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EDA技术与应用简介

时间:2017-06-05 16:21:34 EDA技术培训 我要投稿

EDA技术与应用简介

  随着微电子技术和计算机技术的不断发展,在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域工作中,EDA技术的含量以惊人的速度上升,从而使它成为当今电子技术发展的前沿之一。下面是关于EDA技术与应用,希望大家认真阅读!

EDA技术与应用简介

  1 前言

  人类社会已进入到高度发达的信息化社会,信息社会的发展离不开电子产品的进步。 现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时,价格却一直呈下降趋势,而且产品更新换代的步伐 也越来越快,实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工 技术为代表,目前已进展到深亚微米阶段,可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管;后者 的核心就是EDA技术。EDA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、智能化 技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包,主要能辅助进行三方面的设计工作:IC设计,电子 电路设计以及PCB设计。没有EDA技术的支持,想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可 想象的,反过来,生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。

  2 EDA技术的发展

  回顾近30年电子设计技术的发展历程,可将EDA技术分为三个阶段。 (1) 七十年代为CAD阶段,这一阶段人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑和PCB布局布 线,取代了手工操作,产生了计算机辅助设计的概念。 (2)八十年代为CAE阶段,与CAD相比,除了纯粹的图形绘制功能外,又增加了电路功能设 计和结构设计,并且通过电气连接网络表将两者结合在一起,以实现工程设计,这就是计算机辅助 工程的概念。CAE的.主要功能是:原理图输入,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线,PCB后分 析。 (3)九十年代为ESDA阶段。尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功,但并没有把人从繁重的 设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中,自动化和智能化程度还不高,各种EDA软件界面千 差万别,学习使用困难,并且互不兼容,直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足,人们开始 追求贯彻整个设计过程的自动化,这就是ESDA即电子系统设计自动化。

  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。

  3 ESDA技术的基本特征

  ESDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:设计人员按照"自顶 向下"的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成 电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言(HDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配 器生成最终的目标器件。这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法,具体流程还将在4.2节中 做深入介绍。下面介绍与ESDA基本特征有关的几个概念。

  3.1 "自顶向下"的设计方法

  10年前,电子设计的基本思路还是选择标准集成电路"自底向上"(Bottom-Up)地构 造出一个新的系统,这样的设计方法就如同一砖一瓦地建造金字塔,不仅效率低、成本高而且 还容 易出错。

  高层次设计给我们提供了一种"自顶向下"(Top-Down)的全新的设计方法,这种设计 方法首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠 错,并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述,在系统一级进行验证。然后用综合优化工具 生成具体门电路的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要 仿真和调试过程是在高层次上完成的,这不仅有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的 浪费,而且也减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次成功率。

  3.2 ASIC设计

  现代电子产品的复杂度日益加深,一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构 成,这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题,解决这一问题的有效方法就是采用ASIC (Application Specific Integrated Circuits)芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为:全定制ASIC,半定制ASIC,可编程ASIC(也称为可编程逻辑器件)。

  设计全定制ASIC芯片时,设计师要定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则,最 后将设计结果交由IC厂家掩膜制造完成。优点是:芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、功耗低。缺点是:开发周期长,费用高,只适合大批量产品开发。

  半定制ASIC芯片的版图设计方法有所不同,分为门阵列设计法和标准单元设计法,这 两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的就是简化设计,以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。

  可编程逻辑芯片与上述掩膜ASIC的不同之处在于:设计人员完成版图设计后,在实验 室内就可以烧制出自己的芯片,无须IC厂家的参与,大大缩短了开发周期。

  可编程逻辑器件自七十年代以来,经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段,其中 CPLD/FPGA属高密度可编程逻辑器件,目前集成度已高达200万门/片,它将掩膜ASIC集成度高的 优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起,特别适合于样品研制或小批量产品开发,使产品能以最快的速度上市,而当市场扩大时,它可以很容易的转由掩膜ASIC实现,因此开发风 险也大为降低。

  上述ASIC芯片,尤其是CPLD/FPGA器件,已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。

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