eda技術(shù)在電子工程設計中的作用分析
eda技術(shù)在電子工程設計中發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用，如何談eda技術(shù)在電子工程設計中的作用?
eda是電子設計自動(dòng)化(electronic design automation)的縮寫(xiě),是從cad(計算機輔助設計)、cam(計算機輔助制造)、cat(計算機輔助測試)和cae(計算機輔助工程)的概念發(fā)展而來(lái)的。eda技術(shù)是以計算機為工具,集數據庫、圖形學(xué)、圖論與拓撲邏輯、計算數學(xué)、優(yōu)化理論等多學(xué)科最新理論于一體,是計算機信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電路理論、信息分析與信號處理的結晶。
一、eda技術(shù)的特點(diǎn)
1.現代化eda技術(shù)大多采用“自頂向下(top-down)”的設計程序,從而確保設計方案整體的合理和優(yōu)化,避免“自底向上(bottom-up)”設計過(guò)程使局部?jì)?yōu)化,整體結構較差的缺陷。
2.hdl給設計帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn):①語(yǔ)言公開(kāi)可利用;②語(yǔ)言描述范圍寬廣;③使設計與工藝無(wú)關(guān);④可以系統編程和現場(chǎng)編程,使設計便于交流、保存、修改和重復使用,能夠實(shí)現在線(xiàn)升級。
3.自動(dòng)化程度高,設計過(guò)程中隨時(shí)可以進(jìn)行各級的仿真、糾錯和調試,使設計者能早期發(fā)現結構設計上的錯誤,避免設計工作的浪費,同時(shí)設計人員可以?huà)侀_(kāi)一些具體細節問(wèn)題,從而把主要精力集中在系統的開(kāi)發(fā)上,保證設計的高效率、低成本,且產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短、循環(huán)快。
4.可以并行操作,現代eda技術(shù)建立了并行工程框架結構的工作環(huán)境。從而保證和支持多人同時(shí)并行地進(jìn)行電子系統的設計和開(kāi)發(fā)。
二、eda技術(shù)的發(fā)展過(guò)程
eda技術(shù)的發(fā)展過(guò)程反映了近代電子產(chǎn)品設計技術(shù)的一段歷史進(jìn)程,大致分為3個(gè)時(shí)期。
1.初級階段:早期階段即是cad階段,大致在20世紀70年代,當時(shí)中小規模集成電路已經(jīng)出現,傳統的手工制圖設計印刷電路板和集成電路的方法效率低、花費大、制造周期長(cháng)。人們開(kāi)始借助于計算機完成印制電路板一pcb設計,將產(chǎn)品設計過(guò)程中高重復性的繁雜勞動(dòng)如布圖布線(xiàn)工作用二維平面圖形編輯與分析的cad工具代替,主要功能是交互圖形編輯,設計規則檢查,解決晶體管級版圖設計、pcb布局布線(xiàn)、門(mén)級電路模擬和測試。
2.發(fā)展階段:20世紀80年代是eda技術(shù)的發(fā)展和完善階段,即進(jìn)入到cae階段。由于集成電路規模的逐步擴大和電子系統的日趨復雜,人們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)設計軟件,將各個(gè)cad工具集成為系統,從而加強了電路功能設計和結構設計,該時(shí)期的eda技術(shù)已經(jīng)延伸到半導體芯片的設計,生產(chǎn)出可編程半導體芯片。
3.成熟階段:20世紀90年代以后微電子技術(shù)突飛猛進(jìn),一個(gè)芯片上可以集成幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)乃至上億個(gè)晶體管,這給eda技術(shù)提出了更高的要求,也促進(jìn)了eda技術(shù)的大發(fā)展。各公司相繼開(kāi)發(fā)出了大規模的eda軟件系統,這時(shí)出現了以高級語(yǔ)言描述、系統級仿真和綜合技術(shù)為特征的eda技術(shù)。
三、eda技術(shù)的作用
eda技術(shù)在電子工程設計中發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用,主要表現在以下幾個(gè)方面:
1.驗證電路設計方案的正確性
設計方案確定之后,首先采用系統仿真或結構模擬的方法驗證設計方案的可行性,這只要確定系統各個(gè)環(huán)節的傳遞函數(數學(xué)模型)便可實(shí)現。這種系統仿真技術(shù)可推廣應用于非電專(zhuān)業(yè)的系統設計,或某種新理論、新構思的設計方案。仿真之后對構成系統的各電路結構進(jìn)行模擬分析,以判斷電路結構設計的正確性及性能指標的可實(shí)現性。這種量化分析方法對于提高工程設計水平和產(chǎn)品質(zhì)量,具有重要的指導意義。
2.電路特性的優(yōu)化設計
元器件的容差和工作環(huán)境溫度將對電路的穩定性產(chǎn)生影響。傳統的設計方法很難對這種影響進(jìn)行全面的分析,也就很難實(shí)現整體的優(yōu)化設計。eda技術(shù)中的溫度分析和統計分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性,便于確定最佳元件參數、最佳電路結構以及適當的系統穩定裕度,真正做到優(yōu)化設計。
3.實(shí)現電路特性的模擬測試
電子電路設計過(guò)程中,大量的工作是數據測試和特性分析。但是受測試手段和儀器精度所限,測試問(wèn)題很多。采用eda技術(shù)后,可以方便地實(shí)現全功能測試。
四、eda技術(shù)的軟件
1.ewb(electronics workbench)軟件。ewb是基于pc平臺的電子設計軟件,由加拿大interactive image technologies ltd.公司研制開(kāi)發(fā),該軟件具有以下特點(diǎn):①集成化工具:一體化設計環(huán)境可將原理圖編輯、spice仿真和波形分析、仿真電路的在線(xiàn)修改、選用虛擬儀器、借助14種分析工具輸出結果等操作在一個(gè)集成系統中完成。②仿真器:交互式32位spice強化支持自然方式的模擬、數字和數/�；旌显�。自動(dòng)插入信號轉換界面,支持多級層次化元件的嵌套,對電路的大小和復雜沒(méi)有限制。只有提供原理圖網(wǎng)絡(luò )表和輸入信號,打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)就會(huì )在一定的時(shí)間內將仿真結果輸出。③原理圖輸入:鼠標點(diǎn)擊一拖動(dòng)界面,點(diǎn)一點(diǎn)自動(dòng)連線(xiàn)。分層的工作環(huán)境,手工調整元器件時(shí)自動(dòng)重排線(xiàn)路,自動(dòng)分配元器件的參考編號,對元器件尺寸大小沒(méi)有限制。④分析:虛擬測試設備能提供快捷、簡(jiǎn)單的分析。主要包括直流工作點(diǎn)、瞬態(tài)、交流頻率掃描、付立葉、噪聲、失真度、參數掃描、零極點(diǎn)、傳遞函數、直流靈敏度、最差情況、蒙特卡洛法等14種分析工具,可以在線(xiàn)顯示圖形并具有很大的靈活性。⑤設計文件夾:同時(shí)儲存所有的設計電路信息,包括電路結構、shce參數、所有使用模型的設置和拷貝。全部存放在一個(gè)設計文件中,便于設計數據共享以及丟失或損壞的數據恢復。⑥接口:標準的spice網(wǎng)表,既可以輸入其他cad生成的shce網(wǎng)絡(luò )連接表并行成原理圖供ewb使用,也可以將原理圖輸出到其他pcs工具中直接制作線(xiàn)路板。
2.protel軟件。廣泛應用的protel99主要分為兩大部分:用于電路原理圖的設計原理圖設計系統(advanced schematic)和用于印刷電路板設計的印刷電路板設計系統(advanced pcb)。
五、eda技術(shù)的發(fā)展趨勢
高層次設計技術(shù)是近幾年來(lái)國際上在eda技術(shù)領(lǐng)域研究、開(kāi)發(fā)、應用的熱門(mén)課題,并且發(fā)展非常迅速,成效異常顯著(zhù)。這一領(lǐng)域主要包括功能強大的硬件描述語(yǔ)言、高層次綜合技術(shù)、高層次模擬技術(shù)以及測試設計的綜合技術(shù)等。相信隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步,作為eda發(fā)展方向的高層次自動(dòng)化設計技術(shù)必將取得更輝煌的成績(jì)。
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