" J4 O# \' B' N5 W要应用场合,分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件,进行 c, r: I7 i% h' o
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简单介绍。 8 ^- z+ n& [1 W5 z$ U0 J3 E/ d ' S+ m' |+ }3 v* H% Q2.1 电子电路设计与仿真工具 4 f( a0 _" [! b' D* z+ c! g
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我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候,我们会发2 i: g( A( V4 I t% S
: o; d" {7 W& B& ]% ]% Q# W0 A2 p现做出来的东西有很多的问题,事先并没有想到,这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加 9 H6 s1 `1 S6 f: {1 \4 s0 X+ o+ v% g! i* j& Y
了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试# I* ?$ p7 r. t
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验板就能知道结果的方法呢?结论是有,这就是电路设计与仿真技术。 & U4 f) |0 |. m
4 l9 t2 C1 N6 A- T说到电子电路设计与仿真工具这项技术,就不能不提到美国,不能不提到他们的飞机设计为什么有很高 1 P2 L! \' E0 d# I% f+ G( l* [: ?8 A$ g& i
的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计,从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产, ) @( E7 s$ r' f( y4 s5 s& o! F' L% K+ T ~$ [1 W& q/ p
整个周期大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢?因为美国在设计时大部分采用的是虚+ l! M. t0 j6 R f# n; e1 U; Z6 {
# f1 o g( ~. C/ \拟仿真技术,把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑,然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软 9 x# k. G$ z6 ^3 s, D- t& o8 d# B& O
件,并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。这样一来,只要把飞2 {/ A8 j7 a. E' _0 [
: f$ y6 a4 r/ a ]- X3 d K机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验,哪里不合理有问题就改动那里,直至最佳效果, ' K$ w( a2 k$ [( S3 d- j0 T4 s: R8 B- | G
效率自然高了,最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了,从他们的波音747到F16都是 9 H2 b3 f1 c, ^8 \7 ~ \- v" ^* e; Z
采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供,软件开发商是IBM,飞行器设计工程师只需利 + g4 J6 @9 D4 j+ W0 K & ?, ]( U" m5 R8 g8 R用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样,他们其他的很多东西都是采用了这样类- Y* V# i1 ?% ?/ w" `. S
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似的方法,从大到小,从复杂到简单,甚至包括设计家具和作曲,只是具体软件内容不同。其实,他们 , n8 R3 X; \5 q' J. o 6 D9 I5 x% e }$ Z3 ^发明第一代计算机时就是这个目的(当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计)) K% x% C; E! p7 b/ e# j2 g
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电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE;multiSIM7;Matlab;SystemView;MMICAD LiveWire、: j5 D( x* x4 p+ J# P) _' ^) ~; Y
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Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍前三个软件。 8 V% c$ z( d; {: A) @5 U
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①SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis):是由美国加州大学推出的电路 0 H- S9 z( D6 p( N; v- Y0 j" @9 n5 p; F
分析仿真软件,是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件,1998年被定为美国国家标准。1984年% j( H% S/ g, e
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,美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(Personal-SPICE)。现在用得较多的是7 X! A- [1 X6 D( q& ?( Y6 p' Z
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PSPICE6.2,可以说在同类产品中,它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件,在国内普遍+ j2 N/ G w) o1 A) ^
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使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟 M9 c/ Q& V/ G* n8 C9 k$ v" O6 m- u! z" T2 B7 T5 Q% Q
控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电/ ]' x, t5 s- S7 D- k7 _7 N- |
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路进行仿真,都可以得到精确的仿真结果,并可以自行建立元器件及元器件库。 & f+ |; O' A, i5 c- w& l I, h; P) }
②multiSIM(EWB的最新版本)软件:是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿" }+ h: \+ z0 o, |* A
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真软件。其最新版本为multiSIM7,目前普遍使用的是multiSIM2001,相对于其它EDA软件,它具有更加 5 |) A! Y6 n; i& ^ 3 x1 u: t! m9 v+ H形象直观的人机交互界面,特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全- J& p, v# y, a# k, e! @2 A8 M0 i
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没有两样,但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果,并且: K( b! |$ O/ {8 a
9 i4 m) Q7 k9 H: t2 v# j% ]它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器(对于multiSIM7还具有四踪示波3 u! M' m2 m8 e5 t: n
: f, S) X2 Y& ~! u器)、波特仪(相当实际中的扫频仪)、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频- }. j4 r5 i) g* b6 _- X2 g2 V* O
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谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件 8 J' w! _4 y! s: F. T; C 4 d$ u4 s" N* Y* D+ o, V' q,比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种 1 `6 K! [3 ?5 a/ L- Z / F: z7 `0 D9 @运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自: A" d4 c1 z2 c% |" a
( K/ z( o4 Y. N) X$ f- {; I8 |制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪(相当于真实环境中的晶体管特性图示仪)和Agilent信号发生器$ S- m5 W: Q2 m) X1 ]- k0 x
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、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 7 P9 g) d" [: W! |/ p8 z; v4 G $ u: s$ Q7 C: q9 \③MATLAB产品族:它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块,包含了完整的函数集用 ' g1 h' o; O0 L3 E {# }# F4 o8 e! f2 q! p来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成: \" i; @* B, n6 G* i, ]
! \' l+ {# C! c2 o- D( c, Q: Y在IC设计的布局布线工具中,Cadence软件是比较强的,它有很多产品,用于标准单元、门阵列已可实现" p7 H h" W# \) L
; n5 U7 l/ H) Q5 B9 S交互布线。最有名的是Cadence spectra,它原来是用于PCB布线的,后来Cadence把它用来作IC的布线。# V E/ N2 i5 l9 W* G0 k+ u
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其主要工具有:Cell3,Silicon Ensemble-标准单元布线器;Gate Ensemble-门阵列布线器;Design 4 ]9 Y& n. Q* ]* T' s : v; s4 C+ O, Y/ E, @7 yPlanner-布局工具。其它各EDA软件开发公司也提供各自的布局布线工具。 & L. z5 p! \, d7 Q
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⑤物理验证工具 4 e2 Q H- b' w' R) r2 q/ B* C1 m1 C, h, k4 O, K& ^
物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等等。这方面Cadence也是很强的,其- i1 p* h* J& D
" q. _4 d' `" h7 H) }( H! zDracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。 ) _; ~$ o' [7 P2 q7 h5 c7 m3 z
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⑥模拟电路仿真器 0 o9 r7 J N7 k; G4 ? ]& d8 k3 c ) D" G% H; ?8 o7 U! x1 Z前面讲的仿真器主要是针对数字电路的,对于模拟电路的仿真工具,普遍使用SPICE,这是唯一的选择。 6 @" b2 \4 S6 t4 o8 p4 C4 b 6 K7 N( J+ p# }! G只不过是选择不同公司的SPICE,像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现在被Avanti 8 q8 q6 C9 \) J; W" h' Q% _: ^- V' T- m, |( a
公司收购了。在众多的SPICE中,HSPICE作为IC设计,其模型多,仿真的精度也高。 " `+ H$ x8 Z% v: f0 L
4 T ?: [" Q: F, a2.4 PLD设计工具 ! y, X, V& F! @& H5 [% G# h8 E8 ]* `1 K) f1 a2 t0 r. i
PLD(Programmable Logic Device)是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前3 W. W& g1 K! S' B, ]3 W/ i
( u P$ A* c9 @- r( N( N& E①VHDL语言:超高速集成电路硬件描述语言(VHSIC Hardware Deseription Languagt,简称VHDL),是: E: X4 r8 C1 w" m/ j4 E! D/ x# M
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IEEE的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路(Very High Speed Integrated * d. p" m3 x- l l* m / a' z; e. O- H) mCircuit,简称VHSIC)计划,是ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具。 3 a! C6 m% K0 _( c( P1 e( n
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②Veriolg HDL:是Verilog公司推出的硬件描述语言,在ASIC设计方面与VHDL语言平分秋色。 ( A, |! w" s& H% w6 ^! |. t0 D r; l/ d$ b4 p+ F* r
③其它EDA软件如专门用于微波电路设计和电力载波工具、PCB制作和工艺流程控制等领域的工具,在此& L$ e3 H$ Q8 k; x* Z) V4 e! D
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就不作介绍了。 . Y+ I& R" U% b
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3 EDA的应用 0 }( d1 I. f4 \# S+ ~7 l) H
) h+ k i. c* u6 kEDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面,几乎所有理工科(特别 . u9 j1 i9 _' h( Y$ N, e& F7 E' c* G# M
是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言' X6 T( [; \; O% ?' J; Y