微電路在電子設計自動化技術中的應用

關鍵詞：微電路；電子設計；自動化技術應用

雷達作為精密儀器的代表，在空基雷達和星載雷達方面體現最為明顯，其對技術和性能的要求均較高，除此之外在體積、重量、機動性等方面還具有特殊的要求。近年來，得益于微電路技術的不斷突破，使雷達在結構、裝配、功效方面的各項數據均有較大幅度的提高，這就使微電路在技術領域展現出越來越重要的作用，并對其設計提出更苛刻的要求，單純的人工設計和CAD 設計已不適用于當下的要求。在這種情況下，EDA 技術體現出了無可比擬的優勢，其利用并行設計思路，將相關的設計應用組合為整套，達到規劃和應用的相通[1]。這些相通的系統組合在一起同時發力，并共享一個案例庫，可以在性能、可靠度、密度、造價等方面使微電路綜合能力得到極大提升。

一、電子設計自動化技術簡述

電子設計自動化技術主要包含三部分的內容，根據不同階段可以分為：

第一，分版式設計部分。在系統內進行部分模塊的設計，主要是設計各模塊的輸入函數，從而使軟件在開發的過程中更加的科學合理，還可以采取函數利用的辦法，使系統在科學規劃和合理引用的基礎上更加合理。在面對編程需要的系統時，可以在具體事項中引用函數，進一步達到對代碼的完善，促使軟件在實際運行的過程中更加穩定。除了以上的功能外，在設計具體子系統的過程中，可以充分采用各個模塊中的函數，實現對程序的集中管理，并對系統的各部分進行集中管理和存儲，保障程序的安全有效[2]。

第二，功能性資料。在實際進行程序代碼的編程中，資料的需求量往往比較大，科學的管理就顯得尤為重要。在軟件設計開發過程中，除了要形成海量的數據之外，還存在許多其他數據，如果在實際運行中不能對數據進行分析和應用，將會對整個系統的正常運行造成影響。因此，要及時對程序的資料模塊進行構建和完善，并及時管理和升級相應的模塊，實現對系統的擴展應用。

第三，模擬部分。在這一模塊中，要對系統產生的數據進行分析和測試，并實際評估程序運行的情況，同時還需要對程序的一些情況和發展步驟進行優化，讓使用者清楚整體系統的使用過程。在電子自動化技術的加成下，可以對整個模塊的問題進行處理，實現對系統問題的處理及時化、智能化，從而達到系統穩定運行的目標。

二、電子設計自動化技術應用現狀

（一）在高校教學中的應用

電子設計自動化技術是將計算機技術應用于電子設計過程的一門新技術，通過計算機程序將編程好的內容用數字化技術來優化，打造課堂教學的目的。現階段，我國高校在電子設計自動化方面的教學已卓有成效，并在此過程中充分融合其他技術，對系統進行了深度地開發和應用。在實際應用中還可以利用電子設計自動化技術進行硬件管理，比如，在學生在實踐與電子測試有關的學習中，可以采用電子自動化技術對每一個流程和目的進行設計優化，培養學生動手實踐能力，在雙重保障下提升電子設備的可靠性。由此得知，在高校教學中應用電子設計自動化技術，不僅能夠使教學質量得到提升，還可以實現對教學流程的全方位把控，因此在當下越來越受到師生的歡迎。

（二）在電氣設備中的應用

在電子設備中，電子自動化技術主要應用在電氣控制方面，在這方面利用電子自動化技術對相關儀器、儀表進行打造、優化和改進，實現電氣控制的安全穩定。電子設計自動化技術在具體的應用過程中具有消耗低、時間短等優勢，還可以實現全過程的動態掌握以提高設備的應用質量。比如，在進行電子產品的設計優化過程中，由于科技的迅速發展，各行各業對電子產品的更新換代愈加頻繁，利用電子設計自動化技術，設計人員可以最大限度地保障設備符合時代發展的需要。在綠色低碳的時代背景下，研究者不需要將整套設備推倒重來，而是在之前設計成型的技術上進行優化提升，最大程度地節約成本。在電子產品的優化設計中充分利用電子設計自動化技術，可以在滿足消費者各種需求的同時，最大程度地提高電子產品的使用品質[3]。從上可知，電氣設備中電子設計自動化設計的應用可以實現電子產品的不斷完善和發展，保障產品質量。

（三）在軟件開發中的應用

進入信息時代，軟件已經成為各行各業及普通人群生產生活中必不可少的重要組成部分。在現代標準化生產的影響下，在軟件編程中采用電子設計自動化技術可以實現一體化電路的設計辦法，從而使前期測試和后期維護更加得心應手。一體化的編程模式可以最大限度地提高電路設計的標準化和集成化，降低軟件的開發成本。在實際的情況下，電子自動化技術在進行相關的設計研究時，最具代表性的便是非封閉式電路的設計，可以廣泛應用統一、標準的程序，實現電氣設備的標準和統一。利用電子設計自動化技術可以極大地降低軟件設計的難度，利于后期的維護和升級，還可以達到各種設備之間的通用。比如，現在的手機便是最好的代表，在手機剛興起的時段，每一種型號的手機在充電口的設計方面均不同，導致充電器無法通用，而隨著目前對各種插口的統一，實現不同充電設備可以對同一手機進行充電，方便了日常人們的生活。由此可知，電子設備的通用對現實生活具有重要意義。

三、微電路仿真與優化技術

在進行微電路的開發和完善的進程中，要依據具體的使用場景來應用EDA 多層次設計，來達到數據模型和模型數據的方案設計。目前，EDA 廣泛應用在電氣結構的設計中，利用EDA 軟件可以較好地模擬和完善電器器件、參數、布線等。EDA 利用計算機數學的方法，基于有限的工廠制造的情況下，從對VLSI 的邏輯功能的規劃、后端設計、布線設計、設備驗證、生產流程等設計方法而來。顧名思義，EDA 軟件涉及多種尖端技術，包含著諸如物理化工、電氣科技等學科。EDA 軟件可以實現將某個復雜的線路系統從數字化、復雜化的函數階層轉化為可以直觀表達的圖形化界面，可以極大地提高設計人員工作負荷和效率[4]。但在實際的設計中，由于對設計芯片的功能和功耗等方面有著近乎完美的要求，開發人員需要投入較多的時間和精力在芯片開發中。現階段大量設計的CPU、GPU 中涉及著較多的布線網絡，而隨著用戶對集成系統在集成度、密集度、復雜度方面的要求提高，開發人員的水平和企業的資金規模都面臨著較大的挑戰，因此，芯片開發的升級換代尤為重要。目前，各類公司研發的EDA 軟件越來越多，基本可以滿足現階段電子線路設計的要求。EDA 的主要功能主要體現在對特殊產品的處理開發中，比如，仿真、測試、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，目前多數的解決辦法是采用程式介面和文字程式來表現突出其主要特點，可以通過復寫或者完善原有程序的方式來不斷滿足程序發展的需要。當在程序的內部本開發者嵌入各種腳步語言時，可以使程序的運行方式達到最優。在這過程中，其他腳本開發的程序可以獲取不同的資料，如相關的資料框架等。現階段，不同廠商的EDA 在標準化方面存在一定的隔閡，缺乏一個通用、標準、快捷的開發平臺，導致設計者進行重復編程，在浪費設計者精力的同時，也加重了設計者的工作強度。從開發公司的角度來看，通用性、統一性開發平臺的缺乏會延長產品的開發周期，影響產品的迭代生產，不利于市場的占有[5]。作為半導體產業之一的EDA 產業，在新時期的技術變革中占據重要的作用。綜合來看，目前該領域的發展趨勢是GUI、工具、命令的相互連接，一方面降低了軟件的開發難度，另一方面也促進了相關技術的進步。比如通過架構相關的框架，可以實現EDA模擬器對相關參數的模擬；而優化器也會對模擬效果進行評估，對最優參數進行設計，在再次模擬的基礎上，實現模擬效果與目標的結合，從而實現系統效果的最大化效果。例如，在電路仿真與優化案例中，在進行與之有關的模擬數字化電路時，要積極驗證模擬數字化電路邏輯、順序、狀態等；在開發中，在原圖合計完成后，要進行波形的設計驗證，再借助模擬系統進行論證；在完成相關的基礎設計后，要運用不同的設備來進行模擬；而在大規模集成電路方面，還需要多種方式來驗證，以實現產品優良率的提升。額定數值與元件的模擬和最佳化有關，在大批量的設計中，元件的優良率是以確定的數值為中心上下波動，所以電子設計自動化可以提高元件的優良率。

四、熱設計與可靠性設計

在熱分析中的三維元分析法中，利用EDA 軟件對熱分析微電路進行設計。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參數，而對于資料庫中未涉及的元器件，可以與元器件廠家聯系，從側面確定其相關參數。熱學分析之前，要先設定元件資料庫，該資料庫中應當包含需要熱學分析的所有元器件的參數和性能指標。另外，還要設置好熱學分析設計必要的參數，如周邊溫度、與微電路相關的風速、冷卻風方向等，在這方面包含著其屬于自己的特點，比如，電路的距離、厚度、溫度報警等。在與主題相關的設計完成后，就可以進行熱分析，采用之前已完善的微電路和相關的溫度曲線、元器件的溫度和失效情況、微電路預設熱點溫度等數據，借助相關設計的元器環境、布局、特點等元素對設計進行不斷優化，在海量基礎數據的幫助下，最終實現設計的要求以及微電路。除此之外，在可靠性方面，開發者還可以充分借助EDA程序，適當添加微電路的耐久性，可以廣泛參考國內外的成熟經驗，比如MIL-HDBK-217D 標準，利用其相關數據參數，再結合自身熱元件的特征點，從而較準確地設計出更具可靠性的微電路[6]。

五、布局布線設計

在芯片的設計過程中，物理設計的基礎是輸入網絡的設計，而對其進行布線是重中之重，具體來講，物理設計主要由四個階段組成。

第一，分段。一顆普通的芯片集成了數以萬計的晶體管，大量的晶體管的存在也預示設計時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。作為最初階段的設計，進行步圖的目的是將電路元器件確定下來并計算費用，其以百個單元為界作為開端。

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

第四，布線級區。就是依據設計圖對合理布線，確保實現各個器件之間的關聯。在完成線路連接后，要確保導線的設計能切合設計要求和其他與之相關的因素。具體來講，比如到物理設計中要考慮布局和布線的重要性，其最終結果與后期分布關系很大，影響元器件的表現。

布線和布局作為最重要的階段，具體包括布線層（信號、電源、地層、介質、電阻等各層）、通孔、焊盤和線寬，而距離包括通孔之間、導線之間、通孔與焊盤之間、通孔與導線之間等最小和最短距離，這些構成了布線層最基本的設計。布局是一個完整的NP 問題，其包含四個步驟，即全局布局、合法化、詳細布局和后處理。在實際操作中借助整體布局來確定元件的總體布局，以實現布局功能的最大化[8]。基于整體布局的環境下，各種類型的設備在一定的條件下實現通用，并依托布局基礎，將各元件在合法的定位下處理限制設計，這過程中包括設備的迭部、對齊等。而在具體的規劃設計中，將會進一步優化目標函數。以此為基礎，傳統的仿真退火法由于是依托隨機的布局算法，存在計算周期長、計算容量小等問題。根據不同分區的布局，將網格與定位進行了合理規劃迭代，具體主要應用Nonlinear 或Quadratic 函數，通過連接計算器定位的方法獲得最優解，也是目前主流的方法[9]。

六、結束語

綜上所述，隨著電子技術的迅速發展，企業或個人對電子產品的自動化控制的重視程度逐漸提高，同時電子產品的品質也是人們較關注的問題。本文通過結合實際，論述現階段微電路在電子設計自動化過程中的使用現狀，并論述其在具體實踐中的利用情況，針對性地對實踐應用的中使用情況進行分析匯總，并為未相關的研究提供理論基礎。因此，在微電路的視角下探討電子設計自動化技術有著非常現實的意義，有助于推動電子設計自動化的發展。以利用電子設計自動化技術對各種類型的雷達為代表的微電路，進行優化設計、熱設計、可靠性測試、布線布局等方面的研究，將極大地提高設計效率和質量，在有效縮短設計周期的基礎上，還可以降低設計成本。

EDA 技術經過數年高速發展，不斷地完善各種功能。結合我國實際，要積極應對EDA 技術帶來的變革，不斷適應新的設計環境。EDA 技術的每一次更新，都將會對設計領域產生振動性作用，因此，相關部門要加強相關領域的重視程度和投資力度，為相關產業的發展創造有利的環境條件，以更好地應對愈加激烈的國際環境。

作者單位：楊燦 湖南交通工程學院