基于自動化技術的電子信息工程設計研究

摘""要：自動化技術在電子信息工程設計領域中應用日益廣泛，推動了工程效率的提升。因此，對自動化技術進行分析，研究其在電子信息工程設計的應用，如電路板自動化設計、芯片自動化設計。經過實踐證明，電子信息工程設計能有效提高設計效率，加強產品質量，為行業發展提供新的動力。未來的研究應繼續關注自動化技術的創新應用，以有效應對日益復雜的工程挑戰。

關鍵詞：自動化技術""電子信息工程""設計效率""系統可靠性

中圖分類號：F224-39

Research"on"Electronic"Information"Engineering"Design"Based"on"Automation"Technology

CHEN"Xueting

Fuzhou"Software"Technology"Vocational"College，"Fuzhou，"Fujian"Province，"350000"China

Abstract："The"increasingly"widespread"application"of"automation"technology"in"the"field"of"electronic"information"engineering"design"has"promoted"the"improvement"of"engineering"efficiency."Therefore，"automation"technology"is"analyzed，"its"application"in"electronic"information"engineering"design，"such"as"circuit"board"automation"design"and"chip"automation"design"is"studied."Practice"has"proved"that"electronic"information"engineering"design"can"effectively"improve"design"efficiency，"strengthen"product"quality，"and"provide"new"impetus"for"industry"development."Future"research"should"continue"to"pay"attention"to"the"innovative"application"of"automation"technology"to"effectively"cope"with"increasingly"complex"engineering"challenges.

Key"Words："Automation"technology;"Electronic"information"engineering;"Design"efficiency;"System"reliability

電子信息工程設計是一個非常復雜的過程，涉及電路設計、系統集成、信號處理等多個方面。傳統設計方法采用人工操作，要消耗大量時間，且容易出錯。積極引進自動化技術，如計算機輔助設計（Computer-Aided"Design，CAD）、"電子設計自動化（Electronic"Design"Automation，EDA）工具、人工智能（Artificial"Intelligence，AI），能夠顯著提高設計精確性，加強設計效率。自動化技術利用算法優化和模擬仿真，快速生成多種設計方案，幫助工程師在設計初期科學評估不同方案的性能，從而選擇最優的設計路徑。并且，自動化工具能夠自動完成繁瑣的重復性工作，如布局布線、信號完整性分析等，極大地減輕了工程師的工作負擔。然而，自動化技術在電子信息工程設計中的應用也面臨各種挑戰。如何確保自動化工具的可靠性、處理復雜系統中的不確定性問題、平衡自動化與人工干預的關系等，這些問題需要工作人員在實踐中不斷探索。

1"自動化技術在工程設計中的意義

1.1"提高電子信息工程設計效率

在設計過程中存在各種重復工作，通過引進自動化技術由機器自動完成，能夠大幅度減輕設計師的負擔，提高設計效率。例如：自動化布局和布線工具快速生成復雜電路的布局方案，自動化仿真軟件則在設計初期科學預測電路性能，從而縮短產品從設計到上市的周期。1.2"加強電子信息工程設計效果

工作人員利用人工智能技術和自動化設計工具，如基于機器學習的設計優化工具，能夠根據歷史數據科學調整設計參數，達到最佳的性能和成本平衡，進一步提高設計質量，同時也為設計師提供大量的創新空間。

1.3"提升電子信息工程設計精確

設計精度和系統使用性能有直接關聯，一旦某個環節出現問題，很容易降低整個系統的使用性能，甚至產生失效問題。自動化工具真實模擬、精確計算，加強設計參數的準確性，從而提高設計的可靠性。例如：自動化測試工具全面驗證設計，讓每一個細節都符合設計要求，從而大幅度降低設計缺陷的風險[1]。

2"基于自動化技術的電子信息工程設計

2.1"電路板自動化設計

2.1.1"電路板自動化布局設計

隨著自動化技術的發展，傳統基于手工的布局設計正逐漸被自動化方法所取代，主要包括模擬退火算法和遺傳算法兩種自動化布局設計方法。比較它們與傳統手工布局設計的性能差異。傳統手工布局設計依賴工程師的經驗，手動調整元件的位置和布線，科學優化電路板的性能，這種方法雖然靈活，但耗時且容易出錯，尤其是在復雜電路板的設計中。模擬退火算法是一種啟發式優化算法，靈感來源于物理學中的退火過程，模擬物質在高溫下逐漸冷卻，從而達到能量最小狀態的過程，尋找問題的全局最優解。在電路板布局設計中，模擬退火算法通過隨機移動元件位置合理評估布局的性能，逐步調整布局，從而達到最優狀態。遺傳算法真實模擬生物進化過程中的選擇、交叉、變異等操作，搜索問題的最優解，生成初始種群，然后通過選擇、交叉、變異操作迭代生成新的布局方案，最終找到性能最優的布局（如表1所示）。

表1""傳統手工布局設計和遺傳算法自動化布局設計性能差異

方法

迭代次數

布局芯片數量

成功率/%

傳統手工布局設計

0

1"350

80.3

遺傳算法自動化布局設計

72

1"350

96.5

本研究以某電路板為例，對傳統手工布局設計和遺傳算法自動化布局設計效果進行對比（如圖1所示）。結果顯示，遺傳算法成功率顯著高于手工布局設計，遺傳算法生成的布局在布線長度、信號完整性、散熱性能等方面均優于手工布局設計[2]。

圖1""遺傳算法圖片

2.1.2"電路板自動化布局

基于優化算法的方式，利用優化算法（如遺傳算法、模擬退火算法等）尋找最優的布線路徑，在多維空間中搜索最優解，從而在保證信號完整性的同時，最小化布線長度和布線時間。這種方法的優點是能夠獲得更優的布線效果，但實現復雜度較高，要使用大量計算資源。以某電路板的布線任務為例，對比傳統手工布線和自動化布線的應用效果（如表2所示）：自動化布線花費時間為4.7"h，手工布線則需要45.2"h；自動化布線錯誤率幾乎為零，手工布線存在較高的錯誤率。自動化布線通過優化算法顯著提高了信號完整性，減少了信號干擾和傳輸延遲。該電路板布線方法能夠顯著提高布線效率和質量。在實際應用中，應根據電路的復雜度和設計要求選擇合適的布線方法[3]。

表2""傳統手工布線和自動化電路板布線效果

方法

布線時間/h

錯誤率/%

信號完整性

傳統手工布線

45.2

10.6

不佳

自動化電路板布線

4.7

0.95

良好

2.2"芯片自動化設計

2.2.1"芯片邏輯綜合

為了提高設計效率和優化性能，在芯片邏輯綜合過程中，采用啟發式算法，指導搜索過程，尋找近似最優解的算法。在芯片邏輯綜合中，啟發式算法有效處理大規模的組合邏輯問題，建立邏輯綜合模型，使用搜索算法進行求解，從而在保證電路性能的同時，減少資源消耗和設計時間[4]。

二叉樹約束搜索（Binary"Decision"Diagram，"BDD）主要表示復雜的邏輯函數，通過減少冗余的邏輯節點來簡化電路結構（如圖2所示）。BDD方法通過構建有向無環圖來表示布爾函數，其中，每個節點代表布爾變量，邊則表示變量的取值對函數值的影響，及時處理大規模的邏輯表達式，且在邏輯優化和驗證過程中表現出良好的性能。

啟發式優化搜索（Heuristic"Optimization"Search，"HOS）通過不斷迭代和優化來尋找問題的最優解或近似最優解。在芯片邏輯綜合中，HOS方法通過定義一系列的啟發式規則來指導邏輯節點的重排和優化，以達到減少電路延遲、面積和功耗的目的。HOS算法通常結合局部搜索和全局搜索策略，在搜索空間中快速定位到高質量的解[5]。

圖2"二叉樹約束搜索圖片

2.2.2"芯片布圖

目前，芯片布圖集利用計算機程序來優化芯片的布局和布線。這些算法通常基于數學模型和優化技術，能夠快速生成高效的布圖方案，在短時間內處理大量數據，生成多個布圖方案，遵循固定的算法和規則，確保設計結果的一致性。在某芯片設計過程中，我們對比了傳統手工設計和自動化設計的性能（如表3所示）。結果顯示，自動化設計將設計周期縮短了約30%，顯著提高了設計效率，，在芯片的時序性能和功耗方面均有更好的表現；減少了人為錯誤，提高了設計的可靠性[6]。

表3""性能差異

方法

布局時間/h

錯誤率/%

時鐘頻率/MHz

傳統手工設計

66.2

5.6

875

自動化芯片設計

5.3

1.3

1"250

3"結語

綜上所述，通過應用自動化工具和方法，不僅能夠提高設計的效率和質量，還能夠降低成本，縮短產品上市時間，從而在激烈的市場競爭中占據有利地位。通過持續的研究和實踐，我們可以期待，在不久的將來，自動化技術將更加深入地融入電子信息工程的各個環節，推動整個行業向著更智能的方向發展。

參考文獻

[1]"朱霄鵬.基于混沌系統的電路設計及同步控制研究[D].蘭州：西北師范大學，2023.

[2]"黎晨光.城市軌道交通全電子計算機聯鎖系統的應用研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2022.

[3]"張智蕾.淺談自動化技術在電子信息工程設計中的應用[J].電子測試，2022（3）：123-125.

[4]"陳鑫.自動化技術在電子信息工程設計中的應用研究[J].北京印刷學院學報，2021，29（3）：144-146.

[5]"徐赟.自動化技術在電子信息工程設計中的應用探析[J].信息記錄材料，2021，22（9）：177-178.

[6]"張新軍，袁文婷.電子信息工程設計中自動化技術的運用探討[J].包裝世界，2022（5）：76-78.