淺析電子信息工程設計中自動化技術的應用

【關鍵詞】電子信息工程設計；自動化技術；應用

引言

電子信息工程的快速發(fā)展，與自動化技術的應用關系密切。利用自動化技術，高效完成電子信息工程方案的模擬、設計、仿真、測試、優(yōu)化等多項工作，進而提升電子信息工程的設計成效。鑒于此，本文結(jié)合電子信息工程的特征，探索自動化技術應用策略。

一、電子信息工程設計中的自動化技術應用概述

（一）自動化技術簡析。自動化技術有效整合了控制論、系統(tǒng)工程、電子學等多門學科的知識，突出特征在于“自動”，它能提供數(shù)據(jù)信息處理、機械控制等多項輔助服務，簡化設計與生產(chǎn)過程，提升設計的成效并提供設計建議，確保設計成果足夠合理。當前自動化技術與智能化理念的結(jié)合愈發(fā)明顯，自動化技術的應用價值進一步提升[1]。

（二）自動化技術應用意義分析。電子信息工程設計過程復雜，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)實際功能和作用。在設計過程中應用自動化技術，由計算機完成機械性的設計任務，設計人員只需關注關鍵的設計環(huán)節(jié)。在自動化技術的支持下，電子信息工程設計過程更加精準高效。傳統(tǒng)電子信息工程設計中，對人員有較高要求。同時，需要考慮結(jié)構(gòu)要求、設計標準、功能細節(jié)等多方面的因素。一旦設計人員稍有疏忽，則會降低電子信息工程的可靠性，延長設計周期并帶來額外的開銷。將自動化技術應用在設計過程中，能夠讓電子信息工程的設計參數(shù)更合理，進而提升設計效率。自動化技術能夠優(yōu)化電路參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并反饋電路系統(tǒng)中的故障，提供配套的修復方案，讓電路系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。設計人員借助自動化技術，對電路系統(tǒng)進行仿真分析，判斷電路系統(tǒng)性能，確保電路方案達到設計要求。自動化技術的應用，也為電路系統(tǒng)測試提供便利，為維護工作爭取寶貴的時間，同樣保證電路系統(tǒng)的可靠性[2]。

二、自動化技術在電子信息工程設計中的應用策略分析

（一）計算機輔助設計中的應用

計算機輔助設計的自動化優(yōu)勢突出，能夠適應多種電子信息工程項目的環(huán)境，結(jié)合工程項目的實際需求給予自動輔助，有效降低工作壓力，促進設計工作提質(zhì)增效。當前電子信息工程設計中經(jīng)常應用的CAD、3DMax軟件，具有較強的自動化設計性能。以CAD軟件為例，設計人員輸入數(shù)據(jù)之后，CAD軟件根據(jù)數(shù)據(jù)自動生成圖形，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)的關聯(lián)，為數(shù)據(jù)信息提供良好的儲存環(huán)境。設計人員利用CAD軟件，快速檢索數(shù)據(jù)信息，為設計工作提供有效依據(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，無需進行多次修改。設計人員利用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，能夠及時發(fā)出提醒，讓設計人員及時應對，盡快解決電子信息工程設計中的問題。電子信息工程設計涉及邏輯結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)，借助CAD軟件實現(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，無需進行手工繪圖。設計人員還可以對電子信息工程方案進行平移、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

微電路設計過程中，需要結(jié)合實際情況進行多層次的EDA設計，構(gòu)建微電路的數(shù)據(jù)模型。在電氣結(jié)構(gòu)設計中，借助EDA軟件能夠模擬電氣元件、參數(shù)、布線過程。EDA整合了計算機數(shù)學的方法，立足于工廠制造的實際情況，完成超大規(guī)模集成電路的功能分析、后端設計、布線設計、設計方案驗證、生產(chǎn)流程規(guī)劃等多項任務。EDA整合了物理、化工、計算機、自動化等多個領域的技術成果，將原本復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。電子信息工程設計中，對芯片的功能、功耗有較高要求，在芯片開發(fā)領域需要投入較多精力。目前的CPU、GPU中包含很多布線網(wǎng)絡，用戶對集成系統(tǒng)的要求也在不斷提升，給電子信息設計類企業(yè)的技術儲備與資金實力帶來更大的考驗。

當前，EDA軟件發(fā)展狀況良好，為電子信息工程設計提供強大的軟件支持。比如在特殊產(chǎn)品的開發(fā)過程中，利用EDA軟件進行仿真、測試、邏輯處理。上述功能的實現(xiàn)與GUI有關，通過界面與文字表現(xiàn)主要特征，還能復寫、完善現(xiàn)有程序，促進程序的發(fā)展。在向程序內(nèi)部嵌入各種腳本語言的基礎上，提升程序的運行性能，同時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軟件標準不統(tǒng)一，阻礙企業(yè)之間的信息交流與共享，進而導致設計工作中的重復編程，為設計人員帶來額外的工作負擔。從EDA軟件應用者的角度出發(fā)，如果沒有統(tǒng)一EDA軟件的標準，缺乏統(tǒng)一性的開發(fā)平臺，對電子信息工程產(chǎn)品的迭代生產(chǎn)有消極影響，影響產(chǎn)品的競爭力。EDA產(chǎn)業(yè)在半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程中具有重要影響，在EDA軟件中推動GUI、工具與命令的有效連接，讓軟件開發(fā)更容易，同時推動技術進步。例如通過框架設計，構(gòu)建EDA的模擬器，能夠模擬電子信息工程的相關參數(shù)，并通過優(yōu)化器評估模擬的效果，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，需要設計驗證波形，并借助模擬系統(tǒng)再次論證。完成集成電路的基礎設計后，需要利用多種設備模擬電路的運行效果。如果電路規(guī)模較大，需要結(jié)合采用多種驗證方式，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，需要模擬電路元件的運行過程并找到最佳參數(shù)。如果大批量設計集成電路，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空間。可見，通過自動化技術，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。

自動化技術的應用，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，借助仿真時長體現(xiàn)電路仿真的性能。仿真時長仿真性能對比表如表1所示。

表1 仿真時長仿真性能對比表

根據(jù)仿真性能的對比，在仿真時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）微電路熱設計與可靠性設計

微電路設計過程中，利用EDA軟件進行熱分析，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步驟是建立元件資料庫，包含微電路中有關熱學分析的全部元器件的參數(shù)與性能指標，比如微電路的風速、冷卻風方向等等；同時包括與微電路自身特征有關的參數(shù)，例如距離、厚度等等。微電路主體設計完畢后，利用此前建立的微電路溫度曲線，以及元器件的參數(shù)、預設熱點溫度等信息，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計要求。借助EDA軟件，還能增強微電路的耐用性，讓微電路更加可靠。這一階段充分借鑒現(xiàn)有經(jīng)驗，比如參考MIL-HDBK-217D標準，同時結(jié)合熱元件的自身特性，形成更耐用、更穩(wěn)定的微電路。

（四）自動布局布線設計

電路物理設計中，需要完成輸入網(wǎng)絡的設計任務，布線設計在其中居于關鍵地位。借助自動布局布線技術，自動完成電路元器件的布局布線任務，讓電路設計更加精準。自動布局布線設計之前，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。自動布局布線算法根據(jù)電路設計的要求，對電路初始方案進行優(yōu)化處理，吻合電路設計的要求。關于電路布線布局優(yōu)化，需要考慮電路元器件的間距、位置、連線長度、布線走向等指標。通過自動布局布線算法，能夠自動生成布線方案，吻合電路設計的要求。布線算法能夠綜合考慮電路布線的長度、阻抗、信號完整性等多方面的要素，確保電路布線質(zhì)量。關于電路布線方案的評估，由評估算法負責。通過評估算法能夠評估電路布局的質(zhì)量，保證電路布局的效果。自動布局布線技術在電路設計中廣泛應用，讓電路設計提質(zhì)增效，避免電路設計的錯誤并降低成本，讓電路方案更可靠、性能更優(yōu)良。需要注意的是，自動布局布線技術具有一定局限性，布線算法的準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）電路自動優(yōu)化

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

（六）PCB設計中的自動化應用。

PCB設計是電子信息工程設計中的關鍵組成部分，借助自動化效應，顯著提升PCB的設計效果和質(zhì)量。在PCB自動化布線過程中，優(yōu)化布線方案與結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)布線自動化的優(yōu)勢。當前常見的自動化布線軟件包括Eagle、AltiumDesigner等等，在優(yōu)化布線構(gòu)造的基礎上，提升信號傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。元件布局是PCB設計的關鍵環(huán)節(jié)，自動化技術的應用，實現(xiàn)了自動連接的效果。在PCB設計中，通過自動化模式實現(xiàn)元件布局、連接效果，控制線路的長度，確保電路足夠穩(wěn)定。PCB設計中的電磁兼容性分析也與自動化技術密切相關，設計人員利用自動化技術，全面分析PCB電路布局方案，及時發(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計工作中，要充分發(fā)揮自動化技術的優(yōu)勢，探索更多的自動化技術應用策略。通過自動化技術應用策略與理念的革新，進一步推動電子信息工程的發(fā)展，造福于社會。