EDA技术的概念

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1、EDA技术的概念EDA技术是在电子CAD技术根底上开展起来的计算机软件系统，是指以 计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果， 进展电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开场设 计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设 计出IC幅员或PCB幅员的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或X畴 用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领 域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使 用。例如在飞机制造过

2、程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到 EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。2 EDA常用软件EDA工具层出不穷，目前进入 我国并具有广泛影响的EDA软件有：multiSIM7原EWB的最新版本PSPICE、OrCAD、 PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim 等 等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进展电路设计与 仿真，同进还可以进展PCB自动布局布线

3、，可输出多种网表文件与第三方软件接口。（下面 是关于EDA的软件介绍，有兴趣的话，旧看看吧下面按主要功能或主要应用场合,分为电 路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件，进展 简单介绍。2.1电子电路设计与仿真工具我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作 过一些电子制做来进展实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先 并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续 了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道 结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。说到电子

4、电路设计与仿真工具这 项技术，就不能不提到美国，不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定 型一个中型飞机的设计，从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产，整个周期 大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢？因为美国在设计时大局部采用 的是虚拟仿真技术，把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出 一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经 历参数。这样一来，只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进展试验，哪里不 合理有问题就改动那里，直至最正确效果，效率自然高了，最后只要再在实际环境中测试几 次找

5、找缺乏就可以定型了，从他们的波音747到F16都是采用的这种方法。空气动力学方 面的数据由资深专家提供，软件开发商是IBM，飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计 算机平台上进展各种仿真调试工作即可。同样，他们其他的很多东西都是采用了这样类似的 方法，从大到小，从复杂到简单，甚至包括设计家具和作曲，只是具体软件内容不同。其实， 他们创造第一代计算机时就是这个目的当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计 算量大的设计。电子电路设计与仿真工具包括 SPICE/PSPICE； multiSIM7； Matlab； SystemView； MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pr

6、o Bright Spark 等。下面简单介绍前三个 软件。SPICESimulation Program with Integrated Circuit Emphasis：是由美国加州大学 推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被 定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICEPersonal-SPICE：。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强 大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了 PSPICE9.1版本。 它可以进展各种各样的电路仿真、鼓

7、励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据 输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进展仿真， 都可以得到准确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。multiSIMEWB的最 新版本。软件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其 最新版本为multiSIM7,目前普遍使用的是multiSIM2001,相对于其它EDA软件，它具有 更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实 际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够10

8、0%地 仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双 踪示波器对于multiSIM7还具有四踪示波器波特仪相当实际中的扫频仪、字信号发 生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流 表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模准确的元器件，比方电阻、电容、电感、 三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其 他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制 元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪相当于真实环境中的晶体管特性图示仪和Agilent

9、信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进展VHDL仿 真和Verilog HDL仿真。MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的 工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特 殊应用进展分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C+ 代码等功能。MATLAB产品族具有以下功能：数据分析；数值和符号计算、工程与科学绘 图；控制系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发；应用开发；图 形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计

10、、通讯 系统仿真等诸多领域。开放式的构造使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进展扩大， 从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。2.2 PCB设计软件PCBPrinted-Circuit Board、设计软件种类很多，如 Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、 Cadence PSD、 MentorGraphices 的 Expedition PCB、 Zuken CadStart、 Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard与 LiveWire 配套的 PCB 制作软件包ultiBOA

11、RD7与multiSIM2001配套的PCB制作软件包等等。目前在我国 用得最多当属Protel，下面仅对此软件作一介绍。Protel是PROTEL现为Altium、公司在 20世纪80年代末推出的CAD工具，是PCB设计者的首选软件。它较早在国内使用，普及 率最高，在很多的大、中专院校的电路专业还专门开设Protel课程，几乎所在的电路公司都 要用到它。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用，其最新版本为Protel DXP，现 在普遍使用的是Protel99SE，它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电原理图绘制、模 拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计包含印刷电路板

12、自动布局布线 可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server客户/效劳体系构造同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、 EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密度PCB的100%布通率。Protel 软件功能强大同时具有电路仿真功能和PLD开发功能界面友好、使用方便，但它最具 代表性的是电路设计和PCB设计。2.3 IC设计软件IC设计工具很多，其中按市场所占份额 排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。这三家都是ASIC设计领域相当有名的软件 供应商。其它公司的软件相对来说

13、使用者较少。中国华大公司也提供ASIC设计软件熊猫 2000另外近来知名的Avanti公司，是原来在Cadence的几个华人工程师创立的，他们的 设计工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常适用于深亚微米的IC设计。下面按 用途对IC设计软件作一些介绍。设计输入工具这是任何一种EDA软件必须具备的根本 功能。像 Cadence 的 composer， viewlogic 的 viewdraw，硬件描述语言 VHDL、Verilog HDL 是主要设计语言，许多设计输入工具都支持HDL比方说multiSIM等另外像Active-HDL 和其它的设计输入方法，包括原理和状态机输入方法，设

14、计FPGA/CPLD的工具大都可作为 IC设计的输入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的开发工具Modelsim FPGA等。设计 仿真工作我们使用EDA工具的一个最大好处是可以验证设计是否正确，几乎每个公司的EDA 产品都有仿真工具。Verilog-XL、NC-verilog 用于 Verilog 仿真，Leapfrog 用于 VHDL 仿真，Analog Artist用于模拟电路仿真。Viewlogic的仿真器有：viewsim门级电路仿真器， speedwaveVHDL 仿真器，VCS-verilog 仿真器。Mentor Graphics 有其子公司 Model Tech 出

15、 品的 VHDL 和 Verilog双仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys 用的是 VSSVHDL 仿真 器现在的趋势是各大EDA公司都逐渐用HDL仿真器作为电路验证的工具。综合工 具综合工具可以把HDL变成门级网表。这方面Synopsys工具占有较大的优势，它的Design Compile是作为一个综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler，可以提供 更高级的综合。另外最近美国又出了一个软件叫Ambit，据说比Synopsys的软件更有效， 可以综合50万门的电路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收购，为此Cadence放 弃

16、了它原来的综合软件Synergy。随着FPGA设计的规模越来越大，各EDA公司又开发了 用于FPGA设计的综合软件，比较有名的有:Synopsys的FPGA Express， Cadence的Synplity， Mentor的Leonardo，这三家的FPGA综合软件占了市场的绝大局部。布局和布线在IC 设计的布局布线工具中，Cadence软件是比较强的，它有很多产品，用于标准单元、门阵列 已可实现交互布线。最有名的是Cadence spectra，它原来是用于PCB布线的，后来Cadence 把它用来作IC的布线。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble-标准单元布线器；G

17、ate Ensemble-门阵列布线器；Design Planner-布局工具。其它各EDA软件开发公司也提供各自 的布局布线工具。物理验证工具物理验证工具包括幅员设计工具、幅员验证工具、幅员 提取工具等等。这方面Cadence也是很强的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很 多的使用者。模拟电路仿真器前面讲的仿真器主要是针对数字电路的，对于模拟电路的 仿真工具，普遍使用SPICE，这是唯一的选择。只不过是选择不同公司的SPICE，像MiceoSim 的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现在被Avanti公司收购了。在众多的SPICE 中

18、,HSPICE作为IC设计，其模型多，仿真的精度也高。2.4 PLD设计工具PLD f Programmable Logic Device是需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：CPLDComplex PLD和 FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的根本设计 方法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相 应的目标文件，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现。生产PLD的厂家很多，但最 有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。PLD的开发工具一般由器件生产厂 家提供，但随

19、着器件规模的不断增加，软件的复杂性也随之提高，目前由专门的软件公司与 器件生产厂家使用，推出功能强大的设计软件。下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。 ALTERA： 20世纪90年代以后开展很快。主要产品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、 APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工具-MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台， 最新又推出了 Quartus II开发软件。Altera公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方 VHDL 综合工具，如:综合软件 FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真软件 ModelSim。 ILIN

20、X： FPGA 的创造者。产品种类较全，主要有:XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、 Vertex等系列，其最大的Vertex-II Pro器件已到达800万门。开发软件为Foundation和ISE。 通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地区用ALTERA的人多，在美国那么是 平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx 共同 决定了 PLD 技术 的开展方向。 Lattice-Vantis: Lattice 是 ISP In-System Programmabilit

21、y技术的创造者。ISP技术极大地促进了 PLD产品的开展，与ALTERA和 XILINX相比，其开发工具比Altera和Xilinx略逊一筹。中小规模PLD比较有特色，大规 模PLD的竞争力还不够强f Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA，1999年推出可编 程模拟器件，1999年收购Vantis原AMD子公司，成为第三大可编程逻辑器件供应商。 2001年12月收购 Agere公司原Lucent微电子部的FPGA部门。主要产品有 ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。ACTEL:反熔丝一次性烧写PLD 的领导者。由 于反熔丝PLD抗辐射、耐上下温、功耗低、速度快

22、，所以在军品和宇航级上有较大优势。 ALTERA和XILINX那么一般不涉足军品和宇航级市场。Quicklogic专业PLD/FPGA公 司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售量不大。Lucent:主要特点是有不少用于 通讯领域的专用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务，在中国地区使用的人很少。 ATMEL :中小规模PLD做得不错。ATMEL也做了一些与Alt er和Xilinx兼容的片子，但 在品质上与原厂家还是有一些差距，在高可靠性产品中使用较少，多用在低端产品上。 Clear Logic生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，这种芯片可将用户的设计一次 性固

23、化，不可编程，批量生产时的本钱较低。WSI :生产PSD单片机可编程外围芯片 产品。这是一种特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了 PLD、EPROM、Flash 并支持ISP在线编程，集成度高，主要用于配合单片机工作。顺便提一下：PLD可编 程逻辑器件是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路，只要有数字电路根底， 会使用计算机，就可以进展PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的开发软件，使工程 师可以几天，甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作，并可将数百万门的复杂设计 集成在一颗芯片内。PLD技术在兴旺国家已成为电子工程师必备的技术。2.5其它EDA软 件

24、VHDL语言：超高速集成电路硬件描述语言VHSIC Hardware Deserip tion Languag t 简称VHDL，是IEEE的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路CVery High Speed Integrated CirciH称VHSIC方案，是ASIC设计和PLD设计的一种主要输 入工具。Veriolg HDL：是Verilo公司推出的硬件描述语言，在ASIC设计方面与VHDL 语言平分秋色。其它EDA软件如专门用于微波电路设计和电力载波工具、PCB制作和工 艺流程控制等领域的工具，在此就不作介绍了。3 EDA的应用EDA在教学、科研、产品设 计与制造等

25、各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工科特别是电子信息 类的高校都开设了 EDA课程。主要是让学生了解EDA的根本概念和根本原理、掌握用HDL 语言编写规X、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进展电子电路课程的实验验证 并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具如multiSIM、PSPICE和PLD开发工具 如Altera/Xili的器件构造及开发系统，为今后工作打下根底。科研方面主要利用电路 仿真工具multiSIM或PSPICE进展电路设计与仿真；利用虚拟仪器进展产品测试；将 CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与 制造

26、方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真， 生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生 产、电路板的焊接、ASIC的制作过程等。从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各 业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事 等各个领域，都有EDA应用。另外,EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件， 现在增加了很多新用途。如Aut oCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各 类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。4 EDA技术的开展趋势从目前的EDA 技术来看，其

27、开展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。中 国EDA市场已渐趋成熟，不过大局部设计工程师面向的是PCB制板和小型ASIC领域，仅 有小局部约11%的设计人员开发复杂的片上系统器件。为了与XX和美国的设计工程师 形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要引进和学习一些最新的EDA技术。在信息通信 领域，要优先开展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、 第三代移动通信技术、信息管理、信息平安技术,积极开拓以数字技术、网络技术为根底的 新一代信息产品，开展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开 展计算机辅助设计CAD、计算机辅助工程

28、CAE、计算机辅助工艺CAPP、计算机 机辅助制造CCAM、产品数据管理CPDM、制造资源方案CMRPII及企业资源管理CERP 等。有条件的企业可开展“网络制造，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。 开展“数控化工程和“数字化工程。自动化仪表的技术开展趋势的测试技术、控制技术 与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机M3C构造。在 ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面开展。外设技术与EDA 工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所开展。中国 自1995年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对 亚太地区其它EDA市场的竞争。在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也 正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC设计工具，但不对外开放。中国华大集成 电路设计中心，也提供IC设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的 设计工具在各地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域开 展最快的两个市场，年夏合增长率分别到达了 50%和30%。