EDA技术的概念和综述及发展趋势-数字电子技术.docx

EDA技术的概念和综述及发展趋势1、EnA技术的概念ElM技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统.是指以计制机为工作平台.融合了应用电子技术、计。机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计.利用EDA工具，电子设计怵可以从概乞、打法、协议等起先设计电子系统，大妣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版图或PCB板图的整个过程的计算机上自动处理完成.现在对EDA的勉念或他叫用得很宽.包括在机械、电子、通信、航空航天、化J旷产、生物、医学、军事等各个饭域，都行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运用，例如在£机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到E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、电路段和物理实现怨，2、皿需用软件EDA工具层出不穷，目前迸入我国并具有广泛影晌的EDA软件有：multiSIM7（原EUB的最新版本）、PSPICExOrCAD.PCAD、Protel»Vicvlogic*Mentor%Graphics、Synopsys*1.SIIogic.Cadence.NieroSi等等。这些工具都忏较强的功能,一般可用于几个方面,例如很多物件都可以进行电路设计与仿真.同进还可以进行IO自动布局布线,可输出多种网表文件与第三方软件接门.卜面按主要功能或主要应用场合,分为电路设计与仿女工具、PCB设计软件、IC设计软件、P1.D设计工具及其它EDA软件，进行筒沾介绍，2. I电子电路设计与仿与工具我们大家可能制：用过试验板或者尤他的东西IM作过些电子M做米进行实践.但是有的时候，我们会发觉做出来的东西有很多的问题，力先并没有想到，这样一来就奢侈了我们的很多时间和物资.而且增加了产处的开发周期和持续了产品的上市时间从而使产处失去市场竟争优势.有没有能够不动用电塔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，说到电子电路设计与仇嗔工具这项技术，就不能不现到荚国.不能不遑到他们的飞机设计为什么有很高效率，以前我国定型一个中型E机的设计，从草案到具体设计到风涧试验再到用终出图到实际投产,整个周期也许要IO年。而美国是I年.为什么会有这样大的差距呢？因为美国在设计时大部分采纳的是虚报仿贰技术.把多年积累的各项风洞试收参数都输入电脑.然后通过电脑编程编写出个虚拟环境的软件，并且使它健能自动套用相关公式和两用长期枳累后输入电班的相关胡历香数，这样一来，只要把E机的外形计数据放入这个旌拟的风洞软件中进行试受，哪里不合理有问JS就改动那里，直至呆佳效果，效率自然高r,用终只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了.从他们的波音747到E16部是采纳的这种方法.空气动力学方面的收据由资深专家供应，软件开发商是IBM,飞行器设计工程师只需利用仿其枇件在计算机平台上进行各种仿直调试工作即可，同样，他们其他的很多东西都是果纳了这样类似的方法，从人到小，从困难到荷洁,H至包括设计家具和作曲,只是具体软件内容不同，其实，他们独创第代计尊机时就是这个目的(当时足为了高效率设计大炮和相关她弹以及其他计算员大的设计)子电路设计与伪真工具包括SPICE/PSPICE：IiultiSIMT:Matlab：SystemView;KNICAD1.iveWire.Edison,TinHProBrighlSjwrk等,下面商洁介绍前三个软件，SPICE(SiMilationprogranwithlntegratedcircuitEiiphasis)；是由美国加州高校推出的电路分析仿江软件，是20世纪80年头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MiCrOS加公司推册了基于SPICE的微机版PSPICE(PersonBl-SPlCE).现在用得较多的是PSPleE6.2,可以说在同类产品中,它是功能挺为强大的模拟和数字电路混合仿比EDA软件，在国内普迦运用，At斜推出了PSPICE9.1版本.它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、司度与噪声分析、模拟限制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模flVj数字的仿页结果.无论对唾种器件哪些电路进行仿真.都可以得到精隔的仿舆结果，并可以自行建立元器件及元器件昨。WJltiSlM（EWB的最新版本软件：是InteractiveInmReTechnoloRies1.td在20世纪末推出的电路仿我软件。其妓新版本为InuItiSIMT,目前普遍运用的是mulliSIY200l,相对于其它EDA软件.它具书更加形象宜观的人机交互界面，特殊是其仪器仪我冰中的各仪器仪衣与操作我实试验中的实际仪器仪我完全没有两样，但它对模数电路的混合仿直功能却不逊色，儿乎隹纷1。0%地仿我出我实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还供应了万用衰、信号发生器、瓦特表、双踪示波潺（对于InUItiSD17还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫领仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失Fl度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流衣等仪器仪表.还供应了我们口经常见的各种建模枯确的元器件比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、维电器、可控硅、数码管等等，模拟集成电路方面仲各种运舞放大器、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、等等还支轿自制元器件.MUlliSIM7还只有I-V分析仪（相当于其实环境中的晶体管特性图示仪）和AgiIent伯号发生器、AgiIent方用机Agilent示波器和动态逻辑平笔等.同时它还能进行VIID1.仿真和VerilogHD1.仿真.MAT1.AB产品找：它们的大特性是有众多的面对具体应用的工具箱和仿A：块.包含了完犍的函数集用来对图像信号处理、限制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计.它具有数据来先、报告生成和汕UUB语育期程产生独立C/Ci代码等功能.MAT1.AB产品故具有下列功能：数据分析数值和符号计算,工程与科学绘图：限制系获设计:数字图像信号处理：财务工程:建粳、仿真、原型开发；应用开发；图形用户界面设计等.灿T1.AB产品族被广泛应用于信号与图像处理、限般系统设计、通讯系统仿式等诸多顺域，开放式的结构使MAT1.AB产品族很简洁针而特定的需求进行扩充,从而在不断深化对问题的相识同时，提高自身的党争力.2.2PCB设计软件PCB（Printed-CirCUitBoard）设计软件种类很多，ProteROrCAD,VievlogictPoverPCB、CiIdCnCCPSD、MerHorGrHPhiCcS的EXpCdiIiOnNB、ZukenCadStarl.NinboardJWindrafl/1ve-SPICEPCBStudio,TANGO.PCBTizard（与1.iVeWire配套的PcB制作软件包）、UItiBoARD7（与multiSlM2001配窘的PCB制作软件包等等.目前在我国用得最多当属PrOteh下而仅对比软件作介绍.Protel是PROTE1.（现为AltiUm）公司在20世纪80年头末推出的CAD1：只.是PCB设计者的首选软件.它较早在国内运用，普及率最高，在很多的大、中专院校的电路专业还特地开设Protel课程,几乎所在的电路公司都要用到它,早期的ProteI主要作为印刷板自动布线工具运用.JMu新版本为ProtelDXP.现在普ifi运用的是Petel99SE,它是个完整的全方位电路设计系统,包含了电原理图粉制、模拟电路与数字电路混合信号仿六、多层印刷电路板设计（包含印刷电路板自动布局布线），可编程逻钳器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Qient/Server（客户/服务体系蜻构,同时还兼容一些其它设计软件的文件格式,如0RCD.PSPICE.EXCE1.等.运用多层印制线路板的自动布线,可实现高密度PCB的IO（Mi通率.Protel软件功能强大（同时具有电路仿典功能和P1.D开发功能）、界面友好、运用便利,但它最具代表性的是电路设计和PCB设计.2.3IC设计软件IC设计工具微笑,其中按市场所占份额排行为CadenCe、MentorGraphicsfiSynopsys.这三家都是ASIC设计领域相当用名的物件供应商.共它公司的软件相对来说运用者较少.中国华大公司也供应ASIC设计软件（鹿猫200。）：月外近来出名的AVanti公司，是原来在CadenCC的几个华人工程川i创立的，他们的设计工具可以全面和Cadcnce公司的工具相抗衡，特别适用于深亚跟米的IC设计.下面按用途时IC设计软件作一些介绍。设计输入工具这是任何,种EDA软件必编具备的葩木功能.愫Cadence的composer,Vieulogic的VieWdraw,硬件描述语言yffl)1.'VeriIogHD1.是主要设计语言,很多设计输入工具都支持HD1.(比如说InultiSIM等)另外像ACtiVe-HD1.和其它的设计输入方法,包括原理和状态机输入方法,设计FPGA/CP1.D的I：具大都可作为IC设计的输入手段,如Xilinx、Altera等公司供应的开发ERUOdelsimI-PGA等.设计仿我工作我们运用EIwI：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产处都有仿J工具.VeriIOg-X1.、NC-Verilog用于VeriIogt,1.eaPfrOg用于YHD1.的真，AnalogArti$i用于模拟电路仿XUViCWlgic的仿式器有：VieWSim门线电路仿式器，SEMaveVHD1.仿JX三(VCSverilog仿真器.MentOrGraPhiCS有具子公司ModelTech出品的VHD1.和Verilog双仿真器:ModelSim.Cadence.Syn。PSyS用的是VSS(YHD1.仿真隅.现在的趋势是各大EDA公司都渐渐用HD1.仇其瑞作为电路物证的工具.综合工具综合1：具可以把HD1.变成门级图表.这方面Syn。PSySI：只占有较大的优势.它的DeSignCOmpiIe是作为一个标合的工业标准，它还有另外,个产品叫BehaViOIaaIPiIer,可以供应更诲汲的嫁台。另外最近美同乂出了一个软件叫Ambi3据说比Syn。PSyS的软件更有效，可以综合50万门的电路.速度更快.今年初Anbit被CadenCe公司收购，为此CadenCe放弃它原求的蝶合软件Synergy.者EPGA设计的规模越关越大.各EDA公司又开发了用于FPGA设计的综合物件.比较出名的有：Synopsys的FIsGAExpress,CadenCC的Synp】iI”MerHoiMfj1.conardo,这三家的FPGA琼合软件占了市场的绝大部分.布局和布设在IC设计的布局布线1.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践.GlH名的是CadenCeSPeCtra,它原来是用于PCB布线的,后来Cadencc把它用来作IC的布线。K主要工具有：Cel13,SiIiconEnscnMe-标准单元布然器：GateEnSenble门阵列布线牌：DeSiRnPIanne1.布局工具其它各EDA状件开发公司也供应各自的布局布线工具.物理物证工具物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提收工具等等这方面CadenCe也是很强的.其DraCUIa、Virtlffl。、YaHPire等物理工具有极多的运用者.模拟电路仿式系前面讲的仿真涔主要是针对数字电路的,对于模拟电路的仿真工具.普港运用SPICE,这是唯一的选择.只不过是选择不同公司的SPlCE,像MiCeOSiiI的PSPICE、MetaSOrt的HSPlCE等等.HSPlCE现在被AVanti公司收购了.在众多的SPlcE中，HSPICE作为IC设计,我模型多，仿式的精度也高。2.4PU)设计工具PuHPs;11三HbIe1.ogicDevice)是一种由用户依据须要而自行构造逻辑功能的数字集成电路.目前主要有两大类里：CP1.D(ConpIexPIJ)fllFPGA(FieldPrograrfflmbleGateArray).它们的基本设计方法是倡助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述选肯等方法，生成相应的目标文件,其线用底程器或下载电烧,由目标器件实现。生产PU)的厂家很多.iH代表性的P1.D厂家为Al1.era、Xilinx和1.aniCe公司.P1.D的开发工具般由案件生产厂家供应，但班着器件规模的不断增加，软件的困难性也随之梃高，H前由特地的软件公司与器件生产厂家运用，推出功倭强大的设计软件，下面介绍主铿零件生产厂家和开发I：只.（Dalierai2。世纪的年头以后发展很快,主要产品布、max30oo70dofelx6kiok.apex2ok,aCEXlK.StratiX等.我开发工具TiAX1.US11是较胜利的PU）开发平台,故新又推出了QUartUSIl开发软件.Altera公司供应较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDI.保合工具，如：综合软件FPGAEXDress、1.eonardSpectniin.仿直软件Mo加ISimI1.INX：FPGA的独创者,产品种类较全，主要有：XC9500W00C<olrunner（XP1.A3）.Spartan.Vertex等系列，其最大的Vertcx-IIPro器件己达到8Q0万门,开发软件为FoUndMion和ISE。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多.在日本和亚太地区用A1.IERA的人名，在美国则是平分秋色,全球P1.D/FPGA产品60*以上是由Altera和Xilinx供应的.可以讲AItera和Xilinx共同确定了P1.D技术的发展方向。1.attiCe-Vantis：1.attice是ISP（In-SySteaProgreunabiIity）技术的独创者.ISP技术极大地促进了PU）产品的发展，与A1.TERA和XI1.INX相比，其开发工具比Akera和Xilinx略也一海,中小规模P1.D比较忏特色，大规模P1.D的竞争力还不终强（1.nttiCe没有基于查找表技术的大规模FPGA）,1999年推出可编程模拟腓件,1999年收购YantiS（股AYD子公司）.成为第三大可编程逻辑罂件供应商.2001年12月收购Agere公司<»1.ucent微电子部）的FPGA部门.主要产品有isp1.S12000/501）0/80。，MAaH/5.©ACTE1.：反塔丝（次性烧写）P1.D的领导者.由于反烙些P1.D抗辎射、耐凹凸温、功耗低、速度快，所以在军品和宇觥级上有较大优势。A1.TERA和XI1.INX则一般不涉足军晶和宇航级市场，©Quicklogic；专业PHVFPGA公司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售fit不大©1.ucent：主要特点是有不少用于通讯领域的专用IP核,但P1.D/FPGA不是1.ucent的主要业务.在中国地区运用的人很少.ATME1.:中小规模P1.D做得不惜。ATME1.也做了一些与AIICra和XilinX旋容的片子，但在品质上与原厂家还是行一些差距，在高率制性产品中运用较少，多用在低掂产乱上.©Clear1.ogic；生产与一些闻名P1.D/FPGA大公司兼容的芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不行编程.批量生产时的成本较低，HSh生产PSD（单片机可编程外国芯片）产品。这是一种特殊的P1.D,如G新的PSD8XX、PSD9xx桀成了P1.D.EPRM1.FIaSh,并支持ISP（在线编程）.集成度苒主要用于协作单片机1.作.顺便提一下：P1.D（可粕程逻辑器件）是一种可以完全咎代74系列及GA1.P1.A的新型电路.只要有数字电路期础，会运用计班机，就可以迸行P1.D的开发,PW的在战编程实力和强大的开发软件,使工程婶可以几天，回至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作井可将数百万门的困难设计集成在一知芯片内.P1.D技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术.26其它EDA软件VHD1.语£；：超高速生成电路硬件描述语吉（VHSlCHardWard）CSCriPIiOn1.augUagI,简称VHD1.）,是IEEE的一项标准设计诺吉。它源于美国国防髭提出的超高通集成电路（VeryIIighSpeedInteKratedCircuit,简称VIISlC）安排,是ASlC设计和P1.D设计的一种土要输入1：具.VerioIgHD1.：是Verilog公司推出的硬件描述语言.在ASlC设计方而与VHD1.ifi=平分秋色.其它EDA软件加将地用于潴波电路设il和电力极波工具、PCB制作和工艺流程限制等第域的工具.在此就不作介绍了.3EM的应用EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用.在教学方面，几乎全部理工科（特殊型电子信息）类的高校都开设了EDA课程,主要是让学生了解EDA的基木政念和基奉蜃理'驾取用HD1.语齐编写规他、驾驭逻辑综合的理论和算法、运用EDAI：只进行电子电路课程的试验验证并从事循洁系统的设计.一般学习电路仿真工具（如IIUItiSH1、PSPICE）和P1.D开发工具（如Ahera/XiIinx的器件结构及开发系统,为今后工作打下刘础。科研方面主要利用电路仿IX工具（multiSIMiPSPICE）进行电路设计与仿比；利用虚拟仪器进行产品测试：将CP1.D/FPGA器件实际应川到仪器设各中：从事PCB设计和ASlC设计等.在产出设计与制造方面.包括计匏机仿J'（.产品开发中的EDA工具的用、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、电子设缶的研制与生产、电路板的焊接、ASlC的制作过程等.从应用领域法而，EDA技术已经灌透到各行各业，加上文所说,包括在机械、电子、通信、航空航航火、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都在EDA应用,另外，EDA软件的功使日益强大，原来功能比较单的软件，现在增加了很多新用途，如AUIMAD软件可用于机械及建笊设计，也扩展到建筑装瑞及各类效果图、汽车和匕机的模型、电影绝技等短域，4三tt*的XJwM从目前的EDA技术来看.其发展趋势是政府莫祝、运用普及、应用广泛、I：具多样、软件功健强大,中国EDA市场已渐趋成熟,不过大部分设计工程师面对的是PCB制板和小型ASIC领域.仅有小部分（约11%）的设计人员开发困难的片上系统器件，为了与台沟和荚国的设计工程师形成更仃力的竞争,中国的设计队伍有必要引进和学习些用新的EDA技术,在信息通侑领域,耍优先发履高速览潘信息同、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，主动开拓以数字技术、网络技术为葩础的新代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点,要大力推动制造业信息化，主动开展计度机班助设计（CAD)、计算机协助工程(CAE),计算机悔助工艺(CAPP),计观机机协助制造(CAM),产品数据管理(PDM、制造货源安排(MRPlI)及企业资源管理(ERP)等.有条件的企业可开展“网络制造”,便于合作设计、合作制造,参加国内和国际党争.开展“数拧化”I：程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、酸IM技术与计郎机技术、通信技术进,步融合，形成制氐限制、通信与计尊机(M3C)站构.在成IC和P1.D设计方面,向妞高速、高密度、低功耗、低电压方面发忸外设技术与EDA工程相结合的巾场前景看好.如如合超大屏林的相关连接.多屏幕技术也仃所发展.