電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和方法

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和設(shè)計(jì)方法一、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：電子電路設(shè)計(jì)最基本的原則應(yīng)該使用最經(jīng)濟(jì)的資源實(shí)現(xiàn)最好的電路功能。具體如下：1、 整體性原則在設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從整體出發(fā)，從分析電子電路整體內(nèi)部各組成元件的關(guān)系以及電路整體與外部環(huán)境之間的關(guān)系入手，去揭示與掌握電子系統(tǒng)整體性質(zhì)，判斷電子系統(tǒng)類型，明確所要設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)應(yīng)具有哪些功能、相互信號(hào)與控制關(guān)系如何、參數(shù)指標(biāo)在那個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)等，從而確定總體設(shè)計(jì)方案。整體原則強(qiáng)調(diào)以綜合為基礎(chǔ)，在綜合的控制與指導(dǎo)下，進(jìn)行分析，并且對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行恰當(dāng)?shù)木C合。基本的要點(diǎn)是：（1）電子系統(tǒng)分析必須以綜合為目的，以綜合為前提。離開了綜合的分析是盲目的

2、，不全面的。（2）在以分析為主的過程中往往包含著小的綜合。即在對(duì)電子系統(tǒng)各部分進(jìn)行分別考察的過程中，往往也需要又電子局部的綜合。（3）綜合不許以分析為基礎(chǔ)。只有對(duì)電子系統(tǒng)的分析了解打到一定程度以后，才能進(jìn)行綜合。沒有詳盡以分析電子系統(tǒng)作基礎(chǔ)，綜合就是匆忙的、不堅(jiān)定的，往往帶有某種主管臆測(cè)的成分。2、 最優(yōu)化原則最優(yōu)化原則是一個(gè)基本達(dá)到設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的電子系統(tǒng)而言的，由于元件自身或相互配合、功能模塊的相互配合或耦合還存在一些缺陷，使電子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的傳送、處理等方面不盡完美，需要在約束條件的限制下，從電路中每個(gè)待調(diào)整的原器件或功能模塊入手，進(jìn)行參數(shù)分析，分別計(jì)算每個(gè)優(yōu)化指標(biāo)，并根據(jù)有忽而指標(biāo)的要求，

3、調(diào)整元器件或功能模塊的參數(shù)，知道目標(biāo)參數(shù)滿足最優(yōu)化目標(biāo)值的要求，完成這個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。3、 功能性原則任何一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)都可以逐步劃分成不同層次的較小的電子子系統(tǒng)。仙子系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般先將大電子系統(tǒng)分為若干個(gè)具有相對(duì)獨(dú)立的功能部分，并將其作為獨(dú)立電子系統(tǒng)更能模塊；再全面分析各模塊功能類型及功能要求，考慮如何實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)功能，即采用那些電路來(lái)完成它；然后選用具體的實(shí)際電路，選擇出合適的元器件，計(jì)算元器件參數(shù)并設(shè)計(jì)個(gè)單元電路。4、 可靠性與穩(wěn)定性原則電子電路是各種電氣設(shè)備的心臟，它決定著電氣設(shè)備的功能和用途，尤其是電氣設(shè)備性能的可靠性更是由其電子電路的可靠性來(lái)決定的。電路形式及元器件選型等設(shè)計(jì)

4、工作，設(shè)計(jì)方案在很大程度上也就決定可靠性，在電子電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下原則：只要能滿足系統(tǒng)的性能和功能指標(biāo)就盡可能的簡(jiǎn)化電子電路結(jié)構(gòu)；避免片面追求高性能指標(biāo)和過多的功能；合理劃分軟硬件功能，貫徹以軟代硬的原則，使軟件和硬件相輔相成；盡可能用數(shù)字電路代替模擬電路。影響電子電路可靠性的因素很多，在發(fā)生的時(shí)間和程度上的隨機(jī)性也很大，在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)易遭受不可靠因素干擾的薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)主動(dòng)地采取可靠性保障措施，使電子電路遭受不可靠因素干擾時(shí)能保持穩(wěn)定?？垢蓴_技術(shù)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)是變被動(dòng)為主動(dòng)的兩個(gè)重要手段。5、 性能與價(jià)格比原則在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，產(chǎn)品必須具有較短的開發(fā)設(shè)計(jì)周期，以及出色的性能和可靠性。為了占領(lǐng)市

5、場(chǎng)，提高競(jìng)爭(zhēng)力，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)成本低、性能好、易操作、具有先進(jìn)性（核心競(jìng)爭(zhēng)力），在設(shè)計(jì)要充分考慮電子電路的性能與價(jià)格比。二、電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在傳統(tǒng)與現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有如下幾種常用的設(shè)計(jì)方法：1、 自底向上設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自底向上的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法采用“風(fēng)而知之”的思想，在系統(tǒng)功能劃分完成后，利用所選擇的元器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)各獨(dú)立功能模塊設(shè)計(jì)，然后將選各功能模塊按搭積木的方式連接起來(lái)構(gòu)成更的功能模塊，直到構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。這個(gè)過程從系統(tǒng)的最底端開始設(shè)計(jì)，直至完成頂層的設(shè)計(jì)，因此將這種設(shè)計(jì)方法稱為自頂向下的設(shè)計(jì)方法。用自底向上設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)

6、，整個(gè)系統(tǒng)的功能驗(yàn)證要在所有底層模塊設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行，一旦不滿足設(shè)計(jì)要求，所有底層模塊都需要重新設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)的時(shí)間。2、 自底向下設(shè)計(jì)方法目前VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要采用的方法是自頂向下設(shè)計(jì)方法，這種方法的主要特征是采用綜合設(shè)計(jì)喝硬件描述語(yǔ)言，讓設(shè)計(jì)人員用正向的思維方式重點(diǎn)考慮求解的目標(biāo)問題。這種采用概念和規(guī)劃驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想從高層系的系統(tǒng)級(jí)入手，從最抽象的行為描述開始把設(shè)計(jì)的主要精力放在系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、驗(yàn)證直至底層的設(shè)計(jì)上，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)、測(cè)試、工藝的一體化。當(dāng)前EDA工具及算法把邏輯綜合和物理設(shè)計(jì)過程結(jié)合起來(lái)的方式，有高層工具的前向預(yù)測(cè)能力，較好地支持了自頂向下設(shè)計(jì)方法子啊電子設(shè)計(jì)中的

7、應(yīng)用。3、 層次式設(shè)計(jì)方法它的基本策略是將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按功能費(fèi)解成可以獨(dú)立設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功后，將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)可大大降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于各子系統(tǒng)可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此具有局部性，即各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與修改只影響子系統(tǒng)本身，而不會(huì)影響其他子系統(tǒng)。利用層次性可以將一個(gè)系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，然后子系統(tǒng)可以在分解成更小的子系統(tǒng)，重復(fù)這一過程，直至子系統(tǒng)的復(fù)雜性達(dá)到了在細(xì)節(jié)上可以理解的適當(dāng)?shù)某潭?。模塊化是實(shí)現(xiàn)層次式設(shè)計(jì)方法的重要技術(shù)途徑，模塊化是將一個(gè)系統(tǒng)劃分成一系列的子模塊，對(duì)這些子模塊的功能和物理界面明確的加以定義，模塊化可以幫助設(shè)計(jì)人員

8、闡述或明確解決問題的方法，還可以在模塊建立時(shí)檢查其屬性的正確性，因而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單明了。將一個(gè)系統(tǒng)工作能夠并行開展，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。4、 嵌入式設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越復(fù)雜，而產(chǎn)品的上市時(shí)間卻要越來(lái)越短，即使采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和更好的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于一個(gè)百萬(wàn)門級(jí)規(guī)模的應(yīng)用電子系統(tǒng)，完全從零開始自主設(shè)計(jì)是難以滿足上市時(shí)間要求的。嵌入式設(shè)計(jì)方法在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。嵌入式設(shè)計(jì)方法除繼續(xù)采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)外，他的最主要的特點(diǎn)是大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊的復(fù)用，這種IP模塊可以是RAM、CPU以及數(shù)字信號(hào)處理器等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入IP模塊，使得設(shè)計(jì)者可以只設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其他功

9、能的部分已經(jīng)與IP模塊的互聯(lián)部分，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)通常既包含硬件，又包含軟件，因此需要考慮哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)，這就是硬件軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的問題。硬件軟件協(xié)同設(shè)計(jì)要求硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段進(jìn)行模擬驗(yàn)證，減少設(shè)計(jì)的反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。硬件軟件協(xié)同是將一個(gè)嵌入式系統(tǒng)描述劃分為硬件和軟件模塊一滿足系統(tǒng)的功耗、面積和速度等約束的過程。嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度逐漸增長(zhǎng)，其發(fā)展的另一趨勢(shì)是系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)功能增加，并且軟件區(qū)分不同的產(chǎn)品，增加靈活性，快速響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的改變，降低升華級(jí)費(fèi)用和縮減產(chǎn)品上市時(shí)間。5、基于IP的系統(tǒng)芯片（SOC）的設(shè)計(jì)為了解決

10、當(dāng)前集成電路的設(shè)計(jì)能力落后于加工技術(shù)的發(fā)展與集成電路行業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短等問題，基于IP的集成電路設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，IP是可以完成特定電路功能的模塊，在設(shè)計(jì)電路時(shí)可以將IP看做黑箱，只要保證IP模塊與外部電路的接口，而不需要知道其內(nèi)部操作。這樣在設(shè)計(jì)芯片時(shí)所處理的是一個(gè)個(gè)的模塊，而不是單個(gè)的門電路，可以大幅度的降低電路設(shè)計(jì)工作量，加快芯片的設(shè)計(jì)流程。利用IP還可以使設(shè)計(jì)師不必了解設(shè)計(jì)芯片所需要的所有技術(shù)，降低了芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)難度。利用IP進(jìn)行設(shè)計(jì)的另一個(gè)好處是消除了不必要的重復(fù)勞動(dòng)。IP與工業(yè)產(chǎn)品不同，復(fù)制IP時(shí)不需要花費(fèi)任何代價(jià)的，一旦完成了IP的設(shè)計(jì)，使用的次數(shù)越多，則分?jǐn)偟矫總€(gè)芯片的初始投資越少，芯片的設(shè)計(jì)費(fèi)用也因此會(huì)降低。優(yōu)秀的電路實(shí)現(xiàn)方法是簡(jiǎn)潔、可靠的。要以最少的社會(huì)勞動(dòng)消耗獲得最大的勞動(dòng)成果。這里所說(shuō)的社會(huì)勞動(dòng)，包括在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護(hù)以及元器件的生產(chǎn)中所付出的勞動(dòng)。為了控制產(chǎn)品成本，常常采用目標(biāo)價(jià)格反算法，也就是先更具市場(chǎng)調(diào)查對(duì)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)制定目標(biāo)價(jià)格，然后在設(shè)計(jì)實(shí)施中找出影響產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵因素，并采取針對(duì)性較強(qiáng)的措施。三、思路擴(kuò)展采用系統(tǒng)集成法應(yīng)特別重視接口電路的設(shè)計(jì)，在考慮自己所承擔(dān)的模塊設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮與之相連模塊的接口特性，盡量考慮到模塊之間的電平匹配和阻抗匹配。在可能的條件下，盡量采用