EDA技術(shù)創(chuàng)新演化與工程設(shè)計應(yīng)用

EDA技術(shù)發(fā)展至今已有30多年歷史。在EDA技術(shù)的輔助下，我國電子工程設(shè)計水平得到明顯提升，電子產(chǎn)品的應(yīng)用性能也越來越理想化。本文圍繞電子工程設(shè)計的EDA技術(shù)展開深入探討，為進(jìn)一步發(fā)揮EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中的應(yīng)用價值略盡綿力。

1 EDA技術(shù)的誕生與演變歷程

1.1 EDA技術(shù)

EDA(Electronic Design Automation)是電子設(shè)計自動化的簡稱，是電子設(shè)計與制造技術(shù)發(fā)展中的核心。EDA技術(shù)是以計算機(jī)為工具，采用硬件描述語言的表達(dá)方式，對數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)學(xué)、圖論、圖形學(xué)及拓?fù)溥壿?、?yōu)化理論等進(jìn)行科學(xué)、有效的融合，從而形成一種電子系統(tǒng)專用的新技術(shù)，是計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、信號分析技術(shù)的最新成果。EDA技術(shù)的出現(xiàn)不僅更好地保證了電子工程設(shè)計各級別的仿真、調(diào)試和糾錯，為其發(fā)展帶來強(qiáng)有力的技術(shù)支持，并且在電子、通信、化工、航空航天、生物等各個領(lǐng)域占有越來越重要的地位，很大程度上減輕了相關(guān)從業(yè)者的工作強(qiáng)度。

1.2 EDA技術(shù)的演變歷程

EDA技術(shù)近幾年獲得飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，其發(fā)展過程是現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的重要?dú)v史進(jìn)程，主要包括以下幾個階段。

1.2.1 早期階段，即CAD(Computer ssistDesign)階段。20世紀(jì)70年代左右的社會已經(jīng)存在中小規(guī)模的集成電路，當(dāng)時人們采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行制圖，設(shè)計印刷電路板和集成電路，不僅效率低、花費(fèi)大，而且制作周期長。人們?yōu)榱烁纳七@一情況，開始運(yùn)用計算機(jī)對電路板進(jìn)行PCB設(shè)計，用CAD這一嶄新的圖形編輯工具代替電子產(chǎn)品設(shè)計中布圖布線這類重復(fù)性較強(qiáng)的勞動，其功能包括設(shè)計規(guī)則檢查、交互圖形編輯、PCB布局布線、門級電路模擬和測試等。

1.2.2 發(fā)展階段，即CAE(ComputerAssist Engineering Design)階段。20世紀(jì)80年代左右，EDA技術(shù)已經(jīng)到了一定的發(fā)展和完善階段。由于集成電路規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電子系統(tǒng)變得越發(fā)復(fù)雜，為了滿足市場需求，人們開始對相關(guān)軟件進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)，在把不同CDA工具合成一種系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完善了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。EDA技術(shù)在此時期逐漸發(fā)展成半導(dǎo)體芯片的設(shè)計，已經(jīng)能生產(chǎn)出可編程半導(dǎo)體芯片。

1.2.3 成熟階段。在20世紀(jì)90年代以后，微電子技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，集成幾千萬乃至上億的晶體管只需一個芯片。這給EDA技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)，促使各大公司對EDA軟件系統(tǒng)進(jìn)行更大規(guī)模的研發(fā)，以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特點(diǎn)的EDA就此出現(xiàn)，使得EDA技術(shù)獲得了極大的突破。

1.3 發(fā)展趨勢

21世紀(jì)以來，EDA技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了電子技術(shù)的全方位領(lǐng)域。EDA技術(shù)讓電子領(lǐng)域的不同學(xué)科的界限變得模糊，相互包容，尤其表現(xiàn)在以下幾個方面：實(shí)現(xiàn)了以自主知識產(chǎn)權(quán)的方式表達(dá)和確認(rèn)電子設(shè)計成果;進(jìn)一步確認(rèn)了電子行業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中軟硬件IP核的地位;大規(guī)模電子系統(tǒng)和IP核模塊已被EDA工具的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)單元涵蓋;高效低成本設(shè)計技術(shù)SOC(Systern-on-Chip)等逐漸成熟。

2 EDA技術(shù)的特點(diǎn)

EDA技術(shù)是當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)最新發(fā)展方向的代表，硬件描述語言HDL為其基本特點(diǎn)，相對于電原理圖，它更全面地展現(xiàn)了硬件電路的特性，具有系統(tǒng)仿真和綜合能力。其具體特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：一是具有現(xiàn)代化特點(diǎn)。為了保證設(shè)計方案整體的合理和優(yōu)化，“自頂向下(Top-Down)”是EDA主要采用的一種設(shè)計程序，由此可避免在“自底向上(Bottom-up)”設(shè)計過程中使局部優(yōu)化和整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷。二是自動化程度高。在EDA設(shè)計過程中，能夠隨時進(jìn)行不同級的仿真、糾錯和調(diào)試，可有效幫助設(shè)計者發(fā)現(xiàn)設(shè)計初期的錯誤，從而節(jié)省設(shè)計工作時間，讓設(shè)計者不需顧慮一些具體細(xì)節(jié)問題而集中精力在系統(tǒng)開發(fā)上，從而保證設(shè)計的低成本、高效率，讓產(chǎn)品的周期縮短，循環(huán)加快。三是設(shè)計中HDL存在的優(yōu)點(diǎn)。①寬廣的語言描述能力;②眾多廠商支持、移植性好;③不需要花費(fèi)與工藝有關(guān)的時間和精力;④系統(tǒng)編程與現(xiàn)場編程方便了設(shè)計的保存、修改和再利用。四是操作并行。EDA技術(shù)的工作環(huán)境是工程框架結(jié)構(gòu)相并行的，可多人一起進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。

3 EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中的應(yīng)用

EDA技術(shù)是一門高速發(fā)展的新技術(shù)，在電子工程設(shè)計中發(fā)揮著重要作用，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 確定電路設(shè)計方案的可行性

為了保證設(shè)計方案的可行性，在設(shè)計方案確定后，需要通過系統(tǒng)仿真或結(jié)構(gòu)模擬的方式來確定系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)(數(shù)學(xué)模型)，從而實(shí)現(xiàn)驗證。仿真之后，為了有效判斷正確電路結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能指標(biāo)的可行性，將會對構(gòu)成系統(tǒng)的各電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。在非電專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計或是某種新理論、新構(gòu)思的設(shè)計方案中也可應(yīng)用這種系統(tǒng)仿真技術(shù)。

3.2 電路特性的優(yōu)化設(shè)計

電子產(chǎn)品元器件的容差與其他同類產(chǎn)品相比要好很多，并且元器件工作環(huán)境溫度如果控制好了，那么電路運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性就得到了保證。但若使用傳統(tǒng)的電子工程設(shè)計方案，對元器件的容差、工作的環(huán)境溫度就很難進(jìn)行全面分析，而EDA技術(shù)所提供的統(tǒng)計分析功能和溫度分析功能就能有效地應(yīng)用到此處，溫度分析以及統(tǒng)計分析功能能夠精確地確定元器件的最佳參數(shù)、電路結(jié)構(gòu)，能使元器件自身性能提高，從而調(diào)整與工作環(huán)境溫度的相適應(yīng)性，這樣就能夠有效地保證最佳的元器件容差和最好的工作環(huán)境溫度。因此，EDA技術(shù)能夠優(yōu)化電子工程設(shè)計方案，提高電子產(chǎn)品的使用質(zhì)量。

3.3 電路特性的有效分析

電路特性的有效分析是EDA技術(shù)中一項非常重要的內(nèi)容，在所有的電子工程設(shè)計中，數(shù)據(jù)測試和特性分析是所有理論分析建立的基礎(chǔ)。在實(shí)際設(shè)計的過程中，傳統(tǒng)方式受到技術(shù)和硬件方面的限制，測試結(jié)果和測試方法還存在諸多不足，電路測試的精確性也受到了影響，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品的應(yīng)用性能大打折扣。而EDA技術(shù)的引進(jìn)，能夠使這一系列問題迎刃而解。在電子工程設(shè)計中，設(shè)計人員完全可以利用EDA技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行更高精度和更全面的功能測試，還能通過自頂而下(Top-Down)的設(shè)計程序，有效避免設(shè)計方案的局部差距和結(jié)構(gòu)性差異，從而保證設(shè)計方案的整體性與合理性。同時，在設(shè)計人員對電路進(jìn)行設(shè)計時，會需要處理大量的多特性分析與數(shù)據(jù)測試工作，在EDA技術(shù)的幫助下，設(shè)計人員的工作內(nèi)容將明顯簡化，工作性效率也將得到提升。

4 結(jié)語

綜上所述，EDA技術(shù)的問世使電子工程設(shè)計提升到了新的高度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷進(jìn)步，EDA作為高層次自動化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向，其應(yīng)用前景自然是不可估量的。因此，有關(guān)該課題的研究今后仍需繼續(xù)跟進(jìn)，為充分發(fā)揮出EDA技術(shù)的應(yīng)用價值，推動我國電子工程產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步做貢獻(xiàn)。