《电子设计自动化及应用》讲座主讲人黄乡生教授二 OO 二年四月七日

《电子设计自动化及应用》讲座主讲人 黄乡生教授二OO二年四月七日

电子设计自动化及应用( Electronics Design Automation and Application)一、电子设计自动化的产生背景与发展概况二、电子设计自动化的系统软件与器件三、电子设计自动化的主要应用四、电子设计自动化软件产品使用介绍五、热爱专业立志成才

一、电子设计自动化的产生背景与发展概况产生背景 1．电子系统集成化需求迫切电子系统的集成化可以使系统体积小、重量轻、功耗低，更主要的是可使系统的可靠性大大提高。集成电路(Integrated Circuit)问世以来，集成的规模便以10倍/6年的速度增长。20世纪90年代以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。由于个人电脑、移动通信和高速数据传输设备的发展需求，电子厂商们越加迫切地追求电子产品的高性能、优品质、低成本、微功耗和微小封装尺寸。因此必须采用少量的IC器件和面积尽可能小的PCB板(Printed Circuit Board)研制高集成化的复杂系统，这些要求进一步促进了集成工艺的发展。

1999年，以0.18微米工艺为基础的百万门器件已经出现，今后2-3年，集成工艺将分别达到0.13微米和0.1微米。深亚微米半导体工艺及安装技术的发展又支持了产品集成化程度的进步，使电子产品进入了片上系统(SOC System On Chip)时代。片上系统设计将电路设计、系统设计、硬件设计、软件设计和体系结构设计集合于一体。这种复杂设计需要许多人年的研究开发才能实现，不依靠计算机的帮助是无法在短期内完成的。

2．电子产品设计周期缩短更新快速 市场份额与利润驱使电子产品从开始上市到其被市场淘汰为止，其销售情况是一个三角形。三角形面积是产品的总利润，上市越晚越远离销售高峰的总利润则越小。快速推出新产品，对市场做出快速的反应，可以获得更大的市场份额和更大的利润。电子设计自动化，即用计算机帮助设计人员完成复杂、烦琐的设计工作，是解决以上两个问题的唯一途径

电子设计自动化发展概况 • 20世纪70年代计算机辅助设计(CAD computer Aided Design)将电子设计中涉及的许多计算用计算机程序实现。 • 20世纪80年代计算机辅助工程(CAE Computer Aided Engineering)计算机绘图软件出现，减轻了设计人员的劳动强度。 • 20世纪80年代末设计的复杂程度越来越高EDA转向为电子系统设计自动化(ESDA Electronics System Design Automation)

目前数字化系统的EDA可以直接根据设计要求以自顶向下的方式设计，可以相应地完成系统描述、仿真、集成和验证等多个环节，直到最后生成所需器件。目前数字化系统的EDA可以直接根据设计要求以自顶向下的方式设计，可以相应地完成系统描述、仿真、集成和验证等多个环节，直到最后生成所需器件。设计人员借助开发软件的帮助，可以将设计过程中的许多细节问题抛开。将注意力集中在产品的总体开发上。这样大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少了复杂工序，缩短了开发周期，实现了真正意义上的电子设计自动化由于电子设计自动化离不开计算机硬件和设计开发软件，故其实质上是由电子系统设计CAD

二、电子设计自动化系统软件与器件 目前电子设计自动化已形成两大主流： 1．由软件公司开发的设计、制版、仿真和测试系统软件。此类系统软件一般可以有以下功能：通用逻辑设计（含系统设计、逻辑综合、逻辑模拟、故障模拟）通用模拟电路的模拟印制版设计电路图绘制元件（模型、符号、参数）库的建立与修改 2．由器件公司研制、以PLD器件为主的数字电路系统设计开发软件

（一）由软件公司开发的几种软件 （1）PSPICE ( Personal Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis) 用于模拟电路的设计与仿真分析美国Microsim公司出版（2）ORCAD 美国ORCAD System公司推出用于印刷电路板设计和电路图绘制、数字逻辑模拟和PLD设计（3）PROTEL 是原Tango软件的升级产品，由澳大利亚POTEL TECHNOLOGY公司推出，主要用于电原理图设计、自动布线、制版及信号波形分析，是一种通用设计软件

（4）ORCAD/PSPICE 9 由ORCAD公司与Microsim公司联合后推出的软件，增加了数模混合模拟与系统优化设计功能（5）EWB （Electronic Work Bench）加拿大Interactive Image Technologies公司(IIT)推出，其第6版更名为Multisim 2000。可用于电原理图创建（元件库可扩充、模型与参数可以修改）、电路的仿真测试和分析，并有10种虚拟仪器供分析测试使用。无印制版设计和自动布线功能。

（二）由半导体器件公司推出的几种 可编程逻辑器件开发软件可编程逻辑器件 PLD(Programmable Logic Device)是用于专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的设计的通用器件，它的逻辑功能是由用户对器件编程来设定的。

目前生产和使用的PLD产品主要有： 1 现场可编程逻辑阵列FPLA (Field Programmable Logic Array) 2.可编程阵列逻辑PAL (Programmable Array Logic) 3.通用逻辑阵列GAL(Generic Array logic) 4.可擦除的可编程逻辑器件EPLD (Erasable Programmable Logic Device) CMOS工艺 1万门/片 5.现场可编程门阵列FPGA (Field Programmable Gate Array)集成度>3万门/片

EPLD和FPGA集成密度高，称为高密度PLD 以上五种PLD编程开发系统由硬件（计算机和编程器）和软件（专用编程软件）构成。 6.在系统可编程器件ISP(In-System Programmable)-PLD是新一代器件，不需编程器，只要将计算机编程产生的数据直接写入PLD就可以了。其中高密度ISP-PLD又称为CPLD(Complex Programmable Logic Device)

PLD的主要开发软件及开发商有： CPLD开发软件Max Plus 2(Quatues)—Altera公司 FPGA开发软件Fundation—XiLinX公司 ISPLSI开发软件 Expert(Synario)—Lattice公司集成化开发系统软件包 —— 优秀PLD开发程序的集成 XACT5.0 —XinLinX公司 ISP Synario System—Lattice公司

描述语言VHDL与Verilog及IEEE标准 每个开发系统都有自己的描述语言，为了便于各系统之间的兼容，IEEE公布了几种标准语言最常用的是以下两种： VHDL(Very hight speed integrated circuit Hardware Describe Language)超高速集成电路硬件描述语言。由美国国防部于20世纪80年代初推出，于 1987和1993年两次定为IEEE标准。 Verilog是美国Gateway Design Automation于20世纪80年代开发的逻辑模拟器Verilog—XL所用的硬件描述语言。1989年Cadence公司收购该公司后于1990 年公开以Verilog HDL名称发表。1995年定为IEEE协会标准，即IEEE1364—1995.

开发软件的功能 自动化简优化设计电路模拟自动测试

开发系统软件类型 汇编型编译型电原理图输入型

开发PLD的步骤 （1）逻辑抽象—>逻辑方程、真值表、状态转换图（2）选择PLD的类型与型号擦除改写、组合/时序逻辑、电路规模和特点、三态控制、速度、功耗、加密等（3）选择开发系统价格昂贵慎重选择（4）编写源程序（5）上机运行，将源程序输入后运行编译/汇编程序（6）卸载，计算机将编程数据文件传送到编程器，再由编程器将编程数据写入PLD中（7）测试将写好数据的PLD从编程器上取下，用实验方法测试其功能。

三、电子设计自动化的主要应用 （1）专用集成电路(ASIC)或大规模集成电路（LSI）设计（使用PLD器件及开发系统）（2）电子线路的设计分析仿真（模拟、数字、模/数混合）（3）多层印制电路板元件布局、自动布线、仿真测试（4）电子系统设计与整体优化（5）电子产品可靠性分析电磁兼容性（EMC）分析热分析等

四、电子设计自动化软件产品介绍 以EWB 5.0为例,介绍其主要分析功能和虚拟仪器的使用

五、热爱专业立志成才 1．学好几门课程工具类：英语计算机（使用、语言、网络）基础类：电路理论模拟电路数字电路单片机自控原理数字信号处理（DSP）

2．会用几个软件 EWB/Multisim 2001 MATLAB 6.0 (美国MATHWOKE公司开发) PROTEL 99 ISP/CPLD 系统设计 3．广见博闻勤于实践

Merci Votre Attomtion 谢谢大家

《电子设计自动化及应用》讲座主讲人黄乡生教授二 OO 二年四月七日