當(dāng)前位置:首頁 > 工業(yè)控制 > 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化

隨著它們承載的器件的復(fù)雜性提高,設(shè)計(jì)也變得越來越復(fù)雜。相當(dāng)長一段時(shí)間以來,電路設(shè)計(jì)工程師一直相安無事地獨(dú)立進(jìn)行自己的設(shè)計(jì),然后將完成的電路圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)給設(shè)計(jì)工程師,設(shè)計(jì)工程師獨(dú)立完整自己的工作后,將Gerber文件再轉(zhuǎn)給制造廠。電路設(shè)計(jì)工程師、設(shè)計(jì)工程師和制造廠的工作都是相互隔離的,少有溝通。

隨著采用大型BGA封裝的可編程器件的應(yīng)用不斷普及,以及高密度互連(HDI)、時(shí)序關(guān)鍵的差分對(duì)信令的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)在再采用這樣一種相互隔離的設(shè)計(jì)方式將帶來災(zāi)難性后果,而并行開發(fā)流程允許多個(gè)開發(fā)過程同步進(jìn)行,有助于確保設(shè)計(jì)成功,避免延誤、額外開銷以及返工。本文總結(jié)了并行設(shè)計(jì)各個(gè)階段的關(guān)鍵準(zhǔn)則。

設(shè)計(jì)的第一步是在概念階段。這時(shí),電路設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該與設(shè)計(jì)工程師一起進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。這個(gè)評(píng)估應(yīng)考慮這么一些問題:

1. 采用哪些器件?

2. 器件選用哪種封裝?管腳數(shù)多少?管腳配置怎樣?

3. 基于成本和性能的權(quán)衡,采用幾層?

4. 時(shí)鐘頻率和信令速度等參數(shù)的目標(biāo)值是什么?

此外,設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)考慮總線架構(gòu)、是采用并行還是串行連接等因素,以及阻抗匹配策略。阻抗不匹配時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射、振鈴及其它不期望的干擾。

協(xié)同工作

設(shè)計(jì)的這些考慮提出了成功設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題是溝通,因?yàn)樵O(shè)計(jì)不再是一個(gè)人的工作,而是不同組的工程師之間的團(tuán)隊(duì)合作。溝通這一主旨貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)流程的始終,電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須清楚地就其設(shè)計(jì)意圖與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行溝通,他們還必須在清楚了解其設(shè)計(jì)工具能干什么、不能做什么的前提下參與到該過程中。

隨著布線的復(fù)雜性日益增加,信號(hào)速率日益提高,協(xié)同的設(shè)計(jì)方式可比傳統(tǒng)的串行流程得到更好效果(圖1)。將對(duì)元件的研究和選擇與整個(gè)設(shè)計(jì)流程的其它部分隔離開,以及將原理圖輸入、仿真與布局布線階段也獨(dú)立出來一直是常用手法。因此,設(shè)計(jì)工程師最好選擇便于分享數(shù)據(jù)的工具和流程,這是在分布在不同地方的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能利用并行工作的好處并縮短整個(gè)設(shè)計(jì)周期的唯一途徑。




圖1:(a) 傳統(tǒng)串行開發(fā)流程的設(shè)計(jì)周期長,信息共享有限,而成本持續(xù)上升;
(b) 并行開發(fā)流程允許多個(gè)開發(fā)程同步進(jìn)行,有助于確保設(shè)計(jì)成功,避免延誤、額外開銷以及返工

設(shè)計(jì)創(chuàng)建

在設(shè)計(jì)創(chuàng)建階段,工程師將最終確定好器件并為其生成各種庫,這樣反過來又加快了原理圖輸入。在該階段,設(shè)計(jì)工程師評(píng)估和選擇構(gòu)造模塊,并可以登陸制造商的網(wǎng)站搜索數(shù)據(jù)表和規(guī)范。完成這項(xiàng)工作的一個(gè)更好方法,是直接在原理圖輸入過程中選擇器件。通過以這種方式來實(shí)現(xiàn)原理圖輸入,這個(gè)流程可被用作為一種試驗(yàn)方法。

在原理圖輸入過程中,設(shè)計(jì)工程師能迅速添加、刪減或變更器件(甚至整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu))的能力很重要。例如,為手機(jī)開發(fā)高頻濾波器的設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在原理圖輸入時(shí),通過對(duì)不同容抗和感抗值進(jìn)行試驗(yàn)來設(shè)定通帶及其它濾波器參數(shù)。

在創(chuàng)建原理圖時(shí),設(shè)計(jì)工具也在后臺(tái)為該電路生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表描述了電路的器件如何連接以及后續(xù)放置和布線工具如何將其用于布局布線的信息。

此時(shí),設(shè)計(jì)工程師將為諸如FPGA或其它可編程器件等所謂的“大元件”創(chuàng)立符號(hào)和物理管腳布局布線圖。也是在這個(gè)時(shí)候,設(shè)計(jì)約束被捕獲,這是一個(gè)需要審慎思考的關(guān)鍵步驟,特別是對(duì)后續(xù)流程而言。

對(duì)于目前的設(shè)計(jì)來說,最好一切都按規(guī)矩辦。過去是受到制造問題的制約,而現(xiàn)在當(dāng)工程師努力減小的體積且仍使其具有可制造性時(shí),一切都要受到復(fù)雜約束的限制。雖然設(shè)計(jì)需求也許會(huì)導(dǎo)致大量約束,但不讓設(shè)計(jì)被過分約束也很重要。與簡單地用約束設(shè)計(jì)相比,更多地借鑒仿真和分析是更明智的方法。

在設(shè)計(jì)創(chuàng)建過程中,工程師需留意也許會(huì)在后續(xù)流程中出現(xiàn)的信號(hào)完整性問題。最好在設(shè)計(jì)輸入階段及布局布線階段就將信號(hào)完整性問題考慮進(jìn)去,當(dāng)然設(shè)計(jì)流程必須支持這種方式,因?yàn)闊o法在設(shè)計(jì)輸入階段解阻抗失配問題。

仿真是關(guān)鍵

電路一旦設(shè)計(jì)完成并繪制好原理圖后,接著就該進(jìn)行功能驗(yàn)證,它通常采用仿真工具完成。仿真的目的不是取代物理原型生成,而為了避免反復(fù)生成原型,因?yàn)榉抡媸乖O(shè)計(jì)工程師能發(fā)現(xiàn)一般要等到原型生成才能發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷。

在仿真過程中,可以嘗試各種設(shè)計(jì)拓?fù)?,并用不同廠商的器件進(jìn)行替代,來檢驗(yàn)它們對(duì)電路性能的影響。但在仿真時(shí),伴隨模型的可用性及有效性的問題層出不窮。目前所有常用的設(shè)計(jì)工具包都帶有昂貴的模型庫,但可能不止一次會(huì)出現(xiàn)某個(gè)特定器件不在庫內(nèi)的情況。但器件供應(yīng)商一般會(huì)通過在其網(wǎng)站上推出Spice模型來解決此問題,因此通過器件供應(yīng)商網(wǎng)站查找它們是個(gè)好主意。

迂回布線的限制

但基于Spice的仿真也存在局限性,它能生成理想化從而不一定代表真實(shí)條件的仿真信號(hào)。真實(shí)信號(hào)可能有改變真實(shí)性的噪聲和相移。

美國國家儀器公司(NI)的設(shè)計(jì)流程包括虛擬儀器,可將該儀器與NI的許多PXI儀器一起使用,以生成保留隨帶的非線性成分的真實(shí)信號(hào)。這些信號(hào)能以固有的文件格式來捕獲,以用在驗(yàn)證電路行為的Spice仿真上。另外,虛擬原型可提供對(duì)器件選擇的反饋。

系統(tǒng)級(jí)的仿真也很關(guān)鍵,它不僅僅是對(duì)一個(gè)通過的信號(hào)實(shí)施建模,還必須檢查信號(hào)在器件內(nèi)甚或通過多個(gè)板卡時(shí)都有什么變化。數(shù)Gb的信令速率是使情況更復(fù)雜的另一個(gè)因素。串行總線架構(gòu)比并行總線架構(gòu)更受青睞,這就要求設(shè)計(jì)工程師對(duì)損耗、耦合傳輸線及詳盡的過孔模型實(shí)施仿真。

物理實(shí)現(xiàn)

當(dāng)通過仿真剔除性能問題后,下一步是對(duì)電路進(jìn)行布局布線以生成物理原型。布局布線要確保電路性能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,并保證板卡外形匹配設(shè)計(jì)形態(tài)參數(shù)。這時(shí)與機(jī)械工程師一起合作將非常必要。

在布局布線階段,由原理圖定義的器件間的互連可由任一家EDA供應(yīng)商提供的布局布線和布線工具實(shí)現(xiàn)。所有這些工具都將提供一定程度的自動(dòng)布局布線功能,但它是一把雙刃劍。設(shè)計(jì)工程師需要判斷何時(shí)進(jìn)行手工布線,何時(shí)采用自動(dòng)布線。如果要放置一個(gè)關(guān)鍵元件,或者必須將一個(gè)連接器放在邊緣上,就不要采用自動(dòng)布局布線功能。

欣慰的是,在進(jìn)行布局布線時(shí),可以對(duì)信號(hào)完整性問題做些前瞻性考慮。這是個(gè)必須認(rèn)真對(duì)待的階段。一般的經(jīng)驗(yàn)是,如果信號(hào)到達(dá)目的地所用的時(shí)間超過轉(zhuǎn)換時(shí)間的1/3,則在該路徑上可能存在信號(hào)完整性問題。

設(shè)計(jì)約束

布局布線存在許多挑戰(zhàn),其中最主要挑戰(zhàn)是確保滿足約束條件。這些約束被用來解決信號(hào)完整性問題、可制造性問題、電磁干擾、熱效應(yīng)或上述這些問題的組合。

除設(shè)計(jì)約束外,許多與目前特定器件技術(shù)相關(guān)的因素使布局布線更加復(fù)雜,例如板載芯片(COB)等先進(jìn)半導(dǎo)體封裝技術(shù)可令布線變得極其棘手。目前的高密度封裝可以容下2,000多個(gè)管腳,管腳間距不到0.65mm。這種封裝將給管理I/O和信號(hào)速度帶來很大困難,對(duì)這種封裝進(jìn)行迂回布線(Escape Routing)也是一個(gè)高技巧工作。

對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行布局布線是另一個(gè)挑戰(zhàn)。一些高端設(shè)計(jì)工具包(比如Altium和Mentor Graphics公司提供的設(shè)計(jì)工具包)能與FPGA供應(yīng)商的設(shè)計(jì)工具緊密鏈接,并可用來完成FPGA和本身的集成設(shè)計(jì)。

以前,大型FPGA的管腳配置一般由FPGA設(shè)計(jì)工程師完成,但在進(jìn)行配設(shè)時(shí)并沒對(duì)布局布線有太多考慮。人們現(xiàn)在意識(shí)到,帶可編程I/O的FPGA是走線進(jìn)或出的源頭,改變FPGA以迎合布局布線比改變來匹配FPGA的I/O設(shè)置要容易地多。

最后檢查

在將版圖拿去制造前的最后步驟是最終檢查。必須檢查信號(hào)完整性和時(shí)序以確保信號(hào)能及時(shí)到達(dá)目的地并具有充分的品質(zhì)保證。設(shè)計(jì)約束沖突將在此時(shí)表露出來,對(duì)此要進(jìn)行權(quán)衡。

在該階段,最大挑戰(zhàn)之一是盡量將這些設(shè)計(jì)流程的最后驗(yàn)證步驟提前,具有更好的約束是實(shí)現(xiàn)這種要求的一個(gè)關(guān)鍵。若在創(chuàng)建設(shè)計(jì)過程中,在確定約束的同時(shí)還可進(jìn)行分析,則改善約束條件的質(zhì)量。

設(shè)計(jì)最后必須生成制造數(shù)據(jù),包括全部與生產(chǎn)、組裝及測試相關(guān)的文檔。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員與制造廠家之間必須都有充分溝通,以了解制造商的技術(shù)能力和限制。另外,必須對(duì)制造數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證以使設(shè)計(jì)工程師有最后機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉