電子設計自動化技術EDA技術基本概念

稍微復雜一點的電子系統(tǒng)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，而且易出錯、性能難以優(yōu)化提高。因此，現代電子系統(tǒng)設計過程中，非常注重電子設計自動化eda(electronic design automation)技術及其工具軟件的應用。

eda技術基本概念

eda技術是在電子cad技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，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。

簡而言之，eda技術就是依賴功能強大的計算機，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計文件，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合(布局布線),以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現既定的電子線路系統(tǒng)功能。eda技術使得設計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和eda軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現，這是電子設計技術的一個巨大進步。利用eda工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，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版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。

eda技術的新發(fā)展及特點

進入21世紀后，eda技術得到了更大的發(fā)展，突出表現在以下幾個方面。

(1)在fpga上實現dsp數字信號處理，應用成為可能，用純數字邏輯進行dsp模塊的設計，使得高速dsp實現成為現實，并有力推動了軟件無線電技術的實用化和發(fā)展。基于fpga的dsp技術為高速數字信號處理算法提供了實現途徑。

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

(3)使電子設計成果以自主知識產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外，傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設計建模理念發(fā)生了重大的變化表現在軟件無線電技術的崛起，模擬電路系統(tǒng)硬件描述語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現方案的普遍接受，軟硬件協(xié)同設計等。

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

(6)更大規(guī)模的fpga和cpld器件不斷推出。

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

(8)軟硬ipintellectual property核在電子行業(yè)的產業(yè)領域廣泛應用。

(9)soc高效低成本設計技術日益成熟。

(10)系統(tǒng)級、行為驗證級硬件描述語言出現，如system c使復雜電子系統(tǒng)的設計和驗證趨于簡單。

縱觀電子設計的發(fā)展史，可以大膽預測，未來電子設計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，不過大部分設計工程師面向的是pcb制板和小型asic領域，僅有小部分(約11%)的設計人員開發(fā)復雜的片上系統(tǒng)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和學習一些最新的eda技術。據最新統(tǒng)計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動化領域發(fā)展最快的兩個市場，年復合增長率分別達到了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。

1.設計與仿真工具

國內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計算機，然后通過計算機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公式和調用長期積累后輸入計算機的相關經驗參數。這樣一來，只要把飛機的外形設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，是由美國加州大學推出的電路分析仿真軟件，1998年被定為美國國家標準。同類產品中，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，與操作真實實驗中的實際儀器儀表沒有兩樣，對模數電路的混合仿真功能幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結果。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、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還具有同時進行vhdl仿真和verilog hdl仿真的功能。

(3)matlab產品族：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，用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設計、神經網絡等特殊應用進行分析和設計。matlab產品族具有以下功能：數據分析；數值和符號計算、工程與科學繪圖；控制系統(tǒng)設計；數字圖像信號處理；建模、仿真、原型開發(fā)；應用開發(fā)；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(tǒng)設計、通信系統(tǒng)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認識的同時提高自身的競爭力。