EDA简介(电子电路计算机辅助自动设计).docx

EDA 技术的概念

EDA 技术是在电子 CAD 技术根底上进展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最成果， 进展电子产品的自动设计。

利用 EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开头设计电子系统，大量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 幅员或 PCB 幅员的整个过程的计算机上自动处理完成。

现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有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使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性 能测试及特性分析直到飞行模拟，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、电路级和物理实现级。2 EDA 常用软件
EDA 工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA 软件有：multiSIM7〔原EWB 的最版本〕、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim 等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进展电路设计与仿真，同进还可以进展PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。

(下面是关于 EDA 的软件介绍,有兴趣的话,旧看看吧^^^)

下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB 设计软件、IC 设计软件、PLD 设计工具及其它EDA 软件，进展简洁介绍。

2.1 电子电路设计与仿真工具

我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进展实践。但是有的时候，我们会觉察做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就铺张了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和连续了产品的上市时

间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙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仿真工具这项技术，就不能不提到美国，不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计，从草案到具体设计到风洞试验再到最终出图到实际投产，整个周期或许要 10 年。而美国是 1 年。为什么会有这样大的差距呢？由于美国在设计时大局部承受的是虚拟仿真技术，把多年积存的各项风洞试验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积存后输入电脑的相关阅历参数。这样一来，只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进展试验，哪里不合理有问题就改动那里，直至最正确效果，效率自然高了，最终只要再在实际环境中测试几次找找缺乏就可以定型了，从他们的波音 747 到 F16 都是承受的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家供给，软件开发商是IBM，飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进展各种仿真调试工作即可。同样，他们其他的很多东西都是承受了这样类似的方法，从大到小，从简洁到简洁，甚至包括设计家具和作曲，只是具体软件内容不同。其实，他们制造第一代计算机时就是这个目的〔当时是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计〕。

电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView； MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark 等。下面简洁介绍前三个软件。

①SPICE〔Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis〕：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是 20 世纪 80 年月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 MicroSim 公司推出了基于SPICE 的微机版 PSPICE〔Personal-SPICE〕。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真 EDA 软件，在国内普遍使用。最推出了PSPICE9.1 版本。它可以进展各种各样的电路仿真、鼓舞建立、温度与噪声分析、模拟把握、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与 数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进展仿真，都可以得到准确的仿真结果， 并可以自行建立元器件及元器件库。

②multiSIM〔EWB 的最版本〕软件：是Interactive Image Technologies Ltd 在 20 世纪末推出的电路仿真软件。其最版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2023，相对于其它 EDA 软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实试验中的实际仪器仪表完全没有两 样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够 100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还供给了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示

波器〔对于multiSIM7 还具有四踪示波器〕、波特仪〔相当实际中的扫频仪〕、字信号发生器、规律、规律转换仪、失真度、频谱、网络和电压表及电流表等仪器仪表。还供给了我们日常常见的各种建模准确的元器件， 比方电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、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、等等还支持自制元器件。MultiSIM7 还具有 I-V 〔相当于真实环境中的晶体管特性图示仪〕和Agilent 信号发生器、Agilent 万用表、Agilent 示波器和动态规律平笔等。同时它还能进展VHDL 仿真和 Verilog HDL 仿真。

③MATLAB 产品族：它们的一大特性是有众多的面对具体应用的工具箱和仿真块， 包含了完整的函数集用来对图像信号处理、把握系统设计、神经网络等特别应用进展分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB 语言编程产生独立C/C++ 代码等功能。MATLAB 产品族具有以下功能：数据分析；数值和符号计算、工程与
科学绘图；把握系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发； 应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB 产品族被广泛应用于信号与图像处理、把握系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的构造使 MATLAB 产品族很简洁针对特定的需求进展扩大，从而在不断深化对问题的生疏同时，提高自身的竞争力。

2.2 PCB 设计软件

PCB〔Printed-Circuit Board〕设计软件种类很多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices 的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard〔与 LiveWire 配套的 PCB 制作软件包〕、ultiBOARD7〔与multiSIM2023 配套的 PCB 制作软件包〕等等。

目前在我国用得最多当属Protel，下面仅对此软件作一介绍。

Protel 是 PROTEL〔现为Altium〕公司在 20 世纪 80 年月末推出的 CAD 工具，是PCB 设计者的首选软件。它较早在国内使用，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 Protel 主要作为印刷板自动布线工具使用，其最版本为Protel DXP，现在普遍使用的是Protel99SE，它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电原理图绘制、模拟电路 与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计〔包含印刷电路板自动布局布线〕， 可编程规律器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server〔客户/效劳体系构造〕， 同时还兼容一些其它设计软件的文件格式， 如 ORCAD、PSPICE、EXCEL 等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密

度 PCB 的 100%布通率。Protel 软件功能强大〔同时具有电路仿真功能和PLD 开发功能〕、界面友好、使用便利，但它最具代表性的是电路设计和PCB 设计。

2.3 IC 设计软件

IC 设计工具很多，其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics 和Synopsys。这三家都是ASIC 设计领域相当知名的软件供给商。其它公司的软件相对来说使用者较少。中国华大公司也供给ASIC 设计软件〔熊猫 2023〕；另外近来知名的 Avanti 公司，是原来在 Cadence 的几个华人工程师创立的，他们的设计工具可以全面和 Cadence 公司的工具相抗衡，格外适用于深亚微米的IC 设计。下面按用途对 IC 设计软件作一些介绍。

①设计输入工具

这是任何一种 EDA 软件必需具备的根本功能。像 Cadence 的 composer，viewlogic 的 viewdraw，硬件描述语言 VHDL、Verilog HDL 是主要设计语言，很多设计输入工具都支持 HDL〔比方说multiSIM 等〕。另外像Active-HDL 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/CPLD 的工具大都可作为IC 设计的输入手段，如 Xilinx、Altera 等公司供给的开发工具Modelsim FPGA 等。

②设计仿真工作

我们使用EDA 工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 产品都有仿真工具。Verilog-XL、NC-verilog 用于 Verilog 仿真，Leapfrog 用于 VHDL仿真，Analog Artist 用于模拟电路仿真。Viewlogic 的仿真器有：viewsim 门级电路仿真器，speedwaveVHDL 仿真器，VCS-verilog 仿真器。Mentor Graphics 有其子公司 Model Tech 出品的 VHDL 和 Verilog 双仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys 用的是 VSS〔VHDL 仿真器〕。现在的趋势是各大EDA 公司都渐渐用HDL 仿真器作为电路验证的工具。

③综合工具

综合工具可以把 HDL 变成门级网表。这方面Synopsys 工具占有较大的优势，它的Design Compile 是作为一个综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler，可以供给更高级的综合。

另外最近美国又出了一个软件叫Ambit，据说比Synopsys 的软件更有效，可以综合 50 万门的电路，速度更快。今年初Ambit 被Cadence 公司收购，为此Cadence 放弃了它原来的综合软件Synergy。随着 FPGA 设计的规模越来越大，各EDA 公司又开发了用于FPGA 设计的综合软件，比较知名的有：Synopsys 的 FPGA Express， Cadence 的 Synplity， Mentor 的 Leonardo，这三家的 FPGA 综合软件占了市场的绝大局部。

④布局和布线

在 IC 设计的布局布线工具中，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线。最知名的是Cadence spectra，它原来是用于PCB 布线的，后来Cadence 把它用来作 IC 的布线。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble-标准单元布线器；Gate Ensemble-门阵列布线器；Design Planner-布局工具。其它各 EDA 软件开发公司也供给各自的布局布线工具。

⑤物理验证工具

物理验证工具包括幅员设计工具、幅员验证工具、幅员提取工具等等。这方面
Cadence 也是很强的，其 Dracula、Virtuso、Vampire 等物理工具有很多的使用者。

⑥模拟电路仿真器

前面讲的仿真器主要是针对数字电路的，对于模拟电路的仿真工具，普遍使用SPICE，这是唯一的选择。只不过是选择不同公司的SPICE，像 MiceoSim 的PSPICE、Meta Soft 的HSPICE 等等。HSPICE 现在被 Avanti 公司收购了。在众多的 SPICE 中，HSPICE 作为 IC 设计，其模型多，仿真的精度也高。

2.4 PLD 设计工具

PLD〔Programmable Logic Device〕是一种由用户依据需要而自行构造规律功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：CPLD〔Complex PLD〕和 FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的根本设计方法是借助于 EDA 软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最终用编程器 或下载电缆，由目标器件实现。生产PLD 的厂家很多，但最有代表性的PLD 厂家为 Altera、Xilinx 和 Lattice 公司。

PLD 的开发工具一般由器件生产厂家供给，但随着器件规模的不断增加，软件的简洁性也随之提高，目前由特地的软件公司与器件生产厂家使用，推出功能强大的设计软件。下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。

①ALTERA：20 世纪 90 年月以后进展很快。主要产品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix 等。其开发工具-MAX+PLUS II 是较成功的 PLD 开发平台，最又推出了Quartus II 开发软件。Altera 公司供给较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDL 综合工具，如：综合软件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真软件ModelSim。

②ILINX：FPGA 的制造者。产品种类较全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex 等系列，其最大的Vertex-II Pro 器件已到达800 万门。开发软件为Foundation 和 ISE。通常来说，在欧洲用Xilinx 的人多，在日本和亚太地区用 ALTERA 的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA 产品60%以上是由 Altera 和 Xilinx 供给的。可以讲 Altera 和 Xilinx 共同打算了 PLD 技术的进展方向。

③Lattice-Vantis：Lattice 是 ISP〔In-System Programmability〕技术的制造者。ISP 技术极大地促进了 PLD 产品的进展，与 ALTERA 和 XILINX 相比，其开发工具比Altera 和 Xilinx 略逊一筹。中小规模 PLD 比较有特色，大规模PLD 的竞争力还不够强〔Lattice 没有基于查找表技术的大规模FPGA〕，1999 年推出可编程模拟器件，1999 年收购 Vantis〔原 AMD 子公司〕，成为第三大可编程规律器件供给商。2023 年 12 月收购 Agere 公司〔原 Lucent 微电子部〕的 FPGA 部门。主要产品有ispLSI2023/5000/8000，MACH4/5。

④ACTEL：反熔丝〔一次性烧写〕PLD 的领导者。由于反熔丝PLD 抗辐射、耐凹凸温、功耗低、速度快，所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA 和 XILINX 则一般不涉足军品和宇航级市场。

⑤Quicklogic：专业 PLD/FPGA 公司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售量不大。

⑥Lucent：主要特点是有不少用于通讯领域的专用 IP 核，但 PLD/FPGA 不是Lucent
的主要业务，在中国地区使用的人很少。

⑦ATMEL：中小规模 PLD 做得不错。ATMEL 也做了一些与 Altera 和Xilinx 兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些差距，在高牢靠性产品中使用较少，多用在低端产品上。

⑧Clear Logic：生产与一些著名 PLD/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，批量生产时的本钱较低。

⑨WSI：生产PSD〔单片机可编程外围芯片〕产品。这是一种特别的PLD，如最 的 PSD8xx、PSD9xx 集成了 PLD、EPROM、Flash，并支持 ISP〔在线编程〕， 集成度高，主要用于协作单片机工作。

顺便提一下：PLD〔可编程规律器件〕是一种可以完全替代 74 系列及GAL、PLA 的型电路，只要有数字电路根底，会使用计算机，就可以进展PLD 的开发。PLD 的在线编程力气和强大的开发软件，使工程师可以几天，甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作，并可将数百万门的简洁设计集成在一颗芯片内。PLD 技术在兴盛国家已成为电子工程师必备的技术。

2.5 其它 EDA 软件

①VHDL 语言：超高速集成电路硬件描述语言〔VHSIC Hardware Deseription Languagt，简称 VHDL〕，是 IEEE 的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路〔Very High Speed Integrated Circuit，简称 VHSIC〕打算，是ASIC 设计和 PLD 设计的一种主要输入工具。

②Veriolg HDL：是 Verilog 公司推出的硬件描述语言，在ASIC 设计方面与VHDL
语言平分秋色。

③其它 EDA 软件如特地用于微波电路设计和电力载波工具、PCB 制作和工艺流程把握等领域的工具，在此就不作介绍了。

3 EDA 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〔特别是电子信息〕类的高校都开设了 EDA 课程。主要是让学生了解 EDA 的根本概念和根本原理、把握用HDL 语言编写标准、把握规律综合的理论和算法、使用 EDA 工具进展电子电路课程的试验验证并从事简洁系统的设计。一般

学习电路仿真工具〔如multiSIM、PSPICE〕和PLD 开发工具〔如 Altera/Xilinx 的器件构造及开发系统〕，为今后工作打下根底。

科研方面主要利用电路仿真工具〔multiSIM 或 PSPICE〕进展电路设计与仿真；利用虚拟仪器进展产品测试；将 CPLD/FPGA 器件实际应用到仪器设备中；从事 PCB 设计和 ASIC 设计等。

在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的 EDA 工具应用、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、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC 的制作过程等。

从应用领域来看，EDA 技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA 应用。另外，EDA 软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多用途。如 AutoCAD 软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影绝技等领域。

4 EDA 技术的进展趋势

从目前的 EDA 技术来看，其进展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。

中国EDA 市场已渐趋成熟，不过大局部设计工程师面对的是 PCB 制板和小型ASIC 领域，仅有小局部〔约11%〕的设计人员开发简洁的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要引进和学习一些最的 EDA 技术。

在信息通信领域，要优先进展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息治理、信息安全技术，乐观开拓以数字技术、网络技术为根底的一代信息产品，进展兴产业，培育的经济增长点。要大力推动制造业信息化，乐观开展计算机关心设计〔CAD〕、计算机关心工程〔CAE〕、计算机关心工艺〔CAPP〕、计算机机关心制造〔CAM〕、产品数据治理〔PDM〕、制造资源打算〔MRPII〕及企业资源治理〔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，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术进展趋势的测试技术、把握技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、把握、通信与计算机〔M3C〕构造。在ASIC 和 PLD 设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面进展。

外设技术与 EDA 工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕
技术也有所进展。
中国自 1995 年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设
计活动以应对亚太地区其它EDA 市场的竞争。

在 EDA 软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。
日本、韩国都有 ASIC 设计工具，但不对外开放。中国华大集成电路设计中心， 也供给 IC 设计软件，但性能不是很强。信任在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果。据最统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域进展最快的两个市场，年夏合增长率分别到达了 50%和 30%。