【正文】 1 EDA 技術(shù)及軟件 EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (Electronic Design Automation)的縮寫 ,在 20世紀(jì) 90 年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試 (CAT)和計(jì)算機(jī)輔助工程 (CAE)的概念發(fā)展而來。 EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在 EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言 HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)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。 1 EDA 技術(shù)的概念 EDA技術(shù)是在 電子 CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。 利用 EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出 IC版圖或 PCB版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。 現(xiàn)在對(duì) EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有 EDA的應(yīng)用。目前 EDA技術(shù)已在各大公司 、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測(cè)試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA技術(shù)。本文所指的 EDA技術(shù)，主要針對(duì)電子電路設(shè)計(jì)、 PCB設(shè)計(jì)和 IC 設(shè)計(jì)。 EDA設(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)級(jí)、電路級(jí)和物理實(shí)現(xiàn)級(jí)。 2 EDA 常用軟件 EDA工具層出不窮，目前進(jìn)入我國(guó)并具有廣泛影響的 EDA軟件有： multiSIM7（原 EWB的最新版本）、 PSPICE、 OrCAD、 PCAD、 Protel、 Viewlogic、 Mentor、 Graphics、 Synopsys、 LSIIogic、 Cadence、MicroSim等等。這些工具都有較強(qiáng)的功能，一般可用于幾個(gè)方面，例如很多軟件都可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，同進(jìn)還可以進(jìn)行 PCB自動(dòng)布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。 下面按主要功能或主要應(yīng)用場(chǎng)合，分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、 PCB設(shè)計(jì)軟件、 IC設(shè)計(jì)軟件、 PLD設(shè)計(jì)工具及其它 EDA軟件，進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具 我們大家可能都用過試驗(yàn)板或者其他的東西制作過一些電子制做來進(jìn)行實(shí)踐。但是有的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)做出來的東西有很多的問題，事先并沒有想到，這樣一來就浪費(fèi)了我們的很多 時(shí)間和物資。而且增加了產(chǎn)品的開發(fā)周期和延續(xù)了產(chǎn)品的上市時(shí)間從而使產(chǎn)品失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。有沒有能夠不動(dòng)用電烙鐵試驗(yàn)板就能知道結(jié)果的方法呢？結(jié)論是有，這就是電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)。 說到電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具這項(xiàng)技術(shù)，就不能不提到美國(guó)，不能不提到他們的飛機(jī)設(shè)計(jì)為什么有很高的效率。以前我國(guó)定型一個(gè)中型飛機(jī)的設(shè)計(jì)，從草案到詳細(xì)設(shè)計(jì)到風(fēng)洞試驗(yàn)再到最后出圖到實(shí)際投產(chǎn)，整個(gè)周期大概要 10年。而美國(guó)是 1年。為什么會(huì)有這樣大的差距呢？因?yàn)槊绹?guó)在設(shè)計(jì)時(shí)大部 2 分采用的是虛擬仿真技術(shù)，把多年積累的各項(xiàng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)參數(shù)都輸入電腦，然后通過電 腦編程編寫出一個(gè)虛擬環(huán)境的軟件，并且使它能夠自動(dòng)套用相關(guān)公式和調(diào)用長(zhǎng)期積累后輸入電腦的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。這樣一來，只要把飛機(jī)的外形計(jì)數(shù)據(jù)放入這個(gè)虛擬的風(fēng)洞軟件中進(jìn)行試驗(yàn)，哪里不合理有問題就改動(dòng)那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試幾次找找不足就可以定型了，從他們的波音 747到 F16都是采用的這種方法。空氣動(dòng)力學(xué)方面的數(shù)據(jù)由資深專家提供，軟件開發(fā)商是 IBM，飛行器設(shè)計(jì)工程師只需利用仿真軟件在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行各種仿真調(diào)試工作即可。同樣，他們其他的很多東西都是采用了這樣類似的方法，從大到小，從復(fù) 雜到簡(jiǎn)單，甚至包括設(shè)計(jì)家具和作曲，只是具體軟件內(nèi)容不同。其實(shí)，他們發(fā)明第一代計(jì)算機(jī)時(shí)就是這個(gè)目的（當(dāng)初是為了高效率設(shè)計(jì)大炮和相關(guān)炮彈以及其他計(jì)算量大的設(shè)計(jì)）。 電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具包括 SPICE/PSPICE； multiSIM7； Matlab； SystemView； MMICAD LiveWire、Edison、 Tina Pro Bright Spark 等。下面簡(jiǎn)單介紹前三個(gè)軟件。 （ 1） SPICE（ Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美國(guó)加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，是 20世紀(jì) 80年代世界上應(yīng)用最廣的電路設(shè)計(jì)軟件， 1998年被定為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 1984年，美國(guó) MicroSim 公司推出了基于 SPICE 的微機(jī)版 PSPICE（ PersonalSPICE）。現(xiàn)在用得較多的是 ，可以說在同類產(chǎn)品中，它是功能最為強(qiáng)大的模擬和數(shù)字電路混合仿真 EDA軟件，在國(guó)內(nèi)普遍使用。最新推出了 。它可以進(jìn)行各種各樣的電路仿真、激勵(lì)建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出、并在同一窗口內(nèi)同時(shí)顯示模擬與數(shù)字 的仿真結(jié)果。無論對(duì)哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，都可以得到精確的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件及元器件庫。 （ 2） multiSIM（ EWB的最新版本）軟件：是 Interactive Image Technologies Ltd 在 20世紀(jì)末推出的電路仿真軟件。其最新版本為 multiSIM7，目前普遍使用的是 multiSIM2021，相對(duì)于其它 EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對(duì)模數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠 100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果，并且它在儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號(hào)發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器（對(duì)于multiSIM7 還具有四蹤示波器）、波特儀（相當(dāng)實(shí)際中的掃頻儀）、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表。還提供了我們?nèi)粘３Ｒ姷母鞣N建模精確的元器件，比如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數(shù)碼管等等。模擬集成電路方面有各種運(yùn)算放大器、其他常用集成電路。數(shù)字電路方面有 74系列集成電路、4000系列集成電路、等等還支持自制元器件。 MultiSIM7還具有 IV分析儀（相當(dāng)于真實(shí)環(huán)境中的晶體管特性圖示儀）和 Agilent信號(hào)發(fā)生器、 Agilent萬用表、 Agilent示波器和動(dòng)態(tài)邏輯平筆等。同時(shí)它還能進(jìn)行 VHDL仿真和 Verilog HDL 仿真。 （ 3） MATLAB產(chǎn)品族：它們的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集用來對(duì)圖像信號(hào)處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。它具有數(shù)據(jù)采集、報(bào)告生成和 MATLAB語言編程產(chǎn)生獨(dú)立 C/C++代碼等功能。 MATLAB產(chǎn)品族具有下列功能：數(shù)據(jù)分析；數(shù)值和符 號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)字圖像信號(hào)處理；財(cái)務(wù)工程；建模、仿真、原型開發(fā)；應(yīng)用開發(fā)；圖形用戶界面設(shè)計(jì)等。 MATLAB產(chǎn)品族被廣泛應(yīng)用于信號(hào)與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通訊系統(tǒng)仿真等諸多領(lǐng)域。開放式的結(jié)構(gòu)使 MATLAB產(chǎn)品族很容易針對(duì)特定的需求進(jìn)行擴(kuò)充，從而在不斷深化對(duì)問題的認(rèn)識(shí)同時(shí)，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。 PCB 設(shè)計(jì)軟件 3 PCB（ PrintedCircuit Board）設(shè)計(jì)軟件種類很多，如 Protel、 OrCAD、 Viewlogic、 PowerPCB、Cadence PSD、 MentorGraphices 的 Expedition PCB、 Zuken CadStart、 Winboard/Windraft/IvexSPICE、PCB Studio、 TANGO、 PCBWizard（與 LiveWire配套的 PCB制作軟件包）、 ultiBOARD7（與 multiSIM2021配套的 PCB制作軟件包）等等。 目前在我國(guó)用得最多當(dāng)屬 Protel，下面僅對(duì)此軟件作一介紹。 Protel是 PROTEL（現(xiàn)為 Altium）公司在 20世紀(jì) 80年代末推出的 CAD工具，是 PCB設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早在 國(guó)內(nèi)使用，普及率最高，在很多的大、中專院校的電路專業(yè)還專門開設(shè) Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的 Protel主要作為印刷板自動(dòng)布線工具使用，其最新版本為Protel DXP，現(xiàn)在普遍使用的是 Protel99SE，它是個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動(dòng)布局布線），可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server（客戶 /服務(wù)體系結(jié)構(gòu)）， 同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件 的文件格式，如 ORCAD、 PSPICE、 EXCEL等。使用多層印制線路板的自動(dòng)布線，可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB的 100%布通率。 Protel軟件功能強(qiáng)大（同時(shí)具有電路仿真功能和 PLD開發(fā)功能）、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是電路設(shè)計(jì)和 PCB設(shè)計(jì)。 IC 設(shè)計(jì)軟件 IC設(shè)計(jì)工具很多，其中按市場(chǎng)所占份額排行為 Cadence、 Mentor Graphics和 Synopsys。這三家都是 ASIC設(shè)計(jì)領(lǐng)域相當(dāng)有名的軟件供應(yīng)商。其它公司的軟件相對(duì)來說使用者較少。中國(guó)華大公司也提供 ASIC設(shè)計(jì)軟件（熊貓 2021） ；另外近來出名的 Avanti公司，是原來在 Cadence的幾個(gè)華人工程師創(chuàng)立的，他們的設(shè)計(jì)工具可以全面和 Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的 IC設(shè)計(jì)。下面按用途對(duì) IC設(shè)計(jì)軟件作一些介紹。 （ 1）設(shè)計(jì)輸入工具 這是任何一種 EDA軟件必須具備的基本功能。像 Cadence的 poser， viewlogic 的 viewdraw，硬件描述語言 VHDL、 Verilog HDL 是主要設(shè)計(jì)語言，許多設(shè)計(jì)輸入工具都支持 HDL（比如說 multiSIM等）。另外像 ActiveHDL和其它的設(shè)計(jì)輸入方 法，包括原理和狀態(tài)機(jī)輸入方法，設(shè)計(jì) FPGA/CPLD的工具大都可作為 IC 設(shè)計(jì)的輸入手段，如 Xilinx、 Altera等公司提供的開發(fā)工具 Modelsim FPGA 等。 （ 2）設(shè)計(jì)仿真工作 我們使用 EDA工具的一個(gè)最大好處是可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確，幾乎每個(gè)公司的 EDA產(chǎn)品都有仿真工具。 VerilogXL、 NCverilog用于 Verilog仿真， Leapfrog用于 VHDL仿真， Analog Artist 用于模擬電路仿真。 Viewlogic的仿真器有： viewsim門級(jí)電路仿真器， speedwaveVHDL仿真器， VCSverilog仿真器。 Mentor Graphics有其子公司 Model Tech 出品的 VHDL和 Verilog雙仿真器： Model Sim。Cadence、 Synopsys用的是 VSS（ VHDL仿真器）?，F(xiàn)在的趨勢(shì)是各大 EDA公司都逐漸用 HDL仿真器作為電路驗(yàn)證的工具。 （ 3）綜合工具 綜合工具可以把 HDL變成門級(jí)網(wǎng)表。這方面 Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢(shì)，它的 Design Compile是作為一個(gè)綜合的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它還有另外一個(gè)產(chǎn)品叫 Behavior Compiler， 可以提供更高級(jí)的綜合。 另外最近美國(guó)又出了一個(gè)軟件叫 Ambit，據(jù)說比 Synopsys 的軟件更有效，可以綜合 50 萬門的電路，速度更快。今年初 Ambit被 Cadence公司收購，為此 Cadence放棄了它原來的綜合軟件 Synergy。隨著 FPGA設(shè)計(jì)的規(guī)模越來越大，各 EDA公司又開發(fā)了用于 FPGA設(shè)計(jì)的綜合軟件，比較有名的有： 4 Synopsys的 FPGA Express， Cadence 的 Synplity， Mentor的 Leonardo，這三家的 FPGA綜合軟件占了市場(chǎng)的絕大部分。 （ 4）布局和布 線 在 IC設(shè)計(jì)的布局布線工具中， Cadence軟件是比較強(qiáng)的，它有很多產(chǎn)品，用于標(biāo)準(zhǔn)單元、門陣列已可實(shí)現(xiàn)交互布線。最有名的是 Cadence spectra，它原來是用于 PCB布線的，后來 Cadence把它用來作 IC的布線。其主要工具有： Cell3， Silicon Ensemble標(biāo)準(zhǔn)單元布線器； Gate Ensemble門陣列布線器； Design Planner布局工具。其它各 EDA軟件開發(fā)公司也提供各自的布局布線工具。 （ 5）物理驗(yàn)證工具 物理驗(yàn)證工具包括版圖設(shè)計(jì)工具、版圖驗(yàn)證工具 、版圖提取工具等等。這方面 Cadence 也是很強(qiáng)的，其 Dracula、 Virtuso、 Vampire等物理工具有很多的使用者。 （ 6）模擬電路仿真器 前面講的仿真器主要是針對(duì)數(shù)字電路的，對(duì)于模擬電路的仿真工具，普遍使用 SPICE，這是唯一的選擇。只不過是選擇不同公司的 SPICE，像 MiceoSim的 PSPICE、 Meta Soft的 HSPICE等等。 HSPICE現(xiàn)在被 Avanti公司收購了。在眾多的 SPICE中， HSPICE作為 IC設(shè)計(jì)，其模型多，仿真的精度也高。 PLD 設(shè)計(jì)工具 PLD（ Programmable Logic Device）是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型： CPLD（ Complex PLD）和 F