EDA技術(shù)的概念參考模板

1、EDA技術(shù)的概念 EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計(jì)。 利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計(jì)算機(jī)上自動處理完成。 現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛

2、使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術(shù)。本文所指的EDA技術(shù)，主要針對電子電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)和IC設(shè)計(jì)。 EDA設(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)級、電路級和物理實(shí)現(xiàn)級。 2 EDA常用軟件 EDA工具層出不窮，目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。這些工具都有較強(qiáng)的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進(jìn)

3、行電路設(shè)計(jì)與仿真，同進(jìn)還可以進(jìn)行PCB自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。 (下面是關(guān)于EDA的軟件介紹,有興趣的話,舊看看吧) 下面按主要功能或主要應(yīng)用場合，分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、PCB設(shè)計(jì)軟件、IC設(shè)計(jì)軟件、PLD設(shè)計(jì)工具及其它EDA軟件，進(jìn)行簡單介紹。 2.1 電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具 我們大家可能都用過試驗(yàn)板或者其他的東西制作過一些電子制做來進(jìn)行實(shí)踐。但是有的時候，我們會發(fā)現(xiàn)做出來的東西有很多的問題，事先并沒有想到，這樣一來就浪費(fèi)了我們的很多時間和物資。而且增加了產(chǎn)品的開發(fā)周期和延續(xù)了產(chǎn)品的上市時間從而使產(chǎn)品失去市場競爭優(yōu)勢。有沒有

4、能夠不動用電烙鐵試驗(yàn)板就能知道結(jié)果的方法呢？結(jié)論是有，這就是電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)。 說到電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具這項(xiàng)技術(shù)，就不能不提到美國，不能不提到他們的飛機(jī)設(shè)計(jì)為什么有很高的效率。以前我國定型一個中型飛機(jī)的設(shè)計(jì)，從草案到詳細(xì)設(shè)計(jì)到風(fēng)洞試驗(yàn)再到最后出圖到實(shí)際投產(chǎn)，整個周期大概要10年。而美國是1年。為什么會有這樣大的差距呢？因?yàn)槊绹谠O(shè)計(jì)時大部分采用的是虛擬仿真技術(shù)，把多年積累的各項(xiàng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)參數(shù)都輸入電腦，然后通過電腦編程編寫出一個虛擬環(huán)境的軟件，并且使它能夠自動套用相關(guān)公式和調(diào)用長期積累后輸入電腦的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。這樣一來，只要把飛機(jī)的外形計(jì)數(shù)據(jù)放入這個虛擬的風(fēng)洞軟件中進(jìn)行試驗(yàn)，哪里不

5、合理有問題就改動那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在實(shí)際環(huán)境中測試幾次找找不足就可以定型了，從他們的波音747到F16都是采用的這種方法?？諝鈩恿W(xué)方面的數(shù)據(jù)由資深專家提供，軟件開發(fā)商是IBM，飛行器設(shè)計(jì)工程師只需利用仿真軟件在計(jì)算機(jī)平臺上進(jìn)行各種仿真調(diào)試工作即可。同樣，他們其他的很多東西都是采用了這樣類似的方法，從大到小，從復(fù)雜到簡單，甚至包括設(shè)計(jì)家具和作曲，只是具體軟件內(nèi)容不同。其實(shí)，他們發(fā)明第一代計(jì)算機(jī)時就是這個目的（當(dāng)初是為了高效率設(shè)計(jì)大炮和相關(guān)炮彈以及其他計(jì)算量大的設(shè)計(jì)）。2 / 11 電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Mat

6、lab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面簡單介紹前三個軟件。 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，是20世紀(jì)80年代世界上應(yīng)用最廣的電路設(shè)計(jì)軟件，1998年被定為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。1984年，美國MicroSim公司推出了基于SPICE的微機(jī)版PSPICE（Personal-SPICE）?，F(xiàn)在用得較多的是PSPICE6.2，可以說在同類產(chǎn)品中，它是功能最為強(qiáng)大的模擬和數(shù)字電路混合仿真

7、EDA軟件，在國內(nèi)普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以進(jìn)行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出、并在同一窗口內(nèi)同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無論對哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，都可以得到精確的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件及元器件庫。 multiSIM（EWB的最新版本）軟件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世紀(jì)末推出的電路仿真軟件。其最新版本為multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相對于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表

8、與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果，并且它在儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器（對于multiSIM7還具有四蹤示波器）、波特儀（相當(dāng)實(shí)際中的掃頻儀）、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表。還提供了我們?nèi)粘３Ｒ姷母鞣N建模精確的元器件，比如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數(shù)碼管等等。模擬集成電路方面有各種運(yùn)算放大器、其他常用集成電路。數(shù)字電路方面有74系列集成電路、4000系列集成電路、等等還支持自制元器

9、件。MultiSIM7還具有I-V分析儀（相當(dāng)于真實(shí)環(huán)境中的晶體管特性圖示儀）和Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器和動態(tài)邏輯平筆等。同時它還能進(jìn)行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 MATLAB產(chǎn)品族：它們的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。它具有數(shù)據(jù)采集、報(bào)告生成和MATLAB語言編程產(chǎn)生獨(dú)立C/C+代碼等功能。MATLAB產(chǎn)品族具有下列功能：數(shù)據(jù)分析；數(shù)值和符號計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)字圖像信號處理；財(cái)務(wù)工程；建模、仿真、原型

10、開發(fā)；應(yīng)用開發(fā)；圖形用戶界面設(shè)計(jì)等。MATLAB產(chǎn)品族被廣泛應(yīng)用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通訊系統(tǒng)仿真等諸多領(lǐng)域。開放式的結(jié)構(gòu)使MATLAB產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對問題的認(rèn)識同時，提高自身的競爭力。 2.2 PCB設(shè)計(jì)軟件 PCB（Printed-Circuit Board）設(shè)計(jì)軟件種類很多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB St

11、udio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。 目前在我國用得最多當(dāng)屬Protel，下面僅對此軟件作一介紹。 Protel是PROTEL（現(xiàn)為Altium）公司在20世紀(jì)80年代末推出的CAD工具，是PCB設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早在國內(nèi)使用，普及率最高，在很多的大、中專院校的電路專業(yè)還專門開設(shè)Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的Protel主要作為印刷板自動布線工具使用，其最新版本為Protel DXP，現(xiàn)在普遍使用的是Protel99SE

12、，它是個完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動布局布線），可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務(wù)體系結(jié)構(gòu)）， 同時還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線路板的自動布線，可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。Protel軟件功能強(qiáng)大（同時具有電路仿真功能和PLD開發(fā)功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。 2.3 IC設(shè)計(jì)軟件 IC設(shè)計(jì)工具很多，其中按市場

13、所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家都是ASIC設(shè)計(jì)領(lǐng)域相當(dāng)有名的軟件供應(yīng)商。其它公司的軟件相對來說使用者較少。中國華大公司也提供ASIC設(shè)計(jì)軟件（熊貓2000）；另外近來出名的Avanti公司，是原來在Cadence的幾個華人工程師創(chuàng)立的，他們的設(shè)計(jì)工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的IC設(shè)計(jì)。下面按用途對IC設(shè)計(jì)軟件作一些介紹。 設(shè)計(jì)輸入工具 這是任何一種EDA軟件必須具備的基本功能。像Cadence的composer，viewlogic的viewdraw，硬件描述語言VHDL、Verilo

14、g HDL是主要設(shè)計(jì)語言，許多設(shè)計(jì)輸入工具都支持HDL（比如說multiSIM等）。另外像Active-HDL和其它的設(shè)計(jì)輸入方法，包括原理和狀態(tài)機(jī)輸入方法，設(shè)計(jì)FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設(shè)計(jì)的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開發(fā)工具M(jìn)odelsim FPGA等。 設(shè)計(jì)仿真工作 我們使用EDA工具的一個最大好處是可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確，幾乎每個公司的EDA產(chǎn)品都有仿真工具。Verilog-XL、NC-verilog用于Verilog仿真，Leapfrog用于VHDL仿真，Analog Artist用于模擬電路仿真。Viewlogic的仿真器有：v

15、iewsim門級電路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCS-verilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech出品的VHDL和Verilog雙仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS（VHDL仿真器）?，F(xiàn)在的趨勢是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗(yàn)證的工具。 綜合工具 綜合工具可以把HDL變成門級網(wǎng)表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢，它的Design Compile是作為一個綜合的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它還有另外一個產(chǎn)品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。 另

16、外最近美國又出了一個軟件叫Ambit，據(jù)說比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬門的電路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來的綜合軟件Synergy。隨著FPGA設(shè)計(jì)的規(guī)模越來越大，各EDA公司又開發(fā)了用于FPGA設(shè)計(jì)的綜合軟件，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express， Cadence的Synplity， Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場的絕大部分。 布局和布線 在IC設(shè)計(jì)的布局布線工具中，Cadence軟件是比較強(qiáng)的，它有很多產(chǎn)品，用于標(biāo)準(zhǔn)單元、門陣列已可實(shí)現(xiàn)交互布線

17、。最有名的是Cadence spectra，它原來是用于PCB布線的，后來Cadence把它用來作IC的布線。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble-標(biāo)準(zhǔn)單元布線器；Gate Ensemble-門陣列布線器；Design Planner-布局工具。其它各EDA軟件開發(fā)公司也提供各自的布局布線工具。 物理驗(yàn)證工具 物理驗(yàn)證工具包括版圖設(shè)計(jì)工具、版圖驗(yàn)證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強(qiáng)的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。 模擬電路仿真器 前面講的仿真器主要是針對數(shù)字電路的，對于

18、模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。只不過是選擇不同公司的SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE現(xiàn)在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，HSPICE作為IC設(shè)計(jì)，其模型多，仿真的精度也高。 2.4 PLD設(shè)計(jì)工具 PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設(shè)計(jì)方法是借助于EDA軟

19、件，用原理圖、狀態(tài)機(jī)、布爾表達(dá)式、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，最后用編程器或下載電纜，由目標(biāo)器件實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。 PLD的開發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠家提供，但隨著器件規(guī)模的不斷增加，軟件的復(fù)雜性也隨之提高，目前由專門的軟件公司與器件生產(chǎn)廠家使用，推出功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件。下面介紹主要器件生產(chǎn)廠家和開發(fā)工具。 ALTERA：20世紀(jì)90年代以后發(fā)展很快。主要產(chǎn)品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發(fā)工具-MAX+PL

20、US II是較成功的PLD開發(fā)平臺，最新又推出了Quartus II開發(fā)軟件。Altera公司提供較多形式的設(shè)計(jì)輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟件ModelSim。 ILINX：FPGA的發(fā)明者。產(chǎn)品種類較全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex-II Pro器件已達(dá)到800萬門。開發(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在日本和亞太地區(qū)用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。

21、全球PLD/FPGA產(chǎn)品60%以上是由Altera和Xilinx提供的?？梢灾vAltera和Xilinx共同決定了PLD技術(shù)的發(fā)展方向。 Lattice-Vantis：Lattice是ISP（In-System Programmability）技術(shù)的發(fā)明者。ISP技術(shù)極大地促進(jìn)了PLD產(chǎn)品的發(fā)展，與ALTERA和XILINX相比，其開發(fā)工具比Altera和Xilinx略遜一籌。中小規(guī)模PLD比較有特色，大規(guī)模PLD的競爭力還不夠強(qiáng)（Lattice沒有基于查找表技術(shù)的大規(guī)模FPGA），1999年推出可編程模擬器件，1999年收購Vantis（原AMD子公司），成為第三大可編程邏輯器件供

22、應(yīng)商。2001年12月收購Agere公司（原Lucent微電子部）的FPGA部門。主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。 ACTEL：反熔絲（一次性燒寫）PLD的領(lǐng)導(dǎo)者。由于反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，所以在軍品和宇航級上有較大優(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。 Quicklogic：專業(yè)PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區(qū)銷售量不大。 Lucent：主要特點(diǎn)是有不少用于通訊領(lǐng)域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區(qū)使用的人很少。

23、0;ATMEL：中小規(guī)模PLD做得不錯。ATMEL也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產(chǎn)品中使用較少，多用在低端產(chǎn)品上。 Clear Logic：生產(chǎn)與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶的設(shè)計(jì)一次性固化，不可編程，批量生產(chǎn)時的成本較低。 WSI：生產(chǎn)PSD（單片機(jī)可編程外圍芯片）產(chǎn)品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP（在線編程），集成度高，主要用于配合單片機(jī)工作。 順便提一下：PLD（可編程邏輯器件）是一種可以

24、完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數(shù)字電路基礎(chǔ)，會使用計(jì)算機(jī)，就可以進(jìn)行PLD的開發(fā)。PLD的在線編程能力和強(qiáng)大的開發(fā)軟件，使工程師可以幾天，甚至幾分鐘內(nèi)就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數(shù)百萬門的復(fù)雜設(shè)計(jì)集成在一顆芯片內(nèi)。PLD技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。 2.5 其它EDA軟件 VHDL語言：超高速集成電路硬件描述語言（VHSIC Hardware Deseription Languagt，簡稱VHDL），是IEEE的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)語言。它源于美國國防部提出的超高速集成電路（Very High Speed Integrated Circu

25、it，簡稱VHSIC）計(jì)劃，是ASIC設(shè)計(jì)和PLD設(shè)計(jì)的一種主要輸入工具。Veriolg HDL：是Verilog公司推出的硬件描述語言，在ASIC設(shè)計(jì)方面與VHDL語言平分秋色。其它EDA軟件如專門用于微波電路設(shè)計(jì)和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。 3 EDA的應(yīng)用 EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。在教學(xué)方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語言編寫規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并

26、從事簡單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD開發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開發(fā)系統(tǒng)），為今后工作打下基礎(chǔ)。 科研方面主要利用電路仿真工具（multiSIM或PSPICE）進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測試；將CPLD/FPGA器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事PCB設(shè)計(jì)和ASIC設(shè)計(jì)等。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面，包括計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)品開發(fā)中的EDA工具應(yīng)用、系統(tǒng)級模擬及測試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的EDA技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測試等各個環(huán)節(jié)。如PCB的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、ASIC的制作過程等。 從應(yīng)用領(lǐng)域來看，EDA技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，如上文所說，包括在機(jī)械、電子、通信、航空航航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA應(yīng)用。另外，EDA軟件的功能日益強(qiáng)大，原來功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類效果圖、