電子硬件工程師離不開(kāi)的那些電路設計工具 你知道幾個(gè)-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-06-23
EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的計算機軟件系統，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(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)設計。利用EDA工具，可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程在計算機上自動(dòng)處理完成。
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。按主要功能或主要應用場(chǎng)合，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包括SPICE/PSPICE；EWB；Matlab；SystemView；MMICAD等。下面簡(jiǎn)單介紹前三個(gè)軟件。
（1）SPICE：由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，現在用得較多的是PSPICE6.2，在同類(lèi)產(chǎn)品中是功能最為強大的模擬和數字電路混合仿真 EDA軟件，它可以進(jìn)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、數據輸出、并在同一窗口內同時(shí)顯示模擬與數字的仿真結果。無(wú)論對哪種器件哪些電路進(jìn)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）。但它對模數電路的混合仿真功能卻十分強大，幾乎100%地仿真出真實(shí)電路的結果，并且它在桌面上提供了萬(wàn)用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發(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(guān)，易學(xué)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）文字MATLAB產(chǎn)品族
它們的一大特性是有眾多的面向具體應用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數集用來(lái)對圖像信號處理、控制系統設計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等特殊應用進(jìn)行分析和設計。它具有數據采集、報告生成和MATLAB語(yǔ)言編程產(chǎn)生獨立C/C++代碼等功能。
PCB（Printed—Circuit Board）設計軟件種類(lèi)很多，如Protel;OrCAD;Viewlogic;PowerPCB; Cadence PSD;MentorGraphices的Expedition PCB;Zuken CadStart;Winboard/Windraft/Ivex-SPICE;PCB Studio; TANGO等等。其中Protel是個(gè)完整的全方位電路設計系統，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數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(dòng)布局布線(xiàn)），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(hù)/服務(wù)器體系結構，同時(shí)還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。
IC設計工具很多，其中按市場(chǎng)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(yǔ)言VHDL、Verilog HDL是主要設計語(yǔ)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(kāi)發(fā)工具，Modelsim FPGA等。
（2）設計仿真工作 EDA工具的一個(gè)最大好處是可以驗證設計是否正確，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(mén)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(mén)級網(wǎng)表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢，它的Design Compile是作綜合的工業(yè)標準，它還有另外一個(gè)產(chǎn)品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。另外最近美國又出了一家軟件叫Ambit，說(shuō)是比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬(wàn)門(mén)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(lái)的綜合軟件Synergy。隨著(zhù)FPGA設計的規模越來(lái)越大，各EDA 公司又開(kāi)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(chǎng)的絕大部分。
（4）布局和布線(xiàn)
在IC設計的布局布線(xiàn)工具中，Cadence軟件是比較強的，它有很多產(chǎn)品，用于標準單元、門(mén)陣列已可實(shí)現交互布線(xiàn)。最有名的是Cadence spectra，它原來(lái)是用于PCB布線(xiàn)的，后來(lái)Cadence把它用來(lái)作IC的布線(xiàn)。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble—標準單元布線(xiàn)器；Gate Ensemble—門(mén)陣列布線(xiàn)器；Design Planner—布局工具。其它各EDA軟件開(kāi)發(fā)公司也提供各自的布局布線(xiàn)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(guò)是選擇不同公司的 SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE現在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，最好最準的當數HSPICE，作為IC設計，它的模型最多，仿真的精度也最高。
PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶(hù)根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。目前主要有兩大類(lèi)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(yǔ)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(shí)現。生產(chǎn)PLD的廠(chǎng)家很多，但最有代表性的PLD廠(chǎng)家為ALTERA、Xilinx和Lattice公司。
PLD的開(kāi)發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供，但隨著(zhù)器件規模的不斷增加，軟件的復雜性也隨之提高，目前由專(zhuān)門(mén)的軟件公司與器件生產(chǎn)廠(chǎng)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，只要有數字電路基礎，會(huì )使用計算機，就可以進(jìn)行PLD的開(kāi)發(fā)。PLD的在線(xiàn)編程能力和強大的開(kāi)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，并可將數百萬(wàn)門(mén)的復雜設計集成在一顆芯片內。PLD技術(shù)在發(fā)達國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。
（1）ALTERA 20世紀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(kāi)發(fā)工具—MAX+PLUS II是較成功的PLD開(kāi)發(fā)平臺，最新又推出了Quartus II開(kāi)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）ILINX FPGA的發(fā)明者。產(chǎn)品種類(lèi)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(wàn)門(mén)。開(kāi)發(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來(lái)說(shuō)，在歐洲用Xilinx的人多，在***和亞太地區用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(kāi)發(fā)工具比Altera 和Xilinx略遜一籌。中小規模PLD比較有特色，大規模PLD的競爭力還不夠強（Lattice沒(méi)有基于查找表技術(shù)的大規模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(mén)。主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。
（4）ACTEL 反熔絲（一次性燒寫(xiě)）PLD的領(lǐng)導得，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上有較大優(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場(chǎng)。
（5）Quicklogic專(zhuān)業(yè)PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區銷(xiāo)售量不大。
（6）Lucent 主要特點(diǎn)是有不少用于通訊領(lǐng)域的專(zhuān)用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區使用的人很少。
（7）ATMEL 中小規模PLD做得不錯。ATMEL也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠(chǎng)家還是有一些差距，多用在低端產(chǎn)品上。
（8）Clear Logic 生產(chǎn)與一些著(zhù)名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶(hù)的設計一次性固化，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(xiàn)編程），集成度高，主要用于配合單片機工作。
（1）VHDL語(yǔ)言超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言（VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt，簡(jiǎn)稱(chēng)VHDL），是IEEE的一項標準設計語(yǔ)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(jiǎn)稱(chēng)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(yǔ)言，在A(yíng)SIC設計方面與VHDL語(yǔ)言平分秋色。
（3）其它EDA軟件如專(zhuān)門(mén)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(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。
saber軟件簡(jiǎn)介，我主要應用于開(kāi)關(guān)電源的仿真。Saber是混合信號、混合技術(shù)設計與驗證工具，在電力電子、數模混合仿真、汽車(chē)電子及機電一體化領(lǐng)域得到廣泛應用。Saber軟件在技術(shù)、理論及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面保持明顯優(yōu)勢，其大量的器件模型、先進(jìn)的仿真技術(shù)和精確的建模工具為客戶(hù)提供了全面的系統解決方案，在并在技術(shù)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(shù)設計方法演示、線(xiàn)纜設計（從電氣設計到線(xiàn)纜生產(chǎn)）流程演示后，Johnson演示了單故障模式仿真調試;關(guān)鍵參數與非關(guān)鍵參數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(lǐng)域的系統設計，其整個(gè)設計過(guò)程包含了機械技術(shù)、電子技術(shù)、液壓技術(shù)、燃油系統、娛樂(lè )系統、雷達無(wú)線(xiàn)技術(shù)等復雜的混合技術(shù)設計與仿真。從航空器、輪船、汽車(chē)到消費電子、電源設計都可以通過(guò)Saber來(lái)完成。
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