淺析EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中的應(yīng)用

李曉霞

【摘要】隨著時代的進(jìn)步和科技網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，人類進(jìn)入了信息快速發(fā)展的時代。電子產(chǎn)品已經(jīng)成為人們必須擁有的日常必需品。然而，隨著生活水平的提高，傳統(tǒng)的電子技術(shù)水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要。為了促進(jìn)電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，電子工程設(shè)計必須有效加強(qiáng)電子技術(shù)的研究和應(yīng)用，推動電子工程設(shè)計不斷超越當(dāng)前科技水平，實現(xiàn)快速發(fā)展。而EDA技術(shù)的研究與應(yīng)用，可以較好地實現(xiàn)這一要求。

【關(guān)鍵詞】EDA;電子工程;設(shè)計;應(yīng)用

一、什么是EDA

EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design

Automation）的縮寫。在20世紀(jì)60年代中期，EDA從計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助測試（CAT）和計算機(jī)輔助工程（CAE）等概念發(fā)展而來。在20世紀(jì)90年代初從計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助測試（CAT）和計算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機(jī)為工具，設(shè)計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件，然后由計算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強(qiáng)度。

二、EDA的大致分類及發(fā)展歷程

（一）分類

大致分為芯片設(shè)計輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計軟件、系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件三類。目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響的EDA軟件是可編程芯片輔助設(shè)計軟件和系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件，如Protel、Altium

Designer、PSPICE、multisim、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等等。這些工具都有較強(qiáng)的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進(jìn)行電路設(shè)計與仿真，同時還可以進(jìn)行PCB自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

（二）發(fā)展歷程

早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存貯器（PROM）、紫外線可按除只讀存貯器（EPROM）和電可擦除只讀存貯器（EEPROM）三種。由于結(jié)構(gòu)的限制，它們只能完成簡單的數(shù)字邏輯功能。其后，出現(xiàn)了一類結(jié)構(gòu)上稍復(fù)雜的可編程芯片，即可編程邏輯器件，它能夠完成各種數(shù)字邏輯功能。這些早期的PLD器件的一個共同特點(diǎn)是可以實現(xiàn)速度特性較好的邏輯功能，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。為了彌補(bǔ)這一缺陷，20世紀(jì)80年代中期Altera和Xilinx分別推出了類似于PAL結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展型CPLD和與標(biāo)準(zhǔn)門陣列類似的FPGA，它們都具有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點(diǎn)。這兩種器件兼容了PLD和通用門陣列的優(yōu)點(diǎn)，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路，編程也很靈活。與門陣列等其它ASIC相比，它們又具有設(shè)計開發(fā)周期短、設(shè)計制造成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實時在線檢驗等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)（一般在10，000件以下）之中。幾乎所有應(yīng)用門陣列、PLD和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應(yīng)用FPGA和CPLD器件。

三、EDA的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)

EDA是電子技術(shù)設(shè)計自動化也就是能夠幫助人們設(shè)計電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。該工具可以在電子產(chǎn)品的各個設(shè)計階段發(fā)揮作用，使設(shè)計更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能。在原理圖設(shè)計階段，可以使用EDA中的仿真工具論證設(shè)計的正確性。在芯片設(shè)計階段.可以使用EDA中的芯片設(shè)計工具設(shè)計制作芯片的版圖。在電路板設(shè)計階段，可以使用EDA中電路板設(shè)計工具設(shè)計多層電路板。特別是支持硬件描述語言的EDA工具的出現(xiàn)使復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化成為可能只要用硬件描述語言將數(shù)字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進(jìn)行該數(shù)字系統(tǒng)的芯片設(shè)計與制造。

EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向，利用EDA工具電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)大量工作可以通過計算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機(jī)上自動處理完成。設(shè)計者采用的設(shè)計方法是一種高層次的自頂向下的全新設(shè)計方法，這種設(shè)計方法首先從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計。在方框圖一級進(jìn)行仿真、糾錯.并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級進(jìn)行駛證;然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網(wǎng)絡(luò)表，其對應(yīng)的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。設(shè)計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn)。隨著設(shè)計的主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計上的錯誤，避免設(shè)計工作的浪費(fèi)，又減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計的一次性成功率。隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜度和集成度的日益提高，一般的中小規(guī)模集成電路組合己不能滿足要求電路設(shè)計逐步地從中小規(guī)模芯片轉(zhuǎn)為大規(guī)模、超大規(guī)模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可編程器件己蓬勃發(fā)展起來。

四、EDA在電子工程設(shè)計中的應(yīng)用

（一）在電路性能優(yōu)化中運(yùn)用EDA技術(shù)

現(xiàn)階段，EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計以及各個領(lǐng)域都取得了重大的進(jìn)展，應(yīng)用的領(lǐng)域也不局限于傳統(tǒng)的范疇，在許多新型的行業(yè)中，EDA技術(shù)也取得一些進(jìn)展，根據(jù)目前的情況分析，EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計領(lǐng)域取得的成就非常令人矚目，下面主要分析電子工程領(lǐng)域中EDA技術(shù)的不斷應(yīng)用，促進(jìn)了電路性能的不斷優(yōu)化，電子產(chǎn)品之所以能夠在眾多的產(chǎn)品中脫穎而出，是由于它能夠不斷實現(xiàn)不同功能的應(yīng)用，但是實現(xiàn)這些不同功能應(yīng)用歸根結(jié)底是由于EDA技術(shù)有效實現(xiàn)了電路性能的不斷優(yōu)化。而電路性能中比較重要的組成就是電子的元器件，在EDA技術(shù)的不斷探索和運(yùn)用中，EDA技術(shù)有效改善了電子元器件容差的問題，讓電子元器件有非常好的容差，有效保障了電路的穩(wěn)定運(yùn)行的態(tài)勢，EDA技術(shù)的應(yīng)用控制了溫度，讓溫度不能影響元器件，促進(jìn)元器件實現(xiàn)了最優(yōu)的運(yùn)行模式，實現(xiàn)了電子產(chǎn)品效益的提升。

（二）在電路仿真分析中對EDA技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用

EDA技術(shù)子電子產(chǎn)品工程設(shè)計中不斷應(yīng)用，有效檢測了電路仿真分析的科學(xué)性和合理性。在實踐的過程中，設(shè)計師首次把電子工程設(shè)計方案完成后，首次運(yùn)用EDA技術(shù)對方案進(jìn)行科學(xué)合理性分析，在首次實踐之后，設(shè)計師發(fā)現(xiàn)EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中有很大的優(yōu)越性，并且，EDA技術(shù)不僅僅在電路仿真分析中能夠起到非常重要的作用，對不同的工作，EDA技術(shù)能夠同樣檢測其是否具備科學(xué)合理的特性，EDA技術(shù)在電路仿真分析中的運(yùn)用，讓設(shè)計師可以快速的找到問題的所在，能夠讓設(shè)計師及時解決問題，避免出現(xiàn)損失。因此，EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中應(yīng)用程度的拓展，促進(jìn)了電子產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高，在一定程度上推動我國電子工程設(shè)計水平不斷向前發(fā)展。