電子設計自動(dòng)化技術(shù)EDA技術(shù)基本概念

電子設計自動(dòng)化技術(shù)EDA技術(shù)基本概念

稍微復雜一點(diǎn)的電子系統的設計，涉及面廣，設計工作量大，依靠手工設計，不僅設計周期長(cháng)，而且易出錯、性能難以?xún)?yōu)化提高。因此，現代電子系統設計過(guò)程中，非常注重電子設計自動(dòng)化eda(electronic design automation)技術(shù)及其工具軟件的應用。

eda技術(shù)基本概念

eda技術(shù)是在電子cad技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)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(shù)、計算機技術(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(dòng)設計。

簡(jiǎn)而言之，eda技術(shù)就是依賴(lài)功能強大的計算機，在eda工具軟件平臺上，對以硬件描述語(yǔ)言hdl(hardware description language)為系統邏輯描述手段完成的設計文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合(布局布線(xiàn)),以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實(shí)現既定的電子線(xiàn)路系統功能。eda技術(shù)使得設計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和eda軟件來(lái)完成對系統硬件功能的實(shí)現，這是電子設計技術(shù)的一個(gè)巨大進(jìn)步。利用eda工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設計電子系統，大量工作可以通過(guò)計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出ic版圖或pcb版圖的整個(gè)過(guò)程在計算機上自動(dòng)處理完成。

eda技術(shù)的新發(fā)展及特點(diǎn)

進(jìn)入21世紀后，eda技術(shù)得到了更大的發(fā)展，突出表現在以下幾個(gè)方面。

(1)在fpga上實(shí)現dsp數字信號處理，應用成為可能，用純數字邏輯進(jìn)行dsp模塊的設計，使得高速dsp實(shí)現成為現實(shí)，并有力推動(dòng)了軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的實(shí)用化和發(fā)展?；趂pga的dsp技術(shù)為高速數字信號處理算法提供了實(shí)現途徑。

(2)嵌入式處理器軟核的成熟，使得sopc system on a programmable chip步入大規模應用階段，在一片fpga中實(shí)現一個(gè)完備的數字處理系統成為可能。

(3)使電子設計成果以自主知識產(chǎn)權的方式得以明確表達和確認成為可能。在仿真和設計兩方面支持標準硬件描述語(yǔ)言且功能強大的eda軟件不斷推出。

(4)除了日益成熟的數字技術(shù)外，傳統的電路系統設計建模理念發(fā)生了重大的變化表現在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的崛起，模擬電路系統硬件描述語(yǔ)言的表達和設計的標準化，可編程模擬器件的出現，數字信號處理和圖像處理的全硬件實(shí)現方案的普遍接受，軟硬件協(xié)同設計等。

(5)eda使得電子領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊、更加互為包容，例如，模擬與數字、軟件與硬件、系統與器件、asic與fpga、行為與結構等。

(6)更大規模的fpga和cpld器件不斷推出。

(7)基于eda的用于asic設計的標準單元已涵蓋大規模電子系統及復雜ip核模塊。

(8)軟硬ipintellectual property核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域廣泛應用。

(9)soc高效低成本設計技術(shù)日益成熟。

(10)系統級、行為驗證級硬件描述語(yǔ)言出現，如system c使復雜電子系統的設計和驗證趨于簡(jiǎn)單。

縱觀(guān)電子設計的發(fā)展史，可以大膽預測，未來(lái)電子設計自動(dòng)化將會(huì )地滲入我們的生活，改變我們的生活方式和生活節奏，為我們提供更多的便捷。

中國eda市場(chǎng)已漸趨成熟，不過(guò)大部分設計工程師面向的是pcb制板和小型asic領(lǐng)域，僅有小部分(約11%)的設計人員開(kāi)發(fā)復雜的片上系統器件。為了與我國中國臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭，內地的設計隊伍有必要引進(jìn)和學(xué)習一些最新的eda技術(shù)。據最新統計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個(gè)市場(chǎng)，年復合增長(cháng)率分別達到了50%和30%。

常用eda工具軟件

eda工具軟件層出不窮，目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響的eda軟件有multisim、pspice、orcad、pcad、protel、viewlogic、mentor、graphics、synopsys、lsilogic、ca-dence、microsim、easyeda、altium designer等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個(gè)方面，例如，很多軟件都可以進(jìn)行電路設計與仿真，同進(jìn)還可以進(jìn)行pcb自動(dòng)布局布線(xiàn)，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

1.設計與仿真工具

國內定型一個(gè)中型飛機的設計，從草案到詳細設計到風(fēng)洞試驗、再到最后出圖到實(shí)際投產(chǎn)，整個(gè)周期大概要10年，而美國是1年。為什么會(huì )有這樣大的差距呢?因為美國在設計時(shí)大部分采用的是虛擬仿真技術(shù)，把多年積累的各項風(fēng)洞實(shí)驗參數都輸入計算機，然后通過(guò)計算機編程編寫(xiě)出一個(gè)虛擬環(huán)境的軟件，并且使它能夠自動(dòng)套用相關(guān)公式和調用長(cháng)期積累后輸入計算機的相關(guān)經(jīng)驗參數。這樣一來(lái)，只要把飛機的外形設計數據放入這個(gè)虛擬的風(fēng)洞軟件中進(jìn)行試驗，哪里不合理有問(wèn)題就改動(dòng)哪里，直至取得最佳效果，效率自然高了，從波音747到f-16采用的都是這種方法。

電子電路設計與仿真工具包括spice/pspice、multisim、matlab、systemview、mmi-cad livewire、edison、tina pro bright spark等。

(1)spice/pspice(simulation program with integrated circuit emphasis):20世紀80年代世界上應用的電路設計軟件，是由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，1998年被定為美國國家標準。同類(lèi)產(chǎn)品中，pspice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?？梢赃M(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、數據輸出，并在同一窗口內同時(shí)顯示模擬與數字的仿真結果。無(wú)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果，并可自行建立元器件及元器件庫。

(2)multisim(ewb的最新版本):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multisim 12.0,相對于其他eda軟件，它具有更加形象直觀(guān)的人機交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各種儀器儀表，與操作真實(shí)實(shí)驗中的實(shí)際儀器儀表沒(méi)有兩樣，對模數電路的混合仿真功能幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結果。multisim在儀器儀表庫中提供了萬(wàn)用表、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤/四蹤示波器、波特儀(掃頻儀)、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換儀、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、i-v分析儀(晶體管特性圖示儀)、agilent信號發(fā)生器、agilent萬(wàn)用表、agilent示波器和動(dòng)態(tài)邏輯平筆等儀器儀表。還提供了各種常見(jiàn)的建模精確的元器件，如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、晶閘管、數碼管等。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，并且支持自制元器件。multisim7還具有同時(shí)進(jìn)行vhdl仿真和verilog hdl仿真的功能。

(3)matlab產(chǎn)品族：matlab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(lái)對圖像信號處理、控制系統設計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等特殊應用進(jìn)行分析和設計。matlab產(chǎn)品族具有以下功能：數據分析；數值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖；控制系統設計；數字圖像信號處理；建模、仿真、原型開(kāi)發(fā)；應用開(kāi)發(fā)；圖形用戶(hù)界面設計等。matlab產(chǎn)品族被廣泛應用于信號與圖像處理、控制系統設計、通信系統仿真等諸多領(lǐng)域。開(kāi)放式的結構使matlab產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進(jìn)行擴充，從而在不斷深化對問(wèn)題認識的同時(shí)提高自身的競爭力。