電子(zi)設計自動化技術EDA技術基本概念

稍微(wei)復雜一點的(de)電(dian)(dian)(dian)子系(xi)統(tong)的(de)設計(ji)，涉(she)及面廣(guang)，設計(ji)工作(zuo)量大，依靠手(shou)工設計(ji)，不(bu)僅設計(ji)周期(qi)長，而且易出錯(cuo)、性(xing)能(neng)難(nan)以優化提高。因此，現代電(dian)(dian)(dian)子系(xi)統(tong)設計(ji)過(guo)程中，非常注重電(dian)(dian)(dian)子設計(ji)自動化eda(electronic design automation)技術(shu)及其(qi)工具軟件的(de)應用。

eda技術基本概念

eda技術(shu)(shu)是(shi)在(zai)電(dian)子(zi)cad技術(shu)(shu)基礎上發展(zhan)起(qi)來的(de)計算(suan)機(ji)軟件(jian)系統(tong)，是(shi)指以計算(suan)機(ji)為(wei)工作平(ping)臺(tai)，融合了應(ying)用電(dian)子(zi)技術(shu)(shu)、計算(suan)機(ji)技術(shu)(shu)、信息(xi)處理及(ji)智能化(hua)技術(shu)(shu)的(de)最新成果，進行電(dian)子(zi)產品的(de)自(zi)動設計。

簡而言(yan)之，eda技術(shu)(shu)就(jiu)是(shi)依賴功(gong)能(neng)(neng)強大的(de)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)，在eda工(gong)(gong)具(ju)軟件(jian)(jian)平(ping)臺上(shang)，對以(yi)(yi)硬件(jian)(jian)描(miao)述語(yu)言(yan)hdl(hardware description language)為系(xi)(xi)統邏輯描(miao)述手段完(wan)成(cheng)的(de)設(she)計(ji)(ji)文(wen)件(jian)(jian)，自動地(di)完(wan)成(cheng)邏輯編(bian)譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合(布(bu)局(ju)布(bu)線),以(yi)(yi)及邏輯優化和仿真(zhen)測試，直至實現(xian)既(ji)定的(de)電(dian)子(zi)線路系(xi)(xi)統功(gong)能(neng)(neng)。eda技術(shu)(shu)使(shi)得設(she)計(ji)(ji)者(zhe)的(de)工(gong)(gong)作(zuo)僅限于利用軟件(jian)(jian)的(de)方式，即利用硬件(jian)(jian)描(miao)述語(yu)言(yan)和eda軟件(jian)(jian)來完(wan)成(cheng)對系(xi)(xi)統硬件(jian)(jian)功(gong)能(neng)(neng)的(de)實現(xian)，這是(shi)電(dian)子(zi)設(she)計(ji)(ji)技術(shu)(shu)的(de)一個巨大進步。利用eda工(gong)(gong)具(ju)，電(dian)子(zi)設(she)計(ji)(ji)師可以(yi)(yi)從概念、算(suan)法、協(xie)議等開始(shi)設(she)計(ji)(ji)電(dian)子(zi)系(xi)(xi)統，大量工(gong)(gong)作(zuo)可以(yi)(yi)通(tong)過計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)完(wan)成(cheng)，并可以(yi)(yi)將電(dian)子(zi)產品從電(dian)路設(she)計(ji)(ji)、性(xing)能(neng)(neng)分析到設(she)計(ji)(ji)出ic版圖或pcb版圖的(de)整個過程在計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)上(shang)自動處理完(wan)成(cheng)。

eda技(ji)術的新(xin)發展(zhan)及特點

進入21世紀(ji)后，eda技術得到了(le)更大的發展，突(tu)出(chu)表現在(zai)以下幾個(ge)方面。

(1)在fpga上實(shi)現(xian)(xian)dsp數字(zi)信號處理(li)，應用成(cheng)(cheng)為可能(neng)，用純數字(zi)邏輯(ji)進行dsp模塊的設計，使得高(gao)速dsp實(shi)現(xian)(xian)成(cheng)(cheng)為現(xian)(xian)實(shi)，并有力推(tui)動(dong)了軟件無(wu)線(xian)電技術的實(shi)用化和(he)發(fa)展。基(ji)于(yu)fpga的dsp技術為高(gao)速數字(zi)信號處理(li)算法提供了實(shi)現(xian)(xian)途徑。

(2)嵌入式處(chu)理(li)器軟核的成(cheng)熟，使得(de)sopc system on a programmable chip步入大規模應用(yong)階段，在(zai)一片fpga中實現一個(ge)完備的數字處(chu)理(li)系(xi)統成(cheng)為可能。

(3)使電子設計成果(guo)以(yi)自主(zhu)知(zhi)識產權的(de)方式(shi)得以(yi)明確(que)(que)表達和(he)確(que)(que)認成為(wei)可(ke)能(neng)。在仿真和(he)設計兩方面支持標準硬件(jian)描述語言且功能(neng)強(qiang)大的(de)eda軟件(jian)不斷推出。

(4)除了日益成(cheng)熟的(de)數字技術外，傳統的(de)電路系統設(she)計建模理(li)念發生了重大(da)的(de)變化(hua)表現在軟件(jian)無(wu)線電技術的(de)崛起，模擬電路系統硬(ying)件(jian)描述語言(yan)的(de)表達和(he)設(she)計的(de)標準化(hua)，可編(bian)程模擬器件(jian)的(de)出現，數字信(xin)號處理(li)和(he)圖像處理(li)的(de)全硬(ying)件(jian)實現方案(an)的(de)普遍接受，軟硬(ying)件(jian)協(xie)同設(she)計等。

(5)eda使得電子(zi)領域各學科的界限更加模糊、更加互為(wei)(wei)包容(rong)，例如(ru)，模擬與數字、軟(ruan)件與硬(ying)件、系統(tong)與器件、asic與fpga、行為(wei)(wei)與結構等。

(6)更大規模的fpga和cpld器件不斷推出。

(7)基于(yu)(yu)eda的用于(yu)(yu)asic設計的標準單元(yuan)已(yi)涵蓋(gai)大(da)規模(mo)(mo)電子系統及(ji)復(fu)雜ip核模(mo)(mo)塊(kuai)。

(8)軟硬ipintellectual property核在(zai)電(dian)子行業(ye)的產業(ye)領(ling)域廣泛應(ying)用。

(9)soc高(gao)效低成(cheng)本設(she)計技術日益成(cheng)熟。

(10)系統(tong)級、行為驗證(zheng)級硬(ying)件(jian)描述語(yu)言(yan)出現，如system c使復雜(za)電子系統(tong)的設計和驗證(zheng)趨(qu)于(yu)簡單(dan)。

縱(zong)觀電(dian)子設計的(de)發展史，可以(yi)大(da)膽預測，未來電(dian)子設計自動化將會地滲入我們的(de)生活，改變(bian)我們的(de)生活方式(shi)和生活節(jie)奏，為我們提供更(geng)多的(de)便捷。

中國eda市場已漸趨成(cheng)熟，不過大部(bu)(bu)分設(she)計(ji)工程師面向的(de)是pcb制板(ban)和小型asic領域，僅有小部(bu)(bu)分(約(yue)11%)的(de)設(she)計(ji)人員開發(fa)復(fu)雜的(de)片上系統(tong)器(qi)件(jian)。為了與我(wo)國中國臺灣和美國的(de)設(she)計(ji)工程師形(xing)成(cheng)更有力的(de)競爭(zheng)，內地的(de)設(she)計(ji)隊伍有必要引進和學習一些最新的(de)eda技(ji)術(shu)。據最新統(tong)計(ji)顯(xian)示，中國和印度正在成(cheng)為電子(zi)設(she)計(ji)自動化領域發(fa)展最快的(de)兩個市場，年(nian)復(fu)合增長率分別達到了50%和30%。

常用eda工具軟件

eda工(gong)具(ju)軟(ruan)件層(ceng)出(chu)不窮，目前進入我國并具(ju)有廣泛影響的eda軟(ruan)件有multisim、pspice、orcad、pcad、protel、viewlogic、mentor、graphics、synopsys、lsilogic、ca-dence、microsim、easyeda、altium designer等。這些(xie)工(gong)具(ju)都(dou)有較強的功能，一(yi)般可(ke)用于幾個方面，例如，很多(duo)軟(ruan)件都(dou)可(ke)以進行電路設計與仿真(zhen)，同進還可(ke)以進行pcb自(zi)動布局布線(xian)，可(ke)輸出(chu)多(duo)種(zhong)網表文件與第三方軟(ruan)件接口。

1.設計與仿真工具

國(guo)內定型一個(ge)(ge)中(zhong)型飛(fei)機的設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，從(cong)草案到(dao)詳細設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)到(dao)風洞(dong)試(shi)驗、再(zai)到(dao)最后出圖(tu)到(dao)實際投產(chan)，整個(ge)(ge)周期(qi)大概(gai)要10年(nian)，而(er)美(mei)國(guo)是1年(nian)。為(wei)什么(me)會有這樣大的差距呢(ni)?因為(wei)美(mei)國(guo)在(zai)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)時大部分(fen)采用(yong)(yong)的是虛擬仿真(zhen)技術(shu)，把多年(nian)積(ji)累的各項風洞(dong)實驗參(can)數(shu)都輸入(ru)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機，然(ran)后通過計(ji)(ji)(ji)算(suan)機編程編寫出一個(ge)(ge)虛擬環境的軟件(jian)，并且使它能夠自動套用(yong)(yong)相關(guan)公(gong)式(shi)和調用(yong)(yong)長(chang)期(qi)積(ji)累后輸入(ru)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機的相關(guan)經驗參(can)數(shu)。這樣一來，只(zhi)要把飛(fei)機的外形設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)數(shu)據放入(ru)這個(ge)(ge)虛擬的風洞(dong)軟件(jian)中(zhong)進行(xing)試(shi)驗，哪里不合理有問題就改動哪里，直至取(qu)得(de)最佳效果，效率自然(ran)高了，從(cong)波音(yin)747到(dao)f-16采用(yong)(yong)的都是這種方法。

電(dian)子(zi)電(dian)路設(she)計與仿(fang)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(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)設計(ji)軟件(jian)(jian)，是由美國(guo)(guo)(guo)加(jia)州(zhou)大(da)學推出的電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)分(fen)析仿(fang)真(zhen)(zhen)軟件(jian)(jian)，1998年被定為美國(guo)(guo)(guo)國(guo)(guo)(guo)家(jia)標準。同類(lei)產品中(zhong)，pspice是功能(neng)最為強大(da)的模(mo)擬和數(shu)(shu)字電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)混合仿(fang)真(zhen)(zhen)eda軟件(jian)(jian)，在(zai)國(guo)(guo)(guo)內普遍使用。可(ke)以(yi)進行各種各樣的電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)仿(fang)真(zhen)(zhen)、激勵(li)建立、溫(wen)度與噪聲(sheng)分(fen)析、模(mo)擬控制、波形(xing)輸(shu)出、數(shu)(shu)據輸(shu)出，并在(zai)同一窗口內同時顯示模(mo)擬與數(shu)(shu)字的仿(fang)真(zhen)(zhen)結果。無(wu)論對哪(na)種器(qi)件(jian)(jian)哪(na)些電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)進行仿(fang)真(zhen)(zhen)，都(dou)可(ke)以(yi)得到(dao)精確的仿(fang)真(zhen)(zhen)結果，并可(ke)自行建立元(yuan)器(qi)件(jian)(jian)及元(yuan)器(qi)件(jian)(jian)庫。

(2)multisim(ewb的(de)最(zui)新(xin)版(ban)本):是(shi)interactive image technologies ltd在(zai)20世紀末(mo)推出的(de)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)仿真(zhen)軟件。其(qi)最(zui)新(xin)版(ban)本為multisim 12.0,相對于(yu)其(qi)他eda軟件，它具有(you)更加形象直(zhi)觀的(de)人機(ji)交互界面，特別是(shi)其(qi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)庫中的(de)各種儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)，與操(cao)作真(zhen)實(shi)(shi)實(shi)(shi)驗中的(de)實(shi)(shi)際儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)沒有(you)兩樣，對模數(shu)(shu)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)混(hun)合仿真(zhen)功能(neng)幾(ji)乎(hu)能(neng)夠100%地仿真(zhen)出真(zhen)實(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)結果(guo)。multisim在(zai)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)庫中提(ti)供了(le)萬用表(biao)(biao)、信號發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、瓦特表(biao)(biao)、雙蹤/四蹤示波(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、波(bo)(bo)特儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(掃頻儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi))、字信號發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、邏輯分析(xi)(xi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)、邏輯轉換儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)、失真(zhen)度分析(xi)(xi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)、頻譜分析(xi)(xi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)、網絡分析(xi)(xi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)和電(dian)(dian)(dian)壓表(biao)(biao)及(ji)電(dian)(dian)(dian)流表(biao)(biao)、i-v分析(xi)(xi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(晶體管(guan)特性圖示儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi))、agilent信號發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、agilent萬用表(biao)(biao)、agilent示波(bo)(bo)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和動態邏輯平(ping)筆(bi)等(deng)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)儀(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)。還提(ti)供了(le)各種常見(jian)的(de)建模精確的(de)元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件，如電(dian)(dian)(dian)阻、電(dian)(dian)(dian)容、電(dian)(dian)(dian)感、三極管(guan)、二極管(guan)、繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、晶閘管(guan)、數(shu)(shu)碼管(guan)等(deng)。模擬集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)方(fang)面有(you)各種運算放大器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、其(qi)他常用集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)。數(shu)(shu)字電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)方(fang)面有(you)74系列(lie)集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)、4000系列(lie)集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)等(deng)，并且(qie)支(zhi)持自制元(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件。multisim7還具有(you)同時進行vhdl仿真(zhen)和verilog hdl仿真(zhen)的(de)功能(neng)。

(3)matlab產(chan)(chan)品族：matlab的(de)一(yi)大特性是(shi)有(you)(you)眾多(duo)的(de)面(mian)(mian)向具體應(ying)用(yong)的(de)工具箱和仿真塊，包含了(le)完整的(de)函數集，用(yong)來對圖(tu)像信(xin)號處(chu)理(li)、控制系(xi)(xi)統設計(ji)(ji)(ji)、神經(jing)網絡等特殊(shu)應(ying)用(yong)進行(xing)分(fen)析和設計(ji)(ji)(ji)。matlab產(chan)(chan)品族具有(you)(you)以下功能(neng)：數據分(fen)析；數值(zhi)和符號計(ji)(ji)(ji)算、工程與(yu)(yu)科學(xue)繪圖(tu)；控制系(xi)(xi)統設計(ji)(ji)(ji)；數字圖(tu)像信(xin)號處(chu)理(li)；建模、仿真、原型(xing)開(kai)發；應(ying)用(yong)開(kai)發；圖(tu)形用(yong)戶界面(mian)(mian)設計(ji)(ji)(ji)等。matlab產(chan)(chan)品族被廣(guang)泛應(ying)用(yong)于信(xin)號與(yu)(yu)圖(tu)像處(chu)理(li)、控制系(xi)(xi)統設計(ji)(ji)(ji)、通(tong)信(xin)系(xi)(xi)統仿真等諸多(duo)領域(yu)。開(kai)放式的(de)結構使(shi)matlab產(chan)(chan)品族很容易針對特定的(de)需(xu)求進行(xing)擴充(chong)，從而在不斷深化對問題認識的(de)同(tong)時提(ti)高自身(shen)的(de)競爭(zheng)力(li)。