一种系统级电路审查方法及工具

摘要

一种系统级的电路审查方法及工具，先从系统级电路设计所采用的各原理图设计工具导出一种常用格式的中间文件；中间文件经过分析处理后形成原始数据进行保存；根据设置的单板之间的关系及单板上接插件的关系和用户选择的连接器或信号线进行数据查询；对数据进行链接和筛选，并返回包含审查结果的数据。本发明可进行系统级的电路审查，消除了多种原理图设计工具对系统级原理图审查造成的格式不兼容的影响，并消除了连接器对审查的影响，可以突出用户关注的某个连接器或某根信号线的详细信息，从而可以缩小审查的范围，提高审查的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及对电路进行审查以保证电气网络正确连接的电路检测技术领域，尤其涉及一种系统级的电路审查方法及工具。

背景技术

在高度竞争的电子市场中，产品的应市时间越来越缩短。特别是通信领域，高速的中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等应用越来越多，功能也越来越复杂。短暂的产品研发周期迫使开发团队站在前人的肩膀上针对新器件进行局部的更新以达到期望的性能。为了提高设计效率(例如改动芯片或增加功能)，实现某一功能的电路往往被设计成模块，并通过统一的接口——总线连接到系统中。随着处理器处理能力的不断提高，各种不同结构的总线被同时应用到产品中，模块与模块之间通过连接器后使电路的连接变得越来越复杂，设计中稍不注意就会发生连接上的低级错误，直接影响研发的进度。

目前，连接器被广泛应用在电子设备中用以连接两块或者多块电路板：有的是受产品体积的限制，为了放下所有的电子零件而被迫使用多块印刷板的，如手机、个人掌上电脑等；有的是为提高产品功能的灵活性而配置的，如计算机主板可以通过接入不同的板卡实现多种功能等。如图1所示为系统级电路常见的一种拓扑结构，采用单板+扣板，或主板+插卡的形式。如图2所示为系统级电路常见的另一种拓扑结构，采用背板+单板的形式。单板之间通过连接从电气原理上说连接器只是连接两块电路板，只要两边的管脚所连接的电气网络是一致的就可以了。但随着电路复杂程度的增加，一根信号线常常连接了数块单板而需要穿越多个连接器。最麻烦的是结构可以灵活配置的系统，它的连接器在不同的应用场合可以接上不同类型的单板(例如计算机主板的扩展插槽可以接上网卡、声卡和显卡等等)以扩展不同的功能，非常容易发生连接单板A的时候没有问题，而插上单板B则会导致整个系统的崩溃故障。

为了便于设计和管理，每一块单板一般被设计为一个独立的原理图。这些原理图使用设计工具(如Mentor公司的ViewDraw)提供的审查功能都可以检查板内原理图电气网络的连接正确性。但是对于连接器外的电路(其他单板的原理图)这个审查功能就无法使用了，需要工程师手工结合设计说明中的连接器定义和各个设计的原理图进行人工审查，逐一对比相关的两个连接器件，审查每一对管脚在两个原理图中所连接电气网络的正确性。

现有技术的缺点在于：

1、设计团队使用习惯的不同导致原理图的制作使用了不同的原理图设计工具，格式的不兼容增加了系统级电路的审查难度；

2、审查涉及数块单板、穿越多个连接器的系统级信号线非常困难；

3、审查效率随设计复杂程度的增加呈指数式下降，单纯的人工审查也非常容易出错。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术进行电路审查时无法方便有效地对系统级的电路进行审查的不足，提供一种系统级电路审查方法及工具，从而能方便、高效、准确地实现系统级电路审查。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

这种系统级的电路审查方法，包括以下步骤：

A、首先从单板级电路设计所采用的各原理图设计工具导出一种常用格式的包含元器件和电气网络信息的中间文件；

B、所述中间文件经过分析处理后，形成原始数据进行保存；

C、根据单板与单板之间的关系以及各单板上接插件的关系和用户要审查的连接器或信号线对原始数据进行数据查询；

D、对数据进行链接和筛选，并返回包含审查结果的数据。

所述的方法还进一步包括：对返回的数据进行处理，生成包含审查结果的表格、文件，或调用绘图系统依据审查结果画出直观的电路拓扑结构。

所述的中间文件可采用网表。所述的步骤B中，对中间文件进行分析处理包括以下步骤：依据所述中间文件格式的不同，调用对应的分析引擎对各中间文件进行单元分离和信息类型的匹配，从中得出器件编号、器件封装、器件参数、电气网络标号、器件连接关系的原始数据；然后对原始数据进行去除无效信息的格式化操作。

在以连接器为审查对象进行审查时，对数据进行筛选、连接的步骤包括：

D1、从某一单板的器件编号中查找被审查对象，并筛选出要审查的连接器的器件管脚；

D2、根据器件管脚在该单板的电气网络中查找该连接器上每一个管脚，并筛选出与之相连接的电气网络，形成与该连接器相连接的电气网络组；

D3、根据该电气网络组筛选出该单板上所有电气网络的连接情况，包括所有连接到该电气网络组上的元器件和连接器；

D4、获取该电气网络组上每一根电气网络在该单板上除被审连接器外的所有连接器，并根据由用户设定的连接器关系中找到该电气网络组穿透到其它单板的连接器；

D5、重新根据D1、D2、D3所述的方法筛选出所述其它单板上连接器的连接情况；

D6、对上述获取到的电气网络组在各单板上几个部分的电气网络进行连接，除去连接器后得出电气网络组在系统设计中完整的结构；

如果需要获取某一根信号线的详细资料，则从上述步骤D6生成的结果中筛选出被审查的信号线，得出该信号线上所连接的元器件的情况。

相应的一种系统级的电路审查工具，包括原理图数据分析模块、数据处理模块、数据库模块和用户界面模块；所述的原理图数据分析模块、数据处理模块及数据库模块顺序连接，原理图数据分析模块读取各原理图设计工具设计原理图上的元器件和电气网络信息，将这些信息传送到数据处理模块；数据处理模块将原理图上的数据进行分析处理后存入所述的数据库模块；所述的用户界面模块分别与所述的数据处理模块和数据库模块连接，用于设置的单板与单板之间的关系以及各单板上接插件的关系，并选择要审查的连接器或信号线，下发审查命令，生成数据库指令到数据库模块进行数据查询。

本发明的有益效果为：本发明使用常用格式的中间文件如网表获取原理图信息，支持多种原理图设计工具制作的原理图，为多平台设计提供了接口，解决了多种原理图接口审查的问题；可以使用数据库模块按照一定的方式管理整个设计所有的原理图数据，以用于获取局部总线的拓扑结构和单个信号线的详细连接等。本发明依据连接器两侧管脚的连接关系实现电气网络的穿透，使多个原理图联结成一个完整的设计，提高了单板间接口电路审查的效率和准确性，能快速获取总线在整个系统中的拓扑结构，并能支持查阅整个系统中所有连接到指定电气网络的器件报表，从而提前发现高速信号线在整体连接上的隐患。

综上所述，本发明可进行系统级的电路审查，消除了多种原理图设计工具对系统级原理图审查造成的格式不兼容的影响，并消除了连接器对审查的影响，将多个单板组成的系统合并为一个完整的电气网络，为后续的审查提供数据。而且可以突出用户关注的某个连接器或某根信号线，以及所有单板上与之相连的电气网络和器件，其他无关的则被屏蔽，从而可以缩小审查的范围，提高审查的效率。

附图说明

图1为系统级电路常见的一种拓扑结构示意图；

图2为系统级电路常见的另一种拓扑结构示意图；

图3为本发明系统级电路审查工具的结构示意图；

图4为本发明原理图数据获取方法示意图；

图5为本发明数据输入流程示意图；

图6为本发明数据查询流程示意图；

图7为本发明审查连接器的结果输出示意图；

图8为本发明审查信号线的结果输出示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

系统级电路审查的难点在于连接器把不同模块(单板)的电路割断了，可能单独从连接器的一边看信号线被拉高到正电源，没有问题；再从连接器的另一边看，信号线拉被低到电源地也是没有问题，两边都符合设计要求，然而两块电路板制成后对接，结果信号线既不是高电平也不是低电平，系统随即进入不稳定的状态，故障至此才发现。对于连接到多块单板的系统级信号线，这种问题出现的几率就更大了。只有除去连接器的影响，从全局掌握信号线在穿过连接器后的情况，才能确保每一个模块上每一根信号线在整个系统中的正确性。

为了改善现有技术的缺点，本发明利用计算机强大的数据管理功能对整个设计的数据进行处理，用户只需要通过友好的界面告诉工具需要审查那一个连接器或者是信号线，稍等即可得到与之关联的所有信息(例如拓扑结构等等)，其他无关的则被屏蔽，从而提高审查的效率。

如图3所示，本发明通过软件设计实现，形成系统级的电路审查工具，本发明总线级电路审查工具由原理图数据分析模块、数据处理模块、数据库模块和用户界面共四个主要部分构成，各部分的作用如下：

1)原理图数据分析模块用于消除多种原理图设计工具对系统级原理图审查造成的影响，负责读取各种原理图设计工具设计原理图上的元器件和电气网络等信息；

2)数据处理模块负责将原理图数据分析模块读取的原始数据进行分类和格式化，选取其中的元器件型号、管脚和电气网络等数据存入数据库模块；

3)数据库模块用于数据的管理和查询，将被审查设计电路合并为一个完整的电气网络，消除连接器对审查的影响和突出用户关注的某个连接器或某根信号线的连接情况；

4)用户界面模块提供友好的界面，以人性化的向导型操作提高工具的易用性。

下面对本发明的原理进行具体说明：

一、原理图数据的获取和分析

每一种原理图设计工具都会采用特定格式的设计文件用于原理图的管理，但由于这些私有格式一般不会对外公布，因此直接从设计文件中获取数据是非常困难的。考察不同原理图设计工具所设计的原理图，其所包含的信息基本上可以划分为器件、电气网络和注释这三种数据。除去注释这类帮助信息，对应于一个原理图的关键数据就是器件和电气网络，也就是网表(netlist)了。

网表具有多种的格式，常见的网表一般是ASCII编码的文本文件，对于不同格式的网表有它自身的规则(例如：前导为“#R10”的表示电阻器件R10，“$GND”表示电气网络GND等等)，但基于它是原理图设计和印刷板设计之间的桥梁，大多数的格式都是公开的，在构造分析引擎相对容易些，因此本发明采用网表作为原始数据进行审查。只要原理图设计工具能输出常用格式的网表，本发明通过相应的数据分析模块就能够读取由该原理图设计工具设计的原理图。

如图4所示，分析引擎是本发明数据分析模块中根据不同网表的规则编写的一段文本语法分析程序，用于分离各项单元信息、匹配和除去前导符号等。根据用户输入文件的扩展名不同而判断网表是何种类型，自动调用对应的分析引擎对这些网表进行分析。随后分析引擎开始读取网表文件中的文本，依据网表格式的不同，分析引擎首先查找特定的分隔符，将从网表中获取的一堆文本进行单元分离。已分离的文本立刻进行信息类型匹配，分别转换为器件编号、器件封装、器件参数、电气网络标号、器件连接关系等原始数据，同时启动格式化模块对原始数据进行去除空格和前导符号等无效信息，最后保存到数据库待用。

下面用常见的Allegro格式的网表(文件扩展名一般为*.tel)进行具体介绍：

如$PACKAGES这个关键字表示下面为器件封装信息和器件参数。

SR0603!′R0603_4K7′！′4.7K′；R51 R52 R171 R172

其中，″SR0603″表示器件编号为R51/R52/R171/R172的器件封装型号，′R0603_4K7′为附加说明，′4.7K′为电阻器的电阻大小，“！”和″；″为前导符，″″(空格)为分割符。

如$NETS这个关键字表示下面为电气网络信息。

′+5VI′；C36：F2041.2C38：F2028.1C39：F2000.1

其中，′+5VI′表示网络标号，分割符“；”表示后面的数据为电气网络所连接的器件以及管脚，例如“C36：F2041.2”表示电容C36的第2个管脚连接到+5VI上，这里″：″和″.″就是前导符了。

分离就是需要把每一行上的文本分离为“′+5VI′”、“；C36：F2041.2”和“C38：F2028.1”这些单元，匹配则是查找“$NETS”、“；”、“：”等等含有特殊意义的字符，进而可以把这些文本归类，这样就可以把不同的网表统一起来实现兼容多种的原理图设计工具的目的。

二、电路审查的实现方案

系统级电路审查需要至少2个关联的原理图才能进行。如图5和图6所示，从原理图设计工具导出常用格式的网表，原理图数据经过数据分析模块分析、处理后存入数据库模块。然后用户通过审查工具的用户界面下发审查命令。这些命令在后台被转换为包含审查对象、审查方式和审查规则等的信息，结合用户指定的参数(包括原理图关系、连接器关系等等)后生成数据库指令进行数据查询。

如图7所示，当前审查对象为连接器J1，它对应于背板的槽位1，相应在单板A上为连接器J1。在连接器J1上的总线Z跨接了背板、单板A、B和C。由用户通过用户界面模块设置单板与单板之间的关系(例如：背板、主控板、业务板等等)和各单板上接插件的关系；选择被审查的连接器或信号线，通过用户界面下发审查命令，这些命令在后台被转换为审查对象(如连接器J1)、审查方式(如获取连接器J1上总线Z在单板A以及单板B上的电气网络)和审查规则(如上报包括串连电阻、匹配电容等与总线Z相连的器件)等的信息后生成数据库指令进行数据库模块的数据查询。数据库引擎根据指令对数据进行筛选、连接和排序，具体步骤如下：

1、从单板A的器件编号中查找被审查对象连接器J1并筛选出连接器的器件管脚；

2、根据步骤1得出的结果在单板A的电气网络中查找被审查对象上每一个管脚，并筛选出与之相连接的电气网络，形成与连接器J1相连接电气网络组(总线Z)；

3、根据步骤2得出的总线Z在单板A的电气网络中筛选出总线Z上所有电气网络的连接情况，包括所有连接到总线Z上的元器件和连接器，至此单板A上与被审查对象无关的器件和电气网络已被屏蔽；

4、逐一获取“总线Z”上每一根电气网络在单板A上除连接器J1外的所有连接器，并根据由用户设定的连接器关系中找到“总线Z”穿透到背板的连接器上；

5、依据类似步骤1和2的方法在背板上筛选出与其连接器相对应连接器(J2、J3)的连接情况，同样，与这些连接器无关的器件和电气网络也被屏蔽了；

6、对上述步骤获取到的总线Z在背板、单板A和单板B上几个部分的电气网络进行连接，除去连接器后得出总线Z在系统设计中完整的结构；

7、最后可以选择依据电气网络的网络编号对结果进行排序。

审查结果被送到用户界面模块，由于总线Z上一般包含的信息比较多，而计算机的屏幕大小有限，因此用户界面上首先显示的是总线Z的拓扑结构。根据用户的使用习惯，用户界面模块将会使用表格输出文字形式的拓扑结构，或者是调用绘图系统描绘出单板以及它们的位置和关系、连接器的位置和编号，还有总线Z的拓扑结构。

对于高速的信号线，还需要工程师在总线中提取出来，分析主控器、匹配电阻、上下拉电阻、耦合电容、连接器以及设备等连接到该高速信号线上所有器件是否符合该总线的规范，从而提前发现隐患。如果需要单根信号的详细资料，可以使用审查工具提供的查询功能。用户只需要选择被审查的电气网络后激活查询命令即可。如图8所示，如果需要获取某一根信号线的详细资料，可以从上述数据查询步骤生成的结果中筛选出被审查的信号线，把与之无关的器件屏蔽，用户界面模块将再次使用表格输出文字形式的审查结果或者是调用绘图系统描绘该信号线位置、网络标号以及各器件的连接情况，从而得出该信号线上所连接的电阻、电容、连接器和芯片等等信息。比如输出的图形化结果中有一个电阻R1，则会在屏幕上画一个电阻的符号，同时标记该电阻的器件编号和器件参数、标记电阻属于哪块单板，如此实现审查结果的直观化。

本发明使用中间文件(包括但不限于网表)获取原理图信息，解决多种原理图接口审查的问题；使用数据库模块按照一定的方式管理整个设计所有的原理图数据，以用于获取局部总线的拓扑结构和单个信号线的详细连接等；依据连接器两侧管脚的连接关系实现电气网络的穿透，使多个原理图联结成一个完整的设计。提高了单板间接口电路审查的效率和准确性，能快速获取总线在整个系统中的拓扑结构，支持查阅整个系统中所有连接到指定电气网络的器件报表，从而提前发现高速信号线在整体连接上的隐患。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。