Piirisuunnittelu on tieteellinen ja tekninen ala, joka käsittelee elektronisten piirien ja laitteiden suunnittelua, luomista ja virheenkorjausta (synteesi ja analysointi) eri tarkoituksiin [1] .
Piirisuunnittelun käsite soveltuu monenlaisiin elektronisiin laitteisiin, monimutkaisista järjestelmistä yksittäisiin transistoreihin integroidun piirin sisällä. Samalla yksinkertaisten tehtävien toteuttaminen on melko yhden henkilön ulottuvilla ilman lisäapua. Monimutkaisten ongelmien ratkaiseminen vaatii systemaattista lähestymistapaa, tietokonemallinnusta ja erityisten suunnittelutiimien osallistumista. Kuitenkin piirit ovat käytännössä joka tapauksessa väliasemassa idean syntymisen ja valmiin elektroniikkapiirin valmistuksen välillä. Sen päätehtävänä on kehittää elektroniikkapiirien rakenteita, jotka varmistavat määrättyjen toimintojen suorituskyvyn, sekä niiden rakenne-elementtien parametrien laskennan [1] .
On myös huomattava, että pätevä piiri edellyttää taloudellisten ja teknisten indikaattoreiden tasapainoa. Sekä suunnittelun varojen puute että niiden ylimäärä voivat muuttua negatiivisiksi. On tärkeää arvioida niiden taloudellista tehokkuutta kaikissa työn vaiheissa [2] .
Piirityön lopputuloksen tulee olla teollisen suunnittelun periaatteiden mukainen [2] .
Piirit voidaan jakaa analogisiin , digitaalisiin ja analogisista digitaalisiin.
Kun piirityön tekemisestä on tehty päätös, prototyyppien tekeminen on tärkeää . Sen avulla voit lyhentää elektronisten piirien kehitysaikaa vähentämällä suuria suunnitteluvirheitä. Lisäksi suhteellisen vaatimattomin keinoin prototyyppi antaa käytännössä mahdollisuuden testata elektroniikkapiiriin upotettuja ideoita. Suunnitteluominaisuuksista riippuen prototyyppien valmistus soveltuu sekä koko kehitykseen kokonaisuutena että sen yksittäisiin osiin [3] .
Yleisesti piirisuunnittelutyö koostuu seuraavista päävaiheista [4] :
Kuten kaikki suunnittelutyöt , piirisuunnittelu alkaa teknisten eritelmien kehittämisellä . Se muodostaa luettelon toiminnoista, jotka luodun elektronisen piirin tulee tarjota, mutta pääsääntöisesti se ei osoita tarkalleen, kuinka tämä tulisi tarjota [5] .
Spesifikaatio on yleensä yksityiskohtainen kuvaus asiakkaan vaatimuksista elektroniikkapiirille ja voi sisältää erilaisia sähköisiä parametreja, kuten tulo- ja lähtösignaalien ominaisuuksia, teholähteitä, tehonkulutusta. Lisäksi voidaan neuvotella fysikaalisista parametreista, kuten koko, paino, kosteudenkestävyys, käyttölämpötila-alue, lämmönpoisto, tärinänsuojaus, ylikuormituskestävyys ja vastaavat. Luodun elektroniikkapiirin tulevan tehokkaan toiminnan kannalta toimeksiantoon tulee sisältyä ehdot ns. vuorovaikutussuunnittelulle [6] .
Elektronisen piirin suunnittelu käy läpi useita vaiheita sen monimutkaisuudesta riippuen. Poikkeus koskee vain yksinkertaisimpia niistä, jotka on luotu kerralla. Ensimmäinen vaihe on signaalinkäsittelyn toimeksiannon vaatimusten kääntäminen tällaisten muunnosten lohkokaavioksi . Samalla lohkoja pidetään puhtaasti toiminnallisesti eräänlaisina " mustina laatikoina " niiden fyysistä sisältöä erittelemättä. Tämä lähestymistapa mahdollistaa erittäin monimutkaisenkin tehtävän jakamisen pienempiin fragmentteihin ja niiden ratkaisujen toteuttamisen joko peräkkäin tai rinnakkain jakaen ne eri suunnitteluryhmien kesken [7] [8] .
Lisäksi kunkin lohkon toiminnallisia tehtäviä tarkastellaan yksityiskohtaisesti kiinnittäen huomiota signaalinkäsittelyn ominaisuuksiin. Tämä vaihe voi vaatia käytännön tutkimusta tai prosessien matemaattista mallintamista . Ei ole poissuljettua, että työn tuloksena on tarve muuttaa vuokaaviota jakamalla tehtävät uudelleen sen lohkojen välillä [9] [8] .
Sitten lohkokaavion perusteella kehitetään periaate . Sen yksittäiset elementit valitaan, asetetaan taululle, minkä jälkeen ne kootaan "laitteistoon" vastaanottaen asettelun. Yleensä tämä vaihe on melko pitkä, koska se edellyttää pitkän listan käytännön rajoituksia huomioon ottamista. Näitä ovat piirin komponenttien keskinäinen vaikutus ja niiden saatavuus virransyötön suhteen ja koko rakenteen huollettavuus sekä vaatimus sen noudattamisesta standardien kanssa yms.
Viimeinen vaihe on layoutin testaus, tarvittaessa sen myöhempää hienosäätöä ja tuotantoa edeltävän elektronisen piirin luominen [10] .
Esisarjan elektroninen piiri on itse asiassa analogi lopulliselle asettelulle. Se on luotu tarkastamaan esisarjan testien aikana saatujen tulosten yhteensopivuus asiakkaan vaatimusten kanssa. Joskus piirielementtien vuorovaikutuksen korjaamiseksi testejä edeltää muodollinen todentaminen . Esisarjan testien tulosten perusteella järjestelmään tehdään lopulliset muutokset. Luo tarvittaessa uusi esituotantonäyte ja tee uusia testejä [5] .
Piirisuunnittelutyön tulokset laaditaan valmiiksi piirroksiksi sekä tarvittaessa tuotantotekniikat ja käyttöohjeet [10] .