電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù)EDA技術(shù)基本概念

稍微復(fù)雜一點(diǎn)的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及面廣，設(shè)計(jì)工作量大，依靠手工設(shè)計(jì)，不僅設(shè)計(jì)周期長，而且易出錯、性能難以優(yōu)化提高。因此，現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，非常注重電子設(shè)計(jì)自動化eda(electronic design automation)技術(shù)及其工具軟件的應(yīng)用。

eda技術(shù)基本概念

eda技術(shù)是在電子cad技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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)品的自動設(shè)計(jì)。

簡而言之，eda技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在eda工具軟件平臺上，對以硬件描述語言hdl(hardware description language)為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合(布局布線),以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。eda技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和eda軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)，這是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的一個巨大進(jìn)步。利用eda工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出ic版圖或pcb版圖的整個過程在計(jì)算機(jī)上自動處理完成。

eda技術(shù)的新發(fā)展及特點(diǎn)

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

(1)在fpga上實(shí)現(xiàn)dsp數(shù)字信號處理，應(yīng)用成為可能，用純數(shù)字邏輯進(jìn)行dsp模塊的設(shè)計(jì)，使得高速dsp實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)，并有力推動了軟件無線電技術(shù)的實(shí)用化和發(fā)展?；趂pga的dsp技術(shù)為高速數(shù)字信號處理算法提供了實(shí)現(xiàn)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(guī)模應(yīng)用階段，在一片fpga中實(shí)現(xiàn)一個完備的數(shù)字處理系統(tǒng)成為可能。

(3)使電子設(shè)計(jì)成果以自主知識產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)成為可能。在仿真和設(shè)計(jì)兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言且功能強(qiáng)大的eda軟件不斷推出。

(4)除了日益成熟的數(shù)字技術(shù)外，傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模理念發(fā)生了重大的變化表現(xiàn)在軟件無線電技術(shù)的崛起，模擬電路系統(tǒng)硬件描述語言的表達(dá)和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，可編程模擬器件的出現(xiàn)，數(shù)字信號處理和圖像處理的全硬件實(shí)現(xiàn)方案的普遍接受，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)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(shù)字、軟件與硬件、系統(tǒng)與器件、asic與fpga、行為與結(jié)構(gòu)等。

(6)更大規(guī)模的fpga和cpld器件不斷推出。

(7)基于eda的用于asic設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)單元已涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及復(fù)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(yīng)用。

(9)soc高效低成本設(shè)計(jì)技術(shù)日益成熟。

(10)系統(tǒng)級、行為驗(yàn)證級硬件描述語言出現(xiàn)，如system c使復(fù)雜電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證趨于簡單。

縱觀電子設(shè)計(jì)的發(fā)展史，可以大膽預(yù)測，未來電子設(shè)計(jì)自動化將會地滲入我們的生活，改變我們的生活方式和生活節(jié)奏，為我們提供更多的便捷。

中國eda市場已漸趨成熟，不過大部分設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員開發(fā)復(fù)雜的片上系統(tǒng)器件。為了與我國中國臺灣和美國的設(shè)計(jì)工程師形成更有力的競爭，內(nèi)地的設(shè)計(jì)隊(duì)伍有必要引進(jìn)和學(xué)習(xí)一些最新的eda技術(shù)。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)顯示，中國和印度正在成為電子設(shè)計(jì)自動化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個市場，年復(fù)合增長率分別達(dá)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(qiáng)的功能，一般可用于幾個方面，例如，很多軟件都可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，同進(jìn)還可以進(jìn)行pcb自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

1.設(shè)計(jì)與仿真工具

國內(nèi)定型一個中型飛機(jī)的設(shè)計(jì)，從草案到詳細(xì)設(shè)計(jì)到風(fēng)洞試驗(yàn)、再到最后出圖到實(shí)際投產(chǎn)，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?yàn)槊绹谠O(shè)計(jì)時大部分采用的是虛擬仿真技術(shù)，把多年積累的各項(xiàng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)參數(shù)都輸入計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)編程編寫出一個虛擬環(huán)境的軟件，并且使它能夠自動套用相關(guān)公式和調(diào)用長期積累后輸入計(jì)算機(jī)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。這樣一來，只要把飛機(jī)的外形設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)放入這個虛擬的風(fēng)洞軟件中進(jìn)行試驗(yàn)，哪里不合理有問題就改動哪里，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(shè)計(jì)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(jì)80年代世界上應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)。同類產(chǎn)品中，pspice是功能最為強(qiáng)大的模擬和數(shù)字電路混合仿真eda軟件，在國內(nèi)普遍使用。可以進(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(shù)據(jù)輸出，并在同一窗口內(nèi)同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無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(jié)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(jì)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的人機(jī)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(yàn)中的實(shí)際儀器儀表沒有兩樣，對模數(shù)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(jié)果。multisim在儀器儀表庫中提供了萬用表、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(zhuǎn)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萬用表、agilent示波器和動態(tài)邏輯平筆等儀器儀表。還提供了各種常見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(shù)碼管等。模擬集成電路方面有各種運(yùn)算放大器、其他常用集成電路。數(shù)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(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集，用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。matlab產(chǎn)品族具有以下功能：數(shù)據(jù)分析；數(shù)值和符號計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)字圖像信號處理；建模、仿真、原型開發(fā)；應(yīng)用開發(fā)；圖形用戶界面設(shè)計(jì)等。matlab產(chǎn)品族被廣泛應(yīng)用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)仿真等諸多領(lǐng)域。開放式的結(jié)構(gòu)使matlab產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對問題認(rèn)識的同時提高自身的競爭力。