회로 설계

Circuit design

회로 설계 프로세스에서는 복잡한 전자 시스템에서 집적회로 내의 개별 트랜지스터에 이르는 시스템을 포괄할 수 있습니다.간단한 회로에 대한 계획되거나 구조화된 설계 프로세스 없이도 한 사람이 설계 프로세스를 수행할 수 있는 경우가 많습니다.그러나 지능적으로 유도되는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 체계적인 접근방식을 따르는 설계자 팀은 더욱 복잡한 설계에서 점점 더 흔해지고 있습니다.집적회로 설계 자동화에서 "회로 설계"라는 용어는 종종 집적회로의 도식을 출력하는 설계주기의 단계를 말한다.일반적으로 이것은 논리설계와 물리설계 [1]사이의 단계입니다.

과정

Texas Instruments SN76477 사운드 칩 회로도

기존의 회로 설계에는 보통 여러 단계가 포함됩니다.고객과의 연락 후 설계사양서를 작성하는 경우가 있습니다.기술제안은 고객사양서의 요건을 충족하기 위해 작성될 수 있습니다.다음 단계에서는 사양에 부합하는 추상적인 전기 또는 전자 회로인 회로도를 종이에 합성합니다.지정된 조건에서 작동 사양을 충족하기 위한 구성 요소 값을 계산해야 합니다.설계의 정확성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다.

사양에 대한 시험을 위한 설계의 브레드보드 또는 기타 프로토타입 버전을 제작할 수 있다.컴플라이언스를 달성하기 위해 회로를 변경해야 할 수 있습니다.시공방법 및 사용할 모든 부품 및 재료에 대한 선택을 해야 합니다.시제품 생산을 위한 도면 작성자 및 배치 및 기계 엔지니어에게 구성요소 및 배치 정보를 제공합니다.그런 다음 고객 요구사항을 준수하기 위해 여러 프로토타입을 테스트하거나 형식 테스트를 실시합니다.일반적으로 최종 제조 도면의 서명과 승인이 있고, 설계 후 서비스(부품 노후화 등)가 있을 수 있습니다.

사양

마이크로칩
주요 기사: 제품 설계 사양

회로 설계 프로세스는 사양에서 시작됩니다.사양에는 완성된 설계가 제공할 필요가 있는 기능이 기재되어 있습니다만,[2] 그 실현 방법을 나타내는 것은 아닙니다.초기 사양은 고객이 완성된 회로가 달성하기를 원하는 사항에 대한 기술적으로 상세한 설명이며, 회로가 수신하는 신호, 출력해야 하는 신호, 사용 가능한 전원 공급 장치 및 소비 가능한 전력량 등 다양한 전기적 요구 사항을 포함할 수 있습니다.또한 규격은 크기, 중량, 내습성, 온도 범위, 열출력, 진동 내성 및 가속도 [3]공차 등 설계가 충족해야 하는 물리 파라미터의 일부를 설정할 수 있습니다.

설계 프로세스가 진행됨에 따라 설계자는 종종 사양으로 돌아가 설계 진행 상황을 고려하여 사양을 변경합니다.여기에는 고객이 제공한 사양의 조임과 회로가 합격하기 위해 통과해야 하는 테스트를 추가하는 작업이 포함될 수 있습니다.이러한 추가 사양은 종종 설계 검증에 사용됩니다.고객의 원래 사양과 모순되거나 변경된 변경은 거의 항상 고객의 승인을 받아야만 실행할 수 있습니다.

고객의 요구를 올바르게 식별하면, 「설계 크리프」라고 불리는 상태를 회피할 수 있습니다.이는 현실적인 초기 기대가 없는 경우에 발생하며, 나중에 설계 프로세스 중에 고객과 완전히 커뮤니케이션을 취하지 않음으로써 발생합니다.이는 결과의 관점에서 정의할 수 있습니다. "한쪽 극단에서는 필요 이상의 기능을 가진 회로이고, 다른 한쪽에서는 잘못된 기능을 가진 회로입니다."[4][who?]다만, 몇개의 변경은 예상되고 있습니다.옵션을 설치하는 것보다 나중에 예비 소자를 회로에서 분리하는 것이 더 쉽기 때문에 가능한 한 오랫동안 옵션을 열어 두는 것이 좋습니다.

설계.

4비트 ALU 블록 다이어그램

설계 프로세스에는 시작 시 사양에서 마지막에 물리적으로 구축하기 위해 필요한 모든 정보가 포함된 계획으로 이행하는 것이 포함됩니다.이는 보통 여러 단계를 거치면서 이루어집니다.단, 간단한 회로에서는 한 [5]번에 완료할 수 있습니다.이 프로세스는 일반적으로 사양의 변환에서 회로가 수행해야 하는 다양한 기능의 블록 다이어그램으로 시작됩니다. 이 단계에서는 각 블록의 내용은 고려되지 않고 각 블록이 수행해야 하는 작업만 고려됩니다. 이를 "블랙박스" 설계라고 부르기도 합니다.이 접근방식을 통해 잠재적으로 매우 복잡한 태스크를 순차적으로 처리하거나 설계팀 구성원 간에 분할할 수 있습니다.

각 블록은 아직 추상적인 단계에 있지만 제공되는 전기 기능의 세부 사항에 훨씬 더 중점을 두고 보다 상세하게 검토됩니다.이 단계 또는 그 이후의 단계에서는 [6]달성 가능한 것과 달성 불가능한 것에 대해 많은 양의 연구나 수학적 모델링이 요구되는 것이 일반적입니다.이 연구의 결과는 설계 프로세스의 초기 단계로 피드백될 수 있습니다. 예를 들어, 블록 중 하나가 설정된 매개 변수 내에서 설계될 수 없는 것으로 판명될 경우, 대신 다른 블록을 변경해야 할 수도 있습니다.이 시점에서는 설계가 사양을 충족하고 있음을 증명하는 방법과 테스트 방법(자기진단 툴 [7]포함)을 모두 고려하는 것도 일반적입니다.

개별 회로 구성 요소

마지막으로 개개의 회로부품을 선택하여 전체 설계에서 각 기능을 수행하도록 하고, 이 단계에서 각 부품의 물리적 레이아웃 및 전기적 접속도 결정하며, 이 레이아웃은 일반적으로 프린트회로기판 또는 집적회로의 생산을 위한 아트워크 형태를 취한다.이 단계는 다양한 선택지가 있기 때문에 일반적으로 시간이 많이 소요됩니다.이 단계에서 설계에 대한 실질적인 제약은 표준화이다.동시에 회로 내의 특정 장소에서 사용할 수 있도록 컴포넌트의 특정 값을 계산할 수 있습니다.그 값을 공급업체로부터 구입할 수 없는 경우에는 문제가 해결되지 않은 것입니다.이를 피하기 위해 일정량의 '카탈로그 엔지니어링'을 적용하여 전체 설계 내에서 보다 일상적인 작업을 해결할 수 있습니다.

급속한 기술 발전의 한 영역은 나노 전자 회로 [8]설계 분야입니다.

비용.

전계효과 트랜지스터 간 비교표.

일반적으로 회로 설계 비용은 최종 회로의 복잡성과 직접 관련이 있습니다.복잡성(컴포넌트의 수 및 설계의 신규성)이 클수록 기능적인 제품을 만들기 위해 숙련된 엔지니어의 시간이 더 많이 필요합니다.세부적인 세부 사항이나 기능을 작성하려면 시간, 재료 및 인력이 많이 소요되기 때문에 이 프로세스는 지루할 수 있습니다.예를 들어 트랜지스터 크기 또는 [9]코덱 변경의 효과를 고려합니다.플렉시블 일렉트로닉스 세계에서는 널리 사용되는 폴리이미드 기판을 플렉시블 일렉트로닉스를 생산하기 위해 PEN이나 PET와 같은 재료로 대체하면 비용을 [10]5-10배 절감할 수 있습니다.

회로 설계 비용은 회로 [11]설계에 따라 크게 달라지기 때문에 거의 항상 단위당 생산 비용보다 훨씬 높습니다.

일반적인 PCB 생산 방법은 감산 제조를 수반하지만, PCB를 "프린트"하기 위해 3D 프린터를 사용하는 것과 같은 적층 제조 공정을 사용하는 방법이 있습니다.이 방법은 적층 제조보다 비용이 적게 들 것으로 생각되며 폐기물 [12]관리의 필요성을 모두 없애줍니다.

회로상의 트랜지스터 수가 매년 증가하고 있는 것을 나타내는 그래프(일명 무어의 법칙)

검증 및 테스트

회로를 설계한 후에는 검증과 테스트를 모두 수행해야 합니다.검증은 설계의 각 단계를 거쳐 사양에 따라 수행되도록 하는 프로세스입니다.이것은 종종 고도의 수학적인 과정이며 설계의 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 수반할 수 있습니다.복잡한 설계에서는 이 단계에서 문제가 발견될 가능성이 높으며 이를 수정하기 위해 재설계해야 하는 설계 작업의 많은 양에 영향을 미칠 수 있습니다.

테스트는 실제 검증의 대상입니다.테스트에는 설계 프로토타입을 물리적으로 구축한 후 (사양에 기재된 테스트 절차와 조합하여 또는 추가된) 회로가 설계한 대로 동작하는지 점검하는 작업이 포함됩니다.

설계 소프트웨어

시각 DSD의 소프트웨어에서 보완회로의 논리회로는 컴파일 프로그램 코드에 의해 구현된다.이러한 유형의 소프트웨어 프로그램은 모든 유형의 [13]회로에 대해 보다 저렴하고 효율적인 회로를 만들고 있습니다.제안된 회로의 논리 표현에 대응하는 논리 함수를 검증하기 위해 기능 시뮬레이션을 구현했습니다.제안된 아키텍처는 VHDL 언어로 모델링됩니다.이 언어를 사용하면 더 저렴할 뿐만 아니라 더 오래 지속되는 보다 효율적인 회로를 만들 수 있습니다.이들은 개인이 [14]생산용 회로를 계획하는 데 도움이 되는 많은 설계 소프트웨어 중 두 개에 불과합니다.

시제품 제작

시제품 제작은 매우 어려운 일을 할 때 큰 부분을 차지합니다.회로 설계는 계속 검토하여 실수를 수정하도록 강요합니다.회로 설계는 실수 없이 수행 및 완료해야 하는 매우 엄격한 작업입니다.회로 설계자는 설계가 효율적으로 작동하는지, 무엇보다 소비자가 구매하고 [15]사용하기에 안전한지 확인하기 위해 여러 번 테스트해야 합니다.시제품 제작은 매우 꼼꼼하고 요령 있게 진행되기 때문에 전기 작업의 큰 부분을 차지합니다.시제품 제작이 진행되지 않으면 누구나 실수를 상상할 수 있을 것이다.이 근로자들은 전기회로를 만들고 이러한 전기회로를 구입하는 모든 사람들을 집에서 안전하게 지키기 위해 돈을 받고 있다.시제품을 제작하지 않고 고장난 전기 회로를 내보내는 위험에는 화재와 열선이 포함됩니다. 화재와 열선은 누군가를 모르게 하고 최악의 [15]경우 화상을 입히거나 심각한 부상을 입게 됩니다.

결과.

모든 전기 회로는 회로 기판 시뮬레이터에서 시작하여 하루의 끝에 어떻게 조립될지 설명하고 회로가 [16]가상적으로 어떻게 작동하는지 보여줍니다.설계도는 기술 설계와 최종 제품의 도면입니다.결국, 이것은 완료되고, 회로도를 조립하기 위해 설계도를 사용하면 꽤 기억에 남는 전기 회로의 결과를 얻을 수 있습니다.이 회로는 진공상태에서 영화관의 대형 TV까지 모든 것을 작동시킬 것이다.이 모든 것은 오랜 시간과 모든 사람이 습득할 수 없는 특정한 기술이 필요합니다.전기 회로는 우리가 일상생활에서 가장 필요로 하는 것이다.

문서

통상, 모든 상업용 설계에는 문서의 요소도 포함됩니다.이 문서의 정확한 성질은 회로의 크기와 복잡성 및 사용하는 국가에 따라 달라집니다.문서에는 최소한 설계에 대한 사양 및 테스트 절차와 현행 규정에 대한 준수 스테이트먼트가 포함됩니다.EU에서 이 마지막 항목은 일반적으로 준수된 유럽 지침을 나열하고 [17]준수 책임자를 지정하는 CE 선언 형식을 취합니다.

소프트웨어

주요 기사:프리 일렉트로닉스 회로 시뮬레이터 목록

「 」를 참조해 주세요.

Wikibook Electronics에는 다음 항목에 대한 페이지가 있습니다.
Wikibook Electronics에는 아날로그 회로에 관한 페이지가 있습니다.
Wikibooks는 Circuit Theory를 주제로 한 책을 가지고 있습니다.
Wikibooks는 다음과 같은 주제에 관한 책을 가지고 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Naveed Sherwani, "VLSI 물리 설계 자동화 알고리즘"
  2. ^ Lam, William K. (2005-08-19). "Does Your Design Meet Its Specs? Introduction to Hardware Design Verification What Is Design Verification?". Informit.com. Retrieved 2016-09-27.
  3. ^ A. Tajali, et al., "초저전력 디지털 나노스케일 CMOS에서의 트레이드오프를 설계한다", IEEE TCAS-I 2011.
  4. ^ DeMers, 1997
  5. ^ "Design Flow Chart" (GIF). Informit.com. Retrieved 2016-09-27.
  6. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2005-08-30. Retrieved 2007-11-04.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  7. ^ "A.T.E. Solutions, Inc. Design for Testability and for Built-In Self Test". Besttest.com. Archived from the original on 2016-09-01. Retrieved 2016-09-27.
  8. ^ Zhang, Wei; Niraj K. Jha; Li Shang (2010). "A Hybrid System/CMOS Dynamically Reconfigurable System". In Jha, Niraj K.; Chen, Deming (eds.). Nanoelectronic Circuit Design. Springer Science & Business Media. p. 97. ISBN 978-1441976093. Retrieved 29 September 2016.
  9. ^ Kang, Wang; Zhao, WeiSheng; Wang, Zhaohao; Zhang, Yue; Klein, Jacques-Olivier; Zhang, Youguang; Chappert, Claude; Ravelosona, Dafiné (September 2013). "A low-cost built-in error correction circuit design for STT-MRAM reliability improvement". Microelectronics Reliability. 53 (9–11): 1224–1229. doi:10.1016/j.microrel.2013.07.036.
  10. ^ van den Brand, Jeroen; Kusters, Roel; Barink, Marco; Dietzel, Andreas (October 2010). "Flexible embedded circuitry: A novel process for high density, cost effective electronics". Microelectronic Engineering. 87 (10): 1861–1867. doi:10.1016/j.mee.2009.11.004.
  11. ^ "How Much Does a Prototype Cost?". PREDICTABLE DESIGNS. 2016-09-04. Retrieved 2021-05-15.
  12. ^ Dong, Yue; Bao, Chao; Kim, Woo Soo (April 2018). "Sustainable Additive Manufacturing of Printed Circuit Boards". Joule. 2 (4): 579–582. doi:10.1016/j.joule.2018.03.015.
  13. ^ Kalantari, Zeinab; Eshghi, Mohammad; Mohammadi, Majid; Jassbi, Somayeh (November 2019). "Low-cost and compact design method for reversible sequential circuits". The Journal of Supercomputing. 75 (11): 7497–7519. doi:10.1007/s11227-019-02912-8. S2CID 199443010.
  14. ^ Cui, Guangzhao; Jiao, Yangyang; Liu, Jianxia; Li, Jixiang; Zhang, Xuncai; Sun, Zhonghua (16 January 2019). "Complex Complement Circuit Design of Four Inputs Based on DNA Strand Displacement". Fundamenta Informaticae. 164 (2–3): 181–194. doi:10.3233/FI-2019-1761. S2CID 59222491.
  15. ^ a b Ashby, Darren (2008). Circuit design. Newnes. ISBN 978-0-08-094965-9. OCLC 444859449.[페이지 필요]
  16. ^ "Basics of Different Electronic Circuit Design Process". ElProCus - Electronic Projects for Engineering Students. 2017-04-13. Retrieved 2020-04-29.
  17. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2005-11-26. Retrieved 2005-12-12.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)

원천