電子系統(tǒng)設計的基本原則和方法

1、電子系統(tǒng)設計的基本原則和設計方法一、電子系統(tǒng)設計的基本原則：電子電路設計最基本的原則應該使用最經(jīng)濟的資源實現(xiàn)最好的電路功能。具體如下：1、 整體性原則在設計電子系統(tǒng)時，應當從整體出發(fā)，從分析電子電路整體內部各組成元件的關系以及電路整體與外部環(huán)境之間的關系入手，去揭示與掌握電子系統(tǒng)整體性質，判斷電子系統(tǒng)類型，明確所要設計的電子系統(tǒng)應具有哪些功能、相互信號與控制關系如何、參數(shù)指標在那個功能模塊實現(xiàn)等，從而確定總體設計方案。整體原則強調以綜合為基礎，在綜合的控制與指導下，進行分析，并且對分析的結果進行恰當?shù)木C合?；镜囊c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。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，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計性能指標的電子系統(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，從電路中每個待調整的原器件或功能模塊入手，進行參數(shù)分析，分別計算每個優(yōu)化指標，并根據(jù)有忽而指標的要求，

3、調整元器件或功能模塊的參數(shù)，知道目標參數(shù)滿足最優(yōu)化目標值的要求，完成這個系統(tǒng)的最優(yōu)化設計。3、 功能性原則任何一個復雜的電子系統(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備的心臟，它決定著電氣設備的功能和用途，尤其是電氣設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計

4、工作，設計方案在很大程度上也就決定可靠性，在電子電路設計時應遵循如下原則：只要能滿足系統(tǒng)的性能和功能指標就盡可能的簡化電子電路結構；避免片面追求高性能指標和過多的功能；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，在設計時，對易遭受不可靠因素干擾的薄弱環(huán)節(jié)應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?？垢蓴_技術和容錯設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今競爭激烈的市場中，產(chǎn)品必須具有較短的開發(fā)設計周期，以及出色的性能和可靠性。為了占領市

5、場，提高競爭力，所設計的產(chǎn)品應當成本低、性能好、易操作、具有先進性（核心競爭力），在設計要充分考慮電子電路的性能與價格比。二、電子系統(tǒng)的設計方法在傳統(tǒng)與現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計中有如下幾種常用的設計方法：1、 自底向上設計方法傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計采用自底向上的設計方法。這種設計方法采用“風而知之”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計，完成系統(tǒng)各獨立功能模塊設計，然后將選各功能模塊按搭積木的方式連接起來構成更的功能模塊，直到構成整個系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的硬件設計。這個過程從系統(tǒng)的最底端開始設計，直至完成頂層的設計，因此將這種設計方法稱為自頂向下的設計方法。用自底向上設計方法進行系統(tǒng)設計時

6、，整個系統(tǒng)的功能驗證要在所有底層模塊設計完成之后才能進行，一旦不滿足設計要求，所有底層模塊都需要重新設計，延長了設計的時間。2、 自底向下設計方法目前VLSI系統(tǒng)設計中主要采用的方法是自頂向下設計方法，這種方法的主要特征是采用綜合設計喝硬件描述語言，讓設計人員用正向的思維方式重點考慮求解的目標問題。這種采用概念和規(guī)劃驅動的設計思想從高層系的系統(tǒng)級入手，從最抽象的行為描述開始把設計的主要精力放在系統(tǒng)的構成、功能、驗證直至底層的設計上，從而驗證設計、測試、工藝的一體化。當前EDA工具及算法把邏輯綜合和物理設計過程結合起來的方式，有高層工具的前向預測能力，較好地支持了自頂向下設計方法子啊電子設計中的

7、應用。3、 層次式設計方法它的基本策略是將一個復雜系統(tǒng)按功能費解成可以獨立設計的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)設計成功后，將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個系統(tǒng)的設計。一個復雜的系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)進行設計可大大降低設計復雜度。由于各子系統(tǒng)可以獨立設計，因此具有局部性，即各子系統(tǒng)的設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)，重復這一過程，直至子系統(tǒng)的復雜性達到了在細節(jié)上可以理解的適當?shù)某潭?。模塊化是實現(xiàn)層次式設計方法的重要技術途徑，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，模塊化可以幫助設計人員

8、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)設計更加簡單明了。將一個系統(tǒng)工作能夠并行開展，縮短設計時間。4、 嵌入式設計方法現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越復雜，而產(chǎn)品的上市時間卻要越來越短，即使采用自頂向下設計方法和更好的計算機輔助設計技術，對于一個百萬門級規(guī)模的應用電子系統(tǒng)，完全從零開始自主設計是難以滿足上市時間要求的。嵌入式設計方法在這種背景下應運而生。嵌入式設計方法除繼續(xù)采用自頂向下設計方法和計算機綜合技術外，他的最主要的特點是大量知識產(chǎn)權模塊的復用，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)設計中引入IP模塊，使得設計者可以只設計實現(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，從而簡化設計，縮短設計時間。一個復雜的系統(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)同設計的問題。硬件軟件協(xié)同設計要求硬件和軟件同時進行設計，并在設計的各個階段進行模擬驗證，減少設計的反復，縮短設計時間。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，快速響應標準的改變，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）的設計為了解決

10、當前集成電路的設計能力落后于加工技術的發(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的集成電路設計方法應運而生。對于集成電路設計師來說，IP是可以完成特定電路功能的模塊，在設計電路時可以將IP看做黑箱，只要保證IP模塊與外部電路的接口，而不需要知道其內部操作。這樣在設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計工作量，加快芯片的設計流程。利用IP還可以使設計師不必了解設計芯片所需要的所有技術，降低了芯片設計的技術難度。利用IP進行設計的另一個好處是消除了不必要的重復勞動。IP與工業(yè)產(chǎn)品不同，復制IP時不需要花費任何代價的，一旦完成了IP的設計，使用的次數(shù)越多，則分攤到每個芯片的初始投資越少，芯片的設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，常常采用目標價格反算法，也就是先更具市場調查對相應的技術指標制定目標價格，然后在設計實施中找出影響產(chǎn)品經(jīng)濟指標的關鍵因素，并采取針對性較強的措施。三、思路擴展采用系統(tǒng)集成法應特別重視接口電路的設計，在考慮自己所承擔的模塊設計時，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