EDA技術(shù)的概念及范疇

EDA 工具層出不窮，目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有：EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、 Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個(gè)方面，例如很多軟件都可以進(jìn)行電路設計與仿真，同時(shí)以可以進(jìn)行PCB自動(dòng)布局布線(xiàn)，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。下面按主要功能或主要應用場(chǎng)合，分為電路設計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具及其它EDA軟件，進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

電子電路設計與仿真工具包括SPICE/PSPICE；EWB；Matlab；SystemView；MMICAD等。下面簡(jiǎn)單介紹前三個(gè)軟件。

（1）SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，是20世紀80年代世界上應用最廣的電路設計軟件，1998年被定為美國國家標準。1984年，美國 MicroSim公司推出了基于SPICE的微機版PSPICE（Personal—SPICE）?，F在用得較多的是PSPICE6.2，可以說(shuō)在同類(lèi)產(chǎn)品中，它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。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以進(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、數據輸出、并在同一窗口內同時(shí)顯示模擬與數字的仿真結果。無(wú)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果，并可以自行建立元器件及元器件庫。

（2）EWB(Electronic Workbench)軟件 是Interactive ImageTechnologies Ltd 在20世紀90年代初推出的電路仿真軟件。目前普遍使用的是EWB5.2，相對于其它EDA軟件，它是較小巧的軟件（只有16M）。但它對模數電路的混合仿真功能卻十分強大，幾乎100%地仿真出真實(shí)電路的結果，并且它在桌面上提供了萬(wàn)用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發(fā)生器、邏輯轉換器和電壓表、電流表等儀器儀表。它的界面直觀(guān)，易學(xué)易用。它的很多功能模仿了SPICE的設計，但分析功能比PSPICE稍少一些。

（3） MATLAB產(chǎn)品族它們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(lái)對圖像信號處理、控制系統設計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等特殊應用進(jìn)行分析和設計。它具有數據采集、報告生成和MATLAB語(yǔ)言編程產(chǎn)生獨立C/C++代碼等功能。MATLAB產(chǎn)品族具有下列功能：數據分析；數值和符號計算；工程與科學(xué)繪圖；控制系統設計；數字圖像信號處理；財務(wù)工程；建模、仿真、原型開(kāi)發(fā)；應用開(kāi)發(fā)；圖形用戶(hù)界面設計等。MATLAB產(chǎn)品族被廣泛地應用于信號與圖像處理、控制系統設計、通訊系統仿真等諸多領(lǐng)域。開(kāi)放式的結構使MATLAB產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進(jìn)行擴充，從而在不斷深化對問(wèn)題的認識同時(shí)，提高自身的競爭力。

PCB(Printed—Circuit Board)設計軟件種類(lèi)很多，如Protel； OrCAD；Viewlogic； PowerPCB； Cadence PSD；MentorGraphices的Expedition PCB；Zuken CadStart； Winboard/Windraft/Ivex-SPICE；PCB Studio； TANGO等等。目前在我國用得最多應屬Protel，下面僅對此軟件作一介紹。

Protel是PROTEL公司在20世紀80年代末推出的 CAD工具，是PCB設計者的首選軟件。它較早在國內使用，普及率最高，有些高校的電路專(zhuān)業(yè)還專(zhuān)門(mén)開(kāi)設Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的Protel主要作為印刷板自動(dòng)布線(xiàn)工具使用，現在普遍使用的是Protel99SE，它是個(gè)完整的全方位電路設計系統，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計（包含印刷電路板自動(dòng)布局布線(xiàn)），可編程邏輯器件設計、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶(hù)/服務(wù)器體系結構，同時(shí)還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD、 PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線(xiàn)路板的自動(dòng)布線(xiàn)，可實(shí)現高密度PCB的100%布通率。Protel軟件功能強大、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是電路設計和PCB設計。

IC 設計工具很多，其中按市場(chǎng)所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家都是ASIC設計領(lǐng)域相當有名的軟件供應商。其它公司的軟件相對來(lái)說(shuō)使用者較少。中國華大公司也提供ASIC 設計軟件（熊貓2000）；另外近來(lái)出名的Avanti公司，是原來(lái)在Cadence的幾個(gè)華人工程師創(chuàng )立的，他們的設計工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的IC設計。下出按用途對IC設計軟件作一些介紹。

（1）設計輸入工具這是任何一種EDA軟件必須具備的基本功能。像Cadence的composer,viewlogic的viewdraw,硬件描述語(yǔ)言VHDL、 Verilog HDL是主要設計語(yǔ)言，許多設計輸入工具都支持HDL。另外像Active—HDL和其它的設計輸入方法，包括原理和狀態(tài)機輸入方法，設計FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設計的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開(kāi)發(fā)工具，Modelsim FPGA等。

（2）設計仿真工作我們使用EDA工具的一個(gè)最大好處是可以驗證設計是否正確，幾乎每個(gè)公司的EDA 產(chǎn)品都有仿真工具。Verilog—XL、NC—verilog用于Verilog仿真，Leapfrog用于VHDL仿真，Analog Artist用于模擬電路仿真。Viewlogic的仿真器有：viewsim門(mén)級電路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCS— verilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech 出品的VHDL和Verilog雙仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS（VHDL仿真器）?，F在的趨勢是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗證的工具。

（3）綜合工具 綜合工具可以把HDL變成門(mén)級網(wǎng)表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢，它的Design Compile是作綜合的工業(yè)標準，它還有另外一個(gè)產(chǎn)品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。另外最近美國又出了一家軟件叫Ambit，說(shuō)是比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬(wàn)門(mén)的電路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來(lái)的綜合軟件Synergy。隨著(zhù)FPGA設計的規模越來(lái)越大，各EDA 公司又開(kāi)發(fā)了用于FPGA設計的綜合軟件，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express,Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場(chǎng)的絕大部分。

（4）布局和布線(xiàn) 在IC設計的布局布線(xiàn)工具中，Cadence軟件是比較強的，它有很多產(chǎn)品，用于標準單元、門(mén)陣列已可實(shí)現交互布線(xiàn)。最有名的是Cadence spectra，它原來(lái)是用于PCB布線(xiàn)的，后來(lái)Cadence把它用來(lái)作IC的布線(xiàn)。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble—標準單元布線(xiàn)器；Gate Ensemble—門(mén)陣列布線(xiàn)器；Design Planner—布局工具。其它各EDA軟件開(kāi)發(fā)公司也提供各自的布局布線(xiàn)工具。

（5）物理驗證工具 物理驗證工具包括版圖設計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。

（6）模擬電路仿真器前面講的仿真器主要是針對數字電路的，對于模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。只不過(guò)是選擇不同公司的SPICE，像 MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE現在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，最好最準的當數HSPICE，作為IC設計，它的模型最多，仿真的精度也最高。

PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶(hù)根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。目前主要有兩大類(lèi)型：CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設計方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態(tài)機、布爾表達式、硬件描述語(yǔ)言等方法，生成相應的目標文件，最后用編程器或下載電纜，由目標器件實(shí)現。生產(chǎn)PLD的廠(chǎng)家很多，但最有代表性的PLD廠(chǎng)家為Altera、Xilinx和Lattice 公司。

PLD的開(kāi)發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供，但隨著(zhù)器件規模的不斷增加，軟件的復雜性也隨之提高，目前由專(zhuān)門(mén)的軟件公司與器件生產(chǎn)廠(chǎng)家合作，推出功能強大的設計軟件。下面介紹主要器件生產(chǎn)廠(chǎng)家和開(kāi)發(fā)工具。

（1） ALTERA 20世紀90年代以后發(fā)展很快。主要產(chǎn)品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開(kāi)發(fā)工具—MAX+PLUS II是較成功的PLD開(kāi)發(fā)平臺，最新又推出了Quartus II開(kāi)發(fā)軟件。Altera公司提供較多形式的設計輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟件ModelSim。

（2）XILINX FPGA的發(fā)明者。產(chǎn)品種類(lèi)較全，主要有；XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的 Vertex—II Pro器件已達到800萬(wàn)門(mén)。開(kāi)發(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來(lái)說(shuō)，在歐洲用Xilinx的人多，在***和亞太地區用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產(chǎn)品60%以上是由Altera和Xilinx提供的?？梢灾vAltera和Xilinx共同決定了PLD 技術(shù)的發(fā)展方向。

（3）Lattice—Vantis Lattice是ISP（In—System Programmability）技術(shù)的發(fā)明者，ISP技術(shù)極大地促進(jìn)了PLD產(chǎn)品的發(fā)展，與ALTERA和XILINX相比，其開(kāi)發(fā)工具比Altera 和Xilinx略遜一籌。中小規模PLD比較有特色，大規模PLD的競爭力還不夠強（Lattice沒(méi)有基于查找表技術(shù)的大規模FPGA），1999年推出可編程模擬器件，1999年收購Vantis（原AMD子公司），成為第三大可編程邏輯器件供應商。2001年12月收購Agere公司（原 Lucent微電子部）的FPGA部門(mén)。主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

（4）ACTEL 反熔絲（一次性燒寫(xiě)）PLD的領(lǐng)導得，由于反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，所以在軍品和宇航級上有較大優(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場(chǎng)。

（5）Quicklogic專(zhuān)業(yè)PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區銷(xiāo)售量不大。

（6）Lucent 主要特點(diǎn)是有不少用于通訊領(lǐng)域的專(zhuān)用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區使用的人很少。

（7）ATMEL 中小規模PLD做得不錯。ATMEL也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠(chǎng)家還是有一些差距，在高可*性產(chǎn)品中使用較少，多用在低端產(chǎn)品上。

（8）Clear Logic 生產(chǎn)與一些著(zhù)名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶(hù)的設計一次性固化，不可編程，批量生產(chǎn)時(shí)的成本較低。

（9）WSI 生產(chǎn)PSD（單片機可編程外圍芯片）產(chǎn)品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP（在線(xiàn)編程），集成度高，主要用于配合單片機工作。

PLD （可編程邏輯器件）是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數字電路基礎，會(huì )使用計算機，就可以進(jìn)行PLD的開(kāi)發(fā)。PLD的在線(xiàn)編程能力和強大的開(kāi)發(fā)軟件，使工程師可以在幾天，甚至幾分鐘內就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數百萬(wàn)門(mén)的復雜設計集成在一顆 芯片內。PLD技術(shù)在發(fā)達國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。

（1） VHDL語(yǔ)言 超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言（VHSIC Hardware Deseription Languagt，簡(jiǎn)稱(chēng)VHDL），是IEEE的一項標準設計語(yǔ)言。它源于美國國防部提出的超高速集成電路（Very High Speed Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱(chēng)VHSIC）計劃，是ASIC設計和PLD設計的一種主要輸入工具。

（2）Veriolg HDL 是Verilog公司推出的硬件描述語(yǔ)言，在A(yíng)SIC設計方面與VHDL語(yǔ)言平分秋色。

（3）其它EDA軟件如專(zhuān)門(mén)用于微波電路設計和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。

EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設計與制造等各方面都發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。在教學(xué)方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類(lèi)的高校都開(kāi)設了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語(yǔ)言編寫(xiě)規范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗并從事簡(jiǎn)單系統的設計。一般學(xué)習電路仿真工具（如EWB、PSPICE）和PLD開(kāi)發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結構及開(kāi)發(fā)系統），為今后工作打下基礎。

科研方面主要利用電路仿真工具（EWB或PSPICE）進(jìn)行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測試；將CPLD/FPGA器件實(shí)際應用到儀器設備中；從事PCB設計和ASIC設計等。

在產(chǎn)品設計與制造方面，包括前期的計算機仿真，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的EDA工具應用、系統級模擬及測試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線(xiàn)的EDA技術(shù)應用、產(chǎn)品測試等各個(gè)環(huán)節。如PCB的制作、電子設備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、ASIC的流片過(guò)程等。

從應用領(lǐng)域來(lái)看，EDA技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，如上文所說(shuō)，包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA有應用。另外，EDA軟件的功能日益強大，原來(lái)功能比較單一的軟件，現在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機械及建筑設計，也擴展到建筑裝璜及各類(lèi)效果圖，汽車(chē)和飛機的模型、電影特技等領(lǐng)域。

從目前的EDA技術(shù)來(lái)看，其發(fā)展趨勢是政府重視、使用普及、應用文泛、工具多樣、軟件功能強大。中國EDA市場(chǎng)已漸趨成熟，不過(guò)大部分設計工程師面向的是PC主板和小型ASIC領(lǐng)域，僅有小部分（約11%）的設計人員工發(fā)復雜的片上系統器件。為了與臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭，中國的設計隊伍有必要購入一些最新的EDA技術(shù)。

在信息通信領(lǐng)域，要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、深亞微米集成電路、新型元器件、計算機及軟件技術(shù)、第三代移動(dòng)通信技術(shù)、信息管理、信息安全技術(shù)，積極開(kāi)拓以數字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為基礎的新一代信息產(chǎn)品，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，培育新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極開(kāi)展計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助工藝（CAPP）、計算機機輔助制造（CAM）、產(chǎn)品數據管理（PDM）、制造資源計劃（MRPII）及企業(yè)資源管理（ERP）等。有條件的企業(yè)可開(kāi)展“網(wǎng)絡(luò )制造”，便于合作設計、合作制造，參與國內和國際競爭。開(kāi)展“數控化”工程和“數字化”工程。自動(dòng)化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢的測試技術(shù)、控制技術(shù)與計算機技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成測量、控制、通信與計算機（M3C）結構。在A(yíng)SIC和PLD設計方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方向發(fā)展。

外設技術(shù)與EDA工程相結合的市場(chǎng)前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。

中國自1995年以來(lái)加速開(kāi)發(fā)半導體產(chǎn)業(yè)，先后建立了幾所設計中心，推動(dòng)系列設計活動(dòng)以應對亞太地區其它EDA市場(chǎng)的競爭。

在EDA 軟件開(kāi)發(fā)方面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開(kāi)發(fā)相應的工具。日本、韓國都有ASIC設計工具，但不對外開(kāi)放。中國華大集成電路設計中心，也提供IC設計軟件，但性能不是很強。相信在不久的將來(lái)會(huì )有更多更好的設計工具有各地開(kāi)花并結果。據最新統計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個(gè)市場(chǎng)，年復合增長(cháng)率分別達到了50%和30%。

EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來(lái)描述。EDA技術(shù)的應用廣泛，現在已涉及到各行各業(yè)。EDA水平不斷提高，設計工具趨于完美的地步。EDA市場(chǎng)日趨成熟，但我國的研發(fā)水平沿很有限，需迎頭趕上。