透析電子工程設計的EDA技術(shù)

　　1 EDA技術(shù)的基本概念

　　EDA是電子設計自動(dòng)化(Electronic Design Automation)的縮寫(xiě)，是從CAD(計算機輔助設計)、CAM(計算機輔助制造)、CAT(計算機輔助測試)和CAE(計算機輔助工程)的概念發(fā)展而來(lái)的。EDA技術(shù)是以計算機為工具，集數據庫、圖形學(xué)、圖論與拓撲邏輯、計算數學(xué)、優(yōu)化理論等多學(xué)科最新理論于一體，是計算機信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電路理論、信息分析與信號處理的結晶。

　　2 EDA技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

　　EDA技術(shù)的發(fā)展過(guò)程反映了近代電子產(chǎn)品設計技術(shù)的一段歷史進(jìn)程，大致分為3個(gè)時(shí)期。

　　1)初級階段：早期階段即足CAD(Computer Assist Design)階段，大致在20世紀70年代，當時(shí)中小規模集成電路已經(jīng)出現，傳統的手工制圖設計印刷電路板和集成電路的方法效率低、花費大、制造周期長(cháng)。人們開(kāi)始借助于計算機完成印制電路板-PCB設計，將產(chǎn)品設計過(guò)程中高重復性的繁雜勞動(dòng)如布圖布線(xiàn)工作用二維平面圖形編輯與分析的CAD工具代替，主要功能是交互圖形編輯。設計規則檢查，解決晶體管級版圖設計、PCB布局布線(xiàn)、門(mén)級電路模擬和測試。

　　2)發(fā)展階段：20世紀80年代是EDA技術(shù)的發(fā)展和完善階段，即進(jìn)入到CAE(Computer Assist Engineering Design)階段。由于集成電路規模的逐步擴大和電子系統的日趨復雜，人們進(jìn)涉開(kāi)發(fā)設計軟件，將各個(gè)CAD工具集成為系統，從而加強了電路功能設計和結構設計，該時(shí)期的EDA技術(shù)已經(jīng)延伸到半導體芯片的設計，生產(chǎn)出可編程半導體芯片。

　　3)成熟階段：20世紀90年代以后微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，一個(gè)芯片上可以集成幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)乃至上億個(gè)晶體管，這給EDA技術(shù)提出了更高的要求，也促進(jìn)了EDA技術(shù)的大發(fā)展。各公司相繼開(kāi)發(fā)出了大規模的EDA軟件系統，這時(shí)出現了以高級語(yǔ)言描述、系統級仿真和綜合技術(shù)為特征的EDA技術(shù)。

　　3 EDA技術(shù)的特點(diǎn)

　　EDA技術(shù)代表了當今電子設計技術(shù)的最新發(fā)展方向，它的基本特征是采用高級語(yǔ)言描述，即硬件描述語(yǔ)言HDL(HardWare Description Language)，就是可以描述硬件電路的功能。信號連接關(guān)系及定時(shí)關(guān)系的語(yǔ)言。它比電原理圖更有效地表示硬件電路的特性，同時(shí)具有系統仿真和綜合能力。具體歸納為以下幾點(diǎn)：

　　1)現代化EDA技術(shù)大多采用“自頂向下(Top_Down)”的設計程序，從而確保設計方案整體的合理和優(yōu)化，避免“自底向上(Bottom-up)”設計過(guò)程使局部?jì)?yōu)化，整體結構較差的缺陷。

　　2)HDL給設計帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)：①語(yǔ)言公開(kāi)可利用;②語(yǔ)言描述范圍寬廣;③使設計與工藝無(wú)關(guān);④可以系統編程和現場(chǎng)編程，使設計便于交流、保存、修改和重復使用，能夠實(shí)現在線(xiàn)升級。

　　3)自動(dòng)化程度高，設計過(guò)程中隨時(shí)可以進(jìn)行各級的仿真、糾錯和調試，使設計者能早期發(fā)現結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，同時(shí)設計人員可以?huà)侀_(kāi)一些具體細節問(wèn)題。從而把主要精力集中在系統的開(kāi)發(fā)上，保證設計的高效率、低成本，且產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短、循環(huán)快。

　　4)可以并行操作，現代EDA技術(shù)建立了并行工程框架結構的工作環(huán)境。從而保證和支持多人同時(shí)并行地進(jìn)行電子系統的設計和開(kāi)發(fā)。

　　4 EDA技術(shù)的作用

　　EDA技術(shù)在電子工程設計中發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用，主要表現在以下幾個(gè)方面：

　　4.1 驗證電路設計方案的正確性

　　設計方案確定之后，首先采用系統仿真或結構模擬的方法驗證設計方案的可行性，這只要確定系統各個(gè)環(huán)節的傳遞函數(數學(xué)模型)便可實(shí)現。這種系統仿真技術(shù)可推廣應用于非電專(zhuān)業(yè)的系統設計，或某種新理論、新構思的設計方案。仿真之后對構成系統的各電路結構進(jìn)行模擬分析，以判斷電路結構設計的正確性及性能指標的可實(shí)現性。這種量化分析方法對于提高工程設計水平和產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的指導意義。

　　4.2 電路特性的優(yōu)化設計

　　元器件的容差和工作環(huán)境溫度將對電路的穩定性產(chǎn)生影響。傳統的設計方法很難對這種影響進(jìn)行全面的分析。也就很難實(shí)現整體的優(yōu)化設計。EDA技術(shù)中的溫度分析和統計分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性，便于確定最佳元件參數、最佳電路結構以及適當的系統穩定裕度，真正做到優(yōu)化設計。

　　4.3 實(shí)現電路特性的模擬測試

　　電子電路設計過(guò)程，大量的工作是數據測試和特性分析。但是受測試手段和儀器精度所限。測試問(wèn)題很多。采用EDA技術(shù)后，可以方便地實(shí)現全功能測試。

　　5 EDA技術(shù)的軟件

　　目前EDA技術(shù)的軟件很多，如EWB、PROTELL等。

　　1)EWB(Electronics Workbench)軟件。EWB是基于PC平臺的電子設計軟件，由加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司研制開(kāi)發(fā)，該軟件具有以下特點(diǎn)：

　?、偌苫ぞ撸阂惑w化設計環(huán)境可將原理圖編輯、SPICE仿真和波形分析、仿真電路的在線(xiàn)修改、選用虛擬儀器、借助14種分析工具輸出結果等操作在一個(gè)集成系統中完成。

　?、诜抡嫫鳎航换ナ?2位SPICE強化支持自然方式的模擬、數字和數/?；旌显?。自動(dòng)插入信號轉換界面，支持多級層次化元件的嵌套，對電路的大小和復雜沒(méi)有限制。只有提供原理圖網(wǎng)絡(luò )表和輸入信號，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)就會(huì )在一定的時(shí)間內將仿真結果輸出。

　?、墼韴D輸入：鼠標點(diǎn)擊—拖動(dòng)界面，點(diǎn)—點(diǎn)自動(dòng)連線(xiàn)。分層的工作環(huán)境，手工調整元器件時(shí)自動(dòng)重排線(xiàn)路，自動(dòng)分配元器件的參考編號，對元器件尺寸大小沒(méi)有限制。

　?、芊治觯禾摂M測試設備能提供快捷、簡(jiǎn)單的分析。主要包括直流工作點(diǎn)、瞬態(tài)，交流頻率掃描、付立葉、噪聲、失真度、參數掃描、零極點(diǎn)、傳遞函數、直流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分折工具，可以在線(xiàn)顯示圖形并具有很大的靈活性。

　?、菰O計文件夾：同時(shí)儲存所有的設計電路信息，包括電路結構、SHCE參數、所有使用模型的設置和拷貝。全部存放在—個(gè)設計文件中，便于設計數據共享以及丟失或損壞的數據恢復。

　?、藿涌冢簶藴实腟PICE網(wǎng)表，既可以輸入其他CAD生成的SHCE網(wǎng)絡(luò )連接表并行成原理圖供EWB使用。也可以將原理圖輸出到其他PCS工具中直接制作線(xiàn)路板。

　　2)PROTEL軟件。廣泛應用的Protel99主要分為兩大部分：用于電路原理圖的設計原理圖設計系統(Advanced Schematic)和用于印刷電路板設計的印刷電路板設計系統(Advanced PCB)。

　　6 EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　高層次設計技術(shù)是近幾年來(lái)國際上在EDA技術(shù)領(lǐng)域研究、開(kāi)發(fā)、應用的熱門(mén)課題，并且發(fā)展非常迅速，成效異常顯著(zhù)。這一領(lǐng)域主要包括功能強大的硬件描述語(yǔ)言、高層次綜合技術(shù)、高層次模擬技術(shù)以及測試設計的綜合技術(shù)等。相信隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，作為EDA發(fā)展方向的高層次自動(dòng)化設計技術(shù)必將取得更輝煌的成績(jì)。