【導讀】EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng),是指以計算機為工作平臺,融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的 最新成果,進行電子產品的自動設計。利用EDA工具,可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。
EDA常用軟件
EDA工具層出不窮,目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有:protel、MentorPADS、OrCAD、Mentor WG、Mentor EN、allegro、EWB、PSPICE、 Synopsys等等。按主要功能或主要應用場合,大致可分為電路設 計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具及其它EDA軟件。
電子電路設計與仿真工具
電子電路設計與仿真工具包括:
SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、Multisim、MMICAD等。下面簡單介紹前三個軟件。
1)SPICE:由美國加州大學推出的電路分析仿真軟件,現(xiàn)在用得較多的是PSPICE6.2,在同類產品中是功能最為強大的模擬和數(shù)字電路混合仿真 EDA軟件,它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據輸出、并在同一窗口內同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結果。無 論對哪種器件哪些電路進行仿真,都可以得到精確的仿真結果,并可以自行建立元器件及元器件庫。
2)EWB軟件:20世紀90年代初推出 的電路仿真軟件。相對于其它EDA軟件,它是較小巧的軟件(只有16M)。但它對模數(shù)電路的混合仿真功能卻十分強大,幾乎100%地仿真出真實電路的結 果,并且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉換器和電壓表、電流表等儀器儀表。它的界面直觀,易學 易用。它的很多功能模仿了SPICE的設計,但分析功能比PSPICE稍少一些。
3)MATLAB:它的一大特性是有眾多的面向具體應用的工具箱和仿真塊,包含了完整的函數(shù)集用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設計、神經網絡等特殊應用進行分析和設計。它具有數(shù)據采集、報告生成和MATLAB語言編程產生獨立C/C++代碼等功能。
PCB設計軟件
PCB設計軟件種類很多,如Protel/AD、OrCAD、Viewlogic、Cadence PSD、Mentor公司的Mentor EN、Mentor WG以及Mentor PADS等系列。常用的PCB設計軟件還有Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO等等。
先來說說Mentor旗下幾個常用系列工具!
Mentor公司有三個系列的PCB設計工具,分別是:
Mentor EN系列,即Mentor Board Station.
Mentor WG系列,即Mentor Expedition.
還有PADS系列,即PowerPCB.
上面講到的Mentor PADS,也就是以前的PowerPCB/PowerLogic系列,是低端的PCB軟件中最優(yōu)秀的一款,其界面友好、容易上手、功能強大而深受中小企業(yè)的青睞,在中小企業(yè)用戶占有很大的市場份額。
其他兩個系列Mentor EN系列和Mentor WG系列與Cadence Allegro一樣,都是目前最高端的PCB軟件,像中興、華為這類大型公司都會使用這些高端的設計軟件。
其中,Mentor Expedition(WG系列)是拉線最順暢的軟件,被譽為拉線之王,它的自動布線功能非常強大,布線規(guī)則設計非常專業(yè)。
Mentor EN系列是從早期UNIX系統(tǒng)移植到Windows系統(tǒng),也是最專業(yè)的PCB工具軟件,但其學習難度較大,自學的話會比較吃力。
PADS系列則相對來說比較簡單易用且上手快,設計靈活,用戶的自由度也非常高,很適合初學者及熱衷于自學的群體。
再來說說Altium公司的Protel和AD
Protel/AD也有不少高校用戶,它擁有完整的全方位電位設計系統(tǒng),包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計(包含印刷電 路板自動布局布線),可編程邏輯器件設計、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/服務器體系結構,同時還 兼容一些其它設計軟件的文件格式,如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。
最后來談談Cadence Allegro.
Cadence公司擁有Orcad/SPB/PSD等多個系列,三者都是Cadence公司基于capture和allegro的PCB設計套件,區(qū)別僅在于軟件配置。
Orcad的配置是低端產品,存在價格低的優(yōu)點,但是在Orcad中Allegro 的功能比較弱,只有各項基本功能而沒有constrain manager,如果需要SI或者constrain manager呢,就需要另外的增加配置了。
PSD和SPB其實是同一個東西,PSD是Allegro系統(tǒng)互連設計平臺的早期版本,后來新出的版本叫做 SPB,因為改進了設計理念,所以修改了套件包的名稱。
由此大家應該明白了,SPB是Allegro最全功能的版本。
衡量一個軟件的優(yōu)劣,其中一個很現(xiàn)實的標準就是看它的市場占有率,也就是它的普及和流行程度.Cadence Allegro現(xiàn)在幾乎成為高速板設計中實際上的工業(yè)標準,被很多大型電子通信類公司采用,因此掌握Cadence Allegro對求職有實質的幫助;另外其學習資源也比較豐富,比較適合自學。
現(xiàn)在Cadence公司的系列產品有:Cadence SPB16.2, Cadence SPB16.0, Cadence SPB 15.7, Cadence SPB15.5, Cadence SPB15.2等。板級電路設計系統(tǒng)。
Cadence Allegro現(xiàn)在幾乎成為高速板設計中實際上的工業(yè)標準,其學習資源也比較豐富,比較適合自學。
曾經有人這么評價Cadence:
“Cadence是高速板設計中實際上的工業(yè)標準。無論哪一方面都超牛。Cadence PCB Layout工具絕對一流,稍微熟悉一點后就不再想用其他工具了,布線超爽。仿真方面也是非常的牛,有自己的仿真工具,信號完整性仿真,電源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢占據著霸主地位。要知道這個世界上60%的電腦主板40%的手機主板可都是拿Allegro畫的。”
IC設計軟件
IC設計工具很多,其中按市場所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。
1)設計輸入工具:像Cadence的composer,viewlogic的viewdraw,硬件描述語言VHDL、Verilog HDL是主要設計語言,許多設計輸入工具都支持HDL。另外像Active—HDL和其它的設計輸入方法,包括原理和狀態(tài)機輸入方法,設計 FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設計的輸入手段,如Xilinx、Altera等公司提供的開發(fā)工具,Modelsim FPGA等。
2)設計仿真工作:EDA工具的一個最大好處是可以驗證設計是否正確,幾乎每個公司的EDA 產品都有仿真工具。
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仿真器作為電路驗證的工具。
3)綜合工具:綜合工具可以把HDL變成門級網表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢,它的Design Compile是綜合的工業(yè)標準,它還有另外一個產品叫Behavior Compiler,可以提供更高級的綜合。此外,美國還出了一家軟件叫Ambit,比Synopsys的軟件更有效,可以綜合50萬門的電路,速度 更快。不過Ambit已被Cadence公司收購,為此Cadence放棄了它原來的綜合軟件Synergy。
隨著FPGA設計的規(guī)模越來越大,各EDA 公司又陸續(xù)開發(fā)了用于FPGA設計的綜合軟件,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設計的布局布線工具中,Cadence軟件是比較強的,它有很多產品,用于標準單元、門陣列已可實現(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—標準單元布線器;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)物理驗證工具:物理驗證工具包括版圖設計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強的,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數(shù)字電路的,對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,最好最準的當數(shù)HSPICE,作為IC設計,它的模型最 多,仿真的精度也最高。
PLD設計工具
PLD(Programmable Logic Device)是一種由用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型:CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設計方法是借助于EDA軟件,用原理圖、狀態(tài)機、布爾表達式、硬件描述語言等方法,生成相應的目標文件,最后用編程器或下載電 纜,由目標器件實現(xiàn)。生產PLD的廠家很多,但最有代表性的PLD廠家為ALTERA、Xilinx和Lattice公司。
PLD的開發(fā)工具一般由器件生產廠家提供,但隨著器件規(guī)模的不斷增加,軟件的復雜性也隨之提高,目前由專門的軟件公司與器件生產廠家合作,推出功能強大的設計軟件。
PLD(可 編程邏輯器件)是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路,只要有數(shù)字電路基礎,會使用計算機,就可以進行PLD的開發(fā)。PLD的在線編程能力和強大的開發(fā)軟件,使工程師可以在幾天,甚至幾分鐘內就可完成以往幾周才能完成的工作,并可將數(shù)百萬門的復雜設計集成在一顆芯片內。PLD技術在發(fā)達國家已成為電子工程師必備的技術。
PLD生產及開發(fā)工具:
1)ALTERA—20世紀90年代以后發(fā)展很快,后被英特爾收購。主要產品有:MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發(fā)工具—MAX+PLUS II是較成功的PLD開發(fā)平臺,最新又推出了Quartus II開發(fā)軟件。Altera公司提供較多形式的設計輸入手段,綁定第三方VHDL綜合工具,如:綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum,仿真軟件ModelSim。
2)XILINX—FPGA的發(fā)明者。產品種類較全,主要有:XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列,其最大的 Vertex—II Pro器件已達到800萬門。開發(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來說,在歐洲用Xilinx的人多,在亞太地區(qū)用ALTERA的人多,在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產品60%以上是由Altera和Xilinx提供的??梢灾vAltera和Xilinx共同決定了PLD 技術的發(fā)展方向。
3)Lattice—Vantis Lattice是ISP(In—System Programmability)技術的發(fā)明者,ISP技術極大地促進了PLD產品的發(fā)展,與ALTERA和XILINX相比,其開發(fā)工具比Altera 和Xilinx略遜一籌。中小規(guī)模PLD比較有特色,大規(guī)模PLD的競爭力還不夠強(Lattice沒有基于查找表技術的大規(guī)模FPGA),1999年推出可編程模擬器件,1999年收購Vantis(原AMD子公司),成為第三大可編程邏輯器件供應商。2001年12月收購Agere公司(原 Lucent微電子部)的FPGA部門。主要產品有ispLSI2000/5000/8000,MACH4/5。
4)ACTEL—反熔絲(一次性燒寫)PLD的領導者,由于反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快,所以在軍品和宇航級上有較大優(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。
5)Quicklogic—專業(yè)PLD/FPGA公司,以一次性反熔絲工藝為主,在中國地區(qū)銷售量不大。
6)Lucent—主要特點是有不少用于通訊領域的專用IP核,但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務,在中國地區(qū)使用的人很少。
7)ATMEL—已被Microchip收購,中小規(guī)模PLD做得不錯。ATMEL早年也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子,但在品質上與原廠家還是有一些差距,在高可靠性產品中使用較少,多用在低端產品上。
8)Clear Logic—生產與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片,這種芯片可將用戶的設計一次性固化,不可編程,批量生產時的成本較低。
9)WSI—生產PSD(單片機可編程外圍芯片)產品。這是一種特殊的PLD,如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash,并支持ISP(在線編程),集成度高,主要用于配合單片機工作。
其它EDA軟件
1)VHDL語言超高速集成電路硬件描述語言(VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt,簡稱VHDL),是IEEE的一項標準設計語言。它源于美國國防部提出的超高速集成電路(Very High Speed Integrated Circuit,簡稱VHSIC)計劃,是ASIC設計和PLD設計的一種主要輸入工具。
2)Veriolg HDL 是Verilog公司推出的硬件描述語言,在ASIC設計方面與VHDL語言平分秋色。
3)其它EDA軟件如專門用于微波電路設計和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領域的工具,在此就不作介紹了。
在文章結束即將結束前,再介紹一下Saber軟件!
Saber 是混合信號、混合技術設計與驗證工具,在電力電子、數(shù)?;旌戏抡?、汽車電子及機電一體化領域得到廣泛應用。Saber軟件在技術、理論及新產品開發(fā)方面保 持明顯優(yōu)勢,其大量的器件模型、先進的仿真技術和精確的建模工具為客戶提供了全面的系統(tǒng)解決方案,在并在技術方面不斷地完善創(chuàng)新。
Saber 的建模工具運用廣泛,有可用于電源、機電、磁、熱、負載等各種建模工具。Saber也有獨特的設計與驗證方法:“自頂向下”(Top- Down Design)設計與“自下而上”(Bottom-Up)仿真驗證方法。在作了建模方法演示、混合技術設計方法演示、線纜設計(從電氣設計到線纜生產)流 程演示后,Johnson演示了單故障模式仿真調試;關鍵參數(shù)與非關鍵參數(shù)的多故障模式仿真調試,顯示了Saber仿真器Testify的強大功能。
Saber的典型案例是航空器領域的系統(tǒng)設計,其整個設計過程包含了機械技術、電子技術、液壓技術、燃油系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)、雷達無線技術等復雜的混合技術設計與仿真。從航空器、輪船、汽車到消費電子、電源設計都可以通過Saber來完成。
在開關電源設計中,如果有變壓器,saber仿真是最好的,變壓器模型比較全。saber仿真現(xiàn)在主要問題就是沒有教材。不方便學習。
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