工程師離不開的那些電路設計工具

EDA技術是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟體系統，是指以計算機為工作平台，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。

利用EDA工具，可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。

EDA常用軟體

EDA工具層出不窮，目前進入我國並具有廣泛影響的EDA軟體有：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合，可分為電路設計與仿真工具、PCB設計軟體、IC設計軟體、PLD設計工具及其它EDA軟體。

電子電路設計與仿真工具

電子電路設計與仿真工具包括SPICE/PSPICE；EWB；Matlab；SystemView；MMICAD等。

下面簡單介紹前三個軟體。

（1）SPICE：由美國加州大學推出的電路分析仿真軟體，現在用得較多的是PSPICE6.2，在同類產品中是功能最為強大的模擬和數字電路混合仿真 EDA軟體，它可以進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、並在同一窗口內同時顯示模擬與數字的仿真結果。

無論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精確的仿真結果，並可以自行建立元器件及元器件庫。

（2）EWB軟體：20世紀90年代初推出的電路仿真軟體。

相對於其它EDA軟體，它是較小巧的軟體（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%地仿真出真實電路的結果，並且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數位訊號發生器、邏輯轉換器和電壓表、電流表等儀器儀表。

它的介面直觀，易學易用。

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對圖像信號處理、控制系統設計、神經網絡等特殊應用進行分析和設計。

它具有數據採集、報告生成和MATLAB語言編程產生獨立C/C++代碼等功能。

PCB設計軟體

PCB（Printed—Circuit Board）設計軟體種類很多，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是個完整的全方位電路設計系統，包含了電原理圖繪製、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布局布線），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，並具有Client/Server（客戶/伺服器體系結構，同時還兼容一些其它設計軟體的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。

IC設計軟體

IC設計工具很多，其中按市場所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。

（1）設計輸入工具：像Cadence的composer，viewlogic的viewdraw，硬體描述語言VHDL、Verilog HDL是主要設計語言，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等公司提供的開發工具，Modelsim FPGA等。

（2）設計仿真工作：EDA工具的一個最大好處是可以驗證設計是否正確，幾乎每個公司的EDA 產品都有仿真工具。

Verilog—XL、NC—verilog用於Verilog仿真，Leapfrog 用於VHDL仿真，Analog Artist用於模擬電路仿真。

Viewlogic的仿真器有：viewsim門級電路仿真器，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變成門級網表。

這方面Synopsys工具占有較大的優勢，它的Design Compile是作綜合的工業標準，它還有另外一個產品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。

另外最近美國又出了一家軟體叫Ambit，說是比Synopsys的軟體更有效，可以綜合50萬門的電路，速度更快。

今年初Ambit被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來的綜合軟體Synergy。

隨著FPGA設計的規模越來越大，各EDA 公司又開發了用於FPGA設計的綜合軟體，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express，Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟體占了市場的絕大部分。

（4）布局和布線

在IC設計的布局布線工具中，Cadence軟體是比較強的，它有很多產品，用於標準單元、門陣列已可實現交互布線。

最有名的是Cadence spectra，它原來是用於PCB布線的，後來Cadence把它用來作IC的布線。

其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble—標準單元布線器；Gate Ensemble—門陣列布線器；Design Planner—布局工具。

其它各EDA軟體開發公司也提供各自的布局布線工具。

（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，對於模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。

只不過是選擇不同公司的 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設計工具

PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。

目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA（Field Programmable Gate Array）。

它們的基本設計方法是藉助於EDA軟體，用原理圖、狀態機、布爾表達式、硬體描述語言等方法，生成相應的目標文件，最後用編程器或下載電纜，由目標器件實現。

生產PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為ALTERA、Xilinx和Lattice公司。

PLD的開發工具一般由器件生產廠家提供，但隨著器件規模的不斷增加，軟體的複雜性也隨之提高，目前由專門的軟體公司與器件生產廠家合作，推出功能強大的設計軟體。

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，會使用計算機，就可以進行PLD的開發。

PLD的在線編程能力和強大的開發軟體，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，並可將數百萬門的複雜設計集成在一顆晶片內。

PLD技術在已開發國家已成為電子工程師必備的技術。

PLD生產及開發工具：

（1）ALTERA 20世紀90年代以後發展很快。

主要產品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。

其開發工具—MAX+PLUS II是較成功的PLD開發平台，最新又推出了Quartus II開發軟體。

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：綜合軟體FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟體ModelSim。

（2）ILINX FPGA的發明者。

產品種類較全，主要有；XC9500/4000、Coolrunner（XPLA3）、Spartan、Vertex等系列，其最大的 Vertex—II Pro器件已達到800萬門。

開發軟體為Foundation和ISE。

通常來說，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 技術的發展方向。

（3）Lattice—Vantis Lattice是ISP（In—System Programmability）技術的發明者，ISP技術極大地促進了PLD產品的發展，與ALTERA和XILINX相比，其開發工具比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沒有基於查找表技術的大規模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。

主要產品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

（4）ACTEL 反熔絲（一次性燒寫）PLD的領導得，由於反熔絲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勢。

ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。

（5）Quicklogic專業PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區銷售量不大。

（6）Lucent 主要特點是有不少用於通訊領域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業務，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，但在品質上與原廠家還是有一些差距，在高可*性產品中使用較少，多用在低端產品上。

（8）Clear Logic 生產與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的晶片，這種晶片可將用戶的設計一次性固化，不可編程，批量生產時的成本較低。

（9）WSI 生產PSD（單片機可編程外圍晶片）產品。

這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，並支持ISP（在線編程），集成度高，主要用於配合單片機工作。

其它EDA軟體

（1）VHDL語言超高速集成電路硬體描述語言（VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt，簡稱VHDL），是IEEE的一項標準設計語言。

它源於美國國防部提出的超高速集成電路（Very High Speed Integrated Circuit，簡稱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公司推出的硬體描述語言，在ASIC設計方面與VHDL語言平分秋色。

（3）其它EDA軟體如專門用於微波電路設計和電力載波工具、PCB製作和工藝流程控制等領域的工具，在此就不作介紹了。