EDA是電子設計自動化(Electronic Design Automatic)的簡稱。 EDA技術是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟件系統,是指以計算機為工作平臺,融合了應用電子技術、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,電子設計師可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統,大量工作可以通過計算機完成,并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。
現在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產、生物、醫學、軍事等各個領域,都有EDA的應用。目前EDA 技術已在各大公司、企事業單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中,從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬,都可能涉及到EDA技術。通常所指的EDA技術,主要針對電子電路設計、PCB設計和IC設計。EDA 設計可分為系統級、電路級和物理實現級。
從EDA技術的幾個主要方面的內容來看,可以理解為:EDA技術是以大規模可編程邏輯器件為設計載體,以 硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式,以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具,通過有關的開發軟件,自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的一門新技術。可以實現邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化,邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作,最終形成集成電子系統或專用集成芯片。EDA技術是伴隨著計算機、集成電路、電子系統的設計發展起來的,至今已有30多年的歷程。
EDA是電子技術設計自動化,也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統的軟件工具。該工具可以在電子產品的各個設計階段發揮作用,使設計更復雜的電路和系統成為可能。在原理圖設計階段,可以使用EDA中的仿真工具論證設計的正確性;在芯片設計階段,可以使用EDA中的芯片設計工具設計制作芯片的版圖:在電路板設計階段,可以使用EDA中電路板設計工具設計多層電路板。特別是支持硬件描述語言的EDA工具的出現,使復雜數字系統設計自動化成為可能,只要用硬件描述語言將數字系統的行為描述正確,就可以進行該數字系統的芯片設計與制造。有專家認為,21世紀將是EDA技術的高速發展期,EDA技術將是對21世紀產生重大影響的十大技術之一。
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而在論壇里經常能看到新手的經典提問:我應該學習哪種畫圖工具呀?哪種畫圖工具更強大?哪種畫圖工具更好用?網上關于各種工具功能介紹的資料多如牛毛,EDA工具本身又包含很多版本和獨立功能的工具,初學者難免無所適從。近些年,EDA公司進行了讓人眼花繚亂的整合兼并,大公司頻頻出手收購有潛力的小公司。市場集中度越來越高。Mentor和Cadence,我們常見的EDA設計工具很多都出自這兩家公司。除了這兩家大公司以外,Altium、Zuken還有CadSoft等公司的工具也經常能見到。下面我們就來把每家公司的產品理清楚。Mentor公司的PCB設計工具可能是各個公司當中最多也最復雜的。近幾年mentor公司也在不斷的優化整合自身產品線,形成了逐漸清晰的產品系列。
一)PADS系列是收購原PowerPCB后的升級產品。其中原理圖工具是PADSlogic,PCB工具是PADSlayout,自動布線工具是PADSrouter,封裝庫制作工具是LPwizard.PADS系列工具的特點就是簡單易用,上手快,設計靈活,用戶的自由度非常高。在國內中低端客戶中有很高的市場占有率。最貼心的是新版本的PADS系列工具推出了官方中文版,這在EDA工具中并不多見,充分看出了對中國市場的重視程度。其中要單獨強調的是封裝庫制作工具LPWizard,只要是標準的封裝,都能用這個工具自動生成封裝庫,不僅支持Mentor自己的工具,其他家的工具都支持的很好。強烈推薦,減少我們建庫錯誤的風險。
二)Hyperlynx系列是Mentor公司知名的仿真工具系列。Hyperlynx本身包含很多部分,可以分別完成信號完整性,電源完整性,DRC檢查,熱仿真,和模擬仿真等不同的仿真需求。雖然可能和專業的仿真工具相比還有差距,但是運行速度快,使用簡單,結果也可以接受,在一般的使用條件下還是不錯的。
三)ExpeditionEnterPrise系列是Mentor公司的明星產品,簡稱EE.主要面對的是中高端客戶的需求。在多層板,推擠,自動布線等等方面都有業內領先的技術水準。其中原理圖工具主推Dxdesigner,PCB工具是ExpeditionPCB(很多人喜歡稱作WG,及workgroup)。Mentor還有一個Boardstation(EN)系列工具,現在很多功能都整合到了Expedition當中。感覺Boardstation(EN)系列會慢慢退出歷史舞臺,被EE系列完全替代。另外在國內使用的人數也很有限,參考資料和軟件都相當難找。
Cadence公司的layout工具Allegro在業內有很高的知名度,據說世界上百分之六十的電腦主板和百分之四十的手機主板都是用Allegro完成的。從一個側面能夠看出Allegro在高速PCB板設計中有很高的占有率。原來Cadence公司的原理圖設計工具DesignEntryHDL廣被詬病,但自從收購了OrCAD后,在原理圖方面的弱項得到了很好的彌補。現在Cadence主推的設計流程就是OrCAD進行原理圖設計,Allegro(PCBEditor)進行PCBLayout.由于都是一家,兩個工具之間可以實現無縫鏈接,使用起來非常方便。Cadence的自動布線工具PCBRouter功能也很強大,在規則設置完善的情況下,布通率很高。曾經看到過一塊由4顆Xilinx公司的高端FPGA芯片組成的復雜PCB板,就利用Cadence自身的自動布線工具完全布通,僅需要做少量的修改,深深震撼。針對不同的客戶Cadence公司通過不同的license授權,把軟件劃分為L,XL,GXL等不同的版本,包含不同的高級功能。要使用軟件的高級功能,就要有GXL版的授權。Allegro近幾年的勢頭很猛,很多大公司都紛紛轉向用Allegro進行PCB設計。一定程度上說Allegro成了事實上的工業標準。除了PCB設計工具以外,Cadence還配套有很強大的仿真工具,可以實現設計與仿真的同步。
Altium公司的前身就是在國內知名度非常高的Protel.很多學校里的學生都還有Protel99SE這門基礎課。Protel最大的特點就是靈活,給了用戶最大的自由度,幾乎可以為所欲為。很多從DOS版本一直用過來的老工程師對Protel情有獨鐘。一些老工程師使用Protel都是直接畫PCB,因為原理圖都已經爛熟于心了。這種不重視設計流程的設計方式雖然靈活,但是給后續工作交接,設計交流會帶來困難。從Protel99SE以后Altium公司對軟件進行了多次大規模的升級改進,目前的最新版本應該是AltiumDesigner13(AD13)。AD軟件最大的特點就是整合,它把所有的功能整合到一個工具當中,隨著軟件的更新,功能越來越強大,同時軟件的體積也越來越大的讓人難以接受了。不過一些功能很貼心,考慮到了用戶使用的方便。比如在網絡上實時的顯示網絡名稱,這個功能在其他工具的新版本軟件中都有借鑒。可以說AD依然是容易上手的好用的PCB設計工具。
Zuken和CadSoft公司的產品在國內市場占有率較小,在這里簡單介紹一下。Zuken是日本公司的產品,所以受到很多日企或者和日本有業務往來公司的歡迎。Zuken公司高端的設計工具是CR8000和CR5000.低端設計工具是CADSTAR.CadSoft公司的設計工具是Eagle.進入國內市場較晚,在歐美有一定市場。雖然比較少見,但是Eagle有自身的一些特色。專注PCB設計,沒有花俏的功能。標準版支持6層板設計,專業版也只支持到16層板的設計。工具本身很小巧,運行速度快,價格也便宜。對歐美國家的小企業來說,是個很實惠的選擇。不過這一點在國內似乎并沒有優勢
? ? ? ?下面我們用一個表格對幾種工具做一個直觀的比較。
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這些工具中,PCB(PrintedCircuitBoard)設計軟件經過多年的發展、不斷地修改和完善,或優存劣汰、或收購兼并、或強強聯合,現在只剩下Cadence和Mentor兩家公司獨大。Cadence公司的推出的SPB(SiliconPackageBoard)系列,原理圖工具采用OrcadCIS或ConceptHDL,PCBLayout采用的是Allegro。
Mentor公司有三個系列的PCB設計工具,分別是:MentorEN系列,即MentorBoardStation;MentorWG系列,即MentorExpedition;還有PADS系列,即PowerPCB。
另外,Altium公司的Protel、DXP、AD也有不少高校用戶。
EDA的應用
EDA在教學、科研、產品設計與制造等各方面都發揮著巨大的作用。在教學方面,幾乎所有理工科(特別是電子信息)類的高校都開設了EDA課程。主要是讓學生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語言編寫規范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統的設計。一般學習電路仿真工具(如multiSIM、PSPICE)和PLD開發工具(如Altera/Xilinx的器件結構及開發系統),為今后工作打下基礎。
科研方面主要利用電路仿真工具(multiSIM或PSPICE)進行電路設計與仿真;利用虛擬儀器進行產品測試;將CPLD/FPGA器件實際應用到儀器設備中;從事PCB設計和ASIC設計等。
在產品設計與制造方面,包括計算機仿真,產品開發中的EDA工具應用、系統級模擬及測試環境的仿真,生產流水線的EDA技術應用、產品測試等各個環節。如PCB的制作、電子設備的研制與生產、電路板的焊接、ASIC的制作過程等。
從應用領域來看,EDA技術已經滲透到各行各業,如上文所說,包括在機械、電子、通信、航空航航天、化工、礦產、生物、醫學、軍事等各個領域,都有EDA應用。另外,EDA軟件的功能日益強大,原來功能比較單一的軟件,現在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機械及建筑設計,也擴展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機的模型、電影特技等領域。
雖然EDA技術是電子設計技術的核心,但工具就是工具而已。硬件設計的目的是設計出滿足要求的硬件產品。無論以上哪種工具都能實現這個目的,工具在這一點上沒有本質區別。真正的區別是使用工具的人。工具只是我們的武器,我們學習的重點不應該放在工具本身,無論選擇哪種工具熟練使用就好。更多的時間我們還是要用來學習如何去做一個合格的設計。通過比較幾家公司的工具,我們能清楚的看出各種工具的特點,給我們的學習做一個參考。如果你是一個電子愛好者或者初學設計的學生,那么無所謂哪種工具,首要的一點肯定是上手簡單,使用方便。如果你的目標是把電路設計作為自身后續的職業發展方向,那么選擇一種市場占有率高,功能強大的工具是很有必要的。畢竟學習工具的另一個目的還有交流,如果你使用的工具大家都不會用,那交流起來也會存在困難。
從目前的EDA技術來看,其發展趨勢是政府重視、使用普及、應用廣泛、工具多樣、軟件功能強大。
中國EDA市場已漸趨成熟,不過大部分設計工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領域,僅有小部分(約11%)的設計人員開發復雜的片上系統器件。為了與***和美國的設計工程師形成更有力的競爭,中國的設計隊伍有必要引進和學習一些最新的EDA技術。
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