Электрондық схемаларды жобалау процесі: қарапайым тізбектерден күрделі жүйелерге дейін. Автоматтандыру, логикалық және физикалық жобалау кезеңдері туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Инженерлік процесс
Engineering process
Электр тізбектерін жобалау процесі күрделі электрондық жүйелерден бастап интегралды схемадағы жеке транзисторларға дейінгі жүйелерді қамтуы мүмкін. Бір адам қарапайым тізбектерді жобалау процесін жоспарланған немесе құрылымдалған жобалау процесін қажет етпей-ақ жүзеге асыра алады. Дегенмен, күрделі жобалар үшін жүйелі тәсілді қолданып, интеллектуалды басқарылатын компьютерлік симуляцияны пайдаланатын дизайнерлер тобының саны артып келеді. Интегралды схеманы жобалауды автоматтандыруда "тізбек жобалау" термині көбінесе интегралды схеманың схемаларын (сызбаларын) шығаратын жобалау циклының кезеңін білдіреді. Әдетте, бұл логикалық жобалау мен физикалық жобалау арасындағы кезең болып табылады.
The process of circuit design can cover systems ranging from complex electronic systems down to the individual transistors within an integrated circuit. One person can often do the design process without needing a planned or structured design process for simple circuits. Still, teams of designers following a systematic approach with intelligently guided computer simulation are becoming increasingly common for more complex designs. In integrated circuit design automation, the term "circuit design" often refers to the step of the design cycle which outputs the schematics of the integrated circuit. Typically this is the step between logic design and physical design.
Процесс
Дәстүрлі схемаларды жобалау әдетте бірнеше кезеңді қамтиды. Кейде, тапсырыс берушімен келіссөздерден кейін жобалау талаптары жазылады. Тапсырыс берушінің талаптарына сай техникалық ұсыныс жасалуы мүмкін. Келесі кезеңде, талаптарға сәйкес келетін абстрактілі электрлік немесе электрондық схема – схемалық сызба қағазға түсіріледі. Берулі жағдайларда жұмыс ілу талаптарына сәйкес компоненттердің шамаларын есептеу жүргізілуі керек. Дизайнның дұрыстығын растау үшін модельдеу жүргізілуі мүмкін. Спецификацияға сәйкес сынау үшін макеттік плата немесе дизайнның басқа да прототипі жасалуы мүмкін. Бұл схемаға сәйкестікті қамтамасыз ету үшін өзгерістер енгізуді қамтиды. Құрылыс әдісі және қолданылатын барлық бөлшектер мен материалдар таңдалуы тиіс. Компоненттер мен орналасу туралы ақпарат жобалаушыларға, орналасу және машина жасау инженерлеріне прототиптік өндіріс үшін ұсынылады. Содан кейін, клиенттік талаптарға сәйкестігін қамтамасыз ету үшін бірнеше прототиптер сынақтан өтеді немесе типтік сынақтар жүргізіледі. Әдетте, соңғы өндіріс сызбаларына қол қойылып, бекітіледі, сондай-ақ жобалаудан кейінгі қызметтер де болуы мүмкін (компоненттердің тозуы және т.б.).
Traditional circuit design usually involves several stages. Sometimes, a design specification is written after liaising with the customer. A technical proposal may be written to meet the requirements of the customer specification. The next stage involves synthesising on paper a schematic circuit diagram, an abstract electrical or electronic circuit that will meet the specifications. A calculation of the component values to meet the operating specifications under specified conditions should be made. Simulations may be performed to verify the correctness of the design. A breadboard or other prototype version of the design for testing against specification may be built. It may involve making any alterations to the circuit to achieve compliance. A choice as to a method of construction and all the parts and materials to be used must be made. There is a presentation of component and layout information to draughtspersons and layout and mechanical engineers for prototype production. This is followed by the testing or type testing several prototypes to ensure compliance with customer requirements. Usually, there is a signing and approval of the final manufacturing drawings, and there may be post design services (obsolescence of components, etc. ).
Ерекшеліктер
Сұлбаны жобалау процесі дайын жобаның қамтамасыз етуі тиіс функционалдығын көрсететін, бірақ оны қалай жүзеге асыру керектігін көрсетпейтін техникалық талаптардан басталады. Бастапқы техникалық талаптар – тапсырыс берушінің дайын сұлбадан қандай нәтиже күтетінінің толыққанды техникалық сипаттамасы болып табылады және түрлі электрлік талаптарды қамтуы мүмкін, мысалы, сұлба қандай сигналдарды қабылдайды, қандай сигналдарды шығару керек, қандай қуат көздері қолжетімді және қанша қуатты тұтынуға рұқсат етіледі. Техникалық талаптар сондай-ақ жобаның сәйкес келуі тиіс кейбір физикалық параметрлерді де белгілей алады, мысалы, өлшем, салмақ, ылғалға төзімділік, температуралық диапазон, жылу шығыны, дірілге төзімділік және үдеуге төзімділік. Жобалау процесі дами келе, жобалаушылар жиі техникалық талаптарға оралып, жобаның прогресін ескере отырып, оларды өзгертеді. Бұл тапсырыс беруші ұсынған талаптарды қатаңдатуды және сұлбаның қабылдануы үшін өтуі керек қосымша сынақтарды қосуды қамтиды. Бұл қосымша талаптар көбінесе жобаны тексеру кезінде қолданылады. Клиенттің бастапқы талаптарына қайшы келетін немесе оларды өзгертетін өзгерістерге клиенттің келісімі міндетті түрде алынуы керек. Клиенттің қажеттіліктерін дұрыс анықтау "жобаның өзгеруі" деп аталатын жағдайды болдырмауға көмектеседі, бұл нақты бастапқы күтулердің болмауы және жобалау процесінде клиентпен толыққанды байланыс орнатудың қажеттілігінен туындайды. Оны нәтижелері арқылы анықтауға болады: "бір жағынан қажеттіден артық функционалдылығы бар сұлба, екінші жағынан – дұрыс емес функционалдылығы бар сұлба". Дегенмен, кейбір өзгерістерді күтуге болады. Мүмкіндігінше ұзақ уақытқа опцияларды ашық ұстаудың қағидасы бар, себебі сұлбадан артық элементтерді кейін алып тастау, оларды енгізуге қарағанда оңай.
The process of circuit design begins with the specification, which states the functionality that the finished design must provide but does not indicate how it is to be achieved The initial specification is a technically detailed description of what the customer wants the finished circuit to achieve and can include a variety of electrical requirements, such as what signals the circuit will receive, what signals it must output, what power supplies are available and how much power it is permitted to consume. The specification can (and normally does) also set some of the physical parameters that the design must meet, such as size, weight, moisture resistance, temperature range, thermal output, vibration tolerance, and acceleration tolerance. As the design process progresses, the designer(s) will frequently return to the specification and alter it to take account of the progress of the design. This can involve tightening specifications that the customer has supplied and adding tests that the circuit must pass to be accepted. These additional specifications will often be used in the verification of a design. Changes that conflict with or modify the customer's original specifications will almost always have to be approved by the customer before they can be acted upon. Correctly identifying the customer needs can avoid a condition known as 'design creep', which occurs in the absence of realistic initial expectations, and later by failing to communicate fully with the client during the design process. It can be defined in terms of its results; "at one extreme is a circuit with more functionality than necessary, and at the other is a circuit having an incorrect functionality". Nevertheless, some changes can be expected. It is good practice to keep options open for as long as possible because it's easier to remove spare elements from the circuit later on than it is to put them in.
Дизайн
Жобалау процесі бастапқы спецификациядан физикалық құрастыру үшін қажетті барлық ақпаратты қамтитын жоспарға көшуді қамтиды; бұл әдетте бірнеше кезеңнен өту арқылы жүзеге асырылады, бірақ қарапайым тізбекте ол бір қадамда орындалуы мүмкін. Процесс әдетте схеманың орындауы тиіс әртүрлі функцияларының блок-схемасына спецификацияны түрлендіруден басталады, бұл кезеңде әр блоктың ішкі мазмұны ескерілмейді, тек әр блок нені орындауы керек екені қарастырылады, бұл кейде «қара қорап» жобалау деп аталады. Бұл тәсіл ықтимал өте күрделі міндетті кішірек міндеттерге бөлуге мүмкіндік береді, оларды тізбектей немесе жобалау тобының мүшелері арасында бөліп беруге болады. Әр блок содан әрі егжей-тегжейлі қарастырылады, әлі де абстрактілі деңгейде, бірақ электрлік функциялардың егжей-тегжейлеріне көбірек назар аударылады. Осы немесе кейінгі кезеңдерде үлкен көлемде зерттеулер немесе математикалық модельдеу қажет болуы мүмкін, сондай-ақ не орындалуы мүмкін және не орындалмайды екенін анықтау қажет. Осы зерттеулердің нәтижелері жобалау процесінің алдыңғы кезеңдеріне қайтарылуы мүмкін, мысалы, егер блоктардың біреуін оған белгіленген параметрлер шегінде жобалау мүмкін болмаса, басқа блоктарды өзгерту қажет болуы мүмкін. Осы кезде жобаның спецификацияларға сәйкес келетінін қалай көрсету керектігін және оны қалай сынау керектігін (өзін-өзі диагностикалық құралдарды қоса алғанда) қарастыруды бастау да кең таралған. Соңында, жалпы жобадағы әрбір функцияны орындау үшін жеке схема компоненттері таңдалады; осы кезеңде әр компоненттің физикалық орналасуы және электрлік қосылыстары да шешіледі, бұл орналасу әдетте баспа тізбегі тақтасын немесе интегралды схеманы өндіруге арналған эскиз түрінде болады. Бұл кезең әдетте қолда бар көптеген таңдаулардың көптігіне байланысты көп уақытты алады. Бұл кезеңдегі жобалаудың практикалық шектеулерінің бірі – стандарттау. Сонымен қатар, компоненттің белгілі бір мәні тізбектің белгілі бір жерінде пайдалану үшін есептелуі мүмкін; егер бұл мәнді жеткізушіден сатып алу мүмкін болмаса, мәселе әлі шешілмеген болып саналады. Мұндай жағдайды болдырмау үшін, жалпы жобалаудың ішіндегі қарапайым міндеттерді шешу үшін «каталогтық инженерияның» белгілі бір көлемін қолдануға болады. Технологияның қарқынды дамуының бір саласы – наноэлектронды тізбектерді жобалау.
The design process involves moving from the specification at the start to a plan that contains all the information needed to be physically constructed at the end; this happens typically by passing through several stages, although in the straightforward circuit, it may be done in a single step. The process usually begins with the conversion of the specification into a block diagram of the various functions that the circuit must perform, at this stage the contents of each block are not considered, only what each block must do, this is sometimes referred to as a "black box" design. This approach allows the possibly highly complex task to be broken into smaller tasks either by tackled in sequence or divided amongst members of a design team. Each block is then considered in more detail, still at an abstract stage, but with a lot more focus on the details of the electrical functions to be provided. At this or later stages, it is common to require a large amount of research or mathematical modeling into what is and is not feasible to achieve. The results of this research may be fed back into earlier stages of the design process, for example if it turns out one of the blocks cannot be designed within the parameters set for it, it may be necessary to alter other blocks instead. At this point, it is also common to start considering both how to demonstrate that the design does meet the specifications, and how it is to be tested ( which can include self diagnostic tools ). Finally, the individual circuit components are chosen to carry out each function in the overall design; at this stage, the physical layout and electrical connections of each component are also decided, this layout commonly taking the form of artwork for the production of a printed circuit board or Integrated circuit. This stage is typically highly time consuming because of the vast array of choices available. A practical constraint on the design at this stage is standardization;. At the same time, a certain value of a component may be calculated for use in some location in a circuit; if that value cannot be purchased from a supplier, then the problem has still not been solved. To avoid this, a certain amount of 'catalog engineering' can be applied to solve the more mundane tasks within an overall design. One area of rapid technology development is in the field of nanoelectronic circuit design.
Шығындар
Жалпы, тізбектерді жобалау құны түпкі тізбектердің күрделілігіне тікелей байланысты. Күрделілік (компоненттер саны және дизайнның жаңалығы) қаншалықты жоғары болса, функционалды өнімді жасау үшін білікті инженердің жұмысына соншалықты көп уақыт қажет болады. Бұл процесс көбінесе қиынға соғуы мүмкін, себебі ұсақ бөлшектер немесе ерекшеліктерді жасауға көп уақыт, материалдар мен еңбек күші жұмсалуы мүмкін. Мысалы, транзисторлардың мөлшерін немесе кодектерді өзгертудің әсерін ескеру сияқты. Иілгіш электроника саласында, кеңінен қолданылатын полиимидті негіздерді ПЕН немесе ПЕТ сияқты материалдармен алмастыру иілгіш электрониканы өндіруге кететін шығындарды 5-10 есеге дейін төмендетуге мүмкіндік береді. Тізбектерді жобалауға кететін шығындар бірлігіне шаққандағы өндіріс шығындарынан әлдеқайда жоғары болады, өйткені өндіріс шығындары мен тізбектің жұмыс істеуі тізбектің жобалауына тікелей байланысты. Типик қалыптық печатталған плата (PCB) өндіріс әдістері азайту арқылы жасалса, 3D принтерді пайдаланып PCB-ді "басып шығару" сияқты қосымша өндіріс процесін қолданатын әдістер де бар. Бұл әдіс қосымша өндіріске қарағанда арзанға түседі және қалдықтарды басқару қажеттілігін толығымен жояды деп саналады.
Generally, the cost of designing circuits is directly tied to the final circuits' complexity. The greater the complexity (quantity of components and design novelty), the more hours of a skilled engineer's time will be necessary to create a functional product. The process can be tedious, as minute details or features could take any amount of time, materials and manpower to create. Like taking into account the effects of modifying transistor sizes or codecs. In the world of flexible electronics, replacing the, widely used, polyimide substrates with materials like PEN or PET to produce flexible electronics, could reduce costs by factors of 5 10. Costs for designing a circuit are almost always far higher than production costs per unit, as the cost of production and function of the circuit depends greatly on the design of the circuit. Although the typical PCB production methods involve subtractive manufacturing, there are methods that use an additive manufacturing process, such as using a 3D printer to "print" a PCB. This method is thought to cost less than additive manufacturing and eliminates the need for waste management altogether.
Тексеру және сынау
Сұлба жобаланғаннан кейін оны тексеру және сынау қажет. Тексеру – жобаның әрбір кезеңін қарап шығу және оның техникалық талаптарға сәйкес жұмыс істейтініне көз жеткізу процесі. Бұл көбінесе күрделі математикалық есептеулерді қамтиды және жобаның ірі масштабты компьютерлік модельдеуін талап етеді. Кез келген күрделі жобалау кезінде осы сатыда мәселелер табылуы мүмкін, оларды жою үшін жобаның көп бөлігін қайта жасауға тура келуі мүмкін. Сынау – тексерудің нақты ортадағы көрінісі; сынау үшін жобаның кемінде прототипі физикалық түрде құрастырылып, содан кейін (техникалық талаптардағы немесе оған қосылған сынақ процедураларын пайдалана отырып) схеманың жобаланғандай жұмыс істейтіні тексеріледі.
Once a circuit has been designed, it must be both verified and tested. Verification is the process of going through each stage of a design and ensuring that it will do what the specification requires it to do. This is frequently a highly mathematical process and can involve large scale computer simulations of the design. In any complicated design, it is very likely that problems will be found at this stage and may affect a large amount of the design work to be redone to fix them. Testing is the real world counterpart to verification; testing involves physically building at least a prototype of the design and then (in combination with the test procedures in the specification or added to it) checking the circuit does what it was designed to.
Жобалау бағдарламалық жасақтамасы
Визуалды DSD бағдарламалық жасақтамасында толықтыру схемасының логикалық тізбегі компиляциялық бағдарламалық код арқылы іске асырылады. Осындай бағдарламалық жасақтамалар барлық түрдегі тізбектер үшін арзан әрі тиімді тізбектер құруға мүмкіндік береді. Ұсынылған тізбектеріміздегі логикалық өрнектерге сәйкес логикалық функцияларды тексеру үшін біз функционалдық симуляцияларды жүзеге асырдық. Ұсынылған архитектуралар VHDL тілінде модельделген. Бұл тілді пайдалану арзан ғана емес, сонымен қатар ұзақ қызмет ететін тиімді тізбектерді жасауға көмектеседі. Бұл өндіріс үшін тізбектерді жоспарлауға жеке тұлғаларға көмектесетін көптеген дизайндық бағдарламалық жасақтамалардың тек екеуі ғана.
In the Software of the visual DSD, the Logic Circuit of complement circuit is implemented by the compiling program code. These types of software programs are creating cheaper more efficient circuits for all types of circuits. We have implemented functional simulations to verify logic functions corresponding to logic expressions in our proposed circuits. The proposed architectures are modeled in VHDL language. Using this language will create more efficient circuits that will not only be cheaper but last longer. These are only two of many design software that help individuals plan there circuits for production.
Үлгілеу
Прототиптеу схемаларды жобалаудың күрделі процесінде маңызды рөл атқарады. Бұл итеративтік процесс қателерді үнемі жетілдіруді және түзетуді қамтиды. Схема жобалау міндеті қиын және қателерге жол бермеу үшін әр детальге ұқыпты назар аударуды талап етеді. Схема жобалаушылар өз жобаларының тиімділігі мен қауіпсіздігін тұтынушыларға қолдануға жарамды деп танылғанша бірнеше рет тексеруі керек. Прототиптеу электр жұмыстарының ажырамас бөлігі болып табылады, өйткені ол өте дәл және ұқыпты жұмыс. Прототиптеу болмаса, түпкілікті өнімде қателер пайда болуы мүмкін. Электр схемаларын жасау тәжірибесі үшін еңбекақы алатын схема жобалаушылар, осы схемаларды сатып алып, үйде пайдаланатын тұтынушылардың қауіпсіздігіне жауапты. Прототиптеу процесін елемеу және кемшілікті электр схемасын шығарумен байланысты тәуекелдер өте жоғары. Бұл тәуекелдерге өрт және сымдардың қызуы, соның салдарынан күйік немесе ауыр жарақаттар алу мүмкіндігі кіреді. Сызба – бұл техникалық жобаның және түпкілікті өнімнің суреті. Барлық жұмыстар аяқталғаннан кейін, схеманы құрастыру үшін сызба қолданылады, нәтижесінде есте қаларлық электр схемалары пайда болады. Бұл схема вакуумнан бастап кинотеатрлардағы үлкен теледидарларға дейін кез келген құрылғыны іске қоса алады. Бұлардың бәріне көп уақыт және кез келген адамның меңгере бермейтін белгілі бір дағдылар қажет. Электр схемасы – біздің күнделікті өміріміздегі көптеген қажеттіліктеріміздің бірі.
Prototyping plays a significant role in the complex process of circuit design. This iterative process involves continuous refinement and correction of errors. The task of circuit design is demanding and requires meticulous attention to detail to avoid errors. Circuit designers are required to conduct multiple tests to ensure the efficiency and safety of their designs before they are deemed suitable for consumer use. Prototyping is an integral part of electrical work due to its precise and meticulous nature. The absence of prototyping could potentially lead to errors in the final product. Circuit designers, who are compensated for their expertise in creating electrical circuits, bear the responsibility of ensuring the safety of consumers who purchase and use these circuits at home. The risks associated with neglecting the prototyping process and releasing a flawed electrical circuit are significant. These risks include the potential for fires and overheated wires, which could result in burns or severe injuries to unsuspecting individuals. A blueprint is the drawing of the technical design and final product. After all, this is done, and you use the blueprint to put the circuit together, you will get the results of electrical circuits that are quite memorable. The circuit will run anything from a vacuum to a big TV in a movie theater. All of these take a long time and a certain skill not everyone can acquire. The electrical circuit is something most things we need in our everyday lives.
Құжаттамалық
Кез келген коммерциялық жобада әдетте құжаттама да болады; осы құжаттаманың нақты мазмұны схеманың өлшемі мен күрделілігіне, сондай-ақ оны қолдануға арналған елге қарай өзгереді. Міндетті түрде құжаттама жобаның техникалық талаптарын, сынақ процедураларын және қолданыстағы нормативтерге сәйкестік туралы мәлімдемені қамтиды. Еуроодақта мұндай мәлімдеме, әдетте, "CE" декларациясы түрінде болады, онда қолданылған еуропалық директивалар тізімделеді және сәйкестікке жауапты тұлғаның аты көрсетіледі.
Any commercial design will normally also include an element of documentation; the precise nature of this documentation will vary according to the size and complexity of the circuit and the country in which it is to be used. As a bare minimum, the documentation will normally include at least the specification and testing procedures for the design and a statement of compliance with current regulations. In the EU this last item will normally take the form of a CE Declaration listing the European directives complied with and naming an individual responsible for compliance.