EDA技術與應用簡介

隨着微電子技術和計算機技術的不斷髮展,在涉及通信、國防、航天、工業自動化、儀器儀表等領域工作中,EDA技術的含量以驚人的速度上升,從而使它成爲當今電子技術發展的前沿之一。下面是關於EDA技術與應用,希望大家認真閱讀!

EDA技術與應用簡介

  1 前言

人類社會已進入到高度發達的信息化社會,信息社會的發展離不開電子產品的進步。 現代電子產品在性能提高、複雜度增大的同時,價格卻一直呈下降趨勢,而且產品更新換代的步伐 也越來越快,實現這種進步的主要原因就是生產製造技術和電子設計技術的發展。前者以微細加工 技術爲代表,目前已進展到深亞微米階段,可以在幾平方釐米的芯片上集成數千萬個晶體管;後者 的核心就是EDA技術。EDA是指以計算機爲工作平臺,融合了應用電子技術、計算機技術、智能化 技術最新成果而研製成的電子CAD通用軟件包,主要能輔助進行三方面的設計工作:IC設計,電子 電路設計以及PCB設計。沒有EDA技術的支持,想要完成上述超大規模集成電路的設計製造是不可 想象的,反過來,生產製造技術的不斷進步又必將對EDA技術提出新的要求。

  2 EDA技術的發展

回顧近30年電子設計技術的發展歷程,可將EDA技術分爲三個階段。 (1) 七十年代爲CAD階段,這一階段人們開始用計算機輔助進行IC版圖編輯和PCB佈局布 線,取代了手工操作,產生了計算機輔助設計的概念。 (2)八十年代爲CAE階段,與CAD相比,除了純粹的圖形繪製功能外,又增加了電路功能設 計和結構設計,並且通過電氣連接網絡表將兩者結合在一起,以實現工程設計,這就是計算機輔助 工程的概念。CAE的.主要功能是:原理圖輸入,邏輯仿真,電路分析,自動佈局佈線,PCB後分 析。 (3)九十年代爲ESDA階段。儘管CAD/CAE技術取得了巨大的成功,但並沒有把人從繁重的 設計工作中徹底解放出來。在整個設計過程中,自動化和智能化程度還不高,各種EDA軟件界面千 差萬別,學習使用困難,並且互不兼容,直接影響到設計環節間的銜接。基於以上不足,人們開始 追求貫徹整個設計過程的自動化,這就是ESDA即電子系統設計自動化。

從目前的EDA技術來看,其發展趨勢是政府重視、使用普及、應用文泛、工具多樣、軟件功能強大。

中國EDA市場已漸趨成熟,不過大部分設計工程師面向的是PC主板和小型ASIC領域,僅有小部分(約11%)的設計人員工發覆雜的片上系統器件。爲了與臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭,中國的設計隊伍有必要購入一些最新的EDA技術。

在信息通信領域,要優先發展高速寬帶信息網、深亞微米集成電路、新型元器件、計算機及軟件技術、第三代移動通信技術、信息管理、信息安全技術,積極開拓以數字技術、網絡技術爲基礎的新一代信息產品,發展新興產業,培育新的經濟增長點。要大力推進製造業信息化,積極開展計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助工藝(CAPP)、計算機機輔助製造(CAM)、產品數據管理(PDM)、製造資源計劃(MRPII)及企業資源管理(ERP)等。有條件的企業可開展“網絡製造”,便於合作設計、合作製造,參與國內和國際競爭。開展“數控化”工程和“數字化”工程。自動化儀表的技術發展趨勢的測試技術、控制技術與計算機技術、通信技術進一步融合,形成測量、控制、通信與計算機(M3C)結構。在ASIC和PLD設計方面,向超高速、高密度、低功耗、低電壓方向發展。

外設技術與EDA工程相結合的市場前景看好,如組合超大屏幕的相關連接,多屏幕技術也有所發展。

中國自1995年以來加速開發半導體產業,先後建立了幾所設計中心,推動系列設計活動以應對亞太地區其它EDA市場的競爭。

在EDA軟件開發方面,目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發相應的工具。日本、韓國都有ASIC設計工具,但不對外開放 。中國華大集成電路設計中心,也提供IC設計軟件,但性能不是很強。相信在不久的將來會有更多更好的設計工具有各地開花並結果。據最新統計顯示,中國和印度正在成爲電子設計自動化領域發展最快的兩個市場,年複合增長率分別達到了50%和30%。

EDA技術發展迅猛,完全可以用日新月異來描述。EDA技術的應用廣泛,現在已涉及到各行各業。EDA水平不斷提高,設計工具趨於完美的地步。EDA市場日趨成熟,但我國的研發水平沿很有限,需迎頭趕上。

  3 ESDA技術的基本特徵

ESDA代表了當今電子設計技術的最新發展方向,它的基本特徵是:設計人員按照"自頂 向下"的設計方法,對整個系統進行方案設計和功能劃分,系統的關鍵電路用一片或幾片專用集成 電路(ASIC)實現,然後採用硬件描述語言(HDL)完成系統行爲級設計,最後通過綜合器和適配 器生成最終的目標器件。這樣的設計方法被稱爲高層次的電子設計方法,具體流程還將在4.2節中 做深入介紹。下面介紹與ESDA基本特徵有關的幾個概念。

  3.1 "自頂向下"的設計方法

10年前,電子設計的基本思路還是選擇標準集成電路"自底向上"(Bottom-Up)地構 造出一個新的系統,這樣的設計方法就如同一磚一瓦地建造金字塔,不僅效率低、成本高而且 還容 易出錯。

高層次設計給我們提供了一種"自頂向下"(Top-Down)的全新的設計方法,這種設計 方法首先從系統設計入手,在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾 錯,並用硬件描述語言對高層次的系統行爲進行描述,在系統一級進行驗證。然後用綜合優化工具 生成具體門電路的網表,其對應的物理實現級可以是印刷電路板或專用集成電路。由於設計的主要 仿真和調試過程是在高層次上完成的,這不僅有利於早期發現結構設計上的錯誤,避免設計工作的 浪費,而且也減少了邏輯功能仿真的工作量,提高了設計的一次成功率。

  3.2 ASIC設計

現代電子產品的複雜度日益加深,一個電子系統可能由數萬箇中小規模集成電路構 成,這就帶來了體積大、功耗大、可靠性差的問題,解決這一問題的有效方法就是採用ASIC (Application Specific Integrated Circuits)芯片進行設計。ASIC按照設計方法的不同可分爲:全定製ASIC,半定製ASIC,可編程ASIC(也稱爲可編程邏輯器件)。

設計全定製ASIC芯片時,設計師要定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規則,最 後將設計結果交由IC廠家掩膜製造完成。優點是:芯片可以獲得最優的性能,即面積利用率高、速度快、功耗低。缺點是:開發週期長,費用高,只適合大批量產品開發。

半定製ASIC芯片的版圖設計方法有所不同,分爲門陣列設計法和標準單元設計法,這 兩種方法都是約束性的設計方法,其主要目的就是簡化設計,以犧牲芯片性能爲代價來縮短開發時間。

可編程邏輯芯片與上述掩膜ASIC的不同之處在於:設計人員完成版圖設計後,在實驗 室內就可以燒製出自己的芯片,無須IC廠家的參與,大大縮短了開發週期。

可編程邏輯器件自七十年代以來,經歷了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個發展階段,其中 CPLD/FPGA屬高密度可編程邏輯器件,目前集成度已高達200萬門/片,它將掩膜ASIC集成度高的 優點和可編程邏輯器件設計生產方便的特點結合在一起,特別適合於樣品研製或小批量產品開發,使產品能以最快的速度上市,而當市場擴大時,它可以很容易的轉由掩膜ASIC實現,因此開發風 險也大爲降低。

上述ASIC芯片,尤其是CPLD/FPGA器件,已成爲現代高層次電子設計方法的實現載體。