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电子EDA技术的基础知识

出处:电子发烧友网 发布于:2018-05-23 16:18:02 | 464 次阅读

  EDA技术即是电子设计自动化技术,它由PLD技术发展而来,可编程逻辑器件PLD的应用与集成规模的扩大为数字系统的设计带来了极大的方便和灵活性,变革了传统的数字系统设计理念、过程、方法。通过对PLD技术不断地改进提高,EDA技术应运而生。

  EDA技术就是基于大规模可编程器件的,以计算机为工具,根据硬件描述语言HDL完成表达,实现对逻辑的编译化简、分割、布局、优化等目标的一门新技术,借助EDA技术,操作者可以通过利用软件来实现对硬件功能的一个描述,之后利用FPGA/CPLD才可得到最终设计结果。

  EDA技术是一门综合性学科,它打破了软件和硬件间的壁垒,代表了电子设计技术和应用技术的发展方向。本文将带大家一起来了解关于EDA技术的发展历程、基本特点、作用、分类、常用软件、应用以及发展趋势。

  电子EDA技术的基础知识(发展历程、特点、作用、分类、应用、趋势)

  EDA技术的发展历程

  1、初级阶段:早期阶段即是CAD(Computer Assist Design)阶段,大致在20世纪70年代,当时中小规模集成电路已经出现,传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法效率低、花费大、制造周期长。人们开始借助于计算机完成印制电路板-PCB设计,将产品设计过程中高重复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平砸图形编辑与分析的CAD工具代替,主要功能是交互图形编辑,设计规则检查,解决晶体管级版图设计.PCB布局布线、门级电路模拟和测试。

  2、发展阶段:20世纪80年代是EDA技术的发展和完善阶段,即进入到CAE(Computer Assist Engineering Design)阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂,人们进一步开发设计软件,将各个CAD工具集成为系统,从而加强了电路功能设计和结构设计,该时期的EDA技术已经延伸到半导体芯片的设汁,生产出可编程半导体芯片。

  3、成熟阶段:20世纪90年代以后微电子技术突飞猛进,一个芯片上可以集成几百万、几千万乃至上亿个晶体管,这给EDA技术提出了更高的要求,也促进了EDA技术的大发展。各公司相继开发出了大规模的EDA软件系统,这时出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术。

  EDA技术的基本特点

  EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,电子设计工程师们可以利用EDA工具设计复杂电子系统,通过计算机来完成大量繁琐的设计工作,即就是将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图的整个过程都在计算机上自动处理完成。该技术具有以下一些特点:

  1、自顶向下的设计方法。

  “自顶向下”(Top- Down)是一种全新的设计方法,这种设计方法从设计的总体要求入手,自顶向下将整个系统设计划分为不同的功能子模块,即在顶层进行功能方划分和结构设计。这样可以在方框图一级就进行仿真和纠错,并能用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,从而在系统一级就能进行验证,然后由EDA综合工具完成到工艺库的映射。由于设计的主要仿真和纠错过程是在高层次上完成的,这种方法有利于在早期发现结构设计上的错误,从而避免设计工作中的浪费,同时也大大减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计效率。

  2、可编程逻辑器件PLD

  可编程逻辑器件是一种由用户编程以实现某种电子电路功能的新型器件,PLD 可分为低密度和高密度两种。其中低密度 PLD 器件的编程都需要专用的编程器,属于半定制的专用集成电路器件,而高密度 PLD 就是EDA 技术中经常用到的复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)以及在系统可编程逻辑器件(ISP-PLD)等,它们属于全定制ASIC 芯片,编程时仅需以 JTAG 方式与计算机并口相连即可。

  3、硬件描述语言

  硬件描述语言(HDL- Hardware DescripTIon Language)是一种用于设计硬件电子系统的计算机高级语言,就是用软件编程的方式来描述复杂电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分,是EDA设计开发中很重要的软件工具。其中VHDL即超高速集成电路硬件描述语言,是电子设计中主流的硬件描述语言,用VHDL进行电子系统设计的一个优点是使设计者可以专心致力于其功能的实现,而不需要对与工艺有关的因素上花费过多的时间和精力。

  EDA技术的作用

  1、验证电路设计方案的正确性

  设计方案确定之后,首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证设计方案的可行性,这只要确定系统各个环节的传递函数(数学模型)便可实现。仿真之后对构成系统的各电路结构进行模拟分析,以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。这种量化分析方法对于提高工程设计水平和产品质量,具有重要的指导意义。

  2、电路特性的优化设计

  元器件的容差和工作环境温度将对电路的稳定性产生影响。传统的设计方法很难对这种影响进行全面的分析,也就很难实现整体的优化设计。EDA技术中的温度分析和统计分析功能可以分析各种温度条件下的电路特性,便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度,真正做到优化设计。

  3、实现电路特性的模拟测试

  电子电路设计过程中,大量的工作是数据测试和特性分析。但是受测试手段和仪器精度所限,测试问题很多。采用EDA技术后,可以方便地实现全功能测试。

  电子EDA技术的基础知识(发展历程、特点、作用、分类、应用、趋势)

  EDA技术的分类

  我们依据计算机辅助技术介入程度的不同,将电子系统设计分为以下三类:

  1、人工的设计方法

  此种设计方法从提出方案到验证方案等等均需要由人工来完成,并且方案的验证必须搭建实际的电路来完成验证。这种人工的设计方法缺陷在于:开销特别大,但是效率却极低,并且周期比较长,还有一点就是现在的产品不是单单靠人工就能够完成的。

  2、计算机辅助设计CAD

  1970年以来,计算机开始被应用于Ic版图设计以及PCB布局布线,后来发展为可对电路功能和结构进行设计,并且在原来的基础上增添了逻辑仿真、自动布局布线等等的功能。可以这么说CAD技术的应用取得了可喜的成果。但我们也不能过于乐观,因为各种各样的软件层出不穷,每一种设计软件只能够解决一部分的问题,这就造成了软件不能完全脱离人去设计,智能化程度不能够满足人们的需求。

  3、EDA电子设计自动化

  1990年以后是EDA时代的到来。伴随着电子计算机的不断发展,计算机系统被广泛的应用于电子产品的设计和电子产品的测试以及电子产品的制造等各环节当中。由于电子产品的性能不断提高以及精密度的增加,产品的更新所需要的时间越来越短。相应的,电子产品的设计和电子产品的测试以及电子产品的制造也必须跟上更新的步伐。同时EDA也是CAD向前发展的必然产物,是电子设计的核心内容。

  EDA技术的常用软件

  E DA软件很多,大体上分为P C B设计软件、IC设计、电路设计以及仿真工具等,下面简单介绍在我国应用比较多的几个软件。

  1、电子电路设计以及仿真工具

  电子电路设计以及仿真工具有:SPICE、EWB等等。

  1)SPICE工具是由美国加州大学研发出的电路分析软件,由于其广泛的被使用,同时功能足够强大,被认为是国际上对电子电路性能模拟的一个标准,具有文本输入和电路原理图的图形输入两种功能。

  2)EWB工具是加拿大InteracTIve ImageTechnologic Ltd公司研发的电子电路仿真工具。这款软件可以提供多种类型的虚拟仪器,可以像操作实际仪器一样对其进行操作。并且软件可以提供的元器件种类繁多,器件比较齐全,它在功能上模仿了SPICE,但是没有SPICE那么多的分析功能。

  2、PCB设计软件

  PCB设计软件包括Protel、Cadence PSD、OrCAD、PowerPCB等等,其中Protel在我国应用最广泛,它是由澳大利亚Protel Technology公司研发的电路板设计软件。许多理工类高校都设有这么课程,而且电路公司几乎没有一个不使用它的,它能够全方位的对电路进行设计,并且Protel具有易于使用、界面友好等优点,电路设计和PCB设计是其最有代表性的功能。

  电子EDA技术的基础知识(发展历程、特点、作用、分类、应用、趋势)

  EDA技术的应用

  随着EDA技术的迅猛发展,EDA技术主要在以下两个方面发挥了巨大作用。首先,在科研方面的应用:

  主要是应用仿真工具,比如P S P I C E、VHDL等,利用这些工具进行电路的设计以及电路的仿真;还用虚拟仪器对产品进行测试;在仪器中应用CPLD/FPGA器件;从事一些ASIC或者PCB的设计等等,总之EDA技术在科研方面获得了广泛的应用。取得了显着地经济和社会效益。其次,在教学方面的应用:

  可以这么说几乎设置有电子信息这个专业的院校,无论理工科还是文科类的高校,几乎都设有EDA的课程,设置这门课程的目的在于,让同学们了解EDA的原理,能够学会利用HDL对系统逻辑进行描述,同时掌握用其进行仿真实验的操作方法,达到无论是做毕业设计还是以后参加了工作,都能够进行简单的设计。为此我国每2年举办一次大学生电子设计的竞赛,这也是在考察学生的EDA技术水平,可以这么说,EDA技术已经是电子领域里不可或缺的一门技术。

  EDA技术的发展趋势

  随着科技水平的提高,电子产品的更新换代日新月异,而EDA技术作为各类电子产品研发的源动力,自然而然成为现代电子系统设计的核心。

  进入21世纪以来,电子技术已经全方位纳入到EDA领域,EDA技术使得电子领域各学科之间的界限愈加模糊,相互间互为包容,其发展趋势主要表现在以下几个方面:EDA技术要生存就必须适应市场发展趋势,要专注于技术创新,而EDA产品技术创新的重点将体现在系统级验证及可制造性设计(DFM )两大领域;使电子设计成果将以自主知识产权(IP)的方式得以明确表达和确认,IP的合理应用是产品设计流程得以加速的一个有效途径。一体化的设计工具平台使用户受益于统一的用户界面,避免了在不同的工具之间进行数据相互转换等繁琐的操作过程;描述语言一直是EDA业中重要的一环,然而随着IC复杂度的不断提高,从更高层次入手对系统进行描述是描述语言未来的发展方向;随着EDA技术在全世界范围内的飞速发展,使得基于Linux环境的EDA技术将成为电路设计领域的主流。

  EDA技术应用广泛,如今已涉及到各行各业,EDA技术水平也在不断提高,设计工具趋于完美,EDA市场也日趋成熟。

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