EDA畢業(yè)設計論文

1、鄭州輕院輕工職業(yè)學院專科畢業(yè)設計（論文） 題 目 EDA技術在電子線路設計中的應用學生姓名 ?？∩?專業(yè)班級 電子工藝與管理 學 號 08111164 系 別 機電工程系 指導教師(職稱) 郭建莊（高級講師） 完成時間 2011 年 03 月 19 日 技術在電子線路設計中的應用摘要 電子設計的必由之路是數字化，這已成為共識。EDA技術是伴隨著計算機、集成電路、電子系統的設計發(fā)展起來的。電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，在涉及通信、國防、航天、工業(yè)自動化、儀器儀表等領域的電子系統設計工作中，EDA技術的含量正以驚人的速度上升，它已成為當今電子技術發(fā)展的前沿之一。20世紀90年代，國際上電子和計算

2、機技術較先進的國家，一直在積極探索新的電子電路設計方法，并在設計方法、工具等方面進行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術設計領域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應用，已得到廣泛的普及，這些器件為數字系統的設計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結構和工作方式進行重構，從而使得硬件的設計可以如同軟件設計那樣方便快捷。本文首先闡EDA技術的基本概念和發(fā)展過程，并通過實例介紹EDA技術在電子設計中的應用。關鍵詞EDA技術概述/電子線路設計/EDA技術的發(fā)展The rapid development of the EDA technologyABSTRACTElectr

3、onic Design is the comonly way to digital, which has become the consensus. Electronic products are being carried out at an unprecedented rate of innovation, mainly large-scale programmable logic devices in a wide range of applications. Especially in the current semiconductor technology has reached t

4、he level of deep sub-micron chip integration of high-reach stem megabits, the clock frequency to the stem MHz is also more than the development of the median data of several billion times per second, the future integrated circuit technology will be the development trend of system-on-chip SOC. In ord

5、er to achieve on-chip system-on-chip programmable complex programmable logic device (CPLD) and field programmable gate array (FPGA) will become the future design of electronic systems, a direction of development. Therefore, the development of electronic design technologies to today, will face even g

6、reater significance in another breakthrough, FPGA on the basis of a wide range of EDA applications.EDA technology concepts: EDA is the electronic design automation, as it is just a new technology developed, involving a wide range of content-rich, understanding of different, so there is no one precis

7、e definitiKEY WORDSEDA technology, Electronic Design, EDA technology concept前言 在數字化的道路上，電子技術經歷了一系列重大的變革。從應用小規(guī)模集成電路構成電路系統，到廣泛地應用微控制器或單片機(MCU)，在電子系統設計上發(fā)生了具有里程碑意義的飛躍。電子產品正在以前所未有的速度進行著革新，主要表現在大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷膹V泛應用。特別在當前，半導體工藝水平已經達到深亞微米，芯片的集成高達到干兆位，時鐘頻率也在向干兆赫茲以上發(fā)展，數據傳輸位數達到每秒幾十億次，未來集成電路技術的發(fā)展趨勢將是SOC(System 0h aC

8、h5p)片上系統。從而實現可編程片上系統芯片CPU(復雜可編程邏輯器件)和5PGA(現場可編程門陣列)必將成為今后電子系統設計的一個發(fā)展方向。所以電子設計技術發(fā)展到今天，又將面臨另一次更大意義的突破，而EDA(電子設計自動化)技術在電子產品設計上的應用地 日漸突出.一、 EDA技術概述1、EDA技術的概念: EDA是電子設計自動化(E1echonics Des5p AM·toM60n)的縮寫。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技術，涉及面廣，內容豐富，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。但從EDA技術的幾個主要方面的內容來看，可以理解為：EDA技術是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設計載體，以硬

9、件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的一門新技術?？梢詫崿F邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形集成電子系統或專用集成芯片。2、EDA技術的發(fā)展大致可以分為三個發(fā)展階段。20世紀70年代的CAD(計算機輔助設計)階段：這一階段的主要特征是利用計算機輔助進行電路原理圖編輯，PCB布同布線，使得設計師從傳統高度重復繁雜的繪圖勞動中解脫出來。20世紀80年代的QtE(計算機輔

10、助工程設計)階段：這一階段的主要特征是以邏輯摸擬、定時分析、故障仿真、自動布局布線為核心，重點解決電路設計的功能檢測等問題，使設計而能在產品制作之前預知產品的功能與性能。20世紀90年代是EDA(電子設計自動化)階段：這一階段的主要特征是以高級描述語言，系統級仿真和綜合技術為特點，采用“自頂向下”的設計理念，將設計前期的許多高層次設計由EDA工具來完成。EDA是電子技術設計自動化，也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統的軟件工具。該工具可以在電子產品的各個設計階段發(fā)揮作用，使設計更復雜的電路和系統成為可能。在原理圖設計階段，可以使用EDA中的仿真工具論證設計的正確性；在芯片設計階段，可以使用ED

11、A中的芯片設計工具設計制作芯片的版圖：在電路板設計階段，可以使用EDA中電路板設計工具設計多層電路板。特別是支持硬件描述語言的EDA工具的出現，使復雜數字系統設計自動化成為可能，只要用硬件描述語言將數字系統的行為描述正確，就可以進行該數字系統的芯片設計與制造。3、EDA技術的基本特征:EDA代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在汁算機上自動處理完成。設計者采用的設計方法是一種高層次的”自頂向下”的全新設計方法，這種設汁方法首

12、先從系統設計人手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯并用硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述，在系統一級進行駛證。然后，用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網絡表，其對應的物理實現級可以是印刷電路板或專用集成電路(ASIC)。設計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對系統硬件功能的實現。由于設計的主要仿真和調試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期發(fā)現結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，又減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設計的一次性成功率。4、EDA技術的應用:電子EDA技術發(fā)展迅猛，逐漸在教學、科研、產品設計與制造等各方面都發(fā)揮著巨

13、大的作用。在教學方面：幾乎所有理工科(特別是電子信息)類的高校都開設了EDA課程。在科研方面：主要利用電路仿真工具進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產品調試；將O)LI)FPGA器件的開發(fā)應用到儀器設備中。從高性能的微處理器、數字信號處理器一直到彩電、音響和電子玩具電路等，EDA技術不單是應用于前期的計算機模擬仿真、產品調試，而且也在Pcb印制板的制作、電子設備的研制與生產、電路板的焊接、朋比的制作過程等有重要作用?？梢哉f電子EDA術已經成為電子工業(yè)領域不可缺少的技術支持。 5、EDA技術發(fā)展趨勢: EDA技術在進入21世紀后，由于更大規(guī)模的FPGA和凹m器件的不斷推出，在仿真和設計兩方面支

14、持標準硬件描述語言的功能強大的EDA軟件不斷更新、增加，使電子EDA技術得到了更大的發(fā)展。電子技術全方位納入EDA領域，EDA使得電子領域各學科的界限更加模糊，更加互為包容，突出表現在以下幾個方面：使電子設計成果以自主知識產權的方式得以明確表達和確認成為可能；基于EDA工具的ASIC設計標準單元已涵蓋大規(guī)模電子系統及IP核模塊；軟硬件IP核在電子行業(yè)的產業(yè)領域、技術領域和設計應用領域得到進一步確認；SoC高效低成本設計技術的成熟。隨著半導體技術、集成技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，電子系統的設計方法和設計手段都發(fā)生了很大的變化?？梢哉f電子EDA技術是電子設計領域的一場革命。傳統的“固定功能集成塊十

15、連線”的設計方法正逐步地退出歷史舞臺，而基于芯片的設計方法正成為現代電子系統設計的主流。作為高等院校有關專業(yè)的學生和廣大的電子工程師了解和攀握這一先進技術是勢在必行，這不僅是提高設計效率的需要，更是時代發(fā)展的需求，只有攀握了EDA技術才有能力參與世界電子工業(yè)市場的競爭，才能生存與發(fā)展。隨著科技的進步，電子產品的更新日新月異，EDA技術作為電子產品開發(fā)研制的源動力，已成為現代電子設計的核心。所以發(fā)展EDA技術將是電子設計領域和電子產業(yè)界的一場重大的技術革命，同時也對電類課程的教學和科研提出了更深更高的要求。特別是EDA技術在我國尚未普及，掌握和普及這一全新的技術，將對我國電子技術的發(fā)展具有深遠的

16、意義。在現在和未來，EDA技術主要應用于下面幾個方面：1高校電子類專業(yè)的實踐教學中，如實驗教學、課程設計、畢業(yè)設計、設計競賽等均可借助凹ID5PGA器件，既使實驗設備或設計出的電子系統具有高可靠性，又經濟、快速、容易實現、修改便利，同時可大大提高學生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力和計算機應用能力。2科研和新產品開發(fā)中，0)U)5PGA可直接應用于小批量產品的芯片或作為大批量產品的芯片前期開發(fā)。傳統機電產品的升級換代和技術改造，0)U)5PGA的應用可提高傳統產品的性能，縮小體積，提高技術含量和產品的附加值。二、 技術的應用舉例（TDA1514功放電路在中的設計）、功放芯片簡述1514是飛利浦公司生產

17、的一款優(yōu)秀的HIFI集成電路。 TDA1514A的工作電壓為±9V±30V,在電壓為±25V、RL=8時，輸出功率達到50 W，總諧波失真為0.08% 。電路有靜音保護，過熱保護，低失調電壓高波紋抑制 等功能。而且熱阻極低，高頻解析力強，低頻有力度，音色通透純正，低頻豐滿，高頻透亮 。、電路原理圖及各元器件作用原理圖設計是整個Protel工程的開始,是PCB文檔設計乃至最后制版的基礎。一般設計程序是:首先根據實際電路的復雜程度確定圖紙的大小,即建立工作平面;然后從元器件庫中取出所需元件放到工作面上,并給它們編號、對其封裝進行定義和設定;最后利用Protel DXP

18、提供的工具指令進行布線,將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導線、符號連接起來,對整個電路進行信號完整性分析,確保整個電路無誤。 電路各部分功能1腳正相輸入 用做信號輸入 ,9腳反響輸入 用于負反饋 ,C01 C03 R01(C02 C04 R02)成濾波電路,其中1U 20K兩個元件把低頻截至頻率限制到7HZ ,220P電容可以吸收一部分高頻震蕩降低煙花率.R03 R05(R04 R06)兩個電阻為反饋網絡，控制電路放大倍數在30左右 3腳為靜音控制，C05 R07(C06 R08)決定開機靜音時間。靜音時間與這兩個元件大小成正比。7腳為自舉，更換自舉電容C09(C10)的種類可以使音色發(fā)生

19、微妙的變化，R09 R11(R10 R12)需要用較大功率電阻。 R13 C07 (R14 C08)為輸出茹貝爾網絡，電阻應選用大功率電阻 。C11 C13(C12 C14)是退耦電容。C15(C16)也是并聯在電源端，吸收線路耦合信號的。這個電容用到10U100U都可以 需要注意的是這個電容的耐壓應該是供電電源電壓單邊的2倍。電路設計的最終目的是生產制作電子產品,各種電子產品的使用功能與物理結構都是通過印制電路板來實現的。印制電路板(PCB)是電子設備中的重要部件之一,其設計和制造是影響電子設備的質量、成本的基本因素之一。因此,印制電路板(PCB)設計質量直接影響著電子產品的性能3、自動布局

20、圖及手動調整后布局圖自動布局圖調整后布局圖音響功放類電路設計注意事項：1.增強高頻抗干擾能力針對雜散電磁波多數是中高頻信號的特點，在放大器輸入端對地增設磁片電容，容值可在47220P之間選取，數百皮法容值的電容頻率轉折點比音頻范圍高兩、三個數量級，對有效聽音頻段內的聲壓響應和聽感的影響可忽略不計。2.注意電源變壓器安裝方式用質量較好的電源變壓器，盡量拉開變壓器與PCB之間的距離，調整變壓器與PCB之間的方位，將變壓器與放大器敏感端遠離。3.地線干擾音頻電路地線可簡單劃分為電源地和信號地，電源地主要是指濾波、退耦電容地線，小信號地是指輸入信號、反饋地線。小信號地與電源地不能混合，否則必將引發(fā)很強

21、的交流聲：強電地由于濾波和退耦電容充放電電流較大（相對信號地電流），在電路板走線上必然存在一定壓降，小信號地與該強電地重合，勢必會受此波動電壓影響，也就是說，小信號的參考點電壓不再為零。信號輸入端與信號地之間的電壓變化等效于在放大器輸入端注入信號電壓，地電位變化將被放大器拾取并放大，產生交流聲。增加地線線寬、背錫處理只能在一定程度上減弱地線干擾，但收效并不明顯。有部分未嚴格將地線分開的PCB由于地線寬、走線很短，同時放大級數很少、退耦電容容量很小，因此交流聲尚在勉強可接受范圍內，只是特例，沒有參考意義。4、pcb板圖及附銅板圖A面覆銅板B面附銅圖PCB設計流程一般PCB基本設計流程如下：前期準

22、備->CB結構設計->CB布局->布線->布線優(yōu)化和絲印->網絡和DRC檢查和結構檢查->制版。第一：前期準備。這包括準備元件庫和原理圖。要做出一塊好的板子，除了要設計好原理之外，還要畫得好。在進行PCB設計之前，首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。一般常見的元器件可以用peotel自帶的元器件庫中找到，如果找不到合適的，最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫，再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關系就行。P

23、S:注意標準庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設計，做好后就準備開始做PCB設計了。第二：PCB結構設計。這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位，在PCB設計環(huán)境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件。按鍵/開關。螺絲孔。裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域)。第三：PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網絡表(Design->Create Netlist),之后在PCB圖上導入網絡表(Design->LoadNets)。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了，各管腳之間

24、還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進行：三.制版工藝流程 1.雙面制板工藝流程(簡述) 電路設計覆箔板下料表面處理打印電路圖熱轉印補缺 腐刻(浸泡在1:4FeCl3溶液中腐刻)去膜涂助焊、防氧化劑 鉆孔焊接元件檢查調試 檢驗包裝成品。 2.雙面制板工藝流程(簡述) 雙面覆銅板下料裁板數控鉆導通孔檢驗、去毛刺刷洗化學鍍(導通孔金屬化) (全板電鍍薄銅) 檢驗刷洗網印負性電路圖形、固化(干膜或濕膜、曝光、顯影) 檢驗、修板線路圖形電鍍電鍍錫(抗蝕鎳/金) 去印料(感光膜) 蝕刻銅(退錫) 清潔刷洗網印阻焊圖形常用熱固化綠油(貼感光干膜或濕膜、曝光、顯影、熱固化,常用感光熱

25、固化綠油) 清洗、干燥網印標記字符圖形、固化(噴錫或有機保焊膜) 外形加工清洗、干燥電氣通斷檢測檢驗包裝成品。其詳細說明這里不再贅述。 3.需要注意的問題 在初次表面處理時,需要用P240-320之間的水沙紙打磨覆銅表面,去除表面的氧化層。并且用5%FeCl3溶液浸泡1分鐘,以增強印墨的粘敷力。腐刻溶液的溫度最好在25左右。助防氧化劑是把松香按照:10的體積比,放入95%的酒精中浸泡24h以上形成的。鉆孔時,按所裝元件腳的直徑+0.2mm,選擇最接近標稱值的鉆頭。4、三維立體圖一.原理圖設計 原理圖設計是整個Protel工程的開始,是PCB文檔設計乃至最后制版的基礎。一般設計程序是:首先根據實

26、際電路的復雜程度確定圖紙的大小,即建立工作平面;然后從元器件庫中取出所需元件放到工作面上,并給它們編號、對其封裝進行定義和設定;最后利用Protel DXP提供的工具指令進行布線,將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導線、符號連接起來,對整個電路進行信號完整性分析,確保整個電路無誤。 1. 電路板規(guī)劃 電路板規(guī)劃的主要目的是確定其工作層結構,包括信號層、內部電源/接地層、機械層等。通過執(zhí)行菜單命令DesignBoard Layers,在打開的對話框中可以控制各層的顯示與否,以及層的顏色等屬性設置。如果不是利用PCB向導來創(chuàng)建一個電路板文件的話,就要自己定義PCB的形狀和尺寸。繪制時需單擊工作窗

27、口底部的層標簽,再由PlaceKeepout 命令來單獨定義。該操作步驟實際上就是在Keep Out Layer(禁止布線層)上用走線繪制出一個封閉的多邊形,而所繪多邊形的大小一般都可以看作是實際印制電路板的大小。 2. 元器件的選擇 對元器件的選擇要嚴格遵循設計要求。在Protel DXP軟件中,常用的分立元件和接插件都在軟件分目錄Library 下Miscellaneous Device. Intlib和Miscellaneous Connectors. Intlib 兩個集成元件庫中。其它的元件主要按元器件生產廠商進行分類,提供了型號豐富的集成庫。但是有時候出于個人設計的需要,設計者無法

28、在庫文件中找到完全匹配的元器件,此時就只有通過制作工具繪制所需元器件。需要注意的是,繪制元件時一般元件均放置在第四象限,象限交點即為元件基準點。 3.元器件的布局 Protel DXP 提供了強大的自動布局功能,在預放置元件鎖定的情況下,可用自動布局放置其他元件。執(zhí)行命令ToolsAuto PlacementAuto Placer,在Auto Place 對話框中選擇自動布局器。Protel DXP提供兩種自動布局工具:Cluster Placer 自動布局器使用元件簇算法,將元件依據連接分為簇,考慮元件的幾何形狀,用幾何學方法布放簇,這種算法適用于少于100 個元件的情況;Global Pl

29、acer 自動元件布局器使用基于人工智能的模擬退火算法,分析整個設計圖形,考慮線長、連線密度等,采用統計算法,適用于更多元件數量的板圖。自動布局較方便,但產生的板并不是最佳方案,仍需要手工調整。 3.元器件的連線 連線很講究原則和技巧,走線應盡量美觀、簡潔。一些設計人員在初期使用Protel DXP進行設計時,只在表象上將元件連起,而出現“虛點”。導致在生成網絡報表時出錯。好的設計習慣是打開電氣網絡,使連線可以輕松連接到一個不在捕獲網絡上的實體;打開在線DRC,監(jiān)控布線過程,違反規(guī)則的設計被立即顯示出來。完成預布線后,為了在自動布線時保持不變,需要對預布線鎖定。打開菜單EditFind Similar Objects,選擇要鎖定的對象。自動布線與交互式布線相結合可以很好地提高布線成功率和效率。自動布線的結果為手工調整提供參考。 結束語 作為一名電子硬件工程師、大專院校電子