随着芯片技术和计算机科学的发展，电路系统不断向微型化、智能化和高集成化发展，大到航空航天控制系统，小到家用电器、办公设备，电子系统功能日臻完善，系统复杂性不断提高。随之而来的一个重要问题也摆在人们面前，那就是系统的可靠性。尤其在飞行器、核设施、高温、高寒、人体内部等可维护性差的应用环境中，电路系统的稳定性和容错能力成为电路设计的新挑战。针对这些问题，本文提出一种基于阶梯式进化的电路自动设计方法，该设计方法旨在提高电子系统的容错能力，赋予电路自组织、自进化、自修复的能力。围绕电路进化设计，本文展开了以下研究：（1）研究分析了染色体基因与电路的结构的映射关系，将基于表现型的染色体交叉方法引入电路进化设计，以电路的有机结构作为染色体交叉的最小单位，保留了优秀基因的完整性，有效避免交叉对染色体的破坏。（2）类比黑死病瘟疫加速欧洲人种进化的实例，对种群进化使用加大选择压力的选择策略，控制种群的存活率，及时淘汰低劣个体。结合备份还原的思想，在遗传重组前将个体及适应度信息存储到基因库当中，选择发生在种群和基因库的并集中，扩大了算法的搜索范围，保存了有些个体，提高了种群多样性。（3）回溯到形态学的理论中，将种内竞争引入进化设计，降低相似度高、基数大的个体的适应度，控制近亲繁殖、保持种群多样性。同时对适应度函数做指数拓展，放大个体差异，提高选择精度。本文通过进化实验证明了该适应度函数的优越性，并测定涉及到的参数。（4）针对用遗传算法设计电路时通常存在早熟收敛、收敛速度慢等不足的问题，本文提出了一种阶梯式进化的方法。阶梯式进化是指把结构复杂、规模大的数字电路系统根据逻辑功能分解为几种简单的逻辑单元，然后再将逻辑单元各个输出分离出来，对电路进行最小项编码，搜索各输出加载的最小项，最后再通过进化生成实现这些最小项电路所对应的染色体。