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)行簡單介紹。

2.1 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)品失去市場競爭優(yōu)勢。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，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。而美國是1年。為什么會(huì)有這樣大的差距呢？因?yàn)槊绹�在設(shè)計(jì)時(shí)大部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。下面簡單介紹前三個(gè)軟件。

①SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美國加州大學(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年被定為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。1984年，美國MicroSim公司推出了基于SPICE的微機(jī)版PSPICE（Personal-SPICE）。現(xiàn)在用得較多的是PSPICE6.2，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，在國內(nèi)普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。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。

②multiSIM（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multiSIM2001，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I-V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。

③MATLAB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)，提高自身的競爭力。

2.2 PCB設(shè)計(jì)軟件

PCB（Printed-Circuit 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/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。

目前在我國用得最多當(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)。

2.3 IC設(shè)計(jì)軟件

IC設(shè)計(jì)工具很多，其中按市場所占份額排行為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。中國華大公司也提供ASIC設(shè)計(jì)軟件（熊貓2000）；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composer，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Active-HDL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M(jìn)odelsim 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。Verilog-XL、NC-verilog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，VCS-verilog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）。現(xiàn)在的趨勢是各大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，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：Synopsys的FPGA Express， Cadence的Synplity， Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場的絕大部分。

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。

2.4 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FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設(shè)計(jì)方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態(tài)機(jī)、布爾表達(dá)式、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，最后用編程器或下載電纜，由目標(biāo)器件實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。