EDA技術(shù)在通信電子線路中的運用方式研究

何子月

摘? 要：EDA技術(shù)由CAD、CAE技術(shù)發(fā)展衍生而來。根據(jù)EDA技術(shù)發(fā)展歷史及技術(shù)變革掌握其特點，將更好地明確EDA技術(shù)與通信電子線路技術(shù)應用內(nèi)部的關(guān)聯(lián)。本文從通信電子線路設(shè)計及芯片設(shè)計視角分析其優(yōu)勢，以此探究其在通信電子線路中的運用方式，為未來EDA技術(shù)在通信電子線路設(shè)計領(lǐng)域更好地發(fā)揮核心技術(shù)優(yōu)勢提供參考。

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù);通信電子線路;運用方式

中圖分類號：TN913 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2021）12-00-03

隨著EDA技術(shù)發(fā)展普及，它為通信電子線路與芯片設(shè)計發(fā)展提供了技術(shù)保障。充分了解EDA技術(shù)發(fā)展歷史，有助于明確通信電子線路、芯片技術(shù)發(fā)展與EDA技術(shù)的應用關(guān)系，對更好地掌握EDA技術(shù)在通信電子線路中的應用方式具有間接幫助。

一、EDA技術(shù)發(fā)展史及其技術(shù)變革

EDA全稱為“Electronic design automation”，是電子設(shè)計自動化簡稱。EDA技術(shù)集成信息技術(shù)發(fā)展、物理學等各個學科尖端理論思想，通過對芯片結(jié)構(gòu)布局、芯片布線及規(guī)則設(shè)計等內(nèi)容優(yōu)化，實現(xiàn)大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路設(shè)計。EDA技術(shù)的發(fā)展歷史，最早可以追溯至1957年美國Fairchild Semiconductor公司成立的早期階段。該階段，諾貝爾物理學獎獲得者、英國裔的美國物理學家Shockley、William Bradford帶領(lǐng)Fairchild Semiconductor技術(shù)團隊針對雙擴散基型晶體管進行開發(fā)。1958年初，該項產(chǎn)品開發(fā)初獲成功，并獲得美國IBM公司首筆訂單。彼時，Robert Noyce在雙擴散基型晶體管技術(shù)研發(fā)中發(fā)現(xiàn)，若采用多晶體管集成策略進行電路優(yōu)化，則能更好地提高電路系統(tǒng)運行性能。但受限于公司經(jīng)濟條件及公司直接領(lǐng)導Shockley，該想法最終付諸東流。然而，Texas Instruments于1958首次在Fairchild Semiconductor團隊中展示集成電路PCB設(shè)計方案，吸引了Gordon Moore及Robert Noyce等人的注意，該設(shè)計方案與1958年初Robert Noyce想法基本一致。隨著1959年Texas Instruments公司完成對PCB集成電路設(shè)計方案的專利注冊，針對PCB集成電路設(shè)計專利權(quán)爭奪戰(zhàn)在兩家公司分別打響。最終經(jīng)過近10年的爭執(zhí)，F(xiàn)airchild Semiconductor公司由于未能拿出設(shè)計實體逐漸在技術(shù)上失去優(yōu)勢。但受PCB技術(shù)應用啟發(fā)，Gordon Moore與Robert Noyce等人于1968年成立英特爾公司，專攻以PCB集成電路為載體的計算機微處理器研究。

隨著20世紀80年代英特爾公司計算機微處理器研究的大獲成功，使早期階段CAD電子芯片設(shè)計技術(shù)應用得到廣泛普及。至此，芯片設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展逐漸向CAD設(shè)計拓展。PCB集成電路設(shè)計方案不僅能解決手工前端設(shè)計導致電路設(shè)計錯誤率高的難題，同時也一定程度提高了芯片數(shù)據(jù)計算能力及內(nèi)部信息交互能力，強化電子芯片使用性能，使集成電路設(shè)計發(fā)展能基于CAD技術(shù)優(yōu)勢，滿足多元化電子芯片應用需求。為更好地進行技術(shù)優(yōu)化，英特爾及Motorola等公司率先進行技術(shù)改革，直至20世紀80年代中期，基于CAE芯片設(shè)計模式廣泛應用于電子芯片及通信電子線路設(shè)計。隨著計算機設(shè)備的不斷普及與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展體系進一步完善，電子芯片設(shè)計發(fā)展逐漸向輕量化與高性能邁進。此時，微電子技術(shù)成為20世紀90年代末期新的時代風潮。EDA技術(shù)發(fā)展便在計算機語言應用與計算機應用設(shè)計雙向融合時代背景下應運而生。1980年美國計算機科學家Lynn Conway發(fā)表的《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導論》影響美國公司對新時期電路設(shè)計的研究，使EDA設(shè)計概念初期得到普及。但此時EDA技術(shù)理論仍然未能跳出CAE設(shè)計邏輯。1986年Verilog描述語言的誕生，為EDA技術(shù)應用進行定義，確定EDA技術(shù)發(fā)展的電子設(shè)計自動化方案。1987年，美國為進一步推動信息化背景下的國防建設(shè)，在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計硬件描述語言“VHDL”。在美國國防部的充分推進下，EDA技術(shù)發(fā)展逐步從單一電路設(shè)計向仿生系統(tǒng)開發(fā)及邏輯綜合運算等領(lǐng)域拓展。最終，在高性能計算機設(shè)備加持下，EDA軟件開發(fā)及硬件編譯語言的運用，成為決定EDA技術(shù)發(fā)展特性的重要因素，從而使EDA技術(shù)成為集描述語言、驗證語言與系統(tǒng)級仿真技術(shù)于一體的超大規(guī)模集成電路設(shè)計唯一方式。

二、EDA技術(shù)應用優(yōu)勢

EDA技術(shù)具有較高的綜合性，在技術(shù)應用過程中，可以依據(jù)內(nèi)部多元化技術(shù)機制對各類設(shè)計方案進行系統(tǒng)化解析，同時此類技術(shù)模式可以真正根植到電子通信中，極大增強系統(tǒng)終端與執(zhí)行終端之間的對接精度。從EDA技術(shù)的應用形式而言，其所起到的應用優(yōu)勢如下。一是在技術(shù)方面，突破傳統(tǒng)通信工程的限制因素，增加通信線路內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的傳輸質(zhì)量及精度，規(guī)避數(shù)據(jù)不對稱或延時的問題。二是在電子信息方面，EDA易電技術(shù)具備的系統(tǒng)性功能，可以對整個通信系統(tǒng)的運行模式進行自適應優(yōu)化處理，不僅可以將通信技術(shù)以及自動化技術(shù)賦能于整個通信傳輸結(jié)構(gòu)之中，還可以對各類內(nèi)容進行詳細化解析，結(jié)合內(nèi)部智能優(yōu)化功能，對整個通信系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)進行自完善處理，真正實現(xiàn)以技術(shù)為驅(qū)動的行業(yè)轉(zhuǎn)型。三是EDA技術(shù)還可在電路系統(tǒng)軟件設(shè)計中進行應用，不局限于環(huán)節(jié)性的操作限制，將整個系統(tǒng)運作作為一個主體，在系統(tǒng)復雜性、綜合性的運行模式下，將技術(shù)根植于各個環(huán)節(jié)之中，即便是在復雜原理結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也可以依據(jù)EDA仿真系統(tǒng)對整個設(shè)計模式及設(shè)計后的運營機制進行仿真模擬分析，提高整個機構(gòu)的操控精準性。四是EDA技術(shù)在語言描述過程中，可以針對各類復雜的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行自動化設(shè)計，可以依據(jù)數(shù)據(jù)信息傳輸出一類信息指標，針對整個通信工程類的數(shù)據(jù)運行模式，將指標與對應參數(shù)相整合，提高資源利用效率和規(guī)避數(shù)據(jù)傳輸風險問題。從未來發(fā)展趨勢來講，EDA技術(shù)的應用可以全面推動電子通信行業(yè)的發(fā)展，且伴隨其不斷優(yōu)化與完善，在行業(yè)發(fā)展中起到的優(yōu)勢也將逐步凸顯出來，其具備的語言數(shù)字表述能力、設(shè)計能力、自適應能力等，將伴隨著系統(tǒng)的多樣化處理，為通信工程項目的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

三、EDA技術(shù)在通信電子線路中的應用方式

（一）射頻電子線路設(shè)計應用

射頻電子線路設(shè)計由結(jié)構(gòu)制圖及邏輯測試兩個部分組成。前期階段結(jié)構(gòu)制圖，可以選用Protel軟件進行制圖分析，并基于VHDL描述語言的應用，對其進行編譯結(jié)果分析與仿真測試。其中，可編程編譯設(shè)計軟件與系統(tǒng)設(shè)計軟件的應用，主要負責對電子線路內(nèi)容系統(tǒng)進行配置及協(xié)調(diào)，確保各個系統(tǒng)器件能協(xié)同運行。一旦完成對線路的邏輯映射，則可對其進行適配編譯，使其適用于電路系統(tǒng)設(shè)備。由于設(shè)計階段與設(shè)備使用階段存在環(huán)境差異，因此射頻電子線路設(shè)計不僅要通過仿真測試模擬真實使用情況，同時也要針對設(shè)備使用中可能產(chǎn)生的問題進行分析。例如，在計算機DIMM內(nèi)存與SIMM內(nèi)存設(shè)計方面，早期階段通信電子線路設(shè)計，僅考慮電子交互穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性，未考慮設(shè)備內(nèi)部電壓及靜電流對設(shè)備的影響。后續(xù)階段部分計算機SIMM與DIMM內(nèi)存使用，通常需要加裝屏蔽罩對這一問題進行解決。射頻電子線路仿真系統(tǒng)，則是基于此類環(huán)境應用測試，對系統(tǒng)邏輯糾錯。因此，射頻電子線路設(shè)計對EDA技術(shù)的應用，一定程度提高了射頻電子線路設(shè)計精度，為行業(yè)發(fā)展提供有效助力。

（二）分頻器設(shè)備設(shè)計應用

電子設(shè)備設(shè)計的使用，大部分采用模塊化設(shè)計替代集中化設(shè)計方案。模塊化設(shè)計的主要優(yōu)勢在于[1]，能更好地整合電子設(shè)計產(chǎn)業(yè)資源，并提高電子設(shè)備實際使用壽命，使電子設(shè)備內(nèi)部單一模塊的損壞，不會對設(shè)備整體壽命產(chǎn)生直接影響。分頻器設(shè)備的使用，主要在音響與部分電子設(shè)備中有所運用。電子設(shè)備模塊化設(shè)計方案雖然具有諸多優(yōu)勢，但不同企業(yè)設(shè)計參數(shù)并不一致。分頻器需要將各類設(shè)備模塊運行頻率控制在相對合理的范圍內(nèi)，有效協(xié)調(diào)電子設(shè)備內(nèi)部資源應用，保證電子設(shè)備正常使用。早期階段，分頻器設(shè)備設(shè)計主要采用半整數(shù)與整數(shù)分頻兩種方案。由于設(shè)計方案不同，與之對應使用的設(shè)備也有所不同，使電子設(shè)備內(nèi)部器件通用性大打折扣。分頻器設(shè)備設(shè)計對EDA技術(shù)的應用，進一步解決了分頻器適配能力不足的問題，使分頻器各類設(shè)計方案能適用于多種不同使用環(huán)境。基于EDA技術(shù)分頻器設(shè)計，采用整數(shù)分頻設(shè)計邏輯，通過設(shè)置內(nèi)部時鐘對分頻器周期數(shù)值進行固定，而后結(jié)合各個器件實際頻率按照統(tǒng)一時鐘周期進行同步，以計數(shù)器數(shù)據(jù)為基本參考，對數(shù)據(jù)頻率進行修正，使分頻器的分頻處理方式及邏輯得以簡化。在實際設(shè)計方面，需要先對分頻器參數(shù)進行采集，在確定參數(shù)之后，利用VHDL描述語言生成設(shè)備運行程序[2]。若分頻器能正常運行，則代表前期階段設(shè)計不存在錯誤問題。此時，可以針對分頻器設(shè)計進行仿真模擬測試，按照使用要求設(shè)置時鐘時間參數(shù)。如果分頻器能按照四分頻電路設(shè)計要求通過測試，則完成整體EDA設(shè)計流程。

在具體設(shè)計期間可以由下列幾道工序所組成，且各類工序之間的邏輯性排列、增強數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、令分頻器設(shè)備各項功能的實現(xiàn)具備有序性特征。一是EDA技術(shù)在應用時，依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)所標定的程序加裝一個允許機制，此時在標記以后信息進入程序，則自動啟動OEP操作，此過程中EDA技術(shù)可以按照設(shè)計類型以及文件傳輸模式，自動選取相對應的數(shù)據(jù)留存路徑。或者是在系統(tǒng)中創(chuàng)設(shè)一個新的文件夾，供后續(xù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生與存儲，通過文件夾的下載實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效率整合，規(guī)避后期因為數(shù)據(jù)存儲冗余問題而造成的資源浪費現(xiàn)象。二是依據(jù)目標芯片的型號，自動選取相對應的數(shù)據(jù)類型，在整個系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)庫中進行逐一選定，此時則應依據(jù)芯片類型來對EDA工具進行自動選取，在技術(shù)實現(xiàn)過程中可以正確做到技術(shù)操作模式與芯片運行功能的精準對接[3]。三是在對輔助類軟件進行語言描述時，EDA系統(tǒng)內(nèi)部的圖標及數(shù)據(jù)標記生成相應程序，在程序輸入之后，可以選定生程選項，自主生成文件夾，依據(jù)文件內(nèi)容對文件名稱進行設(shè)定，此時在工具欄則可以通過圖標形式確定此類文件內(nèi)容。如果系統(tǒng)提示操作錯誤的話，則表明此類設(shè)計內(nèi)容存在問題，工作人員應針對各項程序的編寫進行重新檢查;如果系統(tǒng)自動生成圖標，則表明此類分頻器設(shè)計合理。四是在文件生成以后，系統(tǒng)需要針對文件內(nèi)的各類程序完成波形圖的仿真模擬處理，文件中的波形參數(shù)在選定過程中，工作人員應手動點擊空白區(qū)域，將此類文檔移入仿真端口內(nèi)，對后續(xù)操作模式進行選定處理。五是在完成上述仿真工序之后，需要對仿真時間以及仿真空間進行選定，合理分配高電平與低電平的范圍，確保模擬工序在運行期間不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤對接的現(xiàn)象。

（三）電子通信線路設(shè)計教學應用

EDA技術(shù)是未來通信電子線路設(shè)計發(fā)展的必然趨勢，也是芯片設(shè)計發(fā)展研究中不可或缺的重要內(nèi)容。因此，EDA技術(shù)流程雖然較為復雜，但由于具有完善的技術(shù)應用體系，使其能針對各項環(huán)節(jié)進行集成化內(nèi)容展示。將EDA技術(shù)應用于電子通信設(shè)計教育領(lǐng)域，能更好地為專業(yè)人才培養(yǎng)提供支持。目前，國內(nèi)部分高校已將EDA技術(shù)應用于電子通信線路設(shè)計人才培養(yǎng)，通過對EDA技術(shù)應用流程及技術(shù)特點詳細解析，能進一步開展多元化電子通信線路設(shè)計實踐，打破早期階段技術(shù)人才培養(yǎng)存在的教育實踐技術(shù)壟斷問題，切實發(fā)揮EDA技術(shù)透明化、集成化優(yōu)勢，為人才教育積累提供有力保障。除此之外，EDA技術(shù)中各類軟件在高校教育方面普及，可以進一步提高專業(yè)人才對軟件系統(tǒng)的操作能力，使通信電子線路專業(yè)人才培養(yǎng)可以充分實現(xiàn)教育與崗位實踐有效對接，為后續(xù)階段人才教育培養(yǎng)工作穩(wěn)步推進奠定良好根基。

大部分院校采取合作辦學模式，依據(jù)企業(yè)資源以及高校教學體系設(shè)定處仿真型EDA實驗室，對電子通信線路及其技術(shù)進行深入探討。此類實驗室的建設(shè)與應用，不僅可以為學生提供一個實踐管理場所，還可以為教育科研活動提供平臺，使全體師生在操作期間可以依據(jù)各類參數(shù)進行模擬分析。EDA仿真實驗室起到的驗證性實驗功能，可激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，使其在學習期間也可以真實了解各類屬性信息以及技術(shù)工藝所起到的實際價值。例如，在對輸入與輸出信號的波形頻譜進行分析時，主要是通過仿真軟件對通信電子線路的運行模式進行分析與檢測，整個數(shù)據(jù)處理模式可以精準闡釋電子線路運行的各個特征，結(jié)合通信設(shè)備以及各類信息傳輸結(jié)構(gòu)，將繁雜的理論知識點進行可視化、立體化的描述，降低計算能力，減少資源消耗，并可針對各類抽象化知識予以解析，增強學生的實踐能力，滿足應用型人才的教育訴求[4]。

（四）電子通信線路仿真系統(tǒng)分析

EDA技術(shù)在電子通信線路仿真驗證領(lǐng)域亦有廣泛應用。受益于EDA技術(shù)仿真技術(shù)應用特點，運用Multisim2001軟件，能對電子通信線路進行一系列仿真測試。不同于傳統(tǒng)意義上對電子通信線路的仿真功能模擬，EDA技術(shù)將模擬系統(tǒng)嵌入Multisim2001軟件內(nèi)部，使其能更好地滿足多元化電子通信線路仿真檢測需求。例如，早期階段雙邊帶制電路仿真測試相對困難，受電力結(jié)構(gòu)的影響，無法充分掌握電力通信系統(tǒng)內(nèi)部波形。EDA技術(shù)對Multisim2001軟件的開發(fā)則能有效解決這一問題，實現(xiàn)對雙邊帶制電路波形的進一步監(jiān)控。通過EDA技術(shù)能直接對雙邊帶制電路負載能力進行了解，對于更好地優(yōu)化電子通信線路結(jié)構(gòu)具有一定幫助。另外，Multisim2001軟件由于操作相對簡單，能簡化傳統(tǒng)電子通信線路仿真測試流程，可極大提高電子通信線路仿真測試效率，解決電子通信線路生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)檢測效率不高問題。因此，EDA技術(shù)在電子通信線路仿真系統(tǒng)測試方面，具有高效化、高準確性及高穩(wěn)定性等多種特點，彌補傳統(tǒng)仿真技術(shù)不足，為電子通信線路優(yōu)化及線路設(shè)計提供高水平仿真檢測支持。此外，仿真系統(tǒng)的建設(shè)是將整個操作模式獨立于計算機系統(tǒng)之外，在工作人員進行實驗或者教學時，整個系統(tǒng)的運作模式如果受到損壞也不會對計算機服務器產(chǎn)生任何影響，因為整體操作工具是由軟件所設(shè)定的模擬空間進行仿真化處理的，其與物理服務器所產(chǎn)生的獨立屬性，能極大提高整個操作空間權(quán)限，實驗人員可以大膽地發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造力，將各類理論知識予以認證。這樣才可以在不斷的操作與實踐過程中，激發(fā)實驗人員或?qū)W生的探索欲望，為后期技術(shù)的優(yōu)化與完善提供理論支撐。

四、結(jié)語

綜上所述，EDA技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷多個歷史時期。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展及芯片制造技術(shù)發(fā)展不斷進步，EDA技術(shù)在通信電子線路中設(shè)計應用將愈發(fā)廣泛，對于推動通信電子線路設(shè)計創(chuàng)新及芯片設(shè)計探索具有重要意義。期待在未來的發(fā)展過程中，科研人員深度挖掘出EDA實驗室技術(shù)體系的應用價值，將電子信息工程、自動化智能化控制工程等作為技術(shù)研發(fā)重心，保證每類技術(shù)的應用與實現(xiàn)可以真正凸顯出科學創(chuàng)新的重要性。

參考文獻：

[1]司偉.院校學報信息管理系統(tǒng)[D].電子科技大學碩士論文，2011.

[2]苗澎，等.EDA在通信電子線路實驗中的教學實踐[J].電氣電子教學學報，2018，40（6）：71-74.

[3]崔健，黃思淇，賈港澳.通信電子線路中EDA技術(shù)的實踐運用淺析[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（8）：40-41.

[4]徐徐.電子線路設(shè)計中EDA技術(shù)的應用分析[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2019（16）：191-192.

（責任編輯：董維）