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浅谈EDA软件在电子电路设计中的合理应用

2013/6/5    来源:万方数据    作者:熊增举      
关键字:电路设计  Multisim仿真  Proteus仿真  Altium Designer设计  
在电子电路设计中,合理使用EDA软件Multisim、Proteus、Altium Designer等,使电子初学者对电子电路设计变得轻松和有吸引力,它节约了设计投入,缩短了设计的时间周期;给学生提供了较大的创造和发挥想象力空间,激发和培养了学生的创新思维能力,使电子爱好者对设计的作品质量和难度系数都得到了提高。

    EDA技术就是以计算机为工具.设计者在EDA软件平台上,用相对应得电路结构或硬件描述语言VHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成,因此,EDA技术在电路设计的具有非常重要的应用。

    电路系统一般包括输入电路、控制转换电路、输出电路和电源电路等部分。任何复杂的电子电路系统都可以逐步划分成不同层次、相对独立的子系统。通过对子系统的输入输出关系、时序等的分析,最后可以选用合适的电子电路器件来实现,将各子系统组合起来.便完成了整个大系统的设计。电子电路系统设计的一般方法与步骤可分为:

电子电路系统设计的一般方法与步骤

图1 电子电路系统设计的一般方法与步骤

一、消化课题

    必须充分了解设计要求,明确被设计系统的全部功能、要求及技术指标。熟悉被处理信号与被控制转换对象的各种参数与特点。设计的基本流程如下图:

二、确定总体设计方案

    根据系统总体功能画出系统的原理框图,将系统分解。确定连接不同方框间各种信号的相互关系与时序关系。方框图应能简洁、清晰地表示设计方案的原理。

三、绘制单元电路并对单元电路并对单元电路进行仿真

    选择合适的电路器件,用电子仿真软件绘出个单元的电路图。然后利用电子软件中的电路仿真功能对设计的电路进行仿真测试,从而确定设计的电路是否正确。

    若电路中采用了TTL、COMS、运放、分立元件等多种器件时,如果采用不同的电源供电,则要注意不同电路之间电平的正确转换,并应绘制出电平转换电路。

    在仿真电路时,可以选择不同的仿真软件,目前电子行业有很多不同的仿真软件,有SPICE、Multisim、Proteus等很多种,本人从事电子教学设计多年,总结了一些方法,基础电路仿真主要使用使用Multisim软件,控制电路仿真使用Proteus,通信电路仿真使用MATLAB等。

    仿真电路软件给设计者带来了很大的方便,设计好的电路图通过仿真软件进行实时模拟,模拟出实际功能,然后通过其分析改进,从而实现电路的优化设计。不仅节约了时间,对硬件缺乏的设计者来说节省了一笔开支。近年来,各高校都引入了仿真软件教学课程,使大学生在电路设计时应用EDA工具,辅助电路设计,极大的提高了学生的动手能力和创新思维能力,同时也为高校硬件资源的投资建设节约了开支。

四、分析电路

    设计的电路可能不存在任何问题,但组合起来后系统可能不能正常工作,因此,充分分析各单元电路,特别是对控制信号要从输入输出关系、正负极性、时序等几个方面进行深入的考虑,确保不存在冲突。在深入分析的基础上通过对原设计电路的不断修改,从而获得最佳设计方案。

五、完成整体设计

    在各单元电路完成的基础上,再用电子仿真软件对整个电路进行仿真,验证设计。根据设计要求来设计出一个比较理想的电子电路系统须经常训练,反复实践才能熟练。由于电子仿真元器件模型的典型化及真实元器件参数的离散性、电路连线或印制板形成的分布参数、电子装配工艺等方面的原因,工程上,设计完成的电路必须经过实体安装、调整、测试验证后才能投产,形成产品。

    对以正确分析电路原理图后,进行硬件电路的制作,首先就是设计硬件电路原理图,可以通过几种方法实现,Proteus、Protel、Altium Designer、Mentor等可以实现原理图的绘制及PCB板图的设计。目前对于高职院校电子技术实验教学,使用较多的是Protel、AltiumDesigner软件。设计完成原理图SCH文件后可以进行电路电气性能正确性检查,仿真软件可以自动检测错误连接方式,提示设计者改正,最后完成正确的电路原理图设计。接着实现PCB板设计。尽管现在的EDA工具很强大,但随着PCB尺寸要求越来越小,器件密度越来越高,极其苛刻的布线规则,这些都使得PCB设计的难度并不小。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢?本人以为从信号完整性设计、工艺及结构设计、热设计三方面进行处理。合理的PCB图设计完成后交付电路板加工厂加工。

    以上五个步骤可以实现了一个具有原始设计的电路板,再通过元件焊接、调试、再反复修改电路设计、再调试,直到完成一个合理的设计作品。如设计的为产品,则需要进行相关测试,完成相关部门的工程验收,才能成为合格产品。

六、结语

    EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的”自顶向下”的全新设计方法,这种设汁方法首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错.并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行驶证。然后,用综合优化工具生成具体门电路的网络表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路(ASIC)。设计者的工作仅限于利用软件的方式,即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这既有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,又减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次性成功率。

责任编辑:程玥
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