電子工程設計EDA科技

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1EDA技術的基本概念

EDA是電子設計自動化(ElectronicDesignAutomation)的縮寫,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)的概念發展而來的。EDA技術是以計算機為工具,集數據庫、圖形學、圖論與拓撲邏輯、計算數學、優化理論等多學科最新理論于一體,是計算機信息技術、微電子技術、電路理論、信息分析與信號處理的結晶。

2EDA技術的發展過程

EDA技術的發展過程反映了近代電子產品設計技術的一段歷史進程,大致分為3個時期。

1)初級階段:早期階段即是CAD(ComputerAssistDesign)階段,大致在20世紀70年代,當時中小規模集成電路已經出現,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。

人們開始借助于計算機完成印制電路板一PCB設計,將產品設計過程中高重復性的繁雜勞動如布圖布線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、門級電路模擬和測試。

2)發展階段:20世紀80年代是EDA技術的發展和完善階段,即進入到CAE(ComputerAssistEngineeringDesign)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,人們進一步開發設計軟件,將各個CAD工具集成為系統,從而加強了電路功能設計和結構設計,該時期的EDA技術已經延伸到半導體芯片的設計,生產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突飛猛進,一個芯片上可以集成幾百萬、幾千萬乃至上億個晶體管,這給EDA技術提出了更高的要求,也促進了EDA技術的大發展。各公司相繼開發出了大規模的EDA軟件系統,這時出現了以高級語言描述、系統級仿真和綜合技術為特征的EDA技術。

3EDA技術的特點

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

1)現代化EDA技術大多采用“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化,避免“自底向上(Bottom-up)”設計過程使局部優化,整體結構較差的缺陷。

2)HDL給設計帶來很多優點:①語言公開可利用;②語言描述范圍寬廣;③使設計與工藝無關;④可以系統編程和現場編程,使設計便于交流、保存、修改和重復使用,能夠實現在線升級。

3)自動化程度高,設計過程中隨時可以進行各級的仿真、糾錯和調試,使設計者能早期發現結構設計上的錯誤,避免設計工作的浪費,同時設計人員可以拋開一些具體細節問題,從而把主要精力集中在系統的開發上,保證設計的高效率、低成本,且產品開發周期短、循環快。

4)可以并行操作,現代EDA技術建立了并行工程框架結構的工作環境。從而保證和支持多人同時并行地進行電子系統的設計和開發。

4EDA技術的作用

EDA技術在電子工程設計中發揮著不可替代的作用,主要表現在以下幾個方面:

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環節的傳遞函數(數學模型)便可實現。這種系統仿真技術可推廣應用于非電專業的系統設計,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現性。這種量化分析方法對于提高工程設計水平和產品質量,具有重要的指導意義。

4.2電路特性的優化設計

元器件的容差和工作環境溫度將對電路的穩定性產生影響。傳統的設計方法很難對這種影響進行全面的分析,也就很難實現整體的優化設計。eda技術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,真正做到優化設計。

4.3實現電路特性的模擬測試

電子電路設計過程中,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,測試問題很多。采用EDA技術后,可以方便地實現全功能測試。

5EDA技術的軟件

目前EDA技術的軟件很多,如EWB、PROTELL等。

1)EWB(ElectronicsWorkbench)軟件。EWB是基于PC平臺的電子設計軟件,由加拿大InteractiveImageTechnologiesLtd.公司研制開發,該軟件具有以下特點:①集成化工具:一體化設計環境可將原理圖編輯、SPICE仿真和波形分析、仿真電路的在線修改、選用虛擬儀器、借助14種分析工具輸出結果等操作在一個集成系統中完成。②仿真器:交互式32位SPICE強化支持自然方式的模擬、數字和數/模混合元件。自動插入信號轉換界面,支持多級層次化元件的嵌套,對電路的大小和復雜沒有限制。只有提供原理圖網絡表和輸入信號,打開仿真開關就會在一定的時間內將仿真結果輸出。③原理圖輸入:鼠標點擊一拖動界面,點一點自動連線。分層的工作環境,手工調整元器件時自動重排線路,自動分配元器件的參考編號,對元器件尺寸大小沒有限制。④分析:虛擬測試設備能提供快捷、簡單的分析。主要包括直流工作點、瞬態、交流頻率掃描、付立葉、噪聲、失真度、參數掃描、零極點、傳遞函數、直流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分析工具,可以在線顯示圖形并具有很大的靈活性。⑤設計文件夾:同時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。全部存放在一個設計文件中,便于設計數據共享以及丟失或損壞的數據恢復。⑥接口:標準的SPICE網表,既可以輸入其他CAD生成的SHCE網絡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(AdvancedSchematic)和用于印刷電路板設計的印刷電路板設計系統(AdvancedPCB)。

6EDA技術的發展趨勢

高層次設計技術是近幾年來國際上在EDA技術領域研究、開發、應用的熱門課題,并且發展非常迅速,成效異常顯著。這一領域主要包括功能強大的硬件描述語言、高層次綜合技術、高層次模擬技術以及測試設計的綜合技術等。相信隨著科學技術水平的不斷進步,作為EDA發展方向的高層次自動化設計技術必將取得更輝煌的成績。