基于模塊化的數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計研究

李珊瓊

摘? 要：近年來，電子技術(shù)飛速發(fā)展，超大規(guī)模的集成電路在各項芯片的設(shè)計中有了廣泛的應(yīng)用，數(shù)字電路的設(shè)計問題變得越來越復雜，尤其是電子產(chǎn)品的自動化設(shè)計問題愈發(fā)復雜，該文分析了如何在數(shù)字電路的設(shè)計中明確研究目標，優(yōu)化電路的設(shè)計模塊化發(fā)展，促進數(shù)字電路的設(shè)計質(zhì)量提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路? 模塊化? 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TN79 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0038-02

隨著集成電路的電子產(chǎn)品在生活中普及，對數(shù)字電路的要求變得愈發(fā)高，數(shù)字電路在設(shè)計與優(yōu)化的過程中要確保電路的準確性，進行模塊化處理，使其在未來應(yīng)用的時候?qū)崿F(xiàn)信息化、智能化以及共享化的優(yōu)勢。該文分析了數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計的必然發(fā)展趨勢，提出了模塊化設(shè)計的思路。

1? 數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計與模塊化設(shè)計的對比

數(shù)字電路是超大集成電路發(fā)展的必然結(jié)果，可以將規(guī)模龐大的電路問題以更便捷的命令指控的方式解決，通過數(shù)字電路的模塊化設(shè)計，可以讓大規(guī)模的電路變得具有信息共享的功能，電路的整體優(yōu)化效果也可以得到全方位的保障。在整理數(shù)字電路的模塊化設(shè)計思路的過程中，需要將原來復雜、龐大的電路問題進行逐一分解，以簡單的電路模塊進行由繁入簡的操作，在問題簡單化之后進行邏輯性步驟的重新梳理，逐個地實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。可以說，模塊化的設(shè)計的設(shè)計思路是一個思想簡化的過程，將規(guī)模龐大、復雜、完整的數(shù)字電路系統(tǒng)變成許多個簡單、小規(guī)模的電路系統(tǒng)，通過計算機建模的方式進行數(shù)字電路功能的逐一描述，逐個開展模塊化設(shè)計，這一過程中，各類型的電路問題可以以輸入變量和輸出變量的方式進行總結(jié)、類比，確保電路的整體設(shè)計問題具有簡潔化的特點。

在數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要將真值表當作一個完整的數(shù)字電路系統(tǒng)，將數(shù)字電路系統(tǒng)的輸入變量與輸出變量進行模塊化的設(shè)計與優(yōu)化，最后將輸入的組合尾數(shù)當作子系統(tǒng)的輸入信號，將其余的信號當作通信信號，通過不同的設(shè)計思路優(yōu)化方式，將各個敏感的負荷電纜作為單獨的電路線路進行優(yōu)化設(shè)計，不同的功能電路模塊選擇不同的供電區(qū)域，讓整個數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計效果達到最佳。

模塊化的電路優(yōu)化設(shè)計與傳統(tǒng)的電路設(shè)計相比較，在算法的使用上具有兩個明顯的優(yōu)勢：第一個優(yōu)勢是模塊化的電路優(yōu)化算法解決了電路選擇系統(tǒng)的隨機性問題;第二個優(yōu)勢是模塊化的電路優(yōu)化設(shè)計使用的進化算法減少了子系統(tǒng)的輸入尾數(shù)的特點，縮減算法尋找求解的空間，讓算法可以更快地尋找到最優(yōu)解，尋找最優(yōu)解的難度也大大降低，有助于進一步提升模塊化設(shè)計算法的成功率。

2? 數(shù)字電路的模塊化電路優(yōu)化設(shè)計措施

2.1 數(shù)字電路的染色體編碼優(yōu)化

在對數(shù)字電路的模塊化進行結(jié)構(gòu)編程的時候，染色體編碼的算法優(yōu)勢有利于確保遺傳算法的順利執(zhí)行，在邏輯思考的過程中將染色體進行獨立劃分，建立多個相互獨立的子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間具備不同的通信號位、連線編碼以及編碼功能，確保優(yōu)化數(shù)字電路設(shè)計的遺傳算法在使用的時候可以應(yīng)用實數(shù)進行編碼，確保染色體數(shù)字結(jié)構(gòu)中的各個子系統(tǒng)之間快速合成，形成一個單獨且完整的染色體結(jié)構(gòu)，獨立運行，并不會對各個子系統(tǒng)的進化產(chǎn)生影響。在數(shù)字電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候，基于電力資源節(jié)約的原則，染色體子系統(tǒng)之間的邏輯應(yīng)當互相獨立，編碼方案如圖1所示。

2.2 在數(shù)字電路優(yōu)化的過程中設(shè)計適應(yīng)度函數(shù)

基于遺傳算法進行數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計，要確保遺傳算法可以開展適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計，否則會直接影響數(shù)字電路的最終模塊化設(shè)計結(jié)果。在設(shè)計適應(yīng)度函數(shù)的時候，要通過計算的結(jié)果進行合理性分析，適應(yīng)度函數(shù)的計算結(jié)果點評數(shù)字電路的優(yōu)化設(shè)計合理性，對比適應(yīng)度函數(shù)的輸出值與期望值，分析比較二者數(shù)據(jù)計算的結(jié)果來判斷數(shù)字電路模塊化優(yōu)化設(shè)計的效果是否符合預期。具體的適應(yīng)度函數(shù)如下：

2.3 數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計過程的選擇操作

基于數(shù)字電路模塊化設(shè)計原則，可以應(yīng)用競爭選擇的策略進行操作，從父代數(shù)字電路的基礎(chǔ)上在模塊化的電路中進行隨機選擇，選擇一定數(shù)量的遺傳個體，借助適應(yīng)度函數(shù)的計算方式進行計算結(jié)果的合理性分析，對各個遺傳個體的計算效果急性逐一比較，最終將適應(yīng)度最高的遺傳個體篩選出來，并對不同的遺傳個體進行交叉操作，不斷重復這一操作，直到所有的遺傳個體都完成對應(yīng)的交叉操作。

2.4 數(shù)字電路優(yōu)化設(shè)計過程的交叉算子的比較

從父代的電路群體中隨機抽取不同的染色體電路體系，按照上一設(shè)計步驟中的概率進行交叉配對，確保不同模塊之間的優(yōu)秀設(shè)計和運轉(zhuǎn)機制可以在交叉配對的過程中得到保留，以此來達成最佳的群遺傳的設(shè)計目標。在篩選交叉算子的時候，最常用的篩選方法有單點交叉、兩點交叉、均勻交叉等方法，其中均勻交叉的方法具有多次置換的特點，可以對染色體系統(tǒng)進行均勻交叉操作，隨機選擇符合模塊化優(yōu)化設(shè)計原則的父代染色體個體，確保后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計操作可以順利地進行。

在交叉算子比較和篩選的過程中，為了確保滿足數(shù)字電路的多樣性優(yōu)化需求，在種群多樣性上還要用常見的染色體進行概率分析，讓數(shù)字電路的多樣性變得更加豐富，也能夠優(yōu)化整個染色體的基因，確保種群的多樣性得到良好的保持。

數(shù)字電路的整體電路功能非常復雜，電力規(guī)模也非常大的龐大，常見的模塊化設(shè)計理念已經(jīng)無法積極性分解和細化，將復雜的電路進行一系列的分解與優(yōu)化，可以建立一個真值表對各個模塊的電路功能進行描述和設(shè)計，將數(shù)字電路的輸入值和輸出值等不同的變量進行模塊化設(shè)計，其余的數(shù)字作為選通的信號，借助遺傳算法的方式進行模塊化設(shè)計的優(yōu)化，有助于數(shù)字電路的設(shè)計優(yōu)化效果的提升。

3? 結(jié)語

隨著數(shù)字電話在電子產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用中的范圍越來越廣泛，優(yōu)化數(shù)字電路的設(shè)計已經(jīng)成為了必然，在數(shù)字電路設(shè)計的過程中應(yīng)用模塊化的方法，引入遺傳算法的方式，提高數(shù)字電路模塊化設(shè)計的可靠性以及精準性，讓整個電氣元件的應(yīng)用質(zhì)量得到很好的水平提高以及優(yōu)化，為整個數(shù)字電路的繼續(xù)優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ)，實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用和長遠的發(fā)展。

參考文獻

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