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| -- 作者：wangxinxin -- 發布時間：2010-12-8 13:55:09 -- EDA技術的概念·綜述及發展趨勢 !!! 1.EDA技術的概念 EDA技術是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟件系統，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。 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版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。 現在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產、生物、醫學、軍事等各個領域，都有EDA的應用。目前EDA技術已在各大公司、企事業單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術。本文所指的EDA技術，主要針對電子電路設計、PCB設計和IC設計。 EDA設計可分為系統級、電路級和物理實現級。 2 EDA常用軟件 EDA工具層出不窮，目前進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。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設計與仿真，同進還可以進行PCB自動布局布線，可輸出多種網表文件與第三方軟件接口。下面按主要功能或主要應用場合，分為電路設計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具及其它EDA軟件，進行簡單介紹。 2.1 電子電路設計與仿真工具 我們大家可能都用過試驗板或者其他的東西制作過一些電子制做來進行實踐。但是有的時候，我們會發現做出來的東西有很多的問題，事先并沒有想到，這樣一來就浪費了我們的很多時間和物資。而且增加了產品的開發周期和延續了產品的上市時間從而使產品失去市場競爭優勢。有沒有能夠不動用電烙鐵試驗板就能知道結果的方法呢？結論是有，這就是電路設計與仿真技術。 說到電子電路設計與仿真工具這項技術，就不能不提到美國，不能不提到他們的飛機設計為什么有很高的效率。以前我國定型一個中型飛機的設計，從草案到詳細設計到風洞試驗再到最后出圖到實際投產，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？因為美國在設計時大部分采用的是虛擬仿真技術，把多年積累的各項風洞實驗參數都輸入電腦，然后通過電腦編程編寫出一個虛擬環境的軟件，并且使它能夠自動套用相關公式和調用長期積累后輸入電腦的相關經驗參數。這樣一來，只要把飛機的外形計數據放入這個虛擬的風洞軟件中進行試驗，哪里不合理有問題就改動那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在實際環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方面的數據由資深專家提供，軟件開發商是IBM，飛行器設計工程師只需利用仿真軟件在計算機平臺上進行各種仿真調試工作即可。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，從復雜到簡單，甚至包括設計家具和作曲，只是具體軟件內容不同。其實，他們發明第一代計算機時就是這個目的（當初是為了高效率設計大炮和相關炮彈以及其他計算量大的設計）。 電子電路設計與仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面簡單介紹前三個軟件。 ①SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美國加州大學推出的電路分析仿真軟件，是20世紀80年代世界上應用最廣的電路設計軟件，1998年被定為美國國家標準。1984年，美國MicroSim公司推出了基于SPICE的微機版PSPICE（Personal-SPICE）。現在用得較多的是PSPICE6.2，可以說在同類產品中，它是功能最為強大的模擬和數字電路混合仿真EDA軟件，在國內普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以進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、數據輸出、并在同一窗口內同時顯示模擬與數字的仿真結果。無論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精確的仿真結果，并可以自行建立元器件及元器件庫。 ②multiSIM（EWB的最新版本）軟件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世紀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交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實實驗中的實際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模數電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結果，并且它在儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號發生器、瓦特表、雙蹤示波器（對于multiSIM7還具有四蹤示波器）、波特儀（相當實際中的掃頻儀）、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網絡分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表。還提供了我們日常常見的各種建模精確的元器件，比如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數碼管等等。模擬集成電路方面有各種運算放大器、其他常用集成電路。數字電路方面有74系列集成電路、4000系列集成電路、等等還支持自制元器件。MultiSIM7還具有I-V分析儀（相當于真實環境中的晶體管特性圖示儀）和Agilent信號發生器、Agilent萬用表、Agilent示波器和動態邏輯平筆等。同時它還能進行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 ③MATLAB產品族：它們的一大特性是有眾多的面向具體應用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數集用來對圖像信號處理、控制系統設計、神經網絡等特殊應用進行分析和設計。它具有數據采集、報告生成和MATLAB語言編程產生獨立C/C++代碼等功能。MATLAB產品族具有下列功能：數據分析；數值和符號計算、工程與科學繪圖；控制系統設計；數字圖像信號處理；財務工程；建模、仿真、原型開發；應用開發；圖形用戶界面設計等。MATLAB產品族被廣泛應用于信號與圖像處理、控制系統設計、通訊系統仿真等諸多領域。開放式的結構使MATLAB產品族很容易針對特定的需求進行擴充，從而在不斷深化對問題的認識同時，提高自身的競爭力。 2.2 PCB設計軟件 PCB（Printed-Circuit Board）設計軟件種類很多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、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屬Protel，下面僅對此軟件作一介紹。 Protel是PROTEL（現為Altium）公司在20世紀80年代末推出的CAD工具，是PCB設計者的首選軟件。它較早在國內使用，普及率最高，在很多的大、中專院校的電路專業還專門開設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，現在普遍使用的是Protel99SE，它是個完整的全方位電路設計系統，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計（包含印刷電路板自動布局布線），可編程邏輯器件設計、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/服務體系結構）， 同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線路板的自動布線，可實現高密度PCB的100%布通率。Protel軟件功能強大（同時具有電路仿真功能和PLD開發功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是電路設計和PCB設計。 2.3 IC設計軟件 IC設計工具很多，其中按市場所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家都是ASIC設計領域相當有名的軟件供應商。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設計軟件（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立的，他們的設計工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的IC設計。下面按用途對IC設計軟件作一些介紹。 ①設計輸入工具 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、Verilog HDL是主要設計語言，許多設計輸入工具都支持HDL（比如說multiSIM等）。另外像Active-HDL和其它的設計輸入方法，包括原理和狀態機輸入方法，設計FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設計的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開發工具Modelsim FPGA等。 ②設計仿真工作 我們使用EDA工具的一個最大好處是可以驗證設計是否正確，幾乎每個公司的EDA產品都有仿真工具。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：viewsim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在的趨勢是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗證的工具。 ③綜合工具 綜合工具可以把HDL變成門級網表。這方面Synopsys工具占有較大的優勢，它的Design Compile是作為一個綜合的工業標準，它還有另外一個產品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。 另外最近美國又出了一個軟件叫Ambit，據說比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設計的規模越來越大，各EDA公司又開發了用于FPGA設計的綜合軟件，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。 ④布局和布線 在IC設計的布局布線工具中，Cadence軟件是比較強的，它有很多產品，用于標準單元、門陣列已可實現交互布線。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-標準單元布線器；Gate Ensemble-門陣列布線器；Design Planner-布局工具。其它各EDA軟件開發公司也提供各自的布局布線工具。 ⑤物理驗證工具 物理驗證工具包括版圖設計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。 ⑥模擬電路仿真器 前面講的仿真器主要是針對數字電路的，對于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現在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，HSPICE作為IC設計，其模型多，仿真的精度也高。 2.4 PLD設計工具 PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設計方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態機、布爾表達式、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，最后用編程器或下載電纜，由目標器件實現。生產PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。 |