EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程

會計學(xué)1EDA技術(shù)基礎(chǔ)教程EDA技術(shù)的知識體系EDA技術(shù)內(nèi)容豐富，主要可以劃分為三個層次：

EDA技術(shù)

ASIC和SoC設(shè)計

硬件描述語言HDL，如VHDL

EDA工具軟件的使用

第1頁/共67頁1.1.2EDA技術(shù)的發(fā)展1、70年代：計算機(jī)輔助設(shè)計CAD計算機(jī)輔助計算2、80年代：計算機(jī)輔助工程CAE計算機(jī)繪圖，如PROTEL3、90年代以后：EDAEDA技術(shù)：是依賴功能強(qiáng)大的計算機(jī)，在EDA工具軟件平臺上，以HDL為手段為系統(tǒng)邏輯描述完成的設(shè)計文件，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合(布局布線)，以及邏輯優(yōu)化和仿真調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。HDL：HardwareDescriptionLanguage硬件描述語言第2頁/共67頁1.1.3EDA技術(shù)的重要性20世紀(jì)90年代以后，EDA技術(shù)的發(fā)展使現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積最小化、功耗最低化迅速發(fā)展。集成電路的設(shè)計不斷向超大規(guī)模、極低功耗和超高速的方向發(fā)展；專用集成電路ASIC的設(shè)計成本不斷降低，在功能上，現(xiàn)代的集成電路已能實(shí)現(xiàn)單片電子系統(tǒng)SOC(SystemOnaChip)的功能。第3頁/共67頁1.2EDA技術(shù)的作用與特點(diǎn) 1.2.1EDA技術(shù)的基本作用：1.電子系統(tǒng)設(shè)計的方案驗(yàn)證2.電子電路的優(yōu)化設(shè)計3.電路性能的仿真分析第4頁/共67頁1.3EDA技術(shù)的設(shè)計方法與應(yīng)用1.3.1EDA技術(shù)的設(shè)計方法：

EDA技術(shù)采用的設(shè)計思想：自頂向下（Toptodown）。

傳統(tǒng)的設(shè)計方法是自底向上（Bottom-Up）的構(gòu)造出一個新的系統(tǒng)，如同一磚一瓦地建造金字塔，效率低且成本高。

第5頁/共67頁 傳統(tǒng)設(shè)計方法：Bottom-up，基于電路板的設(shè)計方法固定功能元件電路板設(shè)計完整系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)功能需求輸入輸出第6頁/共67頁傳統(tǒng)設(shè)計方法的缺點(diǎn)

1.設(shè)計依賴于設(shè)計師的經(jīng)驗(yàn)。

2.設(shè)計依賴于現(xiàn)有的通用元器件。

3.設(shè)計后期的仿真不易實(shí)現(xiàn)和調(diào)試復(fù)雜。

4.自下而上設(shè)計思想的局限。

5.設(shè)計實(shí)現(xiàn)周期長，靈活性差，耗時耗力，效率低下。

第7頁/共67頁系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計功能級描述功能級仿真邏輯綜合、優(yōu)化、布局布線定時仿真、定時檢查輸出門級網(wǎng)表ASIC芯片投片、PLD器件編程、測試ASIC:ApplicationSpecificIntegratedCircuitsPLD:ProgrammableLogicDevices自頂向下設(shè)計方法第8頁/共67頁

EDA技術(shù)的設(shè)計方法可分為：系統(tǒng)級、電路級和物理或芯片級。

物理級：IC板圖的設(shè)計系統(tǒng)級：面向大型復(fù)雜的電子產(chǎn)品電路級：具體的電路或單元，它是電子設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，常用的EDA多屬于電路級設(shè)計。第9頁/共67頁1電路級設(shè)計電子工程師確定設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，選擇實(shí)現(xiàn)該方案的合適的元器件，根據(jù)電路指標(biāo)設(shè)計原理圖，并進(jìn)行電路的功能仿真，包括故障分析、交直流分析和瞬態(tài)分析等等。后仿真,電路性能的仿真，主要是檢驗(yàn)PCB板在實(shí)際工作環(huán)境中的可行性，盡早的發(fā)現(xiàn)缺陷和問題并進(jìn)行修改。第10頁/共67頁2系統(tǒng)級設(shè)計 系統(tǒng)級設(shè)計是一種概念驅(qū)動式設(shè)計。設(shè)計人員無須通過原理圖描述電路，而是針對設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行功能描述。 由于擺脫了電路細(xì)節(jié)的束縛，設(shè)計人員可以集中精力于概念的構(gòu)思和方案設(shè)計上面。再以描述語言把概念構(gòu)思輸入計算機(jī)，EDA系統(tǒng)就能以規(guī)則驅(qū)動的方式自動完成設(shè)計。第11頁/共67頁1.3.2EDA技術(shù)的應(yīng)用

EDA技術(shù)貫穿于整個電子產(chǎn)品開發(fā)的全過程，應(yīng)用領(lǐng)域:

從低頻電路到高頻電路、從線性電路到非線性電路、從模擬電路到數(shù)字電路、從分立元件到集成電路的各方面。

第12頁/共67頁EDA涉及的領(lǐng)域：

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)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計、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)。第13頁/共67頁EDA技術(shù)的應(yīng)用第14頁/共67頁1.4.1常用的EDA軟件 常用的EDA軟件可分為： 電路設(shè)計與仿真軟件、PCB設(shè)計軟件、IC和PLD設(shè)計軟件第15頁/共67頁電子電路設(shè)計與仿真軟件

SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis） SPICE可對電路進(jìn)行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)分析和線性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件。SABER：外圍電路的分析軟件。結(jié)構(gòu)上采用硬件描述語言和單內(nèi)核混合仿真方案。價格昂貴，使用較少。第16頁/共67頁Multisim：EWB(ElectronicWorkbench,電子工作平臺)的新版本。適用于板級的模擬∕數(shù)字電路板的設(shè)計工作。目前國內(nèi)常用的Multisim2001版本，功能強(qiáng)大，對計算機(jī)配置要求不高。Matlab：一種動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、仿真和分析的可視化設(shè)計軟件。第17頁/共67頁P(yáng)CB設(shè)計軟件PCB(PrintedCircuitBoard)ProtelPowerPCB第18頁/共67頁1.4.2本書選用的EDA軟件典型的EDA軟件主要實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)任務(wù)：電路原理圖的創(chuàng)建、混合信號的仿真和PCB的設(shè)計。 本書EDA軟件:Multisim2001和Protel2004 Multisim：側(cè)重在電路的仿真分析 Protel：側(cè)重電路原理圖設(shè)計和PCB板設(shè)計第19頁/共67頁

第2章multisim2001系統(tǒng)第20頁/共67頁2.1multisim2001系統(tǒng)簡介

第21頁/共67頁Multisim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本，是該公司電子線路仿真軟件EWB（ElectronicsWorkbench，虛擬電子工作臺）的升級版。第22頁/共67頁Multisim2001用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。Multisim2001是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。第23頁/共67頁Multisim2001的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。第24頁/共67頁Multisim2001具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。第25頁/共67頁Multisim2001可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有第26頁/共67頁元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。Multisim2001有豐富的Help功能，其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能解說，Help中這種元器件功能解說有利于使用EWB進(jìn)行CAI教學(xué)。另外，EWB還提供了與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計自動化第27頁/共67頁軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口，也能通過Windows的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版。支持VHDL和VerilogHDL語言的電路仿真與設(shè)計。利用Multisim2001可以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)仿真設(shè)計與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便第28頁/共67頁；設(shè)計和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實(shí)驗(yàn)；可方便地對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析；可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；設(shè)計和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。第29頁/共67頁2.2multisim的基本界面

第30頁/共67頁元器件欄暫停/恢復(fù)開關(guān)啟動/停止開關(guān)菜單欄工具欄電路工作區(qū)圖2.2.1multisim的主窗口第31頁/共67頁

2.2.2multisim菜單欄multisim2001有9個主菜單，如圖1.2.2所示，菜單中提供了本軟件幾乎所有的功能命令。

文件窗口顯示仿真工具幫助編輯放置傳輸選項(xiàng)圖2.2.2multisim2001的9個主菜單第32頁/共67頁2.2.3multisim工具欄

新建存盤復(fù)制打印放大元件儀表分析

HDL傳輸報告后處理仿真器元器件編輯縮小幫助粘貼剪切打開

第33頁/共67頁2.2.4multisim的元器件庫

基本器件庫晶體管庫

TTL器件庫混合集成電路庫指示器件庫控制器件庫機(jī)電類器件庫電源/信號源庫二極管庫模擬集成電路庫CMOS器件庫數(shù)字器件庫其他器件庫射頻元器件庫第34頁/共67頁電源/信號源庫 電源庫中共有30個電源器件，有為電路提供電能的功率電源，有作為輸入信號的各式各樣的信號源及產(chǎn)生電信號轉(zhuǎn)變的控制電源，還有1個接地端和1個數(shù)字電路接地端。 Multisim把電源類的器件全部當(dāng)作虛擬器件，因而不能使用Multisim中的元件編輯工具對其模型及符號等進(jìn)行修改或重新創(chuàng)建，只能通過自身的屬性對話框?qū)ζ湎嚓P(guān)參數(shù)直接進(jìn)行設(shè)置。在將電路文件輸出給PCB版圖設(shè)計等程序時，不輸出電源。第35頁/共67頁基本元器件庫

基本元器件庫中包含現(xiàn)實(shí)元件箱22個，每個現(xiàn)實(shí)元件箱中又存放著若干個與現(xiàn)實(shí)元件一致的仿真軟件供選用。還有7個虛擬元件箱，其中的元件不需要選擇，而是直接調(diào)用，然后再通過其屬性對話框設(shè)置其參數(shù)值。不過，在選擇元件是還是應(yīng)該盡量到現(xiàn)實(shí)元件箱中去選取，這不僅是因?yàn)檫x用現(xiàn)實(shí)元件能使仿真更接近于現(xiàn)實(shí)情況，還在于現(xiàn)實(shí)的元件都有元件封裝標(biāo)準(zhǔn)，可將仿真后的電路圖直接轉(zhuǎn)換成PCB文件。但在選取不到某些參數(shù)或要進(jìn)行溫度掃描活參數(shù)掃描分析時，就要選用虛擬元件。第36頁/共67頁基本元器件庫第37頁/共67頁二極管庫

二極管庫中包含著11個元件箱，雖然僅有一個虛擬元件箱，但發(fā)光二極管元件箱存放的是交互式元件，其處理方式也基本等同于虛擬元件。二極管庫中的虛擬器件的參數(shù)是可以任意設(shè)置的，非虛擬元器件的參數(shù)是固定的，但可選擇。第38頁/共67頁晶體管庫 晶體管庫中共有33個元件箱，其中17個現(xiàn)實(shí)元件箱中存放著Generic等世界著名晶體管制造廠商的眾多晶體管元件模型，都有較高的精度。還有16個虛擬元件箱，虛擬元件箱中的虛擬晶體管相當(dāng)于理想晶體管?？梢酝ㄟ^打開其屬性對話框?qū)δＰ蛥?shù)進(jìn)行修改，修改后的模型只能本次使用，對庫中已有的模型沒有影響。第39頁/共67頁第40頁/共67頁模擬元器件庫 模擬集成電路庫包含9種運(yùn)算放大器。模擬集成電路庫中的虛擬器件的參數(shù)是可以任意設(shè)置的，非虛擬元器件的參數(shù)是固定的，但可選擇。第41頁/共67頁TTL元器件庫第42頁/共67頁CMOS元器件庫第43頁/共67頁混雜數(shù)字器件庫

數(shù)字元件庫中的TIL元件箱就是把常用的數(shù)字元件按照其功能存放的，不過它們都是虛擬元件，不能轉(zhuǎn)換成版圖文件。第44頁/共67頁混合元器件庫

混合集成電路庫中存放著6個元件箱，其中盡管ADC_DAC元件箱沒有綠色襯底，但仍屬于虛擬元件。第45頁/共67頁混雜部件庫第46頁/共67頁控制部件庫 控制器件庫共有12個常用的控制模塊，雖然這些控制模塊沒有綠色襯底，但仍屬于虛擬元件，既不能改動其模型，只能在其屬性對話框中設(shè)置相關(guān)參數(shù)?？刂破骷彀ǔ朔ㄆ鳌⒊ㄆ鞯瓤刂朴闷骷?。第47頁/共67頁數(shù)字多用表瓦特表示波器字信號發(fā)生器邏輯轉(zhuǎn)換器失真度分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀函數(shù)信號發(fā)生器波特圖儀邏輯分析儀頻譜分析儀圖1.2.19儀器儀表庫的圖標(biāo)及功能2.2.5multisim儀器儀表庫

第48頁/共67頁2.3儀器儀表的使用

第49頁/共67頁2.3.1數(shù)字多用表（Multimeter）

數(shù)字多用表是一種可以用來測量交直流電壓、交直流電流、電阻及電路中兩點(diǎn)之間的分貝損耗，自動調(diào)整量程的數(shù)字顯示的多用表。用鼠標(biāo)雙擊數(shù)字多用表圖標(biāo)，放大的數(shù)字多用表面板圖如圖2.3.1所示。第50頁/共67頁數(shù)字顯示口

交直流選擇正端

檔位選擇

參數(shù)設(shè)置

負(fù)端圖2.3.1數(shù)字多用表面板圖第51頁/共67頁2.3.2函數(shù)信號發(fā)生器（FunctionGenerator）

函數(shù)信號發(fā)生器是可提供正弦波、三角波、方波三種不同波形的信號的電壓信號源。用鼠標(biāo)雙擊函數(shù)信號發(fā)生器圖標(biāo)，放大的函數(shù)信號發(fā)生器的面板圖如圖2.3.2所示。第52頁/共67頁函數(shù)信號發(fā)生器其輸出波形、工作頻率、占空比、幅度和直流偏置，可用鼠標(biāo)來選擇波形選擇按鈕和在各窗口設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。頻率設(shè)置范圍為1Hz～999MHz；占空比調(diào)整值可從1％～99％：幅度設(shè)置范圍為1μV～999kV；偏置設(shè)置范圍為一999kV～999kV。第53頁/共67頁正弦波三角波方波頻率占空比幅度偏置

正端地負(fù)端圖2.3.2函數(shù)信號發(fā)生器的面板圖第54頁/共67頁1.3.3示波器（Oscilloscope）

示波器用來顯示電信號波形的形狀、大小、頻率等參數(shù)的儀器。用鼠標(biāo)雙擊示波器圖標(biāo)，放大的示波器的面板圖如圖1.3.3所示。第55頁/共67頁圖1.3.3示波器的面板圖第56頁/共67頁示波器面板各按鍵的作用、調(diào)整及參數(shù)的設(shè)置與實(shí)際的示波器類似。1.時基（Timebase）控制部分的調(diào)整（1）時間基準(zhǔn)X軸刻度顯示示波器的時間基準(zhǔn)，其基準(zhǔn)為0.1ns／Div～1s／Div可供選擇。第57頁/共67頁（2）X軸位置控制X軸位置控制X軸的起始點(diǎn)。當(dāng)X的位置調(diào)到0時，信號從顯示器的左邊緣開始，正值使起始點(diǎn)右移，負(fù)值使起始點(diǎn)左移。X位置的調(diào)節(jié)范圍從一5.00～＋5.00。第58頁/共67頁（3）顯示方式選擇顯示方式選擇示波器的顯示，可以從“幅度／時間（Y／T）”切換到“A通道／B通道中（A／B）”、“B通道／A通道（B／A）”

或“Add”方式。①Y／T方式：X軸顯示時間，Y軸顯示電壓值。②A／B、B／A方式：X軸與Y軸都顯示電壓值。③

Add方式：X軸顯示時間，Y軸顯示A通道、B通道的輸入電壓之和。第59頁/共67頁2.示波器輸入通道（ChannelA/B）的設(shè)置（1）Y軸刻度Y軸電壓刻度范圍從10μV／Div～5kV／Div，可以根據(jù)輸入信號大小來選擇Y軸刻度值的大小，使信號波形在示波器顯示屏上顯示出合適的幅度。第60頁/共67頁（2）Y軸位置(