微電路在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：微電路；電子設(shè)計(jì)；自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

雷達(dá)作為精密儀器的代表，在空基雷達(dá)和星載雷達(dá)方面體現(xiàn)最為明顯，其對(duì)技術(shù)和性能的要求均較高，除此之外在體積、重量、機(jī)動(dòng)性等方面還具有特殊的要求。近年來，得益于微電路技術(shù)的不斷突破，使雷達(dá)在結(jié)構(gòu)、裝配、功效方面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均有較大幅度的提高，這就使微電路在技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出越來越重要的作用，并對(duì)其設(shè)計(jì)提出更苛刻的要求，單純的人工設(shè)計(jì)和CAD 設(shè)計(jì)已不適用于當(dāng)下的要求。在這種情況下，EDA 技術(shù)體現(xiàn)出了無可比擬的優(yōu)勢(shì)，其利用并行設(shè)計(jì)思路，將相關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)用組合為整套，達(dá)到規(guī)劃和應(yīng)用的相通[1]。這些相通的系統(tǒng)組合在一起同時(shí)發(fā)力，并共享一個(gè)案例庫，可以在性能、可靠度、密度、造價(jià)等方面使微電路綜合能力得到極大提升。

一、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)述

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)主要包含三部分的內(nèi)容，根據(jù)不同階段可以分為：

第一，分版式設(shè)計(jì)部分。在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行部分模塊的設(shè)計(jì)，主要是設(shè)計(jì)各模塊的輸入函數(shù)，從而使軟件在開發(fā)的過程中更加的科學(xué)合理，還可以采取函數(shù)利用的辦法，使系統(tǒng)在科學(xué)規(guī)劃和合理引用的基礎(chǔ)上更加合理。在面對(duì)編程需要的系統(tǒng)時(shí)，可以在具體事項(xiàng)中引用函數(shù)，進(jìn)一步達(dá)到對(duì)代碼的完善，促使軟件在實(shí)際運(yùn)行的過程中更加穩(wěn)定。除了以上的功能外，在設(shè)計(jì)具體子系統(tǒng)的過程中，可以充分采用各個(gè)模塊中的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的集中管理，并對(duì)系統(tǒng)的各部分進(jìn)行集中管理和存儲(chǔ)，保障程序的安全有效[2]。

第二，功能性資料。在實(shí)際進(jìn)行程序代碼的編程中，資料的需求量往往比較大，科學(xué)的管理就顯得尤為重要。在軟件設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，除了要形成海量的數(shù)據(jù)之外，還存在許多其他數(shù)據(jù)，如果在實(shí)際運(yùn)行中不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和應(yīng)用，將會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。因此，要及時(shí)對(duì)程序的資料模塊進(jìn)行構(gòu)建和完善，并及時(shí)管理和升級(jí)相應(yīng)的模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展應(yīng)用。

第三，模擬部分。在這一模塊中，要對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和測(cè)試，并實(shí)際評(píng)估程序運(yùn)行的情況，同時(shí)還需要對(duì)程序的一些情況和發(fā)展步驟進(jìn)行優(yōu)化，讓使用者清楚整體系統(tǒng)的使用過程。在電子自動(dòng)化技術(shù)的加成下，可以對(duì)整個(gè)模塊的問題進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)問題的處理及時(shí)化、智能化，從而達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

二、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）在高校教學(xué)中的應(yīng)用

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)過程的一門新技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)程序?qū)⒕幊毯玫膬?nèi)容用數(shù)字化技術(shù)來優(yōu)化，打造課堂教學(xué)的目的?，F(xiàn)階段，我國高校在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面的教學(xué)已卓有成效，并在此過程中充分融合其他技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了深度地開發(fā)和應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中還可以利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行硬件管理，比如，在學(xué)生在實(shí)踐與電子測(cè)試有關(guān)的學(xué)習(xí)中，可以采用電子自動(dòng)化技術(shù)對(duì)每一個(gè)流程和目的進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，在雙重保障下提升電子設(shè)備的可靠性。由此得知，在高校教學(xué)中應(yīng)用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，不僅能夠使教學(xué)質(zhì)量得到提升，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)流程的全方位把控，因此在當(dāng)下越來越受到師生的歡迎。

（二）在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

在電子設(shè)備中，電子自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用在電氣控制方面，在這方面利用電子自動(dòng)化技術(shù)對(duì)相關(guān)儀器、儀表進(jìn)行打造、優(yōu)化和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)電氣控制的安全穩(wěn)定。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中具有消耗低、時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，還可以實(shí)現(xiàn)全過程的動(dòng)態(tài)掌握以提高設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量。比如，在進(jìn)行電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，由于科技的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代愈加頻繁，利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以最大限度地保障設(shè)備符合時(shí)代發(fā)展的需要。在綠色低碳的時(shí)代背景下，研究者不需要將整套設(shè)備推倒重來，而是在之前設(shè)計(jì)成型的技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化提升，最大程度地節(jié)約成本。在電子產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)中充分利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，可以在滿足消費(fèi)者各種需求的同時(shí)，最大程度地提高電子產(chǎn)品的使用品質(zhì)[3]。從上可知，電氣設(shè)備中電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的不斷完善和發(fā)展，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

（三）在軟件開發(fā)中的應(yīng)用

進(jìn)入信息時(shí)代，軟件已經(jīng)成為各行各業(yè)及普通人群生產(chǎn)生活中必不可少的重要組成部分。在現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的影響下，在軟件編程中采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一體化電路的設(shè)計(jì)辦法，從而使前期測(cè)試和后期維護(hù)更加得心應(yīng)手。一體化的編程模式可以最大限度地提高電路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和集成化，降低軟件的開發(fā)成本。在實(shí)際的情況下，電子自動(dòng)化技術(shù)在進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)研究時(shí)，最具代表性的便是非封閉式電路的設(shè)計(jì)，可以廣泛應(yīng)用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的程序，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一。利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)可以極大地降低軟件設(shè)計(jì)的難度，利于后期的維護(hù)和升級(jí)，還可以達(dá)到各種設(shè)備之間的通用。比如，現(xiàn)在的手機(jī)便是最好的代表，在手機(jī)剛興起的時(shí)段，每一種型號(hào)的手機(jī)在充電口的設(shè)計(jì)方面均不同，導(dǎo)致充電器無法通用，而隨著目前對(duì)各種插口的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)不同充電設(shè)備可以對(duì)同一手機(jī)進(jìn)行充電，方便了日常人們的生活。由此可知，電子設(shè)備的通用對(duì)現(xiàn)實(shí)生活具有重要意義。

三、微電路仿真與優(yōu)化技術(shù)

在進(jìn)行微電路的開發(fā)和完善的進(jìn)程中，要依據(jù)具體的使用場(chǎng)景來應(yīng)用EDA 多層次設(shè)計(jì)，來達(dá)到數(shù)據(jù)模型和模型數(shù)據(jù)的方案設(shè)計(jì)。目前，EDA 廣泛應(yīng)用在電氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，利用EDA 軟件可以較好地模擬和完善電器器件、參數(shù)、布線等。EDA 利用計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)的方法，基于有限的工廠制造的情況下，從對(duì)VLSI 的邏輯功能的規(guī)劃、后端設(shè)計(jì)、布線設(shè)計(jì)、設(shè)備驗(yàn)證、生產(chǎn)流程等設(shè)計(jì)方法而來。顧名思義，EDA 軟件涉及多種尖端技術(shù)，包含著諸如物理化工、電氣科技等學(xué)科。EDA 軟件可以實(shí)現(xiàn)將某個(gè)復(fù)雜的線路系統(tǒng)從數(shù)字化、復(fù)雜化的函數(shù)階層轉(zhuǎn)化為可以直觀表達(dá)的圖形化界面，可以極大地提高設(shè)計(jì)人員工作負(fù)荷和效率[4]。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，由于對(duì)設(shè)計(jì)芯片的功能和功耗等方面有著近乎完美的要求，開發(fā)人員需要投入較多的時(shí)間和精力在芯片開發(fā)中。現(xiàn)階段大量設(shè)計(jì)的CPU、GPU 中涉及著較多的布線網(wǎng)絡(luò)，而隨著用戶對(duì)集成系統(tǒng)在集成度、密集度、復(fù)雜度方面的要求提高，開發(fā)人員的水平和企業(yè)的資金規(guī)模都面臨著較大的挑戰(zhàn)，因此，芯片開發(fā)的升級(jí)換代尤為重要。目前，各類公司研發(fā)的EDA 軟件越來越多，基本可以滿足現(xiàn)階段電子線路設(shè)計(jì)的要求。EDA 的主要功能主要體現(xiàn)在對(duì)特殊產(chǎn)品的處理開發(fā)中，比如，仿真、測(cè)試、邏輯、物理綜合等。這些特殊的功能一般均有GUI 來獲得和讀取，目前多數(shù)的解決辦法是采用程式介面和文字程式來表現(xiàn)突出其主要特點(diǎn)，可以通過復(fù)寫或者完善原有程序的方式來不斷滿足程序發(fā)展的需要。當(dāng)在程序的內(nèi)部本開發(fā)者嵌入各種腳步語言時(shí)，可以使程序的運(yùn)行方式達(dá)到最優(yōu)。在這過程中，其他腳本開發(fā)的程序可以獲取不同的資料，如相關(guān)的資料框架等?，F(xiàn)階段，不同廠商的EDA 在標(biāo)準(zhǔn)化方面存在一定的隔閡，缺乏一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、快捷的開發(fā)平臺(tái)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者進(jìn)行重復(fù)編程，在浪費(fèi)設(shè)計(jì)者精力的同時(shí)，也加重了設(shè)計(jì)者的工作強(qiáng)度。從開發(fā)公司的角度來看，通用性、統(tǒng)一性開發(fā)平臺(tái)的缺乏會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)品的開發(fā)周期，影響產(chǎn)品的迭代生產(chǎn)，不利于市場(chǎng)的占有[5]。作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之一的EDA 產(chǎn)業(yè)，在新時(shí)期的技術(shù)變革中占據(jù)重要的作用。綜合來看，目前該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)是GUI、工具、命令的相互連接，一方面降低了軟件的開發(fā)難度，另一方面也促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。比如通過架構(gòu)相關(guān)的框架，可以實(shí)現(xiàn)EDA模擬器對(duì)相關(guān)參數(shù)的模擬；而優(yōu)化器也會(huì)對(duì)模擬效果進(jìn)行評(píng)估，對(duì)最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在再次模擬的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)模擬效果與目標(biāo)的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效果的最大化效果。例如，在電路仿真與優(yōu)化案例中，在進(jìn)行與之有關(guān)的模擬數(shù)字化電路時(shí)，要積極驗(yàn)證模擬數(shù)字化電路邏輯、順序、狀態(tài)等；在開發(fā)中，在原圖合計(jì)完成后，要進(jìn)行波形的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，再借助模擬系統(tǒng)進(jìn)行論證；在完成相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)后，要運(yùn)用不同的設(shè)備來進(jìn)行模擬；而在大規(guī)模集成電路方面，還需要多種方式來驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)良率的提升。額定數(shù)值與元件的模擬和最佳化有關(guān)，在大批量的設(shè)計(jì)中，元件的優(yōu)良率是以確定的數(shù)值為中心上下波動(dòng)，所以電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化可以提高元件的優(yōu)良率。

四、熱設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)

在熱分析中的三維元分析法中，利用EDA 軟件對(duì)熱分析微電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。熱分析軟件包括了元器件的類型、工藝、功率、芯片封裝、熱阻、散熱性等常見的熱學(xué)參數(shù)，而對(duì)于資料庫中未涉及的元器件，可以與元器件廠家聯(lián)系，從側(cè)面確定其相關(guān)參數(shù)。熱學(xué)分析之前，要先設(shè)定元件資料庫，該資料庫中應(yīng)當(dāng)包含需要熱學(xué)分析的所有元器件的參數(shù)和性能指標(biāo)。另外，還要設(shè)置好熱學(xué)分析設(shè)計(jì)必要的參數(shù)，如周邊溫度、與微電路相關(guān)的風(fēng)速、冷卻風(fēng)方向等，在這方面包含著其屬于自己的特點(diǎn)，比如，電路的距離、厚度、溫度報(bào)警等。在與主題相關(guān)的設(shè)計(jì)完成后，就可以進(jìn)行熱分析，采用之前已完善的微電路和相關(guān)的溫度曲線、元器件的溫度和失效情況、微電路預(yù)設(shè)熱點(diǎn)溫度等數(shù)據(jù)，借助相關(guān)設(shè)計(jì)的元器環(huán)境、布局、特點(diǎn)等元素對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化，在海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的幫助下，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求以及微電路。除此之外，在可靠性方面，開發(fā)者還可以充分借助EDA程序，適當(dāng)添加微電路的耐久性，可以廣泛參考國內(nèi)外的成熟經(jīng)驗(yàn)，比如MIL-HDBK-217D 標(biāo)準(zhǔn)，利用其相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，再結(jié)合自身熱元件的特征點(diǎn)，從而較準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出更具可靠性的微電路[6]。

五、布局布線設(shè)計(jì)

在芯片的設(shè)計(jì)過程中，物理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是輸入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，而對(duì)其進(jìn)行布線是重中之重，具體來講，物理設(shè)計(jì)主要由四個(gè)階段組成。

第一，分段。一顆普通的芯片集成了數(shù)以萬計(jì)的晶體管，大量的晶體管的存在也預(yù)示設(shè)計(jì)時(shí)不可能一次就將所有的線路布置好，目前主要方法是將一條線路分割為多條子線路，而這些子線路就被稱為線路模塊[7]。

第二，步圖。作為最初階段的設(shè)計(jì)，進(jìn)行步圖的目的是將電路元器件確定下來并計(jì)算費(fèi)用，其以百個(gè)單元為界作為開端。

第三，位置布局。具是指在芯片的各層中確定每個(gè)單元的位置，在具體的操作中每一個(gè)位置都涉及到成百上千個(gè)元器件，其形狀多為方形。

第四，布線級(jí)區(qū)。就是依據(jù)設(shè)計(jì)圖對(duì)合理布線，確保實(shí)現(xiàn)各個(gè)器件之間的關(guān)聯(lián)。在完成線路連接后，要確保導(dǎo)線的設(shè)計(jì)能切合設(shè)計(jì)要求和其他與之相關(guān)的因素。具體來講，比如到物理設(shè)計(jì)中要考慮布局和布線的重要性，其最終結(jié)果與后期分布關(guān)系很大，影響元器件的表現(xiàn)。

布線和布局作為最重要的階段，具體包括布線層（信號(hào)、電源、地層、介質(zhì)、電阻等各層）、通孔、焊盤和線寬，而距離包括通孔之間、導(dǎo)線之間、通孔與焊盤之間、通孔與導(dǎo)線之間等最小和最短距離，這些構(gòu)成了布線層最基本的設(shè)計(jì)。布局是一個(gè)完整的NP 問題，其包含四個(gè)步驟，即全局布局、合法化、詳細(xì)布局和后處理。在實(shí)際操作中借助整體布局來確定元件的總體布局，以實(shí)現(xiàn)布局功能的最大化[8]?；谡w布局的環(huán)境下，各種類型的設(shè)備在一定的條件下實(shí)現(xiàn)通用，并依托布局基礎(chǔ)，將各元件在合法的定位下處理限制設(shè)計(jì)，這過程中包括設(shè)備的迭部、對(duì)齊等。而在具體的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，將會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。以此為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的仿真退火法由于是依托隨機(jī)的布局算法，存在計(jì)算周期長(zhǎng)、計(jì)算容量小等問題。根據(jù)不同分區(qū)的布局，將網(wǎng)格與定位進(jìn)行了合理規(guī)劃迭代，具體主要應(yīng)用Nonlinear 或Quadratic 函數(shù)，通過連接計(jì)算器定位的方法獲得最優(yōu)解，也是目前主流的方法[9]。

六、結(jié)束語

綜上所述，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，企業(yè)或個(gè)人對(duì)電子產(chǎn)品的自動(dòng)化控制的重視程度逐漸提高，同時(shí)電子產(chǎn)品的品質(zhì)也是人們較關(guān)注的問題。本文通過結(jié)合實(shí)際，論述現(xiàn)階段微電路在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化過程中的使用現(xiàn)狀，并論述其在具體實(shí)踐中的利用情況，針對(duì)性地對(duì)實(shí)踐應(yīng)用的中使用情況進(jìn)行分析匯總，并為未相關(guān)的研究提供理論基礎(chǔ)。因此，在微電路的視角下探討電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義，有助于推動(dòng)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展。以利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)各種類型的雷達(dá)為代表的微電路，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、可靠性測(cè)試、布線布局等方面的研究，將極大地提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，在有效縮短設(shè)計(jì)周期的基礎(chǔ)上，還可以降低設(shè)計(jì)成本。

EDA 技術(shù)經(jīng)過數(shù)年高速發(fā)展，不斷地完善各種功能。結(jié)合我國實(shí)際，要積極應(yīng)對(duì)EDA 技術(shù)帶來的變革，不斷適應(yīng)新的設(shè)計(jì)環(huán)境。EDA 技術(shù)的每一次更新，都將會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域產(chǎn)生振動(dòng)性作用，因此，相關(guān)部門要加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域的重視程度和投資力度，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造有利的環(huán)境條件，以更好地應(yīng)對(duì)愈加激烈的國際環(huán)境。

作者單位：楊燦 湖南交通工程學(xué)院