电子系统设计讲稿.pdf

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1、第一章电子系统设计基础1.1电子设计概述电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种，无论哪一种电子系统，它们都是能够完成某种任务的电子设备。通常把规模较小、功能单一的电子系统称为单元电路,实际应用中的电子系统由若干单元电路构成。一般的电子系统由输入、输出、信息处理三大部分组成，用来实现对信息的采集处理、变换与传输功能。图1.1.1为电子系统基本组成方框图。图1.1.1电子系统方框图从系统的角度看,电子系统是能按特定的控制信号，执行所设想的功能，由一组元件(通常是电子元件)联成的一个整体。这样，很多东西，譬

2、如从单级放大器到最复杂的计算机都可以称为一个电子系统。我们可以将很多元件集成为一个功能单元，再用若干个功能单元去描述一个系统。在认识、理解与设计电子系统的过程中，这样的功能单元常常不用给出详细的内部结构，而只需从输入输出特性去描述，这就需要用到黑箱分析法。黑箱辨识方法是系统科学中的主要方法之一。人们在从事科学研究时，常常会遇到一些需要认识或控制的系统(称为客体)。由于种种条件限制，这些客体的内部结构和机理尚不能或不便被直接观察到，仿若一个不透明的密封箱子，将这种客体称为黑箱(B1ackBox)是极其形象的。所谓黑箱

3、辨识方法，就是通过考察黑箱的输入、输出及其动态过程，而不是通过直接考察其内部结构，来定量地研究黑箱的功能特性、行为方式，从而探索其内部结构和机理。1.2现代电子设计的特点人类要改造自然，就要进行设计。把预定的目标经过一系列规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息，这就是设计。然后或通过实践转化为某项工程，或通过制造成为产品。产品设计过程从本质上是一个创新过1程，是将创新构思转化为有竞争力的产品的过程。从工程的角度来看，设计这个词有两种概念。广义的概念指的是发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节及达到的

4、目标。狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种产品包括电子产品的设计即属此种概念。上世纪60年代以来，人们由工程技术领域总结来的现代设计方法对电子设计工作起到了极大的推动作用。现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般，具体到抽象，感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时，运用相关的科学技术原理，进行过去长期以来难以想象的综合集成设计计算，使设计工作

5、包括电子产品的设计工作产生了质的飞跃。现代电子设计主要有下列特点：1.系统性2.社会性3.创造性4.最优化5.动态化6.人性化7.智能化8.EDA化1.3电子系统的设计步骤电子系统的设计方法，没有一成不变的规定的步骤，它往往与设计者的经验、兴趣、爱好密切相关，为了便于理解，这里把总的设计过程归纳为以下五个技术环节,一般的设计流程如图1.2.1。21.4电子系统设计方法在传统与现代电子系统设计中有如下几中常用的设计方法：自底向上设计方法：传统的系统设计采用自底向上的设计方法。这种设计方法采用“分而治之”的思想，在系统

6、功能划分完成后，利用所选择的元器件进行逻辑电路设计，完成系统各独立功能模块设计，然后将各功能模块按搭积木的方式连接起来构成更大的功能模块，直到构成整个系统，完成系统的硬件设计。这个过程从系统的最底层开始设计，直至完成顶层设计，因此将这种设计方法称为自底向上的设计方法。用自底向上设计方法进行系统设计时，整个系统的功能验证要在所有底层模块设计完成之后才能进行，一旦不满足设计要求，所有底层模块可能需要重新设计，延长了设计时间。自顶向下设计方法：目前VLSI系统设计中主要采用的方法是自顶向下设计方法，这种设计方法的主要特征

7、是采用综合技术和硬件描述语言，让设计人员用正向的思维方式重点考虑求解的目标问题。这种采用概念和规则驱动的设计思想从高层次的系统级入手，从最抽象的行为描述开始把设计的主要精力放在系统的构成、功能、验证直至底层的设计上，从而实现设计、测试、工艺的一体化。当前EDA工具及算法把逻辑综合和物理设计过程结合起来的方式，有高层工具的前向预测(lookahead)能力，较好地支持了自顶向下设计方法在电子系统设计中的应用。层次式设计方法：它的基本策略是将一个复杂系统按功能分解成可以独立设计的子系统，子系统设计完成后，将各子系统拼接

8、在一起完成整个系统的设计。一个复杂的系统分解成子系统进行设计可大大降低设计复杂度。由于各子系统可以单独设计，因此具有局部性，即各子系统的设计与修改只影响子系统本身，而不会影响其它子系统。利用层次性，将一个系统划分成若干子系统，然后子系统可以再分解成更小的子系统，重复这一过程，直至子系统的复杂性达到了在细节上可以理解的适当的程度。模块化是实现层次式设计方法的重