Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Процесс проектирования схем может охватывать системы от сложных электронных систем до отдельных транзисторов в интегральной схеме . Для простых схем процесс проектирования часто может выполняться одним человеком без необходимости в запланированном или структурированном процессе проектирования, но для более сложных проектов все более распространенными становятся команды проектировщиков, которые следуют систематическому подходу с интеллектуальным компьютерным моделированием . В автоматизации проектирования интегральных схем термин «разработка схемы» часто относится к этапу цикла проектирования, на котором выводятся схемы.интегральной схемы. Обычно это шаг между логическим и физическим проектированием . [1]

Процесс [ редактировать ]

Схема для Texas Instruments SN76477 звукового чипа

Формальное схемотехническое проектирование обычно включает несколько этапов. Иногда проектная спецификация пишется после взаимодействия с заказчиком. Техническое предложение может быть написано для удовлетворения требований спецификации заказчика. Следующий этап включает синтез на бумаге принципиальной схемы , абстрактной электрической или электронной схемы, которая будет соответствовать спецификациям. Необходимо произвести расчет значений компонентов для соответствия рабочим характеристикам в определенных условиях. Моделирование может быть выполнено для проверки правильности конструкции.

Макет или другая версия прототипа дизайна для тестирования против спецификации может быть построена. Это может включать внесение каких-либо изменений в схему для достижения соответствия. Необходимо выбрать метод строительства, а также все детали и материалы, которые будут использоваться. Для изготовления прототипов информация о компонентах и ​​компоновке предоставляется чертежникам, инженерам-компоновщикам и инженерам-механикам. После этого проводятся испытания или типовые испытания ряда прототипов на соответствие требованиям заказчика. Обычно происходит подписание и утверждение окончательных производственных чертежей, а также могут быть услуги пост-дизайна ( устаревание компонентов и т. Д.).

Спецификация [ править ]

Микрочипы
Основная статья: Спецификация дизайна продукта

Процесс проектирования схемы начинается со спецификации , в которой указываются функциональные возможности, которые должна обеспечивать готовая конструкция, но не указывается, как это должно быть достигнуто. [2] Первоначальная спецификация - это в основном технически подробное описание того, что заказчик хочет достичь в готовой схеме, и может включать в себя различные электрические требования , например, какие сигналы будет принимать схема, какие сигналы она должна выдавать, какие источники питания доступно и сколько мощности разрешено потреблять. Спецификация может (и обычно устанавливает) также некоторые физические параметры, которым должна соответствовать конструкция, такие как размер, вес, влагостойкость., температурный диапазон, тепловая мощность, допуск на вибрацию и допуск на ускорение. [3]

По мере продвижения процесса проектирования разработчик (-ы) часто будет возвращаться к спецификации и изменять ее, чтобы учесть ход разработки. Это может включать ужесточение спецификаций, предоставленных заказчиком, и добавление тестов, которые схема должна пройти, чтобы быть принятой. Эти дополнительные спецификации часто используются при проверке дизайна. Изменения, которые вступают в противоречие с исходными спецификациями клиента или модифицируют их, почти всегда должны быть одобрены заказчиком, прежде чем они могут быть приняты.

Правильное определение потребностей клиента может избежать состояния, известного как «сползание дизайна», которое возникает при отсутствии реалистичных начальных ожиданий, а затем из-за невозможности полностью связаться с клиентом в процессе проектирования. Его можно определить с точки зрения его результатов; «С одной стороны, это схема с большей функциональностью, чем необходимо, а с другой - это схема с неправильной функциональностью». [4] [ кто? ] Тем не менее, можно ожидать некоторых изменений, и рекомендуется держать параметры открытыми как можно дольше, потому что позже легче удалить запасные элементы из схемы, чем их вставить.

Дизайн [ править ]

Блок - схема 4-разрядного АЛУ

Процесс проектирования включает в себя переход от спецификации в начале к плану, который содержит всю информацию, необходимую для физического построения в конце, обычно это происходит путем прохождения нескольких этапов, хотя в очень простой схеме это может быть выполнено в один шаг. [5] Процесс обычно начинается с преобразования спецификации в блок-схему различных функций, которые схема должна выполнять, на этом этапе не рассматривается содержимое каждого блока, только то, что каждый блок должен делать, иногда это упоминается как дизайн « черный ящик ». Такой подход позволяет разбить, возможно, очень сложную задачу на более мелкие задачи, которые можно решать последовательно или разделить между членами группы разработчиков.

Затем каждый блок рассматривается более подробно, все еще на абстрактной стадии, но с гораздо большим вниманием к деталям предоставляемых электрических функций. На этой или более поздних стадиях обычно требуется большой объем исследований или математического моделирования того, что можно и чего невозможно достичь. [6] Результаты этого исследования могут быть использованы на более ранних этапах процесса проектирования, например, если выясняется, что один из блоков не может быть спроектирован в рамках установленных для него параметров, может потребоваться изменить другие блоки. На этом этапе также принято начинать рассмотрение как того, как продемонстрировать, что проект действительно соответствует спецификациям, так и того, как он должен быть протестирован (что может включать инструменты самодиагностики ). [7]

Отдельные компоненты схемы

Наконец, отдельные компоненты схемы выбираются для выполнения каждой функции в общем дизайне, на этом этапе также определяется физическая компоновка и электрические соединения каждого компонента, эта компоновка обычно принимает форму художественного произведения для производства печатной платы.или интегральная схема. Этот этап обычно занимает очень много времени из-за огромного количества доступных вариантов. Практическим ограничением проектирования на этом этапе является стандартизация, в то время как определенное значение компонента может быть рассчитано для использования в каком-либо месте в цепи, если это значение не может быть приобретено у поставщика, проблема все еще не решена. . Чтобы избежать этого, можно применить определенную «каталожную инженерию» для решения более приземленных задач в рамках общего проекта.

Одна из областей быстрого развития технологий - это проектирование наноэлектронных схем. [8]

Затраты [ править ]

Как правило, стоимость проектирования схем напрямую зависит от сложности конечных схем. Чем выше сложность (количество компонентов и новизна конструкции), тем больше часов времени квалифицированного инженера потребуется для создания функционального продукта.

Проверка и тестирование [ править ]

После того, как схема была спроектирована, она должна быть проверена и испытана. Верификация - это процесс прохождения каждого этапа дизайна и обеспечения того, чтобы он выполнял то, что требует спецификация. Это часто является в высшей степени математическим процессом и может включать крупномасштабное компьютерное моделирование конструкции. В любом сложном проекте очень вероятно, что проблемы будут обнаружены на этом этапе, и может потребоваться переделать большой объем проектных работ, чтобы исправить их.

Тестирование - это реальный аналог верификации, тестирование включает физическое построение, по крайней мере, прототипа проекта, а затем (в сочетании с процедурами тестирования в спецификации или добавленных к нему) проверку того, что схема действительно выполняет то, для чего она была разработана.

Прототипирование [ править ]

Прототипирование - это большая часть выполнения очень сложных вещей. Схемотехника заставляет вас постоянно перебирать вещи и исправлять свои ошибки. Проектирование схем - это очень кропотливая работа, которую нужно выполнить без ошибок. Разработчикам схем необходимо многократно тестировать, чтобы убедиться, что их конструкция работает эффективно и, самое главное, безопасна для покупателя и использования. [9]Прототипирование - важная часть любой электромонтажной работы, потому что она очень тщательная и точная. Каждый, наверное, мог представить себе ошибки, которые будут сделаны, если не будет проводиться прототипирование в выполняемой работе. Этим работникам платят не только за то, чтобы они производили электрические цепи, но и за то, чтобы обеспечить безопасность каждого, кто покупает эти электрические схемы, дома. Опасности отсутствия прототипа и отправки неисправной электрической цепи будут включать в себя возгорание, горячие провода, которые, в свою очередь, заставят кого-то не знать и могут вызвать ожоги, а в худшем случае - серьезные травмы. [9]

Результаты [ править ]

Каждая электрическая схема начинается с симулятора печатной платы, показывающего, как все будет собрано вместе в конце дня, а также показывает, как схема будет работать виртуально. [10] Чертеж - это чертеж технического проекта и конечного продукта. После того, как все это будет сделано, и вы воспользуетесь чертежом для сборки схемы, вы получите результат: электрические схемы будут весьма запоминающимися, поскольку схема будет работать с чем угодно, от вакуума до большого телевизора в кинотеатре. Все это занимает много времени, и не каждый может приобрести определенный навык. Электрическая цепь - это то, что нам нужно в повседневной жизни.

Документация [ править ]

Любой коммерческий проект обычно также включает элемент документации, точный характер этой документации будет варьироваться в зависимости от размера и сложности схемы, а также страны, в которой она будет использоваться. Как минимум, документация обычно включает, по крайней мере, спецификации и процедуры испытаний для конструкции и заявление о соответствии действующим нормам. В ЕС этот последний пункт обычно принимает форму Декларации CE, в которой перечислены европейские директивы, которым они соответствуют, и указано лицо, ответственное за соблюдение. [11]

Программное обеспечение [ править ]

Основная статья: Список бесплатных симуляторов электронных схем
  • Autotrax
  • EasyEDA
  • gEDA
  • KiCad
  • OrCAD
  • NI Multisim
  • СПЕЦИЯ

См. Также [ править ]

  • Продвинутая система дизайна
  • Язык схемотехники
  • Дизайн конфигурации
  • Проектирование электрических систем
  • Конструкция электронной схемы
  • Автоматизация электронного проектирования
  • Минимизатор эвристической логики эспрессо
  • GDSII
  • Дизайн интегральной схемы
  • Список компаний EDA
  • Анализ сетки
  • Стандарт обмена Open Artwork System

Ссылки [ править ]

  1. ^ Навид Шервани, "Алгоритмы для автоматизации физического проектирования СБИС"
  2. ^ Лам, Уильям К. (2005-08-19). «Удовлетворяет ли ваш проект требованиям? Введение в проверку конструкции оборудования | Что такое проверка конструкции?» . Informit.com . Проверено 27 сентября 2016 .
  3. ^ А. Таджалли и др., "Дизайн компромиссы в ультра-низкого энергопотребление цифровой наноразмерной CM," IEEE TCAS-I 2011.
  4. ^ Demers, 1997
  5. ^ «Схема проектирования» (GIF) . Informit.com . Проверено 27 сентября 2016 .
  6. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2005-08-30 . Проверено 4 ноября 2007 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  7. ^ "ATE Solutions, Inc. | Дизайн для тестирования и встроенного самотестирования" . Besttest.com . Архивировано из оригинала на 2016-09-01 . Проверено 27 сентября 2016 .
  8. ^ Чжан, Вэй; Нирадж К. Джа; Ли Шан (2010). «Гибридная система / CMOS динамически реконфигурируемая система». In Jha, Niraj K .; Чен, Деминг (ред.). Проектирование наноэлектронных схем . Springer Science & Business Media. п. 97. ISBN 978-1441976093. Проверено 29 сентября 2016 года .
  9. ^ a b Схема . Эшби, Даррен. Амстердам: Newnes. 2008. ISBN 978-0-08-094965-9. OCLC  444859449 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  10. ^ «Основы различных процессов проектирования электронных схем» . ElProCus - Электронные проекты для студентов инженерных специальностей . 2017-04-13 . Проверено 29 апреля 2020 .
  11. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2005-11-26 . Проверено 12 декабря 2005 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )

Источники [ править ]

  • Информация о проверке конструкции
  • Схема возможного процесса проектирования
  • Руководство США по маркировке CE
  • Руководство Великобритании по маркировке CE
  • Учебное пособие для начинающих по пониманию, анализу и проектированию основных электронных схем
  • Владимир Гуревич Электронные устройства на дискретных компонентах для промышленности и энергетики , CRC Press, Лондон - Нью-Йорк, 2008, 418 с.