EDA技術(shù)創(chuàng )新演化與工程設計應用

EDA技術(shù)發(fā)展至今已有30多年歷史。在EDA技術(shù)的輔助下，我國電子工程設計水平得到明顯提升，電子產(chǎn)品的應用性能也越來(lái)越理想化。本文圍繞電子工程設計的EDA技術(shù)展開(kāi)深入探討，為進(jìn)一步發(fā)揮EDA技術(shù)在電子工程設計中的應用價(jià)值略盡綿力。

1 EDA技術(shù)的誕生與演變歷程

1.1 EDA技術(shù)

EDA(Electronic Design Automation)是電子設計自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱(chēng)，是電子設計與制造技術(shù)發(fā)展中的核心。EDA技術(shù)是以計算機為工具，采用硬件描述語(yǔ)言的表達方式，對數據庫、計算數學(xué)、圖論、圖形學(xué)及拓撲邏輯、優(yōu)化理論等進(jìn)行科學(xué)、有效的融合，從而形成一種電子系統專(zhuān)用的新技術(shù)，是計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、信號分析技術(shù)的最新成果。EDA技術(shù)的出現不僅更好地保證了電子工程設計各級別的仿真、調試和糾錯，為其發(fā)展帶來(lái)強有力的技術(shù)支持，并且在電子、通信、化工、航空航天、生物等各個(gè)領(lǐng)域占有越來(lái)越重要的地位，很大程度上減輕了相關(guān)從業(yè)者的工作強度。

1.2 EDA技術(shù)的演變歷程

EDA技術(shù)近幾年獲得飛速發(fā)展，應用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，其發(fā)展過(guò)程是現代電子設計技術(shù)的重要歷史進(jìn)程，主要包括以下幾個(gè)階段。

1.2.1 早期階段，即CAD(Computer ssistDesign)階段。20世紀70年代左右的社會(huì )已經(jīng)存在中小規模的集成電路，當時(shí)人們采用傳統的方式進(jìn)行制圖，設計印刷電路板和集成電路，不僅效率低、花費大，而且制作周期長(cháng)。人們?yōu)榱烁纳七@一情況，開(kāi)始運用計算機對電路板進(jìn)行PCB設計，用CAD這一嶄新的圖形編輯工具代替電子產(chǎn)品設計中布圖布線(xiàn)這類(lèi)重復性較強的勞動(dòng)，其功能包括設計規則檢查、交互圖形編輯、PCB布局布線(xiàn)、門(mén)級電路模擬和測試等。

1.2.2 發(fā)展階段，即CAE(ComputerAssist Engineering Design)階段。20世紀80年代左右，EDA技術(shù)已經(jīng)到了一定的發(fā)展和完善階段。由于集成電路規模逐漸擴大，電子系統變得越發(fā)復雜，為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，人們開(kāi)始對相關(guān)軟件進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，在把不同CDA工具合成一種系統的基礎上，完善了電路功能設計和結構設計。EDA技術(shù)在此時(shí)期逐漸發(fā)展成半導體芯片的設計，已經(jīng)能生產(chǎn)出可編程半導體芯片。

1.2.3 成熟階段。在20世紀90年代以后，微電子技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，集成幾千萬(wàn)乃至上億的晶體管只需一個(gè)芯片。這給EDA技術(shù)帶來(lái)了極大的挑戰，促使各大公司對EDA軟件系統進(jìn)行更大規模的研發(fā)，以高級語(yǔ)言描述、系統級仿真和綜合技術(shù)為特點(diǎn)的EDA就此出現，使得EDA技術(shù)獲得了極大的突破。

1.3 發(fā)展趨勢

21世紀以來(lái)，EDA技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了電子技術(shù)的全方位領(lǐng)域。EDA技術(shù)讓電子領(lǐng)域的不同學(xué)科的界限變得模糊，相互包容，尤其表現在以下幾個(gè)方面：實(shí)現了以自主知識產(chǎn)權的方式表達和確認電子設計成果;進(jìn)一步確認了電子行業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中軟硬件IP核的地位;大規模電子系統和IP核模塊已被EDA工具的設計標準單元涵蓋;高效低成本設計技術(shù)SOC(Systern-on-Chip)等逐漸成熟。

2 EDA技術(shù)的特點(diǎn)

EDA技術(shù)是當今電子設計技術(shù)最新發(fā)展方向的代表，硬件描述語(yǔ)言HDL為其基本特點(diǎn)，相對于電原理圖，它更全面地展現了硬件電路的特性，具有系統仿真和綜合能力。其具體特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：一是具有現代化特點(diǎn)。為了保證設計方案整體的合理和優(yōu)化，“自頂向下(Top-Down)”是EDA主要采用的一種設計程序，由此可避免在“自底向上(Bottom-up)”設計過(guò)程中使局部?jì)?yōu)化和整體結構出現缺陷。二是自動(dòng)化程度高。在EDA設計過(guò)程中，能夠隨時(shí)進(jìn)行不同級的仿真、糾錯和調試，可有效幫助設計者發(fā)現設計初期的錯誤，從而節省設計工作時(shí)間，讓設計者不需顧慮一些具體細節問(wèn)題而集中精力在系統開(kāi)發(fā)上，從而保證設計的低成本、高效率，讓產(chǎn)品的周期縮短，循環(huán)加快。三是設計中HDL存在的優(yōu)點(diǎn)。①寬廣的語(yǔ)言描述能力;②眾多廠(chǎng)商支持、移植性好;③不需要花費與工藝有關(guān)的時(shí)間和精力;④系統編程與現場(chǎng)編程方便了設計的保存、修改和再利用。四是操作并行。EDA技術(shù)的工作環(huán)境是工程框架結構相并行的，可多人一起進(jìn)行電子系統的設計和開(kāi)發(fā)。

3 EDA技術(shù)在電子工程設計中的應用

EDA技術(shù)是一門(mén)高速發(fā)展的新技術(shù)，在電子工程設計中發(fā)揮著(zhù)重要作用，具體表現在以下幾個(gè)方面。

3.1 確定電路設計方案的可行性

為了保證設計方案的可行性，在設計方案確定后，需要通過(guò)系統仿真或結構模擬的方式來(lái)確定系統每個(gè)環(huán)節的傳遞函數(數學(xué)模型)，從而實(shí)現驗證。仿真之后，為了有效判斷正確電路結構設計和性能指標的可行性，將會(huì )對構成系統的各電路結構進(jìn)行模擬分析。在非電專(zhuān)業(yè)的系統設計或是某種新理論、新構思的設計方案中也可應用這種系統仿真技術(shù)。

3.2 電路特性的優(yōu)化設計

電子產(chǎn)品元器件的容差與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比要好很多，并且元器件工作環(huán)境溫度如果控制好了，那么電路運行的穩定性和安全性就得到了保證。但若使用傳統的電子工程設計方案，對元器件的容差、工作的環(huán)境溫度就很難進(jìn)行全面分析，而EDA技術(shù)所提供的統計分析功能和溫度分析功能就能有效地應用到此處，溫度分析以及統計分析功能能夠精確地確定元器件的最佳參數、電路結構，能使元器件自身性能提高，從而調整與工作環(huán)境溫度的相適應性，這樣就能夠有效地保證最佳的元器件容差和最好的工作環(huán)境溫度。因此，EDA技術(shù)能夠優(yōu)化電子工程設計方案，提高電子產(chǎn)品的使用質(zhì)量。

3.3 電路特性的有效分析

電路特性的有效分析是EDA技術(shù)中一項非常重要的內容，在所有的電子工程設計中，數據測試和特性分析是所有理論分析建立的基礎。在實(shí)際設計的過(guò)程中，傳統方式受到技術(shù)和硬件方面的限制，測試結果和測試方法還存在諸多不足，電路測試的精確性也受到了影響，進(jìn)而導致產(chǎn)品的應用性能大打折扣。而EDA技術(shù)的引進(jìn)，能夠使這一系列問(wèn)題迎刃而解。在電子工程設計中，設計人員完全可以利用EDA技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行更高精度和更全面的功能測試，還能通過(guò)自頂而下(Top-Down)的設計程序，有效避免設計方案的局部差距和結構性差異，從而保證設計方案的整體性與合理性。同時(shí)，在設計人員對電路進(jìn)行設計時(shí)，會(huì )需要處理大量的多特性分析與數據測試工作，在EDA技術(shù)的幫助下，設計人員的工作內容將明顯簡(jiǎn)化，工作性效率也將得到提升。

4 結語(yǔ)

綜上所述，EDA技術(shù)的問(wèn)世使電子工程設計提升到了新的高度。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷進(jìn)步，EDA作為高層次自動(dòng)化設計技術(shù)的發(fā)展方向，其應用前景自然是不可估量的。因此，有關(guān)該課題的研究今后仍需繼續跟進(jìn)，為充分發(fā)揮出EDA技術(shù)的應用價(jià)值，推動(dòng)我國電子工程產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步做貢獻。