Projeto de circuito

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O processo de projeto de circuito pode abranger desde sistemas eletrônicos complexos até transistores individuais dentro de um circuito integrado . Para circuitos simples, o processo de projeto muitas vezes pode ser feito por uma pessoa sem a necessidade de um processo de projeto planejado ou estruturado, mas para projetos mais complexos, equipes de designers que seguem uma abordagem sistemática com simulação de computador guiada de forma inteligente estão se tornando cada vez mais comuns. Na automação de projeto de circuito integrado , o termo "projeto de circuito" geralmente se refere à etapa do ciclo de projeto que gera os esquemasdo circuito integrado. Normalmente, essa é a etapa entre o projeto lógico e o projeto físico . [1]

Processo [ editar ]

O projeto de circuito formal geralmente envolve várias etapas. Às vezes, uma especificação de projeto é escrita depois de entrar em contato com o cliente. Uma proposta técnica pode ser escrita para atender aos requisitos da especificação do cliente. A próxima etapa envolve sintetizar em papel um diagrama de circuito esquemático , um circuito elétrico ou eletrônico abstrato que atenderá às especificações. Deve ser feito um cálculo dos valores dos componentes para atender às especificações operacionais sob condições especificadas. Simulações podem ser realizadas para verificar a exatidão do projeto.

Uma placa de ensaio ou outra versão protótipo do projeto para teste em relação à especificação pode ser construída. Pode envolver a realização de quaisquer alterações no circuito para obter conformidade. Deve ser feita uma escolha quanto ao método de construção, bem como todas as peças e materiais a serem utilizados. Há uma apresentação de informações de componentes e layout para desenhistas e engenheiros de layout e mecânicos, para produção de protótipos. Isto é seguido pelo teste ou teste de tipo de uma série de protótipos para garantir a conformidade com os requisitos do cliente. Normalmente há assinatura e aprovação dos desenhos finais de fabricação e pode haver serviços de pós-projeto ( obsolescência de componentes etc.).

Especificação [ editar ]

O processo de projeto de circuito começa com a especificação , que declara a funcionalidade que o projeto final deve fornecer, mas não indica como ela deve ser alcançada. [2] A especificação inicial é basicamente uma descrição tecnicamente detalhada do que o cliente deseja que o circuito acabado alcance e pode incluir uma variedade de requisitos elétricos , como quais sinais o circuito receberá, quais sinais ele deve emitir, quais fontes de alimentação são disponível e quanta energia é permitido consumir. A especificação pode (e normalmente o faz) também definir alguns dos parâmetros físicos que o projeto deve atender, como tamanho, peso, resistência à umidade, faixa de temperatura, saída térmica, tolerância à vibração e tolerância à aceleração. [3]

À medida que o processo de projeto avança, o(s) projetista(s) frequentemente retorna(m) à especificação e a altera para levar em conta o progresso do projeto. Isso pode envolver especificações de aperto que o cliente forneceu e adicionar testes que o circuito deve passar para ser aceito. Essas especificações adicionais serão frequentemente usadas na verificação de um projeto. Alterações que entrem em conflito ou modifiquem as especificações originais do cliente quase sempre terão que ser aprovadas pelo cliente antes que possam ser executadas.

A identificação correta das necessidades do cliente pode evitar uma condição conhecida como 'desvio de design' que ocorre na ausência de expectativas iniciais realistas e, posteriormente, na falha de comunicação completa com o cliente durante o processo de design. Pode ser definido em termos de seus resultados; "em um extremo está um circuito com mais funcionalidade do que o necessário e, no outro, um circuito com uma funcionalidade incorreta". [4] [ quem? ] No entanto, algumas mudanças podem ser esperadas e é uma boa prática manter as opções abertas pelo maior tempo possível, porque é mais fácil remover elementos sobressalentes do circuito mais tarde do que colocá-los.

Projeto [ editar ]

O processo de projeto envolve passar da especificação no início, para um plano que contém todas as informações necessárias para ser construído fisicamente no final, isso normalmente acontece passando por várias etapas, embora em circuitos muito simples possa ser feito em um único passo. [5] O processo normalmente inicia-se com a conversão da especificação em diagrama de blocos das várias funções que o circuito deve desempenhar, nesta fase não são considerados os conteúdos de cada bloco, apenas o que cada bloco deve fazer, isto é por vezes referido como um design de " caixa preta ". Essa abordagem permite que a tarefa possivelmente muito complicada seja dividida em tarefas menores que podem ser abordadas em sequência ou divididas entre os membros de uma equipe de design.

Cada bloco é então considerado com mais detalhes, ainda em um estágio abstrato, mas com muito mais foco nos detalhes das funções elétricas a serem fornecidas. Nesta ou em fases posteriores, é comum exigir uma grande quantidade de pesquisas ou modelagem matemática sobre o que é e o que não é viável de alcançar. [6] Os resultados desta pesquisa podem ser retroalimentados em estágios anteriores do processo de projeto, por exemplo, se um dos blocos não puder ser projetado dentro dos parâmetros definidos para ele, pode ser necessário alterar outros blocos. Nesse ponto, também é comum começar a considerar como demonstrar que o projeto atende às especificações e como ele deve ser testado (o que pode incluir ferramentas de autodiagnóstico ). [7]

Componentes de circuitos individuais

Por fim, os componentes individuais do circuito são escolhidos para realizar cada função no projeto geral, nesta fase também é decidido o layout físico e as conexões elétricas de cada componente, este layout geralmente tomando a forma de arte para a produção de uma placa de circuito impressoou circuito integrado. Esta fase é tipicamente extremamente demorada devido à vasta gama de opções disponíveis. Uma restrição prática no projeto nesta fase é a padronização, enquanto um determinado valor do componente pode ser calculado para uso em algum local de um circuito, se esse valor não puder ser adquirido de um fornecedor, então o problema ainda não foi resolvido . Para evitar isso, uma certa quantidade de 'engenharia de catálogo' pode ser aplicada para resolver as tarefas mais mundanas dentro de um projeto geral.

Uma área de rápido desenvolvimento tecnológico está no campo do projeto de circuitos nanoeletrônicos . [8]

Custos [ editar ]

Tabela de comparação entre transistores de efeito de campo.

Geralmente, o custo de projetar circuitos está diretamente ligado à complexidade dos circuitos finais. Quanto maior a complexidade (quantidade de componentes e novidade de design), mais horas do tempo de um engenheiro qualificado serão necessárias para criar um produto funcional. O processo pode ser tedioso, pois detalhes ou recursos minuciosos podem levar qualquer quantidade de tempo, materiais e mão de obra para serem criados. Como levar em conta os efeitos de modificar tamanhos de transistores ou codecs. [9] No mundo da eletrônica flexível , substituir os substratos de poliimida, amplamente utilizados, por materiais como PEN ou PET para produzir eletrônicos flexíveis, poderia reduzir os custos por fatores de 5 a 10. [10]

Os custos para projetar um circuito são quase sempre muito mais altos do que os custos de produção por unidade, pois o custo de produção e a função do circuito dependem muito do projeto do circuito. [11]

Embora os métodos típicos de produção de PCB envolvam fabricação subtrativa, existem métodos que usam um processo de fabricação aditiva, como usar uma impressora 3D para "imprimir" uma PCB. Acredita-se que esse método custe menos do que a manufatura aditiva e elimina a necessidade de gerenciamento de resíduos. [12]

Um gráfico do número crescente de transistores em circuitos a cada ano, também conhecido como Lei de Moore

Verificação e teste [ editar ]

Uma vez que um circuito foi projetado, ele deve ser verificado e testado. A verificação é o processo de passar por cada estágio de um projeto e garantir que ele fará o que a especificação exige. Este é frequentemente um processo altamente matemático e pode envolver simulações de computador em larga escala do projeto. Em qualquer projeto complicado é muito provável que problemas sejam encontrados nesta fase e podem envolver uma grande quantidade de trabalho de projeto a ser refeito para corrigi-los.

O teste é a contrapartida do mundo real para a verificação, o teste envolve a construção física de pelo menos um protótipo do projeto e, em seguida, (em combinação com os procedimentos de teste na especificação ou adicionados a ele) verificar se o circuito realmente faz o que foi projetado.

Software de design [ editar ]

No Software do DSD visual, o Circuito Lógico do circuito complemento é implementado pelo código do programa compilador. Esses tipos de programas de software estão criando circuitos mais baratos e eficientes para todos os tipos de circuitos. [13] Implementamos simulações funcionais para verificar funções lógicas correspondentes a expressões lógicas em nossos circuitos propostos. As arquiteturas propostas são modeladas em linguagem VHDL. O uso dessa linguagem criará circuitos mais eficientes que não apenas serão mais baratos, mas também durarão mais. Estes são apenas dois dos muitos softwares de design que ajudam as pessoas a planejar seus circuitos para produção. [14]

Prototipagem [ editar ]

A prototipagem é uma grande parte de fazer coisas que são muito difíceis. O design de circuitos força você a continuar revisando as coisas e corrigindo seus erros. O projeto de circuitos é um trabalho muito rigoroso para ser feito sem cometer erros. Os projetistas de circuitos devem testar muitas vezes para garantir que seu projeto funcione com eficiência e, acima de tudo, seja seguro para o consumidor comprar e usar. [15]A prototipagem é uma grande parte de qualquer trabalho elétrico porque é muito meticuloso e direto ao ponto. Todos provavelmente podem imaginar os erros que serão cometidos se não houver prototipagem no trabalho que está sendo feito. Esses trabalhadores estão sendo pagos não apenas para fazer circuitos elétricos, mas para manter todos que compram esses circuitos elétricos seguros em casa. Os perigos de não prototipar e enviar um circuito elétrico com falha incluirão incêndios, fios quentes, o que, por sua vez, fará com que alguém não saiba e faça com que seja queimado e, na pior das hipóteses, gravemente ferido. [15]

Resultados [ editar ]

Todo circuito elétrico começa com um simulador de placa de circuito de como as coisas serão montadas no final do dia e também mostra como o circuito funcionará virtualmente. [16] Uma planta é o desenho do projeto técnico e do produto final. Depois que tudo isso for feito e você usar o projeto para montar o circuito, você obterá os resultados dos circuitos elétricos bastante memoráveis, pois o circuito funcionará desde um vácuo até uma grande TV em um cinema. Tudo isso leva muito tempo e uma certa habilidade que nem todos podem adquirir. O circuito elétrico é algo que a maioria das coisas que precisamos em nossas vidas cotidianas.

Documentação [ editar ]

Qualquer projeto comercial normalmente também incluirá um elemento de documentação, a natureza precisa dessa documentação varia de acordo com o tamanho e a complexidade do circuito, bem como o país em que será usado. No mínimo, a documentação normalmente incluirá pelo menos a especificação e os procedimentos de teste para o projeto e uma declaração de conformidade com os regulamentos atuais. Na UE , este último item normalmente assume a forma de uma Declaração CE listando as diretivas europeias cumpridas e nomeando um responsável pela conformidade. [17]

Software [ editar ]

Veja também [ editar ]

Referências [ editar ]

  1. ^ Naveed Sherwani, "Algoritmos para automação de projeto físico VLSI"
  2. ^ Lam, William K. (2005-08-19). "Seu projeto atende às especificações? Introdução à verificação de projeto de hardware | O que é verificação de projeto?" . Informit . com . Recuperado 2016-09-27 .
  3. A. Tajalli, et al., " Design trade-offs in ultra-low-power digital nanoscale CMOS ", IEEE TCAS-I 2011.
  4. ^ DeMers, 1997
  5. ^ "Fluxograma de projeto" (GIF) . Informit . com . Recuperado 2016-09-27 .
  6. ^ "Cópia arquivada" . Arquivado a partir do original em 30/08/2005 . Recuperado em 2007-11-04 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  7. ^ "ATE Solutions, Inc. | Design para testabilidade e para autoteste integrado" . Besttest . com . Arquivado a partir do original em 2016-09-01 . Recuperado 2016-09-27 .
  8. ^ Zhang, Wei; Niraj K. Jha; Li Shang (2010). "Um sistema híbrido / sistema CMOS dinamicamente reconfigurável". Em Jha, Niraj K.; Chen, Deming (eds.). Projeto de Circuitos Nanoeletrônicos . Springer Science & Business Media. pág. 97. ISBN 978-1441976093. Recuperado em 29 de setembro de 2016 .
  9. ^ Kang, Wang; Zhao, Weisheng; Wang, Zhaohao; Zhang, Yue; Klein, Jacques-Olivier; Zhang, Youguang; Chappert, Claude; Ravelosona, Dafiné (setembro de 2013). "Um projeto de circuito de correção de erros embutido de baixo custo para melhoria da confiabilidade STT-MRAM". Confiabilidade Microeletrônica . 53 (9–11): 1224–1229. doi : 10.1016/j.microrel.2013.07.036 .
  10. ^ van den Brand, Jeroen; Kusters, Roel; Barink, Marco; Dietzel, Andreas (outubro de 2010). "Circuitos embutidos flexíveis: Um novo processo para eletrônica de alta densidade e custo-benefício". Engenharia Microeletrônica . 87 (10): 1861-1867. doi : 10.1016/j.mee.2009.11.004 .
  11. ^ "Quanto custa um protótipo?" . PROJETOS PREVISÍVEIS . 04-09-2016 . Recuperado 2021-05-15 .
  12. ^ Dong, Yue; Bao, Chao; Kim, Woo Soo (abril de 2018). "Fabricação aditiva sustentável de placas de circuito impresso" . Joule . 2 (4): 579-582. doi : 10.1016/j.joule.2018.03.015 .
  13. ^ Kalantari, Zeinab; Eshghi, Mohammad; Mohammadi, Majid; Jassbi, Somayeh (novembro de 2019). "Método de projeto compacto e de baixo custo para circuitos sequenciais reversíveis". O Jornal de Supercomputação . 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 de janeiro de 2019). "Projeto de circuito de complemento complexo de quatro entradas com base no deslocamento de fita de DNA". Fundamento Informaticae . 164 (2–3): 181–194. doi : 10.3233/FI-2019-1761 .
  15. ^ a b Ashby, Darren (2008). Projeto de circuito . Newnes. ISBN 978-0-08-094965-9. OCLC  444859449 .[ página necessária ]
  16. ^ "Noções básicas de processo de design de circuito eletrônico diferente" . ElProCus - Projetos Eletrônicos para Estudantes de Engenharia . 2017-04-13 . Recuperado 2020-04-29 .
  17. ^ "Cópia arquivada" . Arquivado a partir do original em 26/11/2005 . Recuperado em 2005-12-12 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)

Fontes [ editar ]