淺析電子設計中EDA技術的應用

王立新

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶，400037）

0 引言

隨著在21世紀信息技術及計算機技術的不斷發展，我國的數字化電子信息產品也在不斷的發展之中。集成電路技術及電子設計技術的不斷發展是使電子產品在功能的增加同時價格變化不大的主要原因。現階段，電子技術自動化是電子設計的核心技術，是現代電子設計系統中的重要手段，微細加工則是集成電路制造技術的重點技術，主流成產技術工藝在0.13μm 至0.25μm之間。

1 EDA技術概述

EDA全稱Electric Design Automation又稱電子設計自動化，EDA技術是電子技術在新時代發展潮流，是電子技術及仿真模擬工作的基礎技術。在電子設計技術中以可編程邏輯器件在數字系統中的應用為電子設計工作帶來了極大的靈活性，可編程邏輯器件在軟件編程時重構器件的結構及工作方式，從而大大的提高了設計硬件的效率。PLD應用的結構原理、下載方式及集成規模等方面的具體的進步都在一定程度上推動了現代電子技術的革命的發展，它使得傳統的數字系統設計方法、設計理念及設計過程等都發生了改變。隨著PLD技術的不斷完善及計算機技術的快速發展，EDA技術開始在電子設計領域中發光發熱。EDA技術在計算機上的EDA工具軟件平臺完成設計文件時利用硬件描述語言來進行系統邏輯描述。EDA技術實現了設計者利用硬件描述語言及電子設計自動化軟件等完成對系統硬件功能的設計工作，EDA技術可以自動的完成邏輯編譯、邏輯分割及布局布線等功能從而使電子線路系統功能全部實現。

2 EDA技術的現狀及發展

隨著半導體工藝技術的不斷發展，EDA技術也不斷地推動著電子設計技術的發展。IC設計產業在不斷高度發展的同時也面臨著巨大的挑戰，產品上市周期越來越短、成本越來越低等要求都迫使設計者在進行電子設計時選用更高效的EDA技術。設計者在設計的過程中必須全面的考慮問題，不僅要考慮硬件的物理特性對設計時序及功能可靠性等的影響，同時也要選用合適的設計術語及抽象形式等數據來描述設計。EDA技術不僅需要測試深驗證亞微米技術的物理效應的能力同時也需要提供抽象設計的能力。

EDA技術的發展離不開計算機、電子系統設計及集成電路等，EDA技術的發展大致上可以分為計算機輔助階段、計算機輔助工程設計階段及電子設計自動化階段這三個階段。電子輔助階段主要是在計算機輔助的前提下進行的電路原理圖編輯，用PCB進行布線布局，從而使得設計師從傳統的繪圖工作中解放出來。計算機輔助工程設計階段主要是解決電路設計中的電路檢測等問題，CAE以邏輯模擬、故障仿真及定時分析等為核心，從而使得設計可以提前預知產品的相關性能及功能。電子設計自動化階段主要是通過高級描述語言、綜合技術及系統仿真等“自上而下”的完成設計前期的高層次設計。

3 EDA技術的要點分析

3.1 硬件描述語言

硬件描述語言是一種進行電子系統硬件設計的計算機語言，它通過軟件編程來具體的描述電子系統中的電路結合、連接形式及邏輯功能等，硬件描述語言適應于設計大規模的電子系統。高速集成電路（VHDL）硬件描述語言于1985年美國國防部推出的目的是為了克服EDA產品不兼容問題，同時也可以進行多層次設計。IE EE以VHDL為硬件描述語言柄灘以覆蓋之前的硬件描述語言的各種功能。IE EE是一種全方位的硬件描述語言，包括系統行為級、邏輯門級及寄存器傳輸等多個設計層次，同時也支持數據流、結構及行為等三種形式進行混合描述整個項目。VHDL硬件描述語言不僅移植性好，同時它的設計也方便了工藝間的轉換，而且VHDL使得設計人員的主要工作是進行實現與調試系統功能。

3.2 ASIC設計

在集成電路的設計中加入ASIC芯片可以解決電子系統集成電路存在的功耗的、可靠性差及體積大等主要問題。隨著現代電子產品市場的門檻不斷提高，ASIC芯片分為全定制或半定制ASIC及可編程，因此在設計ASIC芯片時應該盡可能的是芯片獲得最優的性能，從而達到高利用率、高速度及低耗能的目標。

4 EDA技術在電子設計流程

EDA技術是系統級的設計方法，是一種層次相對較高的電子設計方式，EDA技術以概念為驅動從而使電子設計工作者在設計時無需利用門級原理圖，電子設計工作者在確定設計目標之后就可以用EDA技術來表述電路，這樣不僅可以減少電路細節的約束及限制，同時也可以使設計者的設計更具創造性。EDA系統在電子設計人員將概念構思及高層次的描述輸入計算機之后在系統規則下完成對電子產品的設計。

EDA技術的電子設計工作流程大致包括系統劃分、代碼級功能仿真、VHDL 代碼或圖形的輸入、送配前時序仿真及ASIC 實現部分。首先，電子設計借助文本或者圖形編輯器呈現出設計描述，也就是實現設計表述。其次，電子設計借助編譯器對設計進行錯排編譯，即輸入HDL程序。然后，設計人員需要溝通軟件和硬件設計，以便實施功能仿真，即綜合。最后，在確認仿真設計無誤時，通過FPGA或CPLD完成邏輯映射操作，即編程下載，系統級設計完成。基于EDA技術電子設計流程如圖：

5 EDA技術的應用

EDA技術在電子工程設計中扮演著非常重要的角色，它的作用體現在不同的方面。首先，電子自動化技術可以驗證電路設計方案的正確性，在進行電子設計時，待設計方案確定之后，會利用結構模擬或者系統仿真等方式來驗證設計方案的正確性，在驗證過程中系統中的各個環節的傳遞函數確定之后設計方案便可以實現。這種系統仿真技術推廣到非電子專業的系統設計也會得到充分的發展。EDA技術在系統進行仿真之后的電路結構進行模擬分析，從而使得電路設計方案的可行性及正確性得到充分的保障。其次，電子自動化字數也可以對電路特性進行優化設計。電路的穩定性能受到元器件容差及工作環境溫度等的影響。在傳統設計過程中難以對電路的整體進行優化設計，也無法全面的分析電路穩定性的影響因素。EDA技術中的溫度分析及統計分析等功能的應用則可以全面的分析電路特性影響因素，從而對電路特性進行整體的優化設計。最后，電子自動化技術也可以實現電路特性的全功能模擬測試。

6 以EDA技術為基礎電子設計的注意事項

在利用EDA技術進行電子設計時，首先應充分的考慮電子電路延時的不確定性，以及在系統進行自動編譯時會被冗余的電路簡化，因此，在應用EDA技術時，應注意采用的反向器個數避為偶數，同時以并聯的方式將反向器連接成延時電路。其次，在設計過程中輸入的引腳不能處于置空狀態，要保證有信號源來驅動引腳，及保持部分不用的引腳保持接地，同時，器件的電源應始終與地線引腳保持相連，彼此之間可以進行濾波及去耦。最后，在設計中藥避免器件過于發熱。

結束語：我國經濟的進步帶動著我國科學技術的不斷發展，從而也使得了電子產品得到了飛速的發展。在現階段的電子設計中，EDA技術是電子設計過程中的核心技術，是電子產品研制開發的源動力。隨著EDA技術的不斷深入發展，EDA技術將引發電子產業界及電子設計領域的技術革命變革，EDA技術的不斷完善使得電子設計的水平在不斷的提升。為了使電子系統朝著集成化及規模化等方向的發展，電子設計工程師應該充分的掌握EDA技術，以便開發出更多的高性能電子產品。

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