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电子设计自动化技术EDA技术基本概念

 发布时间:2022-12-26 点击量:148

电子设计自动化技术EDA技术基本概念

稍微复杂一点的电子系统的设计,涉及面广,设计工作量大,依靠手工设计,不仅设计周期长,而且易出错、性能难以优化提高。因此,现代电子系统设计过程中,非常注重电子设计自动化eda(electronic design automation)技术及其工具软件的应用。

eda技术基本概念

eda技术是在电子cad技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。

简而言之,eda技术就是依赖功能强大的计算机,在eda工具软件平台上,对以硬件描述语言hdl(hardware description language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件,自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线),以及逻辑优化和仿真测试,直至实现既定的电子线路系统功能。eda技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式,即利用硬件描述语言和eda软件来完成对系统硬件功能的实现,这是电子设计技术的一个巨大进步。利用eda工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出ic版图或pcb版图的整个过程在计算机上自动处理完成。

eda技术的新发展及特点

进入21世纪后,eda技术得到了更大的发展,突出表现在以下几个方面。

(1)在fpga上实现dsp数字信号处理,应用成为可能,用纯数字逻辑进行dsp模块的设计,使得高速dsp实现成为现实,并有力推动了软件无线电技术的实用化和发展。基于fpga的dsp技术为高速数字信号处理算法提供了实现途径。

(2)嵌入式处理器软核的成熟,使得sopc system on a programmable chip步入大规模应用阶段,在一片fpga中实现一个完备的数字处理系统成为可能。

(3)使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能。在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言且功能强大的eda软件不断推出。

(4)除了日益成熟的数字技术外,传统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化表现在软件无线电技术的崛起,模拟电路系统硬件描述语言的表达和设计的标准化,可编程模拟器件的出现,数字信号处理和图像处理的全硬件实现方案的普遍接受,软硬件协同设计等。

(5)eda使得电子领域各学科的界限更加模糊、更加互为包容,例如,模拟与数字、软件与硬件、系统与器件、asic与fpga、行为与结构等。

(6)更大规模的fpga和cpld器件不断推出。

(7)基于eda的用于asic设计的标准单元已涵盖大规模电子系统及复杂ip核模块。

(8)软硬ipintellectual property核在电子行业的产业领域广泛应用。

(9)soc高效低成本设计技术日益成熟。

(10)系统级、行为验证级硬件描述语言出现,如system c使复杂电子系统的设计和验证趋于简单。

纵观电子设计的发展史,可以大胆预测,未来电子设计自动化将会地渗入我们的生活,改变我们的生活方式和生活节奏,为我们提供更多的便捷。

中国eda市场已渐趋成熟,不过大部分设计工程师面向的是pcb制板和小型asic领域,仅有小部分(约11%)的设计人员开发复杂的片上系统器件。为了与我国中国台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争,内地的设计队伍有必要引进和学习一些最新的eda技术。据最新统计显示,中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场,年复合增长率分别达到了50%和30%。

常用eda工具软件

eda工具软件层出不穷,目前进入我国并具有广泛影响的eda软件有multisim、pspice、orcad、pcad、protel、viewlogic、mentor、graphics、synopsys、lsilogic、ca-dence、microsim、easyeda、altium designer等。这些工具都有较强的功能,一般可用于几个方面,例如,很多软件都可以进行电路设计与仿真,同进还可以进行pcb自动布局布线,可输出多种网表文件与第三方软件接口。

1.设计与仿真工具

国内定型一个中型飞机的设计,从草案到详细设计到风洞试验、再到最后出图到实际投产,整个周期大概要10年,而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢?因为美国在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术,把多年积累的各项风洞实验参数都输入计算机,然后通过计算机编程编写出一个虚拟环境的软件,并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入计算机的相关经验参数。这样一来,只要把飞机的外形设计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验,哪里不合理有问题就改动哪里,直至取得最佳效果,效率自然高了,从波音747到f-16采用的都是这种方法。

电子电路设计与仿真工具包括spice/pspice、multisim、matlab、systemview、mmi-cad livewire、edison、tina pro bright spark等。

(1)spice/pspice(simulation program with integrated circuit emphasis):20世纪80年代世界上应用的电路设计软件,是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件,1998年被定为美国国家标准。同类产品中,pspice是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真eda软件,在国内普遍使用。可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出,并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真,都可以得到精确的仿真结果,并可自行建立元器件及元器件库。

(2)multisim(ewb的最新版本):是interactive image technologies ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multisim 12.0,相对于其他eda软件,它具有更加形象直观的人机交互界面,特别是其仪器仪表库中的各种仪器仪表,与操作真实实验中的实际仪器仪表没有两样,对模数电路的混合仿真功能几乎能够100%地仿真出真实电路的结果。multisim在仪器仪表库中提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪/四踪示波器、波特仪(扫频仪)、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表、i-v分析仪(晶体管特性图示仪)、agilent信号发生器、agilent万用表、agilent示波器和动态逻辑平笔等仪器仪表。还提供了各种常见的建模精确的元器件,如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、晶闸管、数码管等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路等,并且支持自制元器件。multisim7还具有同时进行vhdl仿真和verilog hdl仿真的功能。

(3)matlab产品族:matlab的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块,包含了完整的函数集,用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。matlab产品族具有以下功能:数据分析;数值和符号计算、工程与科学绘图;控制系统设计;数字图像信号处理;建模、仿真、原型开发;应用开发;图形用户界面设计等。matlab产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计、通信系统仿真等诸多领域。开放式的结构使matlab产品族很容易针对特定的需求进行扩充,从而在不断深化对问题认识的同时提高自身的竞争力。


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