eda技術(shù)的概念及范疇
eda是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（electronic design automatic）的簡稱。 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)過程在計(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)。通常所指的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)。
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：ewb、pspice、orcad、pcad、protel、viewlogic、mentor、graphics、synopsys、lsilogic、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，同時(shí)以可以進(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)行簡單介紹。
1、電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具
電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具包括spice/pspice；ewb；matlab；systemview；mmicad等。下面簡單介紹前三個(gè)軟件。
（1）spice（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）?，F(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。
（2）ewb(electronic workbench)軟件 是interactive imagetechnologies ltd 在20世紀(jì)90年代初推出的電路仿真軟件。目前普遍使用的是ewb5.2，相對(duì)于其它eda軟件，它是較小巧的軟件（只有16m）。但它對(duì)模數(shù)電路的混合仿真功能卻十分強(qiáng)大，幾乎100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果，并且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器和電壓表、電流表等儀器儀表。它的界面直觀，易學(xué)易用。它的很多功能模仿了spice的設(shè)計(jì)，但分析功能比pspice稍少一些。
（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)品族被廣泛地應(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、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等等。目前在我國用得最多應(yīng)屬protel，下面僅對(duì)此軟件作一介紹。
protel是protel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，有些高校的電路專業(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，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)器體系結(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、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)。
3、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)。下出按用途對(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。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，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。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）?，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家軟件叫ambit，說是比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(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，最好最準(zhǔn)的當(dāng)數(shù)hspice，作為ic設(shè)計(jì)，它的模型最多，仿真的精度也最高。
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。
pld的開發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠家提供，但隨著器件規(guī)模的不斷增加，軟件的復(fù)雜性也隨之提高，目前由專門的軟件公司與器件生產(chǎn)廠家合作，推出功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件。下面介紹主要器件生產(chǎn)廠家和開發(fā)工具。
（1）altera 20世紀(jì)90年代以后發(fā)展很快。主要產(chǎn)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(tái)，最新又推出了quartus ii開發(fā)軟件。altera公司提供較多形式的設(shè)計(jì)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）ilinx fpga的發(fā)明者。產(chǎn)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(dá)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，在日本和亞太地區(qū)用altera的人多，在美國則是平分秋色。全球pld/fpga產(chǎn)品60%以上是由altera和xilinx提供的。可以講altera和xilinx共同決定了pld技術(shù)的發(fā)展方向。
（3）lattice—vantis lattice是isp（in—system programmability）技術(shù)的發(fā)明者，isp技術(shù)極大地促進(jìn)了pld產(chǎn)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(qiáng)（lattice沒有基于查找表技術(shù)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(yīng)商。2001年12月收購agere公司（原lucent微電子部）的fpga部門。主要產(chǎn)品有isplsi2000/5000/8000，mach4/5。
（4）actel 反熔絲（一次性燒寫）pld的領(lǐng)導(dǎo)得，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(jí)上有較大優(yōu)勢(shì)。altera和xilinx則一般不涉足軍品和宇航級(jí)市場(chǎng)。
（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(diǎn)是有不少用于通訊領(lǐng)域的專用ip核，但pld/fpga不是lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區(qū)使用的人很少。
（7）atmel 中小規(guī)模pld做得不錯(cuò)。atmel也做了一些與altera和xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產(chǎn)品中使用較少，多用在低端產(chǎn)品上。
（8）clear logic 生產(chǎn)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(shè)計(jì)一次性固化，不可編程，批量生產(chǎn)時(shí)的成本較低。
（9）wsi 生產(chǎn)psd（單片機(jī)可編程外圍芯片）產(chǎn)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(jī)工作。
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(chǔ)，會(huì)使用計(jì)算機(jī)，就可以進(jìn)行pld的開發(fā)。pld的在線編程能力和強(qiáng)大的開發(fā)軟件，使工程師可以在幾天，甚至幾分鐘內(nèi)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(fù)雜設(shè)計(jì)集成在一顆 芯片內(nèi)。pld技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。
5、其它eda軟件
（1）vhdl語言 超高速集成電路硬件描述語言（vhsic hardware description language ，簡稱vhdl），是ieee的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(jì)劃，是asic設(shè)計(jì)和pld設(shè)計(jì)的一種主要輸入工具。
（2）verilog hdl 是verilog公司推出的硬件描述語言，在asic設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和電力載波工具、pcb制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。
eda的應(yīng)用
eda在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。
在教學(xué)方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開設(shè)了eda課程。主要是讓學(xué)生了解eda的基本概念和基本原理、掌握用hdl語言編寫規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用eda工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)并從事簡單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具（如ewb、pspice）和pld開發(fā)工具（如altera/xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開發(fā)系統(tǒng)），為今后工作打下基礎(chǔ)。
科研方面主要利用電路仿真工具（ewb或pspice）進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；將cpld/fpga器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事pcb設(shè)計(jì)和asic設(shè)計(jì)等。
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面，包括前期的計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)品開發(fā)中的eda工具應(yīng)用、系統(tǒng)級(jí)模擬及測(cè)試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的eda技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)。如pcb的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、asic的流片過程等。
從應(yīng)用領(lǐng)域來看，eda技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，如上文所說，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有應(yīng)用。另外，eda軟件的功能日益強(qiáng)大，原來功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如autocad軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類效果圖，汽車和飛機(jī)的模型、電影特技等領(lǐng)域。