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EDA技术创新演化与工程设计应用

2015/5/20    来源:互联网    作者:叶利波      
关键字:电子工程设计  EDA技术  电子工程  
随着科学技术的飞速发展,信息化与电子科技逐渐渗透进各行各业,为各行业的发展增添了良好动力。近年来,电子产品更新换代的周期日益浓缩,逐渐形成了大容量、高集成、小体积的电子产品设计难度趋势,EDA技术的出现有效缓解了这一难度趋势。本文将对电子工程设计的EDA技术的发展及EDA技术在电子工程设计中的作用进行分析。

    EDA技术发展至今已有30多年历史。在EDA技术的辅助下,我国电子工程设计水平得到明显提升,电子产品的应用性能也越来越理想化。本文围绕电子工程设计的EDA技术展开深入探讨,为进一步发挥EDA技术在电子工程设计中的应用价值略尽绵力。

1 EDA技术的诞生与演变历程

    1.1 EDA技术

    EDA(Electronic Design Automation)是电子设计自动化的简称,是电子设计与制造技术发展中的核心。EDA技术是以计算机为工具,采用硬件描述语言的表达方式,对数据库、计算数学、图论、图形学及拓扑逻辑、优化理论等进行科学、有效的融合,从而形成一种电子系统专用的新技术,是计算机技术、信号处理技术、信号分析技术的最新成果。EDA技术的出现不仅更好地保证了电子工程设计各级别的仿真、调试和纠错,为其发展带来强有力的技术支持,并且在电子、通信、化工、航空航天、生物等各个领域占有越来越重要的地位,很大程度上减轻了相关从业者的工作强度。

    1.2 EDA技术的演变历程

    EDA技术近几年获得飞速发展,应用领域越来越广泛,其发展过程是现代电子设计技术的重要历史进程,主要包括以下几个阶段。

    1.2.1 早期阶段,即CAD(Computer ssistDesign)阶段。20世纪70年代左右的社会已经存在中小规模的集成电路,当时人们采用传统的方式进行制图,设计印刷电路板和集成电路,不仅效率低、花费大,而且制作周期长。人们为了改善这一情况,开始运用计算机对电路板进行PCB设计,用CAD这一崭新的图形编辑工具代替电子产品设计中布图布线这类重复性较强的劳动,其功能包括设计规则检查、交互图形编辑、PCB布局布线、门级电路模拟和测试等。

    1.2.2 发展阶段,即CAE(ComputerAssist Engineering Design)阶段。20世纪80年代左右,EDA技术已经到了一定的发展和完善阶段。由于集成电路规模逐渐扩大,电子系统变得越发复杂,为了满足市场需求,人们开始对相关软件进行进一步的开发,在把不同CDA工具合成一种系统的基础上,完善了电路功能设计和结构设计。EDA技术在此时期逐渐发展成半导体芯片的设计,已经能生产出可编程半导体芯片。

    1.2.3 成熟阶段。在20世纪90年代以后,微电子技术获得了突飞猛进的发展,集成几千万乃至上亿的晶体管只需一个芯片。这给EDA技术带来了极大的挑战,促使各大公司对EDA软件系统进行更大规模的研发,以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特点的EDA就此出现,使得EDA技术获得了极大的突破。

    1.3 发展趋势

    21世纪以来,EDA技术已经进入了电子技术的全方位领域。EDA技术让电子领域的不同学科的界限变得模糊,相互包容,尤其表现在以下几个方面:实现了以自主知识产权的方式表达和确认电子设计成果;进一步确认了电子行业产业领域中软硬件IP核的地位;大规模电子系统和IP核模块已被EDA工具的设计标准单元涵盖;高效低成本设计技术SOC(Systern-on-Chip)等逐渐成熟。

2 EDA技术的特点

    EDA技术是当今电子设计技术最新发展方向的代表,硬件描述语言HDL为其基本特点,相对于电原理图,它更全面地展现了硬件电路的特性,具有系统仿真和综合能力。其具体特点有以下几点:一是具有现代化特点。为了保证设计方案整体的合理和优化,“自顶向下(Top-Down)”是EDA主要采用的一种设计程序,由此可避免在“自底向上(Bottom-up)”设计过程中使局部优化和整体结构出现缺陷。二是自动化程度高。在EDA设计过程中,能够随时进行不同级的仿真、纠错和调试,可有效帮助设计者发现设计初期的错误,从而节省设计工作时间,让设计者不需顾虑一些具体细节问题而集中精力在系统开发上,从而保证设计的低成本、高效率,让产品的周期缩短,循环加快。三是设计中HDL存在的优点。①宽广的语言描述能力;②众多厂商支持、移植性好;③不需要花费与工艺有关的时间和精力;④系统编程与现场编程方便了设计的保存、修改和再利用。四是操作并行。EDA技术的工作环境是工程框架结构相并行的,可多人一起进行电子系统的设计和开发。

3 EDA技术在电子工程设计中的应用

    EDA技术是一门高速发展的新技术,在电子工程设计中发挥着重要作用,具体表现在以下几个方面。

    3.1 确定电路设计方案的可行性

    为了保证设计方案的可行性,在设计方案确定后,需要通过系统仿真或结构模拟的方式来确定系统每个环节的传递函数(数学模型),从而实现验证。仿真之后,为了有效判断正确电路结构设计和性能指标的可行性,将会对构成系统的各电路结构进行模拟分析。在非电专业的系统设计或是某种新理论、新构思的设计方案中也可应用这种系统仿真技术。

    3.2 电路特性的优化设计

    电子产品元器件的容差与其他同类产品相比要好很多,并且元器件工作环境温度如果控制好了,那么电路运行的稳定性和安全性就得到了保证。但若使用传统的电子工程设计方案,对元器件的容差、工作的环境温度就很难进行全面分析,而EDA技术所提供的统计分析功能和温度分析功能就能有效地应用到此处,温度分析以及统计分析功能能够精确地确定元器件的最佳参数、电路结构,能使元器件自身性能提高,从而调整与工作环境温度的相适应性,这样就能够有效地保证最佳的元器件容差和最好的工作环境温度。因此,EDA技术能够优化电子工程设计方案,提高电子产品的使用质量。

    3.3 电路特性的有效分析

    电路特性的有效分析是EDA技术中一项非常重要的内容,在所有的电子工程设计中,数据测试和特性分析是所有理论分析建立的基础。在实际设计的过程中,传统方式受到技术和硬件方面的限制,测试结果和测试方法还存在诸多不足,电路测试的精确性也受到了影响,进而导致产品的应用性能大打折扣。而EDA技术的引进,能够使这一系列问题迎刃而解。在电子工程设计中,设计人员完全可以利用EDA技术对产品进行更高精度和更全面的功能测试,还能通过自顶而下(Top-Down)的设计程序,有效避免设计方案的局部差距和结构性差异,从而保证设计方案的整体性与合理性。同时,在设计人员对电路进行设计时,会需要处理大量的多特性分析与数据测试工作,在EDA技术的帮助下,设计人员的工作内容将明显简化,工作性效率也将得到提升。

4 结语

    综上所述,EDA技术的问世使电子工程设计提升到了新的高度。随着科学技术的不断发展,不断进步,EDA作为高层次自动化设计技术的发展方向,其应用前景自然是不可估量的。因此,有关该课题的研究今后仍需继续跟进,为充分发挥出EDA技术的应用价值,推动我国电子工程产业不断进步做贡献。 

责任编辑:程玥
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