1、EDA 技术及发展趋势EDA 技术的概念及范范畴： 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。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。现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司
2、、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，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。EDA 常用软件：EDA 工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的 EDA 软件有：EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、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
3、，同时以可以进行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。1、电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；EWB；Matlab；SystemView；MMICAD 等。下面简单介绍前三个软件。（1）SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是 20 世纪 80 年代世界上应用最广的电路设计软件，199
4、8 年被定为美国国家标准。1984 年，美国 MicroSim 公司推出了基于 SPICE 的微机版 PSPICE（PersonalSPICE） 。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。（2）EWB(Electronic Workbench)软件是 I
5、nteractive ImageTechnologies Ltd 在 20 世纪 90 年代初推出的电路仿真软件。目前普遍使用的是 EWB5.2，相对于其它 EDA 软件，它是较小巧的软件（只有 16M） 。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎 100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直观，易学易用。它的很多功能模仿了 SPICE 的设计，但分析功能比 PSPICE 稍少一些。（3）MATLAB 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
6、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。它具有数据采集、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 产品族被广泛地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、PCB 设计软件：PCB(PrintedCircuit Boar
7、d)设计软件种类很多，如：Protel；OrCAD；Viewlogic；PowerPCB；Cadence PSD；MentorGraphices 的Expedition PCB；Zuken CadStart；Winboard/Windraft/Ivex-SPICE；PCB Studio； TANGO 等等。目前在我国用得最多应属 Protel，下面仅对此软件作一介绍。Protel 是 PROTEL 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，有些高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
8、的 Protel 主要作为印刷板自动布线工具使用，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） ，可编程逻辑器件设计、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/服务器体系结构，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、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。 3、IC
9、 设计软件IC 设计工具很多，其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics 和 Synopsys。这三家都是 ASIC 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。下出按用途对 IC 设计软件作一些介绍。（1）设计输入工具是任何一种 EDA 软件必须具备的基本功能。像 Cadence的 composer,viewlo
10、gic 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。另外像 ActiveHDL 和其它的设计输入方法，包括原理和状态机输入方法，设计 FPGA/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：我们使用 EDA 工具的一个最大好处是可以验证设计是否正确，几乎每个公司的 EDA 产品都有仿真工具。VerilogXL、NCverilog用于 Verilog 仿真，Leapfrog 用于 VHDL 仿真，Analog Art
11、ist 用于模拟电路仿真。Viewlogic 的仿真器有：viewsim 门级电路仿真器，speedwaveVHDL 仿真器，VCSverilog 仿真器。Mentor Graphics 有其子公司 Model Tech 出品的 VHDL和 Verilog 双仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys 用的是 VSS（VHDL 仿真器） 。现在的趋势是各大 EDA 公司都逐渐用 HDL 仿真器作为电路验证的工具。（3）综合工具：综合工具可以把 HDL 变成门级网表。这方面 Synopsys 工具占有较大的优势，它的 Design Compile 是作综合的工业标准，它还有另外
12、一个产品叫 Behavior Compiler，可以提供更高级的综合。另外最近美国又出了一家软件叫 Ambit，说是比 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。（4）布局和布线：在 IC
13、 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。（5）物理验证工具：物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等等。这方面 Cadence 也是很强的，其Dracula、Virtuso、Vampire
14、 等物理工具有很多的使用者。（6）模拟电路仿真器：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，最好最准的当数 HSPICE，作为 IC 设计，它的模型最多，仿真的精度也最高。4、PLD 设计工具PLD（Programmable 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
15、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，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现。生产 PLD 的厂家很多，但最有代表性的 PLD 厂家为 Altera、Xilinx 和 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合作，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。（1）ALTERA 在上世纪 90 年代以后发展很快。主要产品
16、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 II 开发软件。Altera 公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方 VHDL 综合工具，如：综合软件 FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真软件 ModelSim。（2）ILINX FPGA 的发明者。产品种类较全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex 等系列，其最大的VertexII Pro 器件已达到 80
17、0 万门。开发软件为 Foundation 和 ISE。通常来说，在欧洲用 Xilinx 的人多，在日本和亚太地区用 ALTERA 的人多，在美国则是平分秋色。全球 PLD/FPGA 产品 60%以上是由 Altera 和 Xilinx 提供的。可以讲 Altera 和 Xilinx 共同决定了 PLD 技术的发展方向。（3）LatticeVantis：Lattice 是 ISP（InSystem Programmability）技术的发明者，ISP 技术极大地促进了 PLD 产品的发展，与 ALTERA 和 XILINX相比，其开发工具比 Altera 和 Xilinx 略逊一筹。中小规模
18、PLD 比较有特色，大规模 PLD 的竞争力还不够强（Lattice 没有基于查找表技术的大规模 FPGA） ，1999 年推出可编程模拟器件，1999 年收购 Vantis（原 AMD 子公司） ，成为第三大可编程逻辑器件供应商。2001 年 12 月收购 Agere 公司（原 Lucent 微电子部）的 FPGA 部门。主要产品有 ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。（4）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。（
19、5）Quicklogic 专业 PLD/FPGA 公司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售量不大。（6）Lucent 的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。（7）ATMEL 中小规模 PLD 做得不错。ATMEL 也做了一些与 Altera 和Xilinx 兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些差距，在高可靠性产品中使用较少，多用在低端产品上。（8）Clear Logic 生产与一些著名 PLD/FPGA 大公司兼容的芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不可编程，批量生产时的成本较低。（9）WSI
20、生产 PSD（单片机可编程外围芯片）产品。这是一种特殊的PLD，如最新的 PSD8xx、PSD9xx 集成了 PLD、EPROM、Flash，并支持 ISP（在线编程） ，集成度高，主要用于配合单片机工作。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，使工程师可以在几天、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。5、其它 EDA 软件（1）VHDL 语言：VH
21、SIC Hardware，Deseription Languagt，简称 VHDL。超高速集成电路硬件的描述语言，是 IEEE 的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路（Very High Speed Integrated Circuit，简称VHSIC）计划，是 ASIC 设计和 PLD 设计的一种主要输入工具。（2）Veriolg HDL：是 Verilog 公司推出的硬件描述语言，在 ASIC 设计方面与 VHDL 语言平分秋色。（3）其它 EDA 软件如专门用于微波电路设计和电力载波工具、PCB 制作和工艺流程控制等领域的工具，在此就不作介绍了。7、EDA 的应用EDA
22、 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 EDA 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并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如 EWB、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。科研方面主要利用电路仿真工具（EWB 或 PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将 CPLD/FPGA 器件实际应用到仪器设备中；从
23、事PCB 设计和 ASIC 设计等。在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的 EDA 工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的 EDA 技术应用、产品测试等各个环节。如 PCB 的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC 的流片过程等。 从应用领域来看，EDA 技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 有应用。另外，EDA 软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。如 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
24、型、电影特技等领域。8、EDA 技术的发展趋势从目前的 EDA 技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多样、软件功能强大。 中国 EDA 市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是 PC 主板和小型ASIC 领域，仅有小部分（约 11%）的设计人员工发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些最新的 EDA 技术。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
25、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，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在 ASIC 和 PLD 设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。外设技术与 EDA 工程相结合的市场前景看好，如组
26、合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。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有各地开花并结果。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，年复合增长率分别达到了 50%和 30%。EDA 技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA 技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA 水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。EDA 市场日趋成熟，但我国的研发水平沿很有限，需迎头赶上。
