电路设计的基本流程
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电路设计的基本流程范文第1篇
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）6-0070-3
1 模块化策略
对于图1所示电路，按其功能划分，可分为虚线框Ⅰ内的测量电路和Ⅱ内的供电电路两个具有相对独立功能的子系统。其中，测量电路的设计原则是两电表的量程相匹配，即它们的指针能同时达到较大偏角；而供电电路设计则要遵循电路安全性、操作方便性和测量准确性3个基本原则。
基于两个模块的特点，电路设计的一般思维策略是将电路按其功能分为测量电路与供电电路。
2 测量电路模式的构建与识别
模式识别是问题解决的一种基本策略，是人们在对所表征事物或现象的各种信息分析和处理的基础上，对问题进行描述、辨认、分类和解释的思维过程。
在实验电路设计中，无论是对给定电表、定值电阻进行测量的电路设计，还是对给定电路原理的理解，都要涉及到电压、电流的测量模式及其组合方式的识别，为此，在实验教学之前，需要有意识地从电压、电流测量视角系统地规划有关部分例题，并将其归类总结而构建起电压、电流测量模式，以便学生能迅速从记忆储存中进行模式的检索。
2.1 电压、电流测量模式的构建
关于电压、电流的测量，有直接测量和间接测量之分，其中间接测量包括电表的功能转换和定值电阻的使用，具体模式如表1和表2，其中的适用情况对应于命题特征。
2.2 测量电路的设计流程
在构建起电压、电流的基本测量模式后，原则上只需要将它们适当组合起来即可设计测量电路。但是，在实际的电路设计中，即使只提供一个定值电阻，其电压、电流测量模式的组合数目也还是很大。显然，提升学生的电路设计能力，除了引导学生参与电压、电流测量模式的构建外，还要力求把上述的测量模式结构化，并建立电路设计的思维流程。为此，笔者建议从以下几个方面入手，提高学生电路设计能力。
（1）电表组合方式的分类
（2）电表量程匹配的基本思路
对于几种测量电路，其电表量程的匹配一般有以下3种方式：一是选择合适电表量程或对电表进行改装，这是测量电路设计中的常规思路；二是选择合适的电路；三是改变测量对象，一般是在待测电阻上并联或串联一定值电阻，以补偿电压表、电流表因量程不匹配而产生的偏差，具体电路如图2所示（以外接法为例）。
（3）测量电路的设计流程
要完成测量电路的设计，仅仅建立基本测量模式、清楚量程匹配方式还是远远不够的，还需要学生有一个清晰的思维流程，为此，建议引导学生在电路设计中参与图3所示的思维流程构建，以提高电路设计能力。
3 供电电路设计的模式识别策略
在电阻测量中，其测量准确性取决于两个方面：一是电表量程的匹配程度，它对应于测量电路的设计；二是电表指针能否达到较大偏角，它对应于供电电路的设计。另外，实验器材的安全性、实验操作的方便性也对应于供电电路的设计。
虽然供电电路的设计涉及的因素较多，但它对应电路模式却较少，我们分别就限流式和分压式供电电路进行探讨。
（1）限流式供电电路的基本模式
对于限流式供电电路，一般有图4的两种形式，其中图4a不要求电表示数从0开始调节。而对图4b而言，主要考虑定值电阻对电路的保护或操作方便。
（2）分压式供电电路的基本模式
对于分压式供电电路，一般有表3中的3种情形。
在表3的3种模式中，第3种模式中的定值电阻可能同时具备电路保护和调节方便两种功能，而第2种模式中的定值电阻只起到调节方便的功能。至于运用哪种供电电路，则可按下述程序进行选择：初步确定供电电路类型实验器材安全性检验实验测量的准确性检验实验操作的方便性检验。
4 典型例题分析
例（2010年福建省高考试题）如表4所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材，器材及其规格列表如下：
要求测量时电表的读数大于其量程的一半，而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化。请画出测量电路图，标明所用器材的代号。
解析 对于测量电路，根据提供的器材，首先考虑用伏安法模式，经检验，两只电压表均不能与电流表的量程相匹配，故电流表不能使用。其次，考虑伏伏法模式，经检验，测量电路应如图5所示。
对于供电电路，由于待测电阻约为1000 Ω，滑动变阻器的最大阻值约为100 Ω，要使电表示数变化明显，必须使用分压式电路。由于无定值电阻，故本题的电路如图6所示。
扩展：若仅改变例题中滑动变阻器的最大阻值，并增加一定值电阻，具体数值如表5：
则实验电路如何设计？
解析 （1）在变式中，改变了滑动变阻器的阻值，增加了一个只知道大致阻值的定值电阻，这些改变不影响测量电路的设计。
（2）初步确定供电模式
由于R远小于Rx，因此，初步确定了分压式电路。
（3）基于电路安全性考虑
若采用表3中的第1、2两种供电电路，则电路总电流大于0.5 A，从而损坏滑动变阻器，故这两种方式均不可行，而第3种供电电路能保证电路安全性。
（4）基于测量准确性考虑
另外，经检验，第3种供电电路满足操作方便性要求。故实验电路为第3 种供电电路与图5所示测量电路的组合，具体电路图略。
参考文献：
电路设计的基本流程范文第2篇
一、完善课程设置
合理设置课程体系和课程内容，是提高人才培养水平的关键。2009年，黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系，经过这几年教学工作的开展与施行，发现仍存在一些不足之处，于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。首先，在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排，不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如：在原来的课程设置中，“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础，所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前，对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解，因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握，会影响学生的学习热情及教学效果；而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识，与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中，先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程，将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授，令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解；在随后“数字集成电路设计”课程的学习中，对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手，达到较好的教学效果，同时也避免了内容重复讲授的问题。此外，这样的课程设置安排，将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争，避免因学期课程的设置问题，导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程，从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况，致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后，本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼，在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验，具有较充足的参赛准备，通过团队合作较好地完成大赛的各项环节，赢取良好赛果，为学校、学院及个人争得荣誉，收获宝贵的参赛经验。其次，适当降低理论课难度，将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上，而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣，让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。第三，在选择优秀国内外教材进行教学的同时，从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容，激发学生的学习兴趣，实时了解前沿动态，使学生能够积极主动地学习。
二、变革教学理念与模式
CDIO（构思、设计、实施、运行）理念，是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念，将工程创新教育结合课程教学模式，旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突。在实际教学过程中，结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程，基于“逐次逼近型模数转换器（SARADC）”的课题项目开展教学内容，将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联，使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内，以学生为主体、教师为引导的教学模式，令学生“做中学”，让学生有目的地将理论切实应用于实践中，完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程，使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时，通过以小组为单位，进行团队合作，在组内或组间的相互交流与学习中，相互促进提高，培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力，锻炼学生团队工作的能力及创新能力，并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外，该门课程的考核形式也不同，不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分，而是以毕业论文的撰写要求，令每一组提供一份完整翔实的数据报告，锻炼学生撰写论文、数据整理的能力，为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求，不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验，因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验，同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等，进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先，根据企业的技术需求，引进目前使用的主流EDA工具软件，让学生在就业前就可以熟练掌握应用，将工程实际和实验教学紧密联系，积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会，为今后竞争打下良好的基础。2009—2015年，黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等，最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况，如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建，实现远程登录，则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要。其次，根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容，适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析，令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程，在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上，有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼，使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通，为今后就业做好充足的准备。第三，根据集成电路设计本科理论课程的教学内容，以各应用软件为基础，结合多媒体的教学方法，选取结合于理论课程内容的实例，制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册，如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程，都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件；通过网络平台，使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
四、搭建校企合作平台
电路设计的基本流程范文第3篇
本书针对FPGA平台上的数字系统设计对VHDL进行了逐步描述。前半部分介绍了VHDL中有关组合开关电路设计的一些基本概念和工作方式，后面章节讨论了VHDL中时序电路的行为描述和设计方法。书中所举的例子是针对两个FPGA平台而设计的，其中一个平台已广泛应用于世界各地，而另一个平台是由巴西的一个公司研发的。
全书由11章组成：1.介绍了数字系统和FPGA技术的基本概念，讲述了设计和仿真一个数字电路的分步操作流程；2.首先介绍了VHDL设计的基本结构，然后重述了基于FPGA平台的VHDL设计流程，但是本章的输入描述采用的是一种硬件描述语言而不是第一章所讨论的原理图；3.介绍了数字系统中分层设计的概念和实验操作方法；4.讲述了电路组件中的多路转接器和信号分离器的概念以及它们在电路设计中的使用方法；5.代码转换器：主要介绍了编码器和解码器的工作原理和其在具体应用中的设计方法；6.介绍了时序电路、锁存器和触发器的概念和工作原理，分析了锁存器和触发器的区别以及它们在VHDL设计中的使用方法；7.主要介绍了有限状态机的基本概念和其在VHDL设计中的合成过程，并讲述了基于有限状态机设计一个计数器的方法；8.介绍了数据通路和控制单元的概念和基于有限状态机设计一个控制单元的过程，讲述了设计一个自动售货机控制器的例子；9.分析了隐式进程和显式进程的区别，讨论了它们在设计组合电路和时序电路中的使用方法；10.运算电路：主要讲述了加法器的基本知识和使用结构硬件描述语言进行加法器设计的过程；11.介绍了基于FPGA设计的可综合VHDL代码的编写策略。
本书是以一种边做边教的方式来进行编写的，这种方法是基于作者针对这一主题20多年成熟的教学经验而总结出来的。本书内容简洁清晰，层析分明，通俗易懂，可作为通信工程、电气工程、控制工程等相关专业的研究生和高年级大学生教材，也可作为相关领域的研究人员很好的参考书。
电路设计的基本流程范文第4篇
【关键词】集成电路设计 工业化教学模式 研究与实践
一、集成电路设计业背景
集成电路（Integrated Circuit，IC）是指将很多微电子器件电路集成在芯片上的一种高级微电子器件。通常使用硅为基础材料，在上面通过扩散或渗透技术形成N型半导体和P型半导体及PN结。20世纪中期，半导体设备可实现真空管功能的实验发现，以及半导体制造技术的进步，使得集成电路成为可能。第一个集成电路雏形是由杰克・基尔比于1958年完成的。仅仅在其开发后半个世纪，集成电路变得无处不在，电脑、手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。
二、Linux/Unix背景
UNIX操作系统（UNIX）是美国AT&T公司1971年在PDP-11上开发的操作系统，具有多用户、多任务的特点，支持多种处理器架构。Linux操作系统（Linux），是一系列类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。
在集成电路设计产业中，有着简明清晰的权限控制、高稳定性、高性能、可大规模并行以及有着深厚开发工具基础的Linux/Unix操作系统被广泛地使用。这就意味着，掌握Linux/Unix操作系统的使用是集成电路设计工程师必需的基本技能。为了满足工业界的需求以及培养合格的工程硕士，数字集成电路与系统集成专业设置了工业Linux/Unix课程以培训相关技能。
工业Linux/Unix课程则主要针对集成电路设计工业界的需求，对未来的集成电路工程师进行必要的职业技能培训，使其能在进入工业界后迅速地熟悉相应的开发平台并在该平台上发挥其集成电路设计专业的知识与技能。该课程有着以下特点：
（一）针对性强。本课程的教学目标非常明确：使得学生们通过该课程的学习能够掌握工业生产流程中最有可能遇到的部分知识与技能，拥有很强的针对性。
（二）注重培养实际操作能力。本课程的目标是培养可进行实际生产开发的集成电路设计工程师，满足工业界的需求，而不是为研究院所提供科研人才，实际的操作能力是本课程的重点所在。
三、工业化教学模式
为满足该课程的教学目标，建议对工业化产业化的教学模式在该课程教学中实施2.以下几个方面的措施：
（一）课程结构原子化。针对该课程知识点众多针对性强的特点，重新梳理课程结构、整理课程体系。将课程内容按照工业界开发流程分割排列为若干相对独立又相互联系的单元。即仿真以下情景：一组从未接触过Linux/Unix操作系统的工程师被要求在该操作系统进行开发，同时项目开发与时间进度均有着相应的要求，那么他们应该如何学习，何时以及如何在学习阶段和开发阶段相互切换，才能以最优解完成任务。
（二）讲练结合。针对该课程注重实际操作能力的特点，该课程一半以上的课时设置为实验课；并在时间上与讲授课程结合，讲完一个单元随即练习一个单元。既能及时巩固讲授课程内容，又能及时发现不足。比如在版本控制工具subversion讲授课后，安排学生上机以小组形式使用该工具进行开发。通过不同组员同时更改同一源代码文件后自动报告有需要解决的更新冲突这一虚拟场景，使得学生能充分体会到使用版本控制工具的优势和好处，进而自发地进行练习希望能够掌握并使用该工具来完成自己最终的课程设计。
（三）产品代替实验。在实验课中，以逐步完成一个实际产品为最终目标，有机结合不同单元的教学内容。抛弃了以往的给出实验内容列表，学生们按部就班走流程的实验模式。实验课没有硬性要求，但最终需要提交完整的产品作为实验成果。同时，在实验课最后会提出若干思考问题，鼓励创新，引导学生完成额外的功能以完善自己的产品。如前面所述的makefile实验中，鼓励学生改进优化原有示例，不同的学生就会提出不同的解决方案，改良的方式各有侧重，有的倾向与代码的简洁性，有的倾向于功能的完整性，有的则倾向于用户体验的舒适性。这样不但锻炼了学生的自学能力，同时还培养了其跳出书本、主动思考的创新精神。
（四）工程代替考试。课程终期设置从实际工业环境中抽象出来的实际工程来作为对学生水平的考核。给予学生的课程设计指导文档相当于工业界的客户需求文档。学生需要灵活应用课程中学到的内容、模仿实验课中使用的流程进行自主开发，完成能够满足需求书上描述功能的产品，提交包括最终产品、源代码、用户手册、设计手册、测试计划书以及工程开发进度记录等一系列成果。并在最后课上通过产品展示的方式向全班同学“推销”其产品，而其他同学则通过客户角度给予该产品评价。通过前期的产品测试、撰写用户手册、设计推销手段等流程给予成果自评，并通过其他学生的反馈得到客户评价，从而使得学生能更深刻地认识到自己产品的优点与缺点，进而在设计与实现的流程中掌握课程中所要求的知识与技能。
笔者认为，研究生阶段的教学工作一定要倾向于研究性教学或工程性教学。这两种教学和之前阶段的高等教育最大的不同就在于开放性、可扩展性的教学，引导学生的自学意识和创新精神是非常必要的。通过在集成电路专业实用Linux/Unix教学中研究并实践工业化的教学模式，并观察总结学生的反馈，该教学模式非常适用并且效果优秀。该教学模式不但能够显著提高学生对所学知识和技能的关注度与投入度，而且还能培养其自学能力、创新精神、活学活用的能力等潜在能力，是工程型课程教学中不可多得的优秀教学模式。
参考文献：
电路设计的基本流程范文第5篇
关键词:STIL; EDA; IEEE
1STIL简介
STIL是Standard Test Interface Languagefor Digital Test Vector Data.的简称,它是一种联系EDA(集成电路设计端)和ATE(集成电路测试端)的通用接口语言。
近十年来,各集成电路制造商在考虑前端设计、后端仿真,直到产生测试数据的时候都有各自的一套流程以及相对固定的数据格式(如图1所示),举例来说,对于一个新的产品,要产生ATE可以识别的测试数据(程序),必须取决于使用何种EDA工具,集成电路厂商使用何种格式的数据来仿真测试,以及在最终选择那个厂家/型号的ATE来进行实测。我们可以看到,在这一过程中并没有一个统一的标准,使得各个集成电路厂商的仿真数据和ATE的测数据之间需要互相转换,而STIL的出现使这一过程变得简单而迅速(如图2所示)。
无论使用哪种EDA工具,都可以通过STIL转换到各大厂家的ATE设备上使用,这种标准化的流程有利于:
(1)缩短整个从设计到测试的周期;
(2)减少中间环节,减少因为标准不一而发生错误或不兼容的可能性;
(3)便于调试和维护;
(4)扩大可测性设计(Design for Test,DFT)的使用范围。
2STIL的构架
2.1 STIL的使用模型
图3 是一个STIL的基本使用模型和流程。从逻辑仿真或ATPG产生STIL格式的数据,通过Manipulation工具产生后一步ATE需要的转换规则和指令,通过ATE的翻译工具/编译结合这些规则和指令就可以产生两方面的测试文件/代码:Diagnostic(用于调试),测试向量文件。另外,从ATE得到的测试结果也可以以一定的格式送回到EDA段来帮助分析和调试。
2.2 STIL的基本构架
2.2.1 IEEE Std. 1450-1999
IEEE1450-1999主要包括以下3部分内容:
(1) EDA环境到ATE环境的大容量的数字信号测试的向量文件的变换。
(2) 定义数字信号测试的向量所对应的被测元器件(Device under Test,简称DUT),pattern,format和timing。
(3) 产生像SCAN,BIST这样的结构测试的向量文件。
图4是一个500ns周期的输入信号波形在STIL中的描述。值得注意的是“0”“1”并不是通常我们理解的“低”或是“高”。在STIL里它们被称为波形变量(waveform char),在实际使用的时候可以是0-9,或是a-z的任意符号。只要是在ATE能力允许的范围内,波形的种类也没有限制。
图5是一个500ns周期的输出信号波形,即需要ATE进行采用的信号在STIL中的描述。CompareHigh/CompareLow,CompareHigh Window/ C- ompareLowWindow分别对应高/低的时间点采样和时间段采样。
2.2.2 IEEE Std. 1450.2
IEEE1450.2是STIL中对于DC参数的设定,主要包括以下3部分内容:
(1)集成电路电源参数设定
(2)各I/O引脚( pin)的电压/电流参数
(3)集成电路的上下电顺序。
2.2.3 其它IEEE标准
上面两类基本的参数构成了STIL基本的框架,此外,以下标准是最新制定完成或正在制订的标准:
(1)1450.1(Design Environment)
增加了Variable clock,pattern的burst功能,pattern中互相调用的实现。
(2)1450.6(CTL)
嵌入式内核的测试标准。
(3)1450.4, 5
标准测试流程
(4) 1450.7
标准混合信号测试规范
3STIL的现状和总结
3.1 现状
目前,STIL在欧美和日本等集成电路产业发达国家已经普遍使用。在美国,Intel,IBM,TI,Freesacale,NS等巨头已经纷纷采用STIL来作为集成电路设计到测试的标准数据格式。在日本,以Toshiba为首的集成电路制造大厂也在积极推动STIL成为业界标准。
另外,有关STIL的一些产品也开始使用。例如,目前Synopsys的TetraMAX,Mentor的FastScan和Cadence EncounterTest已经同时支持WGL和STIL。
3.2总结
1)STIL成为EDA-ATE间的标准接口是大势所趋。
2)集成电路产业链各部分都在为STIL开发新的工具和产品。
参考文献
[1]IEEE Std 1450-1999(Basic STIL).
[2]IEEE Std 1450.2 (DC Level).
[3]IEEE Std 1450.1-2005 (Design).
[4] IEEE Std. 1450.6-2005 (CTL).
