電子系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和方法

1、電子系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和設(shè)計方法一、電子系統(tǒng)設(shè)計的基本原則：電子電路設(shè)計最基本的原則應(yīng)該使用最經(jīng)濟的資源實現(xiàn)最好的電路功能。 具 體如下：1、整體 性原 則在設(shè)計電子系統(tǒng)時， 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)計的電子系統(tǒng)應(yīng)具有哪些功能、 相互信號與 控制關(guān)系如何、參數(shù)指標(biāo)在那個功能模塊實現(xiàn)等，從而確定總體設(shè)計方案。整體原則強調(diào)以綜合為基礎(chǔ)， 在綜合的控制與指導(dǎo)下， 進行分析， 并且對分 析的結(jié)果進行恰當(dāng)?shù)木C合。 基本的要點是：（1）電子系統(tǒng)分析必須以綜合為目的， 以綜

2、合為前提。離開了綜合的分析是盲目的，不全面的。 （2）在以分析為主的過 程中往往包含著小的綜合。 即在對電子系統(tǒng)各部分進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)。只有對電子系統(tǒng)的分析 了解打到一定程度以后， 才能進行綜合。 沒有詳盡以分析電子系統(tǒng)作基礎(chǔ)， 綜合 就是匆忙的、不堅定的，往往帶有某種主管臆測的成分。2、最 優(yōu) 化 原 則最優(yōu)化原則是一個基本達到設(shè)計性能指標(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)對信號的 傳送、處理等方面不盡完美， 需要在約束條件的限制下， 從電路中每個待調(diào)整的 原器

3、件或功能模塊入手， 進行參數(shù)分析， 分別計算每個優(yōu)化指標(biāo)， 并根據(jù)有忽而 指標(biāo)的要求， 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，完成這個系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計。3、功能性原則任何一個復(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)計一般先將大電子系統(tǒng)分為若干個具有相對獨立的功能部分， 并將其 作為獨立電子系統(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 實現(xiàn)這些技術(shù)功能， 即采用那些電路來完成它； 然后選用具體的實際電路， 選擇 出合適的元器件，計算元器件參數(shù)并設(shè)計個單元電路。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，

4、 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決定的。 電路形式及元器件 選型等設(shè)計工作， 設(shè)計方案在很大程度上也就決定可靠性， 在電子電路設(shè)計時應(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)生的時間和程度上的隨機性也很大， 在設(shè)計時， 對 易遭受不可靠因素干擾的薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)主動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能保持穩(wěn)定。

5、抗干擾技術(shù)和容錯設(shè)計是變被動為主動的兩個 重要手段。5、性能與價格比原則在當(dāng)今競爭激烈的市場中， 產(chǎn)品必須具有較短的開發(fā)設(shè)計周期， 以及出色的 性能和可靠性。 為了占領(lǐng)市場， 提高競爭力，所設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)成本低、 性能好、 易操作、具有先進性（核心競爭力） ，在設(shè)計要充分考慮電子電路的性能與價格 比。二、電子系統(tǒng)的設(shè)計方法 在傳統(tǒng)與現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計中有如下幾種常用的設(shè)計方法：1、自底向上設(shè)計方法傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計采用自底向上的設(shè)計方法。這種設(shè)計方法采用“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行邏輯電路設(shè)計， 完成 系統(tǒng)各獨立功能模塊設(shè)計， 然后將選各功能模塊按搭積木的方式

6、連接起來構(gòu)成更 的功能模塊， 直到構(gòu)成整個系統(tǒng)， 完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計。 這個過程從系統(tǒng)的最底 端開始設(shè)計， 直至完成頂層的設(shè)計， 因此將這種設(shè)計方法稱為自頂向下的設(shè)計方 法。用自底向上設(shè)計方法進行系統(tǒng)設(shè)計時， 整個系統(tǒng)的功能驗證要在所有底層模 塊設(shè)計完成之后才能進行， 一旦不滿足設(shè)計要求， 所有底層模塊都需要重新設(shè)計， 延長了設(shè)計的時間。2、自底向下設(shè)計方法目前 VLSI 系統(tǒng)設(shè)計中主要采用的方法是自頂向下設(shè)計方法， 這種方法的主 要特征是采用綜合設(shè)計喝硬件描述語言， 讓設(shè)計人員用正向的思維方式重點考慮 求解的目標(biāo)問題。這種采用概念和規(guī)劃驅(qū)動的設(shè)計思想從高層系的系統(tǒng)級入手， 從最抽象的行為描述

7、開始把設(shè)計的主要精力放在系統(tǒng)的構(gòu)成、 功能、驗證直至底 層的設(shè)計上，從而驗證設(shè)計、測試、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)計過程結(jié)合起來的方式， 有高層 工具的前向預(yù)測能力，較好地支持了自頂向下設(shè)計方法子啊電子設(shè)計中的應(yīng)用。3、層次式設(shè)計方法它的基本策略是將一個復(fù)雜系統(tǒng)按功能費解成可以獨立設(shè)計的子系統(tǒng)， 子系 統(tǒng)設(shè)計成功后， 將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。 一個復(fù)雜的系統(tǒng)分 解成子系統(tǒng)進行設(shè)計可大大降低設(shè)計復(fù)雜度。 由于各子系統(tǒng)可以獨立設(shè)計， 因此 具有局部性， 即各子系統(tǒng)的設(shè)計與修改只影響子系統(tǒng)本身， 而不會影響其他子系 統(tǒng)。利用層次性可以將一個系統(tǒng)劃分為若干

8、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)雜性達到了在細節(jié)上可以理解的適當(dāng)?shù)?程度。模塊化是實現(xiàn)層次式設(shè)計方法的重要技術(shù)途徑， 模塊化是將一個系統(tǒng)劃分成 一系列的子模塊， 對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)計人員闡述或明確解決問題的方法， 還可以在模塊建立時檢查其屬性的正 確性，因而使系統(tǒng)設(shè)計更加簡單明了。 將一個系統(tǒng)工作能夠并行開展， 縮短設(shè)計 時間。4、嵌入式設(shè)計方法 現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜，而產(chǎn)品的上市時間卻要越來越短，即使 采用自頂向下設(shè)計方法和更好的計算機輔助設(shè)計技術(shù)， 對于一個百萬門級規(guī)模的 應(yīng)用電子系統(tǒng)， 完

9、全從零開始自主設(shè)計是難以滿足上市時間要求的。 嵌入式設(shè)計 方法在這種背景下應(yīng)運而生。 嵌入式設(shè)計方法除繼續(xù)采用自頂向下設(shè)計方法和計 算機綜合技術(shù)外，他的最主要的特點是大量知識產(chǎn)權(quán)模塊的復(fù)用，這種 IP 模塊 可以是 RAM、CPU以及數(shù)字信號處理器等。在系統(tǒng)設(shè)計中引入 IP 模塊，使得設(shè) 計者可以只設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)其他功能的部分已經(jīng)與 IP 模塊的互聯(lián)部分，從而簡化 設(shè)計，縮短設(shè)計時間一個復(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 硬件實現(xiàn)， 哪些功能用軟件實現(xiàn)， 這就是硬件 軟件協(xié)同設(shè)計的問題。 硬件 軟件 協(xié)同設(shè)計要求硬件和軟件同時進行設(shè)計， 并在設(shè)計的各個階段進行模擬驗證，

10、 減 少設(shè)計的反復(fù)，縮短設(shè)計時間。硬件 軟件協(xié)同是將一個嵌入式系統(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， 其發(fā)展的另一趨勢是系統(tǒng)中軟件實現(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 升華級費用和縮減產(chǎn)品上市時間。5、基于 IP 的系統(tǒng)芯片（ SOC）的設(shè)計為了解決當(dāng)前集成電路的設(shè)計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)計方法應(yīng)運而生。對于 集成電路設(shè)計師來說， IP 是可以完成特定電路功能的模塊，在設(shè)計電路時可以 將 IP 看做黑箱，只要保證 I

11、P 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)計芯片時所處理的是一個個的模塊， 而不是單個的門電路， 可以大幅度 的降低電路設(shè)計工作量，加快芯片的設(shè)計流程。利用 IP 還可以使設(shè)計師不必了 解設(shè)計芯片所需要的所有技術(shù)，降低了芯片設(shè)計的技術(shù)難度。利用 IP 進行設(shè)計 的另一個好處是消除了不必要的重復(fù)勞動。 IP 與工業(yè)產(chǎn)品不同，復(fù)制 IP 時不需 要花費任何代價的，一旦完成了 IP 的設(shè)計，使用的次數(shù)越多，則分?jǐn)偟矫總€芯 片的初始投資越少，芯片的設(shè)計費用也因此會降低。優(yōu)秀的電路實現(xiàn)方法是簡潔、 可靠的。要以最少的社會勞動消耗獲得最大的 勞動成果。這里所說的社會勞動，包括在產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護以及元 器件的生產(chǎn)中所付出的勞動。 為了控制產(chǎn)品成本， 常常采用目標(biāo)價格反算法， 也 就是先更具市場調(diào)查對相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)制定目標(biāo)價格， 然后在設(shè)計實施中找出影 響產(chǎn)品經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)鍵因素，并采取針對性較強的措施。三、思路擴展采用系統(tǒng)集成法應(yīng)特別重視接口電路的設(shè)計， 在考慮自己所承擔(dān)的模塊設(shè)計 時，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，盡量采用通用的