EDA技术设计的常用软件以及仿真工具介绍

 服务三类     |      2019-03-19 10:09

  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

  PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械

  制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术,主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。

  PICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。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。下面按主要功能或主要应用场合,分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件,进行简单介绍。2.1电子电路设计与仿真工具

  说到电子电路设计与仿真工具这项技术,就不能不提到美国,不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国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。

  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电脑,然后通过电脑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电脑的相关经验参数。这样一来,只要把飞机的外形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那里,直至最佳效果,效率自然高了,最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了,从他们的波音747到F16都是采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供,软件开发商是IBM,飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样,他们其他的很多东西都是采用了这样类似的方法,从大到小,从复杂到简单,甚至包括设计家具和作曲,只是具体软件内容不同。其实,他们发明第一代计算机时就是这个目的(当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计)。

  rsonal-SPICE)。现在用得较多的是PSPICE6.2,可以说在同类产品•□▼◁▼中,它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。最新推出了PSPICE9.1版本。它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,并可以自行建立元器件及元器件库。②mulTISIM(EWB的最新版本)软件: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multiSIM7,目前普遍使用的是multiSIM2001,相对于其它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仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样,但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果,并且它在仪器仪表库中还提供了万用表

  示波器(对于multiSIM7还具有四踪示波器)、波特仪(相当实际中的扫频仪)、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等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件,比如电阻电容电感三极管二极管继电器可控硅、数码管等等。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、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪(相当于真实环境中的晶体管特性图示仪)和Agilent信号发生器、Agilen▲★-●t万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和VerilogHDL仿真。③MATLAB产品族:它们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

  数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能: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;财务工程;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、通讯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的认识同时,提高自身的竞争力。2.2 PCB设计软件

  Protel是PROTEL(现为Altium)公司在20世纪80年代末推出的CAD工具,是PCB设计者的首选软件。它较早在国内使用,普及率最高,在很多的大、中专院校的电路专业还专门开设Protel课程,几乎所在的电路公司都要用到它。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用,其最新版本为Protel DXP,现在普遍使用的是Protel99SE,它是个完整的全方位电路设计系统,包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷▲●…△电路板设计(包含印刷电路板自动布局布线),可编程

  设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server(客户/服务体系结构),同时还兼容一些其它设计软件的文件格式,如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线,可实现高密度PCB的100%布通率。Protel软件功能强大(同时具有电路仿真功能和PLD开发功能)、界面友好、使用方便,但它最具代表性的是电路设计和PCB▪▲□◁设计。

  设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。中国华大公司也提供ASIC设计软件(熊猫2000);另外近来出名的Avanti公司,是原来在Cadence的几个华人工程师创立的,他们的设计工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡,非常适用于深亚微米的IC设计。下面按用途对IC设计软件作一些介绍。

  这是任何★◇▽▼•一种EDA软件必须具备的基本功能。像Cadence的composer,viewlogic的viewdraw,硬件描述语言VHDL、Verilog HDL是主要设计语言,许多设计输入工具都支持HDL(比如说multiSIM等)。另外像Active-HDL和其它的设计输入方法,包括原理和状态机输入方法,设计

  CPLD的工具大都可作为IC设计的输入手段,如Xilinx、Altera等公司提供的开发工具Modelsim FPGA等。②设计仿真工作

  另外最近美国又出了一个软件叫Ambit,据说比Synopsys的软件更有效,可以综合50万门的电路,速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收购,为此Cadence放弃了它原来的综合软件Synergy.随着FPGA设计的规模越来越大,各EDA公司又开发了用于FPGA设计的综合软件,比较有名的有:Synopsys的FPGA Express,Cadence的Synplity,Mentor的Leonardo,这三家的FPGA综合软件占了市场的绝大部分。

  在IC设计的布局布线工具中,Cadence软件是比较强的,它有很多产品,用于标准单元、门阵列已可实现交互布线。最有名的是Cadence spectra,它原来是用于PCB布线的,后来Cadence把它用来作IC的布线。其主要工具有:Cell3,Silicon Ensemble-标准单元布线器;Gate Ensemble-门阵列布线器;Design Planner-布局工具。其它各EDA软件开发公司也提供各自的布局布线工具。

  前面讲的仿真器主要是针对数字电路的,对于模拟电路的仿真工具,普遍使用SPICE,这是唯一的选择。只不过是选择不同公司的SPICE,像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现在被Avanti公司收购了。在众多的SPICE中,HSPICE作为IC设计,其模型多,仿线 PLD设计工具

  PLD(Programma△▪▲□△ble Logic Device)是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型:CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate•☆■▲ Array)。它们的基本设计方法是借助于EDA软件,用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,最后用

  Lattice公司。PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供,但随着器件规模的不断增加,软件的复杂性也随之提高,目前由专门的软件公司与器件生产厂家使用,推出功能强大的设计软件。下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。①ALTERA:20世纪90年代以后发展很快。主要产品有:MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工具-MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台,最新○▲-•■□又推出了Quartus

  ACTEL:反熔丝(一次性烧写)PLD的领导者。由于反熔丝PLD抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快,所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA和XILINX则一般不涉足军品和宇航级市场。

  ⑥Lucent:主要特点是有不少用于通讯领域的专用IP核,但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务,在中国地区使用的人很少。

  顺便提一下:PLD(可编程逻辑器件)是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路,只要有数字电路基础,会使用计算机,就可以进行PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的开发软件,使工程师可以几天,甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作,并可将数百万门的复杂设计集成在一颗芯片内。PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。2.5其它EDA软件

  EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教◇…=▲学方面,几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解ED◇•■★▼A的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具(如multiSIM、PSPICE)和PLD开发工具(如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统),为今后工作打下基础。

  AutoCAD软件可用于机械及建筑设计,也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。

  从目前的EDA技术来看,其发展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。

  在信息通信领域,要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术,积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品,发展新兴产业,培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化,积极开展计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助工艺(CAPP)、计算机机辅助制造(CAM)、产品数据管理(PDM)、制造资源计划(MRPII)及企业资源管理(ERP)等。有条件的企业可开展“网络制造”,便于合作设计、合作制造,参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合,形成

  中国自1995年以来加速开发半导体产业,先后建立了几所设计中心,推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。

  在EDA软件开发方面,目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC设计工具,但不对外开放。中国华大集成电路设计中心,也提供IC设计软件,但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具在各地开花并结果。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,年夏合增长率分别达到了50%和30%。

  讲师介绍: 黄尚庆。资深电子设计工程师,从事无刷电机驱动设计,无人机电调方案开发,具有多年电机驱动电路及软件

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