CN100435155C - 以数据库辅助电路设计的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种以数据库辅助电路设计的系统及其方法，由使用存储有最佳电路的判断准则的人工智能仿真数据库，可于初期设计时利用预先检测的功能检测出产品的问题点，并可于产品实际生产后，依据其产生的问题利用后期诊断功能，和人工智能仿真数据库中的记录，以寻找失败造成的原因，并进行错误修改，可达到减少产品开发设计的成本，还可缩短产品上市的时间，提高产品竞争力。

Description

以数据库辅助电路设计的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种以数据库辅助电路设计的系统及其方法，特别涉及可达到预先检测及后期诊断功效的辅助电路设计的系统及其方法。

背景技术

在过去，电子工程师在设计系统时，通常的做法是将设计要求流程逐条写出来，然后告诉印刷电路板(PCB，Print Circuit Board)设计Layout工程师如何去进行线路设计，但是对于复杂的高科技电子产品而言，要确保产品在设计完成后，制成实体成品都能正常运作，甚至要提高产品合格率是很困难的一件事。

随着设计系统技术上的日新月异，设计的复杂度及数据量不断提高，如此将致使产品在设计上问题的发现与跟踪的过程越发困难，即使有计算机辅助设计软件(CAD，Computer Aided Design)的辅助，但因各个组件及线路均具有不同的相异性，且数据量又极为庞大，再加上各个模块间所涉及到的相互关系相当复杂繁琐，又缺乏纠错筛选的机制，过去纠错都是采取人工检查的方式，以肉眼观察相同的联机块(net-line domain)内的电极电压，特别是针对分层堆栈的印刷电路板的电路布局中，必须检查每一连接通道是否连接至其它联机块，很容易出现漏网之鱼，导致发生徒劳无功的情形。

由于已知并无一套设计流程规划的方式，无法达到线路设计水平以及每个零件的可靠度都能维持一定的水平，而以往这个问题都是经过设计、生产、测试…再修正设计，再生产、再测试…此一流程一再循环，这样的模式将会耗费大量的人力物力，才能得到最佳的产品质量，当产品组装后，使用仪器测量信号产生错误时，也常常一时毫无头绪不知问题出在哪里，而要从零件、电子线路、PCB布局…等，故必须耗费大量的人力一个个探讨可能导致的原因，由人为经验判断进而才能排除问题，费日旷时又会影响工作效率及进度，且最后分析出的结果的精确度即可信度还有待商榷；再加上电子制造业的人事更迭频繁，新、旧工程师之间的经验传承不易，且每一位工程师能力有限，在发现错误时不见得有足够的经验判断是哪一个环节出问题，而必须耗费许多时间来重新作一次相关研究，甚至可能作出错误的决策，此举对于注重产品开发速度的电子产业而言，不但会增加成本，还无法保证能立即解决错误产生的问题。

因此，要如何利用一个有效率的数据库来解决上述的问题，成为一重要的课题。

发明内容

对于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种以数据库辅助电路设计的系统及其方法，由人工智能仿真数据库提供最佳电路的判断准则，可于初期设计时检测出产品成品的问题，并可于产品实际生产后，依据其产生的问题自人工智能仿真数据库中寻找失败的原因，达到减少设计的成本，还可缩短产品上市的时间，提高竞争力。

因此，为达上述目的，本发明所公开的一种以数据库辅助电路设计的系统，至少必须包含：

一输入模块，用以接收使用者所输入零件电气特性参数及线路图；一辅助软件模块，为一计算机辅助设计软件(CAD，Computer Aided Design)模块，用以依据的数据仿真实际高速电路运作及分析；一人工智能仿真数据库模块，记录设计的限定规则、电气模型指派(model assignments)、问题点产生的类型及解决方式，进而可作为最佳化电路的判断准则；一错误反馈模块，用以显示计算机辅助设计软件模块依据人工智能仿真数据库模块进行分析后所发现的问题点，以及接收使用者所输入的问题点；一对比模块，用以寻找人工智能仿真数据库模块有无记录问题点，以及问题点产生的类型及其解决方式；一修改模块，用以针对问题点以及其解决方式，进行所输入零件电气特性参数及线路图的修改，完成后再次由进行计算机辅助设计软件仿真；及一输出模块，用以将最佳化的设计输出。

其中上述系统设计的限定规则为总线终端方式(terminator)、拓朴布局(topology)、及电路板层叠(board stackup)。

其中上述系统中问题点产生的类型为一时间差(timing skew)或为一串音(crosstalk)干扰。

依据本发明的目的且达到上述的优点，本发明的方法在进行错误检测时，包含下列步骤：

首先，接收使用者输入欲进行错误检测的产品零件电气特性参数及线路图，再针对布放的距离及绕线分布进行测量；然后，根据线路图的总线终端方式(terminator)、拓朴布局(topology)、电路板层叠(board stackup)等方式，寻找人工智能仿真数据库中有无相关记录的限定规则；接着，依据零件电气特性及参数来进行检测，判断分析结果是否都符合限定规则？若有不符合限定规则的电路配置及表示该部分有问题产生；最后，针对分析所得的问题点及建议修改方式进行修改。

在进行后期诊断时，包含下列步骤：

首先，使用者可输入产品不良的问题点相关信息，接着，确认人工智能仿真数据库是否存有问题点记录？当人工智能仿真数据库中有记录时，检查记录中问题点可能造成的原因，依据产品零件电气特性参数及线路图，输出造成产品不良及电气特性失败的解决方法，最后，依据解决方法进行修改完成后，再依据上述的错误检测再次进行判断是否已将错误排除，以达到利用人工智能仿真数据库而可以自动进行预先检测，以及后期诊断高速电路设计的方法。

本发明又提供一种以数据库辅助电路设计的方法，该方法在进行错误检测时，包含下列步骤：接收一使用者输入的欲进行错误检测的多个零件电气特性参数及多个线路图；针对所述线路图上布放的距离及绕线分布进行测量；加载一人工智能仿真数据库中所述零件电气特性参数相关记录的多个限定规则；依据所述限定规则进行分析；及针对一分析结果进行修改。

本发明又提供一种以数据库辅助电路设计的方法，该方法在进行后期诊断时，包含下列步骤：接收一使用者输入的一产品设计的一个以上问题点；加载一人工智能仿真数据库中所述问题点的记录及一产生的原因；依据该产生的原因进行分析；针对一分析结果进行所述问题点的修改；及确认所述问题点解决，输出该产品设计。

有关本发明的特征与实例，现配合附图作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的系统架构图；

图2是本发明进行预先检测的方法流程图；

图3是本发明进行后期诊断的方法流程图；

图4a、图4b是本发明的一问题线路图及修正后线路图的示意图；

图5是本发明的两线路波形的示意图；及

图6a、图6b是本发明的两线路原始布线及修正后布线的示意图。

附图标记说明：

10     数据库辅助电路设计系统

110    输入模块

120    计算机辅助设计软件模块

130    错误反馈模块

140    对比模块

150    修改模块

160    输出模块

170    人工智能仿真数据库模块

180    零件电气特性参数

190    线路图

410    电子组件

415    第一线路

425    第二线路

510    第一线路波形

520    第二线路波形

530    异常波形

步骤210接收输入的零件电气特性参数及线路图

步骤220测量布放的距离及绕线分布的结果

步骤230判断数据库是否存有限定规则？

步骤240由计算机辅助设计软件生成相对应的结果并归纳

步骤250依据零件电气特性参数来进行检测

步骤260判断分析结果是否有问题产生？

步骤270针对分析的问题及建议进行修改

步骤310输入产品不良的问题点相关信息

步骤320确认数据库是否存有问题点记录？

步骤330检查记录中问题点可能造成的原因

步骤340输出造成产品不良及电气特性失败的解决方法

步骤350修改问题点后再次进行错误检测

具体实施方式

本发明将公开一种以数据库辅助电路设计的系统及其方法。在本发明的以下详细说明中，将描述多种特定的细节以便提供本发明的完整说明。然而，对本领域技术人员来说，可以不需要使用这些特定细节便可以实施本发明，或者可以借着利用替代的组件或方法来实施本发明。在其它的情况下，并不特别详细地说明已知的方法、程序、部件、以及电路，以免不必要地混淆本发明的重点。

请参照图1，此为本发明的系统架构图，在数据库辅助电路设计系统10中包含了：

输入模块110，用以接收使用者所输入产品的电子组件电气特性参数180及线路图190，其中的电子组件包含所有主动组件及被动组件，如IC、电容(Capacitor)、感应器(Inductor)、电阻器(Resistor)、连接器(Connector)、整流器(Diode)、印刷电路板(PCB，Print Circuit Board)…等等，电气特性参数则如：R，L，C参数，此外印刷电路板还包含其叠构(Stack Up)、电介质材料(Dielectric Material)、厚度(Thickness)、层特性(信号、功率、半固化片、核心......等等)Layer Property(signal、power、prepreg、core…等等)信息。

计算机辅助设计软件(CAD，Computer Aided Design)120，用以依据电子组件电气特性参数180及线路图190，仿真实际高速电路运作及分析，由计算机辅助设计软件120仿真设计成品的一些性质，例如：输出入PIN脚的电子行为规格特性(electronic behavioral specifications characteristics)，而使用的模型为IBIS(I/O Buffer Information Specification)模型，依据实际电子零件布放的距离和绕线的间隔位置，由马克斯韦尔电气理论仿真信号完整性、串讯和电磁兼容性…等问题，利用分析结果对原设计加以修正，以节省设计变更的次数及时间，还可减少试作原型的投资浪费。

人工智能仿真数据库170，即是记录设计的限定规则、电气模型指派(model assignments)、问题点产生的类型及解决方式，进而可作为最佳电路的判断准则，以达成预先检测及后期诊断的功能。请参照图2，此为本发明进行预先检测的方法流程图，首先，输入模块110接收使用者输入的零件电气特性参数180及线路图190(步骤210)，如图4a所示，此为一问题线路图的示意图，频率发生器s到装置A及装置B是为一T形拓朴结构，因此必须计算布放的距离及绕线分布的结果(步骤220)，判断人工智能仿真数据库170是否存有限定规则？(步骤230)，若没有，则可由计算机辅助设计软件120依据先前的设计图生成相对应的结果并归纳(步骤240)。

假设人工智能仿真数据库170内存有一限定规则为，T形拓朴结构中，频率发生器s到两装置的频率差(timing skew)要求限制在0.1ns之内，才可获得较一致的波形(waveform)结果，因此依据零件电气特性参数180来进行检测(步骤250)，例如：测量印刷电路板跟踪Trace长度对信号反射(Reflection)的关系，两高速信号的间距对信号质量偶合(Coupling)效应的影响，以及印刷电路板叠构(Stack Up)对信号线特性阻抗(Impedance)的影响等，测量此一实施例的结果发现频率发生器s到装置A的线长度为2.14英时(inch)，而频率发生器s到装置B的线长度为3.22英时，再判断分析结果是否有问题产生？(步骤260)在实际测量到两者的时间延迟(timing delay)分别为0.34ns及0.464ns，也就是时间差为0.124ns并不符合0.1ns的要求，错误反馈模块130便显示计算机辅助设计软件120依据人工智能仿真数据库170进行分析后所发现的问题点，对比模块140寻找人工智能仿真数据库170关于此一问题点的解决方式，建议将两线长调为一致(步骤270)。

因此，如图4b所示，使用者在修改模块150上针对问题点及其解决方式，进行线路图190上所输入零件电气特性参数180的修改，增加一电子组件410以致使增加频率发生器s到装置A的时间延迟，完成后由计算机辅助设计软件120再次进行仿真分析，发现修改后的频率发生器s到装置A的时间延迟为3.13英时，所得到的时间延迟增加为0.452ns，因此，频率发生器s到两装置的频率差为0.464ns-0.452ns＝0.012ns，经过此一修改后，达成在T形拓朴结构的频率差符合小于0.1ns的要求后，如此一来便可平衡两者传输上的负担(loading)，最后，由输出模块160将此最佳化的设计输出。

请参照图3，此为本发明进行后期诊断的方法流程图，包含下列步骤：

首先，使用者可由输入模块110选择进行错误检测的选项后，由错误反馈模块130处理使用者所输入产品不良的问题点相关信息(步骤310)，如图5所示，此为两线路波形的示意图，其中第一线路波形510在设计上的测量应该为一平稳的波形，但实际上却出现一些异常波形530，因此错误反馈模块130接收此一问题点的输入后；接着，由对比模块140确认人工智能仿真数据库170是否存有问题点记录？(步骤320)

当人工智能仿真数据库170中有此类的问题记录时，检查记录中问题点可能造成的原因(步骤330)，例如可能为串音(crosstalk)的干扰现象，则依据产品零件电气特性参数180及线路图190，如图6a所示，第一线路415是由信号发生器A连接至接收器A，并产生第一线路波形510，第二线路425是由信号发生器B连接至接收器B，并产生第二线路波形520，由于串音的造成原因即是因为两线路之间的距离过近所造成的，在由计算机辅助设计软件120测量两线路的间距发现仅15密尔(mil，即千分之一英寸)，第二线路520在此间距下对第一线路510产生串音电压crosstalk voltage达197mV，远大于人工智能仿真数据库170中记录规范的标准值100mV，输出造成产品不良及电气特性失败的解决方法，也就是如图6b所示，将两线路的间距加大到25密尔(步骤340)。最后，依据解决方法由修改模块150进行修改完成后，再依据图3所述的预先检测的方法流程再次进行错误检测(步骤350)，发现修改后的串音现象已降低至98mV，且在测量第一线路波形510也不再发现异常波形530出现，确认为已将问题排除，以达到利用人工智能仿真数据库170而可以自动进行预先检测，以及后期诊断高速电路设计的方法。

根据前述的系统及其方法，在产品实际生产以前，可于初期设计即可检测出产品成品的问题点，可提供最佳化电路的判断准则，也能了解电气特性的稳定度，如此便可减少印刷电路板试做次数，进而降低设计生产成本。在产品实际生产后，也可由人工智能数据库逆向推回其可能发生的原因，于最短时间内找出错误产生的原因，缩短产品上市的时间，提高公司竞争力。

虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，还可做些改变和完善，因此本发明的专利保护范围以本说明书的申请专利保护范围所限定的为准。

Claims (10)

1.一种以数据库辅助电路设计的系统，该系统具有：

一输入模块，用以接收一使用者所输入的多个零件电气特性参数及多个线路图；

一辅助软件模块，用以依据各该零件电气特性参数及各该线路图，进行模拟分析；

一人工智能仿真数据库模块，记录多个设计的限定规则、问题点产生的类型及解决方式；

一错误反馈模块，用以显示该辅助软件模块依据该人工智能仿真数据库模块进行分析后所发现的多个问题点；及

一对比模块，用以寻找该人工智能仿真数据库模块的各该问题点记录，以及各该问题点的解决方式。

2.如权利要求1所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该系统还包含一修改模块，用以进行所述零件电气特性参数及各该线路图的修改。

3.如权利要求2所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该系统还包含一输出模块，用以输出修改完后的所述零件电气特性参数及所述线路图。

4.如权利要求1所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该错误反馈模块还用以接收该使用者所输入的多个作为后期诊断的问题点。

5.如权利要求1所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该设计的限定规则为总线终端方式、拓朴布局、及电路板层叠。

6.如权利要求1所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该问题点产生的类型为一时间差。

7.如权利要求1所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该问题点产生的类型为一串音干扰。

8.如权利要求1所述的以数据库辅助电路设计的系统，其中该辅助软件模块为一计算机辅助设计软件模块。

9.一种以数据库辅助电路设计的方法，该方法在进行错误检测时，包含下列步骤：

接收一使用者输入的欲进行错误检测的多个零件电气特性参数及多个线路图；

针对各该线路图上布放的距离及绕线分布进行测量；

加载一人工智能仿真数据库中所述零件电气特性参数相关记录的多个限定规则；

依据所述限定规则进行分析；及

针对一分析结果进行修改。

10.一种以数据库辅助电路设计的方法，该方法在进行后期诊断时，包含下列步骤：

接收一使用者输入的一产品设计的一个以上问题点；

加载一人工智能仿真数据库中所述问题点的记录及一产生的原因；

依据该产生的原因进行分析；

针对一分析结果进行所述问题点的修改；及

确认所述问题点解决，输出该产品设计。

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