淺析電子信息工程設(shè)計(jì)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】電子信息工程設(shè)計(jì)；自動(dòng)化技術(shù)；應(yīng)用

引言

電子信息工程的快速發(fā)展，與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用關(guān)系密切。利用自動(dòng)化技術(shù)，高效完成電子信息工程方案的模擬、設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試、優(yōu)化等多項(xiàng)工作，進(jìn)而提升電子信息工程的設(shè)計(jì)成效。鑒于此，本文結(jié)合電子信息工程的特征，探索自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用策略。

一、電子信息工程設(shè)計(jì)中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用概述

（一）自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)析。自動(dòng)化技術(shù)有效整合了控制論、系統(tǒng)工程、電子學(xué)等多門學(xué)科的知識(shí)，突出特征在于“自動(dòng)”，它能提供數(shù)據(jù)信息處理、機(jī)械控制等多項(xiàng)輔助服務(wù)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程，提升設(shè)計(jì)的成效并提供設(shè)計(jì)建議，確保設(shè)計(jì)成果足夠合理。當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)與智能化理念的結(jié)合愈發(fā)明顯，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)一步提升[1]。

（二）自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用意義分析。電子信息工程設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，需要考慮多方面的因素，才能建立可靠的電子信息工程方案，充分體現(xiàn)實(shí)際功能和作用。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，由計(jì)算機(jī)完成機(jī)械性的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)人員只需關(guān)注關(guān)鍵的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在自動(dòng)化技術(shù)的支持下，電子信息工程設(shè)計(jì)過程更加精準(zhǔn)高效。傳統(tǒng)電子信息工程設(shè)計(jì)中，對(duì)人員有較高要求。同時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)要求、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、功能細(xì)節(jié)等多方面的因素。一旦設(shè)計(jì)人員稍有疏忽，則會(huì)降低電子信息工程的可靠性，延長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期并帶來額外的開銷。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計(jì)過程中，能夠讓電子信息工程的設(shè)計(jì)參數(shù)更合理，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)效率。自動(dòng)化技術(shù)能夠優(yōu)化電路參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋電路系統(tǒng)中的故障，提供配套的修復(fù)方案，讓電路系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。設(shè)計(jì)人員借助自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，判斷電路系統(tǒng)性能，確保電路方案達(dá)到設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，也為電路系統(tǒng)測(cè)試提供便利，為維護(hù)工作爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間，同樣保證電路系統(tǒng)的可靠性[2]。

二、自動(dòng)化技術(shù)在電子信息工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略分析

（一）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)突出，能夠適應(yīng)多種電子信息工程項(xiàng)目的環(huán)境，結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際需求給予自動(dòng)輔助，有效降低工作壓力，促進(jìn)設(shè)計(jì)工作提質(zhì)增效。當(dāng)前電子信息工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常應(yīng)用的CAD、3DMax軟件，具有較強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)性能。以CAD軟件為例，設(shè)計(jì)人員輸入數(shù)據(jù)之后，CAD軟件根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成圖形，或者將圖形轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，確保電子信息工程數(shù)據(jù)和項(xiàng)目保持一致。利用CAD軟件，建立電子信息工程圖形與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，為數(shù)據(jù)信息提供良好的儲(chǔ)存環(huán)境。設(shè)計(jì)人員利用CAD軟件，快速檢索數(shù)據(jù)信息，為設(shè)計(jì)工作提供有效依據(jù)。工作人員根據(jù)需要調(diào)整數(shù)據(jù)信息后，圖形結(jié)構(gòu)隨之變化，無需進(jìn)行多次修改。設(shè)計(jì)人員利用CAD軟件，還能分析電子信息工程的參數(shù)合理性。如果軟件發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息可疑，能夠及時(shí)發(fā)出提醒，讓設(shè)計(jì)人員及時(shí)應(yīng)對(duì)，盡快解決電子信息工程設(shè)計(jì)中的問題。電子信息工程設(shè)計(jì)涉及邏輯結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)，借助CAD軟件實(shí)現(xiàn)可視化的效果，工作人員直接獲得電子信息工程的平面圖，無需進(jìn)行手工繪圖。設(shè)計(jì)人員還可以對(duì)電子信息工程方案進(jìn)行平移、透視變換等處理，操作過程便捷[3]。

（二）微電路的仿真和優(yōu)化

微電路設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行多層次的EDA設(shè)計(jì)，構(gòu)建微電路的數(shù)據(jù)模型。在電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，借助EDA軟件能夠模擬電氣元件、參數(shù)、布線過程。EDA整合了計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)的方法，立足于工廠制造的實(shí)際情況，完成超大規(guī)模集成電路的功能分析、后端設(shè)計(jì)、布線設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證、生產(chǎn)流程規(guī)劃等多項(xiàng)任務(wù)。EDA整合了物理、化工、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)成果，將原本復(fù)雜的電子信息工程線路轉(zhuǎn)化為形象化圖形，降低工作人員的工作量并提升效率。電子信息工程設(shè)計(jì)中，對(duì)芯片的功能、功耗有較高要求，在芯片開發(fā)領(lǐng)域需要投入較多精力。目前的CPU、GPU中包含很多布線網(wǎng)絡(luò)，用戶對(duì)集成系統(tǒng)的要求也在不斷提升，給電子信息設(shè)計(jì)類企業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備與資金實(shí)力帶來更大的考驗(yàn)。

當(dāng)前，EDA軟件發(fā)展?fàn)顩r良好，為電子信息工程設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的軟件支持。比如在特殊產(chǎn)品的開發(fā)過程中，利用EDA軟件進(jìn)行仿真、測(cè)試、邏輯處理。上述功能的實(shí)現(xiàn)與GUI有關(guān)，通過界面與文字表現(xiàn)主要特征，還能復(fù)寫、完善現(xiàn)有程序，促進(jìn)程序的發(fā)展。在向程序內(nèi)部嵌入各種腳本語言的基礎(chǔ)上，提升程序的運(yùn)行性能，同時(shí)還能提供不同類型的資料數(shù)據(jù)和資料框架。需要注意的是，EDA軟件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，阻礙企業(yè)之間的信息交流與共享，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作中的重復(fù)編程，為設(shè)計(jì)人員帶來額外的工作負(fù)擔(dān)。從EDA軟件應(yīng)用者的角度出發(fā)，如果沒有統(tǒng)一EDA軟件的標(biāo)準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一性的開發(fā)平臺(tái)，對(duì)電子信息工程產(chǎn)品的迭代生產(chǎn)有消極影響，影響產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。EDA產(chǎn)業(yè)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中具有重要影響，在EDA軟件中推動(dòng)GUI、工具與命令的有效連接，讓軟件開發(fā)更容易，同時(shí)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。例如通過框架設(shè)計(jì)，構(gòu)建EDA的模擬器，能夠模擬電子信息工程的相關(guān)參數(shù)，并通過優(yōu)化器評(píng)估模擬的效果，提供方案優(yōu)化建議，找到最佳的參數(shù)方案[4]。通過二次模擬，有效融合模擬的效果與目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能最大化效果。

以電路仿真優(yōu)化為例，在集成電路的模擬過程中，需要驗(yàn)證集成電路的邏輯、順序、狀態(tài)。形成集成電路的原圖后，需要設(shè)計(jì)驗(yàn)證波形，并借助模擬系統(tǒng)再次論證。完成集成電路的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)后，需要利用多種設(shè)備模擬電路的運(yùn)行效果。如果電路規(guī)模較大，需要結(jié)合采用多種驗(yàn)證方式，保證集成電路產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。確定集成電路的額定數(shù)值時(shí)，需要模擬電路元件的運(yùn)行過程并找到最佳參數(shù)。如果大批量設(shè)計(jì)集成電路，根據(jù)確定的數(shù)值判定元件優(yōu)良率，允許一定的上下波動(dòng)空間。可見，通過自動(dòng)化技術(shù)，可以提升電路元件的優(yōu)良率。電路仿真優(yōu)化流程圖如圖1所示。

自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，顯著提升電路仿真效率。目前常見的仿真模式包括聯(lián)合仿真以及PSpice仿真，借助仿真時(shí)長(zhǎng)體現(xiàn)電路仿真的性能。仿真時(shí)長(zhǎng)仿真性能對(duì)比表如表1所示。

表1 仿真時(shí)長(zhǎng)仿真性能對(duì)比表

根據(jù)仿真性能的對(duì)比，在仿真時(shí)間要求較短的情況下，適用PSpice仿真；反之，適用聯(lián)合仿真模式。

（三）微電路熱設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)

微電路設(shè)計(jì)過程中，利用EDA軟件進(jìn)行熱分析，涉及微電路元件的類型、工藝、功率、散熱性等因素。對(duì)于資料中沒有提及的元件，可以與元件的廠家溝通交流來確定這部分元件的參數(shù)。微電路熱分析的先導(dǎo)步驟是建立元件資料庫，包含微電路中有關(guān)熱學(xué)分析的全部元器件的參數(shù)與性能指標(biāo)，比如微電路的風(fēng)速、冷卻風(fēng)方向等等；同時(shí)包括與微電路自身特征有關(guān)的參數(shù)，例如距離、厚度等等。微電路主體設(shè)計(jì)完畢后，利用此前建立的微電路溫度曲線，以及元器件的參數(shù)、預(yù)設(shè)熱點(diǎn)溫度等信息，立足于微電路的環(huán)境要素與布局特征，多角度優(yōu)化微電路方案。依托大量數(shù)據(jù)信息，合理確定微電路的設(shè)計(jì)要求。借助EDA軟件，還能增強(qiáng)微電路的耐用性，讓微電路更加可靠。這一階段充分借鑒現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，比如參考MIL-HDBK-217D標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合熱元件的自身特性，形成更耐用、更穩(wěn)定的微電路。

（四）自動(dòng)布局布線設(shè)計(jì)

電路物理設(shè)計(jì)中，需要完成輸入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)任務(wù)，布線設(shè)計(jì)在其中居于關(guān)鍵地位。借助自動(dòng)布局布線技術(shù)，自動(dòng)完成電路元器件的布局布線任務(wù)，讓電路設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。自動(dòng)布局布線設(shè)計(jì)之前，需要明確電路的總體尺寸、元器件位置等參數(shù)，作為電路布線算法輸入的依據(jù)，確保算法符合要求。自動(dòng)布局布線算法根據(jù)電路設(shè)計(jì)的要求，對(duì)電路初始方案進(jìn)行優(yōu)化處理，吻合電路設(shè)計(jì)的要求。關(guān)于電路布線布局優(yōu)化，需要考慮電路元器件的間距、位置、連線長(zhǎng)度、布線走向等指標(biāo)。通過自動(dòng)布局布線算法，能夠自動(dòng)生成布線方案，吻合電路設(shè)計(jì)的要求。布線算法能夠綜合考慮電路布線的長(zhǎng)度、阻抗、信號(hào)完整性等多方面的要素，確保電路布線質(zhì)量。關(guān)于電路布線方案的評(píng)估，由評(píng)估算法負(fù)責(zé)。通過評(píng)估算法能夠評(píng)估電路布局的質(zhì)量，保證電路布局的效果。自動(dòng)布局布線技術(shù)在電路設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，讓電路設(shè)計(jì)提質(zhì)增效，避免電路設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤并降低成本，讓電路方案更可靠、性能更優(yōu)良。需要注意的是，自動(dòng)布局布線技術(shù)具有一定局限性，布線算法的準(zhǔn)確性和可靠性還有提升空間。微電路布線算法原理圖如圖2所示。

（五）電路自動(dòng)優(yōu)化

關(guān)于電路自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)，就是借助計(jì)算機(jī)設(shè)備優(yōu)化電路的性能參數(shù)，提升電路設(shè)計(jì)質(zhì)量并滿足設(shè)計(jì)要求。借助自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)，讓電路方案更優(yōu)質(zhì)、性能更突出，還能降低電路設(shè)計(jì)的成本開銷。電路性能隨元件參數(shù)變化曲線如圖3所示。在自動(dòng)優(yōu)化電路之前，要明確電路的帶寬、增益等指標(biāo)。自動(dòng)優(yōu)化算法根據(jù)上述指標(biāo)，結(jié)合電路原理圖形成初始電路，但是電路性能指標(biāo)未必合理。優(yōu)化算法隨后進(jìn)行電路性能指標(biāo)的優(yōu)化處理，依次經(jīng)過參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)調(diào)整、元件參數(shù)調(diào)整等多個(gè)環(huán)節(jié)。形成電路方案后，通過評(píng)估算法判斷電路性能，確保電路設(shè)計(jì)符合要求。自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)顯著提升電路設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，能夠保證電路方案的應(yīng)用質(zhì)量[5]。

（六）PCB設(shè)計(jì)中的自動(dòng)化應(yīng)用。

PCB設(shè)計(jì)是電子信息工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵組成部分，借助自動(dòng)化效應(yīng)，顯著提升PCB的設(shè)計(jì)效果和質(zhì)量。在PCB自動(dòng)化布線過程中，優(yōu)化布線方案與結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)布線自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前常見的自動(dòng)化布線軟件包括Eagle、AltiumDesigner等等，在優(yōu)化布線構(gòu)造的基礎(chǔ)上，提升信號(hào)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。元件布局是PCB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)連接的效果。在PCB設(shè)計(jì)中，通過自動(dòng)化模式實(shí)現(xiàn)元件布局、連接效果，控制線路的長(zhǎng)度，確保電路足夠穩(wěn)定。PCB設(shè)計(jì)中的電磁兼容性分析也與自動(dòng)化技術(shù)密切相關(guān)，設(shè)計(jì)人員利用自動(dòng)化技術(shù)，全面分析PCB電路布局方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并訂正，降低電路故障概率[6]。

結(jié)束語

在今后的電子信息工程設(shè)計(jì)工作中，要充分發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，探索更多的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用策略。通過自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用策略與理念的革新，進(jìn)一步推動(dòng)電子信息工程的發(fā)展，造福于社會(huì)。