EDA技术的概念及范畴

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1、EDA 技术的概念及范范畴EDA 技术是在电子 CAD 技术基础上发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新成果，进行电子产 品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，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版图或PCB版图 的整个过程在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

2、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。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：EWB、PSPICE、 OrCAD、 PCAD、 Protel、 Viewlogic、 Mentor、 Graphics、 Synopsys、 LSIlogic、 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行电路设计 与仿真，同时以可以进行 PCB 自动布局布

3、线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。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，进行简单介绍。1、电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括 SPICE/PSPICE； EWB； Matlab； System View； MMICAD 等。下面简单介绍前三个软件。(1) SPICE(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 年代世界上应用最广的电路设计软件， 1998 年被定为 美国国

4、家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(PersonalSPICE)。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。最新推出了 PSPICE9.1版本。 它可以进行各种各样的电路仿真、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行仿真， 都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。(2) EWB (Electronic Workbench)软件是 Interactive Im

5、age Technologies Ltd 在 20 世纪 90年代初推出的电路仿真软件。目前普遍使用的是EWB5.2,相对于其它EDA软件，它是较 小巧的软件(只有16M)。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真 出真实电路的结果，并且它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、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直观，易学易 用。它的很多功能模仿了 SPICE的设计，但分析功能比PSPICE稍少一些。（3）MATLAB 产品族 它们的一大特性是有众多的面向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、控制

6、系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设 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 产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算；工程与科学绘图；控制系统设计；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 产品族被广泛地应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式 的结构使 MATLAB 产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识 同时，提高自身的竞争力。2、PCB 设计软件PCB（PrintedCircuit Board）设计软件种类很多，如 Pro

7、tel； OrCAD； Viewlogic； PowerPCB； Cadence PSD； MentorGraphices 的 Expedition PCB； Zuken CadStart； Winboard/Windraft/Ivex-SPICE； PCB Studio； TANGO 等等。目前在我国用得最多应属 Protel， 下面仅对此软件作一介绍。Protel是PROTEL公司在20世纪80年代末推出的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，有些高校的电路专业还专门开设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

8、线工具使用，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），可编程逻辑 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/服务 器体系结构，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、 界面友好、使用方便，但它最具代表性的是电路设计和PCB设计。3、IC设计软件IC设计工具很多，其中按市场所占份额排

9、行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。 这三家都是 ASIC 设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。 中国华大公司也提供ASIC设计软件（熊猫2000）；另外近来出名的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, 非常适用于深亚微米的IC设计。下出按用途对IC设计软件作一些介绍。（1）设计输入工具 这是任何一种EDA软件必须具备的基本功能。像Cadence的 composer,viewlogic的viewdraw，硬件描述语言VHDL、Verilog HDL是

10、主要设计语言，许多设 计输 入工具都支持HDL。另外像ActiveHDL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 司提供的开发工具，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一XL、NC一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，speedwa

11、veVHDL 仿真器，VCSverilog 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公司都逐渐用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 是作综合的工业标准，它还有另外一个产品叫 Behavior Compiler， 可以提供更高级的综合。另外最近美国又出了一家软件叫Amb

12、it，说是比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，比较有名的有：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部分。(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。最有名的是Cadence spectra

13、，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一门阵列布线器；Design Planner布局工具。其它各EDA 软件开发公司也提供各自的布局布线工具。( 5)物理验证工具 物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等 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

14、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， 最好最准的当数HSPICE，作为IC设计，它的模型最多，仿真的精度也最高。4、PLD 设计工具PLD(Programmable Logic Device)是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字 集成电路。目前主要有两大类型：CPLD(Complex PLD)和 FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的基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

15、相应的目标文件，最后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提供，但随着器件规模的不断增加，软件的复杂性 也随之提高，目前由专门的软件公司与器件生产厂家合作，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。(1) ALTERA 20世纪90年代以后发展很快。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， 最新又推出了 Q

16、uartus II开发软件。Altera公司提供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。(2) ILINX FPGA 的发明者。产品种类较全，主要有；XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、 Spartan、Vertex等系列，其最大的VertexII Pro器件已达到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提供的。可以讲Altera和 Xilinx 共同决定了 PLD 技术的发展方向。（3）LatticeVantis Lattice 是 ISP （InSystem Programmability）技术的发明者，ISP 技 术极大地促