Схемотехника - Википедия - Circuit design

Процесс схемотехника может охватывать системы от сложных электронный системы вплоть до отдельных транзисторы в пределах Интегральная схема. Для простых схем процесс проектирования часто может выполняться одним человеком без необходимости в запланированном или структурированном процессе проектирования, но для более сложных проектов группы дизайнеров, следуя систематическому подходу с разумным руководством компьютерное моделирование становятся все более распространенными. В интегральной схеме автоматизация проектирования, термин «схемотехника» часто относится к этапу цикла проектирования, на котором выводится схемы интегральной схемы. Обычно это шаг между логический дизайн и физический дизайн.[1]

Процесс

А принципиальная электрическая схема для Техасские инструменты SN76477 звуковой чип

Формальное схемотехническое проектирование обычно включает несколько этапов. Иногда проектная спецификация пишется после связи с заказчиком. А Техническое предложение могут быть написаны в соответствии с требованиями спецификации заказчика. Следующий этап предполагает синтезировать на бумаге схематический принципиальная электрическая схема, абстрактная электрическая или электронная схема, соответствующая спецификациям. Необходимо произвести расчет значений компонентов для соответствия рабочим характеристикам в определенных условиях. Моделирование может быть выполнено для проверять правильность дизайна.

А макет или может быть создана другая версия прототипа проекта для тестирования на соответствие спецификации. 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-проектирования (устаревание компонентов и т. д.).

Технические характеристики

Микрочипы
Основная статья: Спецификация дизайна продукта

Процесс проектирования схем начинается с Технические характеристики, в котором указаны функциональные возможности, которые должен обеспечить готовый дизайн, но не указано, 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 множество электрические требования, например, какие сигналы будет принимать схема, какие сигналы она должна выдавать, какие источники питания доступны и сколько энергии ей 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][ВОЗ? ] 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 вставлять их.

Дизайн

А блок-схема 4-битного ALU

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] Обычно процесс начинается с преобразования спецификации в блок-схема из различных функций, которые должна выполнять схема, на данном этапе не рассматривается содержимое каждого блока, а рассматривается только то, что каждый блок должен делать, это иногда называется "черный ящик «Дизайн. Такой подход позволяет разбить, возможно, очень сложную задачу на более мелкие задачи, которые можно решать последовательно или разделить между членами команды разработчиков.

Затем каждый блок рассматривается более подробно, все еще на абстрактной стадии, но с гораздо большим вниманием к деталям предоставляемых электрических функций. На этом или более поздних этапах обычно требуется большое количество исследований или математическое моделирование в том, чего достичь, а что нет.[6] Результаты этого исследования могут быть возвращены на более ранние этапы процесса проектирования, например, если выясняется, что один из блоков не может быть спроектирован в рамках установленных для него параметров, вместо этого 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 его следует тестировать (что может включать самодиагностика инструменты ).[7]

Индивидуальный контур составные части

Наконец, индивидуальная схема составные части выбираются для выполнения каждой функции в общем дизайне, на этом этапе также решается физическая компоновка и электрические соединения каждого компонента, эта компоновка обычно принимает форму иллюстраций для производства печатная плата 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 наноэлектроника схемотехника.[8]

Расходы

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

После того, как схема была спроектирована, она должна быть как проверено и проверено. 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 на этом этапе будут обнаружены проблемы, и для их устранения может потребоваться переделать большой объем проектных работ.

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

Прототипирование - это большая часть 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 рабочим платят не только за то, чтобы они производили электрические цепи, но и за то, чтобы они обеспечивали безопасность каждого, кто покупает эти электрические схемы. 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]

Полученные результаты

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

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 Европа этот последний пункт обычно принимает форму Декларация CE перечислить соблюдаемые европейские директивы и указать лицо, ответственное за соблюдение.[11]

Программного обеспечения

Основная статья: Список бесплатных симуляторов электронных схем

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Навид Шервани, "Алгоритмы для автоматизации физического проектирования СБИС"
  2. ^ Лам, Уильям К. (19 августа 2005 г.). «Удовлетворяет ли ваш проект требованиям? Введение в проверку конструкции оборудования | Что такое проверка конструкции?». Informit.com. Получено 2016-09-27.
  3. ^ А. Таджалли и др., «Компромиссы при разработке цифровых наноразмерных КМОП со сверхнизким энергопотреблением», IEEE TCAS-I 2011.
  4. ^ ДеМерс, 1997 г.
  5. ^ «Схема проектирования» (GIF). Informit.com. Получено 2016-09-27.
  6. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2005-08-30. Получено 2007-11-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  7. ^ "A.T.E. Solutions, Inc. | Дизайн для тестирования и встроенного самотестирования". Besttest.com. Архивировано из оригинал на 2016-09-01. Получено 2016-09-27.
  8. ^ Чжан, Вэй; Нирадж К. Джа; Ли Шан (2010). «Гибридная система / CMOS динамически реконфигурируемая система». In Jha, Niraj K .; Чен, Деминг (ред.). Наноэлектронные схемы. Springer Science & Business Media. п. 97. ISBN  978-1441976093. Получено 29 сентября 2016.
  9. ^ а б Схемотехника. Эшби, Даррен. Амстердам: Newnes. 2008 г. ISBN  978-0-08-094965-9. OCLC  444859449.CS1 maint: другие (связь)
  10. ^ «Основы процесса проектирования различных электронных схем». ElProCus - Электронные проекты для студентов инженерных специальностей. 2017-04-13. Получено 2020-04-29.
  11. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2005-11-26. Получено 2005-12-12.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)

Источники