第1章 电子系统设计导论

1.1 电子系统概述

1.1.1 电子系统的构成

电子系统是指由电子元器件或部件组成的能够产生、传输或处理电信号及信息的客观实体，如通信系统、雷达系统、计算机系统、电子测量系统、自动控制系统等。这些应用系统在功能和结构上具有高度的综合性、层次性和复杂性。

一个复杂的电子系统可以分成若干个子系统，每个子系统又可分解为由若干子部件组成的系统。例如，微型计算机子系统是由微处理器、存储器、键盘及显示器几个部件组成的。而组成子系统的每个部件又可分解为由许多元件组成的电路。电子系统的层次性结构如图1.1.1所示。

1.1.2 电子系统设计的基本原则

电子系统设计时应当遵循的基本原则如下。

① 满足系统功能和性能指标要求。好的设计必须能完全满足设计要求的功能特性和技术指标。这也是电子电路系统设计时必须满足的基本条件。

② 电路简单。在满足功能和性能要求的情况下，简单的电路对系统来说不仅是经济的，同时也是可靠的。值得注意的是，系统集成技术是简化系统电路的最好方法。

③ 电磁兼容特性好。电磁兼容特性是现代电子电路的基本要求，所以一个电子系统应当具有良好的电磁兼容特性。实际设计时，设计的结果必须能满足给定的电磁兼容条件，以确保系统正常工作。

④ 可靠性高。电子系统的可靠性要求与系统的实际用途、使用环境等因素有关。任何一种工业系统的可靠性都是以概率统计为基础的，因此电子系统的可靠性只能是一种定性估计，所得到的结果也只能是具有统计意义的数值。实际上，电子系统可靠性的计算方法和计算结果与设计人员的实际经验有相当大的关系，设计人员应当注意积累经验，以提高可靠性设计的水平。

⑤ 系统集成度高。最大限度地提高集成度，是电子系统设计应当遵循的一个重要原则。高集成度的电子系统，必然具有电磁兼容特性好、可靠性高、制造工艺简单、质量容易控制和性能价格比高等一系列优点。

⑥ 调试简单方便。这要求电子系统设计者在电路设计的同时必须考虑调试的问题。如果一个电子系统不易调试或调试点过多，这个系统的质量是难以保证的。

⑦ 生产工艺简单。生产工艺是电子系统设计者应当考虑的一个重要问题，无论是批量产品还是样品，生产工艺对电路的制作和调试都是相当重要的一个环节。

⑧ 操作简单方便。操作简便是现代电子电路系统的重要特征，难以操作的系统是没有生命力的。

⑨ 性能价格比高。

1.1.3 电子系统的设计方法

根据电子系统的功能和结构上的层次性，通常有如下3种电子系统的设计方法。

1. 自顶向下的设计方法

自顶向下的设计方法如图1.1.2所示。所谓自顶向下的设计，就是设计者根据原始设计指标或用户需求，从整体上规划整个系统的功能和性能，然后对系统进行划分，分解为规模较小、功能较为简单、相对独立的子系统，并确立它们之间的相互关系。这种划分过程可以不断进行下去，直到划分得到的单元可以映射到物理实现，这种物理实现可以是具体的部件、电路和元件，也可以是VLSI的芯片版图。

2. 自底向上的设计方法

所谓自底向上的设计方法，就是设计者根据要实现的系统的各功能的要求，首先从现有的可用的元件中选出合适的，设计成一个个部件，当一个部件不能直接实现系统的某个功能时，就需要设计由多个部件组成的子系统去实现该功能，上述过程一直进行到系统所要求的全部功能都实现为止。该方法的优点是可以继承使用经过验证的、成熟的部件和子系统，从而可以实现设计重用，减少设计的重复劳动，提高设计生产率。其缺点是，设计过程中设计人员的思想受限于现成可用的元件，故不容易实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计。

3. 以自顶向下方法为主导，并结合使用自底向上的方法

随着SoC（单芯片系统）的出现，为了实现设计重用以及对系统进行模块化测试，通常采用以自顶向下方法为主导，并结合使用自底向上的方法。这种方法既能保证实现系统化的、清晰易懂的以及可靠性高、可维护性好的设计，又能充分利用IP（知识产权）核，减少设计的重复劳动，提高设计生产率，因而被普遍采用。