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1、1简介几乎所有的工程技术领域都涉及到信号,这些信号包括电的、磁的、机械的、热的、声的、光的及生物体的等各个方面。为了能将这些信号用于实际工程,需要对信号进行诸如采集、滤波、放大、变换、压缩、估值与识别等加工处理。目前,信号处理影响和改变着微电子、信息科学等技术的发展,被广泛应用于诸如通信、控制、雷达、人造卫星、仪器、仪表和计算机等众多领域。而按照被处理的信号分类,信号处理可以分为模拟信号处理和数字信号处理(Digital SignalProcessing, DSP),相应的系统分别称为模拟、数字信号处理系统。对温度和工艺的变化数字信号比模拟信号稳定,在数字表示中,可以通过改变信号的字长来更好地
2、控制精度,同时,相对于信号和噪声奖同时被放大的模拟信号处理技术中,数字信号处理技术可以在放大信号的同时取出噪声和干扰。另外,数字信号还可以被不带误差地存储和恢复、发送和接收、处理。因此,可以用高精度、大信噪比、可重构的数字技术来实现许多复杂的系统。从20世纪60年代以来,随着信息学科和计算机的高速发展,数字信号处理技术迅速发展。70年代以来,随着电子计算机、大规模集成电路、超大规模集成电路以及微处理器技术的迅猛发展,数字信号处理理论得到迅猛发展,理论体系和框架逐渐趋于成熟,数字信号处理技术在各个领域的重要性也日益显著。电子电路与系统分析设计软件有很多,早期的有Smartwork、AutoBoa
3、rd、EE System、PCAD、Tango。现常用的有如下几种。PSpice:新推出的版本为PSpice9.1,是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件,它可以进行各种的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。Protel:是Tango的升级版本。早期的Protel主要作为印制板自动布线工具使用,只有电原理图绘制和印制板设计功能,后发展到Protel99se,最近在并购后改名为Altium公司,推出的最新版本Protel是个庞大的EDA软件,包含电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(
4、包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表和电子表格生成、支持宏操作等功能,是个完整的板级全方位电子设计系统。OrCAD:是由OrCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件,OrCAD界面友好直观,集成了电原理图绘制、印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真、可编程逻辑器件设计等功能,其元器件库是所有EDA软件中最丰富的,达8 500个,收入了几乎所有的通用电子元器件模块。EWB或Multisim2001:EWB(Electronics Work-bench)软件是加拿大交互图像技术有限公司在20世纪90年代初推出的EDA软件,最新版本是Multi-sim2001,具有强大的仿真功能
5、和虚拟仪器功能,在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具。由于EWB的容量小,而且直接拷贝就可以使用,在电子行业普及速度极快。VISIO:是VISIO公司在1991年推出的用于制作图表的软件,可以绘出各种流程图,如单片机、电路、工艺、程序流程图以及组织结构图、商业行销图、办公室布局图、方位图等。EAD2002:是厦门超伦软件公司推出的EDA软件,主要用于电子线路图、印制电路板和电气工程图的计算机辅助设计,具有绘图、输出、建库、自动化布局布线、设计优化、标准化等完整的功能。其符号采用中国国家标准,比其他EDA方便快捷。IspEXPERT和PA
6、C-Designer:是美国Lattice公司推出的在系统可编程数字电路(IspPLD)和在系统可编程模拟电路(IspPAC)的开发软件。IspEXPERT含有宏库,有500个宏元件可供调用,其下载软件为isp菊花链下载软件。PADS:美国Mentor Graphics公司的PADS是1套完整的电子设计自动化系统,包括PowerLogic、PowerPCB、HyperLynx、CAM350、PowerBGA 5个部分。PowerLogic采用平面分图和层次化设计以及混合应用的方式,可完成多达128页的复杂电子系统原理图设计。PowerPCB是目前最好的PCB设计工具,具有功能智能化、集成化、易
7、于使用等特点。HyperL-ynx是信号完整性解决方案套装软件,提供门特性、传输特性、信号完整性、电磁干扰和电磁兼容性分析功能。CAM350解决PCB板最终的生产加工问题,优化制造设计,具有先进的可制造性分析PowerBGA提供封装设计。其它如可编程逻辑器件(PLD)设计软件有Al-tera公司的MaxplusII、Lattice公司的ispLEVER、Xilinx公司的ISE/Foundation和Synopsys公司的FPGAComplierII等,还有用于变压器设计、电气设计、集成电路设计的软件和单片机仿真软件等。EDA公司300家左右,大的有:Cadence(齐全的EDA产品系列),s
8、ynopsis(行为级综合器),MentorGraphics(PCB板设计软件),Avant(SOC设计工具)。PSpice、EWB、OrCAD/Pspice9等可以在PC机运行,而工业级EDA软件可以安装在服务器上,以License浮动方式运行以提高使用效率。工作站模拟设计工具如Cadence公司的SpectreHDL(高级模拟电路行为建模系统)和AnalogArtistDesignSystem(高性能模拟和混合信号设计系统)。MATLAB是1种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件。它除了传统的交互式编程之外,还提供了大量的MATLAB配套工具箱和与其它语言(C、FORTRAN
9、等)的接口,使其功能日益强大,因此可被用来进行系统级仿真。另外,MATLAB具有强大的数据处理和作图功能,与其他软件结合,可对电路中一些复杂过程和现象做更精确细致的分析。例如将PSpice与MATLAB结合起来对功率电子电路的瞬态和稳态波形、瞬时功耗及平均功耗等进行分析,能绘制曲线簇和进行系统级仿真,弥补大多数EDA软件的不足。以往用MATLAB进行电路仿真,或是建立数学模型后,利用其科学计算功能辅助计算,或是将数学模型转化为编程,用其绘图功能显示结果,2种方法过程都太复杂。现在的方法是用MATLAB的SIMULINK动态仿真技术,PSB(电力系统模块)可用于电路系统、电力电子系统、电机系统、
10、电力传输过程等仿真。例如,对模拟电路仿真:可将绘制的电路图模型自动转化为状态方程描述的系统形式,然后在SIMULINK环境下进行仿真。先将电路用PSB中的电源(含受控源)、电路元件(RLC等)、功率电子器件(晶闸管、可控硅等)、连线器等模块连接电路,再设置元件参数,并连接电压表电流表等测量仪表,即可以测电压电流,通过示波器可以直接观察电压电流值。但电路元件子模块中无BJT三极管及运算放大器等元件,因此用MATLAB直接分析晶体管和运放构成的电路需要建立其模型。对数字电路仿真:用SIMULINK提供的数字电路仿真常用模块:信号源(时钟、阶跃、脉冲等)、输出设备、触发器(在SIMULINK Ext
11、ras模块库的Flip-Flops模块组)、基本的数字逻辑运算模块和算术运算模块(分别在Fixed-Point模块库的Logic&Comparison和Math模块组)进行。其它数字电路模块可以通过已有模块构筑和封装。2. EDA在电路中的应用2.1EDA电子设计自动化技术以计算机为工具,在EDA软件开发平台上,对以硬件描述语言为系统逻辑描述手段完成的设计文件自动完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化逻辑仿真,直到对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等。其显著特点是日益强大的逻辑设计仿真测试技术。该技术只需通过计算机就能对所设计的电子系统从不同层次的系统性能特点上,完成一系列准确的测
12、试和仿真操作。现代电路与系统的实现是以各种系列的可编程器件为载体,以各种功能强大的编程平台或开发软件为工具进行的;在系统可编程ISP技术与器件是LATTICE公司推出的一种设计电路和系统的最新技术,ISP硬件灵活且易于软件修改,真正实现电子电路与系统的硬件设计软件化。2.2 ISP技术特点（1） ISP技术有利于设计与调试设计过程中,可以采用灵活多样的输入方式,可以进行:原理图(Schematic)输入、ABELHDL输入、VHDL输入、VERILOG HDL输入、原理图与HDL混合输入,满足不同设计的需要,大大提高了设计速度;能方便、有效地对所设计的电路的系统进行功能仿真和时序仿真,能够编译
13、、综合,进行逻辑优化,将逻辑映射到器件中去,自动完成布局与布线,并生成编程所需的熔丝图文件JEDEC,然后通过电缆下载到器件中去,完成硬件电路的设计,它允许设计、测试和制造工程师重组系统特性,而器件仍然保持焊接在电路板上,可以实现在同一硬件系统环境下,根据设计要求利用软件实现功能重组,在系统内进行设计编程,实现电子电路的硬件设计软件化。（2) ISP技术有利于生产制造ISP技术提供的多功能硬件设计,减少了系统部件,有利于在板和系统级设计、编程与制造,进一步简化了制造流程,大大降低了成本,提高了系统质量;ISP技术能在不浪费电路板资源的情况下,进行电路板级的测试,并能扩大故障寻迹的范围,采用边界
14、扫描测试技术,对含有成千上万个PLD门密度的ISP高密度器件的编程、测试,仅需几秒钟就可完成。（3）先进的E2CMOS工艺先进的E2CMOS工艺使ISP器件具有高密度、低功耗、快速的擦除和再编程、参数可测试能力、功能可输出能力,可以获得最佳ISP参数,保证一万次以上的擦除和改写,20年以上的信息保持期,有效的保密单元特性,允许器件编程、检验,然后加密,一经加密,二进制编程模式就不能从器件中读出,加密后的器件可在擦除后再用。（4）广阔的应用前景ISP技术及其器件的应用十分广泛,在多媒体图象编辑、电子测试仪、网络布线器和电桥、电话转换开关系统、硬件加速器、存储器子系统、多路标准视频画面抓取器、数据
15、捕获、图像处理、机器人/工业自动化、通信、医疗、计算机硬件等到方面得到了广泛的应用。3. 运用ISP技术进行电路设计的方法与技巧CPLD设计过程框图如图1所示。层次化设计图形输入文本输入建立项目文件选择器件设计编译与仿真逻辑正确N管脚分配重新编译N设计正确形成下载文件下载或编程1) 启动ISP DESIGN EXPRET软件:点击startprogramslattice semiconductorISP Design EXPERT,进入项目管理器窗口,创建一个新的设计项目;2) 器件选择:双击ispLSI出现Device Selector对话框,在Selector Device栏中,根据设计规
16、模与要求,选择合适的器件。3) 输入设计源文件:一个设计项目由一个或多个源文件组成,它们可以是原理图文件、硬件描述语言文件、混合输入文件,点击Source/New菜单,选择你所要设计源文件的类型,进入设计状态,完成源文件设计,存盘、退出;另在一张原理图编辑器窗口中,通过File/Matching Symbol菜单,建立一张原理图符号,生成一个与原理图文件相同名、相同功能的逻辑宏元件,它自动加到元件列表中,可以在更高层的图纸中反复调用;4) 完成设计的编译:点击Source/New菜单,选择ABELTestVectors,在文本编辑窗口中完成测试向量,存盘、退出;在项目管理器窗口左边的项目源文件(Sourcesin Project)中,选择不同的源文件,原理图文件、
