reaktiven C- und L-Komponenten noch die Parasitics und das EM-Verhalten.

Sie ermöglicht außerdem nur das Ausprobieren verschiedener Varianten und kein gezieltes rationelles Ermitteln der absoluten Extremzustände. Der Entwickler nutzt GO , um sich ohne Ausprobieren sofort die zwei Extreme Max und Moritz angeben zu lassen, bei denen die Störungen komplett berücksichtigt werden.

 

 

 

 

unendlich viele herkömmliche Varianten dazwischen

Bild 17  Im voraus berechnetes Rauschverhalten der Max und Moritz-Varianten. Die unendlich vielen herkömmlichen Varianten liegen dazwischen.

 

Wenn auch der Entwickler andere Kriterien berücksichtigen muss, die der optimalen Bemessung widersprechen, kann er am Störmeter in Bild 16 kontrollieren, wo er sich befindet, und gezielt von der optimalen Extrembemessung abweichen, um die anderen Vorteile mitzunehmen.

Er wird selbst dann Nutzen von der GO und den Extrembemessungen haben, weil auch in diesem Fall die Entwicklung des elektronischen Produkts unter der ständigen Kontrolle seiner GEN-technischen Eigenschaften geschehen wird, wobei die Ressourcen an Störfestigkeit nicht verloren gehen und jeder Zeit erneut genutzt werden können.
Man wird z.B. gezielt Kompromisslösungen zwischen der maximalen Störfestigkeit und der maximalen 3 dBr-Dynamikgrenze finden können, wenn man die extremen Max- und Moritz-Lösungen kennt und sie mit der Bemessung vergleicht, die eine maximale Dynamikgrenze liefert.

Prof. Dr. Neidenoff | a@neidenoff.com