Obvody

Obvodové inženýrství  je vědecký a technický směr, který se zabývá návrhem, tvorbou a laděním (syntézou a analýzou) elektronických obvodů a zařízení pro různé účely [1] .

Obecné informace

Koncept návrhu obvodů je použitelný pro širokou škálu elektronických zařízení, od složitých systémů až po jednotlivé tranzistory v rámci integrovaného obvodu. Realizace jednoduchých úkolů je přitom zcela v dosahu jedné osoby bez další pomoci. Řešení složitých problémů vyžaduje systematický přístup, počítačové modelování a zapojení speciálních inženýrských týmů. V každém případě však obvody v praxi zaujímají mezipolohu mezi vznikem nápadu a výrobou hotového elektronického obvodu. Jeho hlavním úkolem je vývoj struktur elektronických obvodů, které zajišťují výkon zadaných funkcí, jakož i výpočet parametrů jejich základních prvků [1] .

Je třeba také poznamenat, že kompetentní obvody zahrnují rovnováhu ekonomických a technických ukazatelů. Negativní se může stát jak nedostatek finančních prostředků na design, tak jejich přebytek. Je důležité posuzovat jejich ekonomickou efektivitu ve všech fázích práce [2] .

Konečný výsledek obvodových prací musí odpovídat zásadám průmyslového designu [2] .

Obvody lze rozdělit na analogové , digitální a analogově-digitální.

Přípravná fáze

Poté, co je učiněno rozhodnutí provést obvodové práce, je důležité vytvořit prototyp . Umožňuje zkrátit dobu vývoje elektronických obvodů snížením hrubých konstrukčních chyb. Navíc s relativně skromnými prostředky umožňuje prototyp v praxi testovat nápady vložené do elektronického obvodu. V závislosti na konstrukčních prvcích je prototypování použitelné jak na celý vývoj jako celek, tak na jeho jednotlivé části [3] .

Hlavní fáze provádění obvodových prací

V obecném případě se inženýrská práce skládá z následujících hlavních fází [4] :

  1. Vytvoření zadání pro vývoj elektronického obvodu splňujícího požadavky zákazníka.
  2. Vývoj elektronického obvodu, který splňuje požadavky zadání.
  3. Výpočet parametrů součástek elektronických obvodů a jejich výběr.
  4. Vytvoření návrhu elektronického obvodu pro testování jeho návrhu a provozu.
  5. Finalizace elektronického obvodu na základě výsledků testování návrhu a provozu.
  6. Vývoj výrobní technologie a finální výběr použitých komponentů a materiálů.
  7. Vytvoření předvýrobního produktu pro jeho testování.
  8. Testy předsériového elektronického obvodu pro ověření jeho shody s požadavky zákazníka.
  9. Podepisování přejímacích certifikátů a schvalování výrobních výkresů.
  10. V případě potřeby podpora výroby ve smyslu finalizace elektronického obvodu z důvodu vzniku nových součástek, materiálů a konstrukčních řešení.

Podmínky zadání

Jako každá projektová práce začíná obvodové inženýrství vývojem technických specifikací . Formuluje seznam funkcí, které by měl vytvořený elektronický obvod zajišťovat, ale zpravidla neuvádí, jak přesně to má být zajištěno [5] .

Specifikace je obvykle podrobný popis požadavků zákazníka na elektronický obvod a může zahrnovat různé elektrické parametry, jako jsou charakteristiky vstupních a výstupních signálů, napájecí zdroje, spotřeba energie. Kromě toho lze dohodnout i fyzikální parametry, jako je velikost, hmotnost, odolnost proti vlhkosti, rozsah provozních teplot, odvod tepla, ochrana proti vibracím, odolnost proti přetížení a podobně. Pro budoucí efektivní provoz vytvořeného elektronického obvodu by zadání mělo obsahovat podmínky pro tzv. interakční návrh [6] .

Konstrukce

Návrh elektronického obvodu v závislosti na jeho složitosti prochází řadou fází. Výjimka platí pouze pro nejjednodušší z nich, vytvořené najednou. První z etap je převod požadavků zadání pro zpracování signálu do blokového schématu takových transformací. Bloky jsou přitom čistě funkčně považovány za jakési „ černé skříňky “, aniž by byl detailně popsán jejich fyzický obsah. Tento přístup umožňuje i velmi složitý úkol rozdělit na menší fragmenty a jejich řešení implementovat buď sekvenčně, nebo paralelně a rozdělit je mezi různé inženýrské skupiny [7] [8] .

Dále jsou podrobně zvažovány funkční úlohy každého bloku s ohledem na vlastnosti zpracování signálu. Tato fáze může vyžadovat praktický výzkum nebo matematické modelování procesů. Není vyloučeno, že výsledkem práce bude nutnost změny vývojového diagramu s přerozdělením úloh mezi jeho bloky [9] [8] .

Poté je na základě blokového diagramu vyvinut princip . Jeho jednotlivé prvky jsou vybrány, umístěny na desce, poté jsou sestaveny „v hardwaru“ a dostávají rozložení. Tato fáze je zpravidla poměrně zdlouhavá, protože vyžaduje zohlednění dlouhého seznamu praktických omezení. Patří mezi ně vzájemné ovlivňování komponentů obvodu a jejich dostupnost z hlediska zásobování, udržovatelnost celé konstrukce a požadavek na její soulad s normami a podobně.

Konečnou fází je testování layoutu s následným případně jeho doladěním a vytvořením předvýrobního elektronického obvodu [10] .

Kontrola a testování

Předsériový elektronický obvod je ve skutečnosti analogem konečného uspořádání. Je vytvořen pro kontrolu, během předsériových testů, shodu získaných výsledků s požadavky zákazníka. Někdy, aby se odladila interakce prvků obvodu, testům předchází formální ověření . Na základě výsledků předsériových testů jsou provedeny konečné změny schématu. V případě potřeby vytvořte nový předprodukční vzorek a proveďte nové testy [5] .

Prezentace výsledků

Výsledky obvodových prací jsou zpracovány ve formě hotových výkresů, případně i výrobních technologií a návodů k použití [10] .

Viz také

Poznámky

  1. 1 2 Circuitry / G. I. Veselov // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
  2. 1 2 Aleksenko A. G. Základy mikroobvodu - M .: Unimediastyle, 2009. - 448 s., 3000 výtisků. ISBN 978-5-94774-002-8
  3. ↑ Prototypování Todda Zakiho Warfela . Praktická příručka // Nakladatelství: Mann, Ivanov i Ferber, 2013, 240 stran, 2000 výtisků. ISBN 978-5-91657-725-9
  4. GOST 2.103-68. Jednotný systém projektové dokumentace. . Vývojové fáze . protect.gost.ru. Získáno 22. března 2015. Archivováno z originálu 18. října 2014.
  5. 1 2 William K. Lam Splňuje váš návrh své specifikace?  (anglicky) . Úvod do ověřování návrhu hardwaru // Web Informit.com, 19. srpna 2005. . informit.com. Datum přístupu: 22. března 2015. Archivováno z originálu 29. října 2014.
  6. Alan Cooper, Robert Reimann, Dave Cronin O tváři 3: Základy interakčního designu. - Wiley, 2007. - 610 s. - ISBN 978-0-470-08411-3 . (Angličtina)
  7. Ross Ashby Kapitola 6. Černá skříňka // Úvod do kybernetiky. - Nakladatelství zahraniční literatury, 1959. - S. 127-169. — 432 s.
  8. 1 2 Pospelov D. A. Logické metody analýzy a syntézy obvodů, 3. vyd., - M .: Energia, 1974. - 368 s.
  9. Design for Testability and for Built-In Self Test  (anglicky)  (odkaz není dostupný) . besttest.com. Získáno 22. března 2015. Archivováno z originálu 1. září 2016.
  10. 1 2 GOST R 15.201-2000. Systém pro vývoj a výrobu produktů. . Výrobky pro průmyslové a technické účely. Postup pro vývoj a výrobu produktů . protect.gost.ru. Získáno 22. března 2015. Archivováno z originálu 21. července 2015.

Literatura