電子電路設(shè)計與仿真工具

EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的 最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。利用EDA工具，可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)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常用軟件

EDA工具層出不窮，目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有：protel、MentorPADS、OrCAD、Mentor WG、Mentor EN、allegro、EWB、PSPICE、 Synopsys等等。按主要功能或主要應(yīng)用場合，大致可分為電路設(shè) 計與仿真工具、PCB設(shè)計軟件、IC設(shè)計軟件、PLD設(shè)計工具及其它EDA軟件。

電子電路設(shè)計與仿真工具

電子電路設(shè)計與仿真工具包括：

SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、Multisim、MMICAD等。下面簡單介紹前三個軟件。

1）SPICE：由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，現(xiàn)在用得較多的是PSPICE6.2，在同類產(chǎn)品中是功能最為強大的模擬和數(shù)字電路混合仿真 EDA軟件，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(shù)據(jù)輸出、并在同一窗口內(nèi)同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)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(jié)果，并可以自行建立元器件及元器件庫。

2）EWB軟件：20世紀(jì)90年代初推出 的電路仿真軟件。相對于其它EDA軟件，它是較小巧的軟件(只有16M)。但它對模數(shù)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(jié) 果，并且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器和電壓表、電流表等儀器儀表。它的界面直觀，易學(xué) 易用。它的很多功能模仿了SPICE的設(shè)計，但分析功能比PSPICE稍少一些。

3）MATLAB：它的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進行分析和設(shè)計。它具有數(shù)據(jù)采集、報告生成和MATLAB語言編程產(chǎn)生獨立C/C++代碼等功能。

PCB設(shè)計軟件

PCB設(shè)計軟件種類很多，如Protel/AD、OrCAD、Viewlogic、Cadence PSD、Mentor公司的Mentor EN、Mentor WG以及Mentor PADS等系列。常用的PCB設(shè)計軟件還有Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO等等。

先來說說Mentor旗下幾個常用系列工具！

Mentor公司有三個系列的PCB設(shè)計工具，分別是：

Mentor EN系列，即Mentor Board Station.

Mentor WG系列，即Mentor Expedition.

還有PADS系列，即PowerPCB.

上面講到的Mentor PADS，也就是以前的PowerPCB/PowerLogic系列，是低端的PCB軟件中最優(yōu)秀的一款，其界面友好、容易上手、功能強大而深受中小企業(yè)的青睞，在中小企業(yè)用戶占有很大的市場份額。

其他兩個系列Mentor EN系列和Mentor WG系列與Cadence Allegro一樣，都是目前最高端的PCB軟件，像中興、華為這類大型公司都會使用這些高端的設(shè)計軟件。

其中，Mentor Expedition（WG系列）是拉線最順暢的軟件，被譽為拉線之王，它的自動布線功能非常強大，布線規(guī)則設(shè)計非常專業(yè)。

Mentor EN系列是從早期UNIX系統(tǒng)移植到Windows系統(tǒng)，也是最專業(yè)的PCB工具軟件，但其學(xué)習(xí)難度較大，自學(xué)的話會比較吃力。

PADS系列則相對來說比較簡單易用且上手快，設(shè)計靈活，用戶的自由度也非常高，很適合初學(xué)者及熱衷于自學(xué)的群體。

再來說說Altium公司的Protel和AD。

Protel/AD也有不少高校用戶，它擁有完整的全方位電位設(shè)計系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計(包含印刷電 路板自動布局布線)，可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，同時還 兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。

最后來談?wù)凜adence Allegro。

Cadence公司擁有Orcad/SPB/PSD等多個系列，三者都是Cadence公司基于capture和allegro的PCB設(shè)計套件，區(qū)別僅在于軟件配置。

Orcad的配置是低端產(chǎn)品，存在價格低的優(yōu)點，但是在Orcad中Allegro 的功能比較弱，只有各項基本功能而沒有constrain manager，如果需要SI或者constrain manager呢，就需要另外的增加配置了。

PSD和SPB其實是同一個東西，PSD是Allegro系統(tǒng)互連設(shè)計平臺的早期版本，后來新出的版本叫做 SPB，因為改進了設(shè)計理念，所以修改了套件包的名稱。

由此大家應(yīng)該明白了，SPB是Allegro最全功能的版本。

衡量一個軟件的優(yōu)劣，其中一個很現(xiàn)實的標(biāo)準(zhǔn)就是看它的市場占有率，也就是它的普及和流行程度.Cadence Allegro現(xiàn)在幾乎成為高速板設(shè)計中實際上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，被很多大型電子通信類公司采用，因此掌握Cadence Allegro對求職有實質(zhì)的幫助；另外其學(xué)習(xí)資源也比較豐富，比較適合自學(xué)。

現(xiàn)在Cadence公司的系列產(chǎn)品有：Cadence SPB16.2, Cadence SPB16.0, Cadence SPB 15.7, Cadence SPB15.5, Cadence SPB15.2等。板級電路設(shè)計系統(tǒng)。

Cadence Allegro現(xiàn)在幾乎成為高速板設(shè)計中實際上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其學(xué)習(xí)資源也比較豐富，比較適合自學(xué)。

曾經(jīng)有人這么評價Cadence：

“Cadence是高速板設(shè)計中實際上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。無論哪一方面都超牛。Cadence PCB Layout工具絕對一流，稍微熟悉一點后就不再想用其他工具了，布線超爽。仿真方面也是非常的牛，有自己的仿真工具，信號完整性仿真，電源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢占據(jù)著霸主地位。要知道這個世界上60%的電腦主板40%的手機主板可都是拿Allegro畫的?！?/p>

IC設(shè)計軟件

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

1）設(shè)計輸入工具：像Cadence的composer，viewlogic的viewdraw，硬件描述語言VHDL、Verilog HDL是主要設(shè)計語言，許多設(shè)計輸入工具都支持HDL。另外像Active—HDL和其它的設(shè)計輸入方法，包括原理和狀態(tài)機輸入方法，設(shè)計 FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設(shè)計的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開發(fā)工具，Modelsim FPGA等。

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

Verilog—XL、NC—verilog用于Verilog仿真，Leapfrog 用于VHDL仿真，Analog Artist用于模擬電路仿真。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)?，F(xiàn)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(wǎng)表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢，它的Design Compile是綜合的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它還有另外一個產(chǎn)品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。此外，美國還出了一家軟件叫Ambit，比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬門的電路，速度 更快。不過Ambit已被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來的綜合軟件Synergy。

隨著FPGA設(shè)計的規(guī)模越來越大，各EDA 公司又陸續(xù)開發(fā)了用于FPGA設(shè)計的綜合軟件，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express，Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場的絕大部分。

4）布局和布線：在 IC設(shè)計的布局布線工具中，Cadence軟件是比較強的，它有很多產(chǎn)品，用于標(biāo)準(zhǔn)單元、門陣列已可實現(xiàn)交互布線。最有名的是Cadence spectra，它原來是用于PCB布線的，后來Cadence把它用來作IC的布線。

其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble—標(biāo)準(zhǔn)單元布線器;Gate Ensemble—門陣列布線器;Design Planner—布局工具。其它各EDA軟件開發(fā)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(shè)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(shù)字電路的，對于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(xiàn)在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，最好最準(zhǔn)的當(dāng)數(shù)HSPICE，作為IC設(shè)計，它的模型最 多，仿真的精度也最高。

PLD設(shè)計工具

PLD(Programmable Logic Device)是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)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(shè)計方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態(tài)機、布爾表達式、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，最后用編程器或下載電 纜，由目標(biāo)器件實現(xiàn)。生產(chǎn)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(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠家提供，但隨著器件規(guī)模的不斷增加，軟件的復(fù)雜性也隨之提高，目前由專門的軟件公司與器件生產(chǎn)廠家合作，推出功能強大的設(shè)計軟件。

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(shù)字電路基礎(chǔ)，會使用計算機，就可以進行PLD的開發(fā)。PLD的在線編程能力和強大的開發(fā)軟件，使工程師可以在幾天，甚至幾分鐘內(nèi)就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數(shù)百萬門的復(fù)雜設(shè)計集成在一顆芯片內(nèi)。PLD技術(shù)在發(fā)達國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。

PLD生產(chǎn)及開發(fā)工具：

1）ALTERA—20世紀(jì)90年代以后發(fā)展很快，后被英特爾收購。主要產(chǎn)品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發(fā)工具—MAX+PLUS II是較成功的PLD開發(fā)平臺，最新又推出了Quartus II開發(fā)軟件。Altera公司提供較多形式的設(shè)計輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟件ModelSim。

2）XILINX—FPGA的發(fā)明者。產(chǎn)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(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在亞太地區(qū)用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產(chǎn)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(shù)的發(fā)展方向。

3）Lattice—Vantis Lattice是ISP（In—System Programmability）技術(shù)的發(fā)明者，ISP技術(shù)極大地促進了PLD產(chǎn)品的發(fā)展，與ALTERA和XILINX相比，其開發(fā)工具比Altera 和Xilinx略遜一籌。中小規(guī)模PLD比較有特色，大規(guī)模PLD的競爭力還不夠強(Lattice沒有基于查找表技術(shù)的大規(guī)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(yīng)商。2001年12月收購Agere公司(原 Lucent微電子部)的FPGA部門。主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

4）ACTEL—反熔絲(一次性燒寫)PLD的領(lǐng)導(dǎo)者，由于反熔絲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(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。

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

6）Lucent—主要特點是有不少用于通訊領(lǐng)域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區(qū)使用的人很少。

7）ATMEL—已被Microchip收購，中小規(guī)模PLD做得不錯。ATMEL早年也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產(chǎn)品中使用較少，多用在低端產(chǎn)品上。

8）Clear Logic—生產(chǎn)與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶的設(shè)計一次性固化，不可編程，批量生產(chǎn)時的成本較低。

9）WSI—生產(chǎn)PSD(單片機可編程外圍芯片)產(chǎn)品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP(在線編程)，集成度高，主要用于配合單片機工作。

其它EDA軟件

1）VHDL語言超高速集成電路硬件描述語言(VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt，簡稱VHDL)，是IEEE的一項標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計語言。它源于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(shè)計和PLD設(shè)計的一種主要輸入工具。

2）Veriolg HDL 是Verilog公司推出的硬件描述語言，在ASIC設(shè)計方面與VHDL語言平分秋色。

3）其它EDA軟件如專門用于微波電路設(shè)計和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。

在文章結(jié)束即將結(jié)束前，再介紹一下Saber軟件！

Saber 是混合信號、混合技術(shù)設(shè)計與驗證工具，在電力電子、數(shù)?；旌戏抡?、汽車電子及機電一體化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Saber軟件在技術(shù)、理論及新產(chǎn)品開發(fā)方面保 持明顯優(yōu)勢，其大量的器件模型、先進的仿真技術(shù)和精確的建模工具為客戶提供了全面的系統(tǒng)解決方案，在并在技術(shù)方面不斷地完善創(chuàng)新。

Saber 的建模工具運用廣泛，有可用于電源、機電、磁、熱、負載等各種建模工具。Saber也有獨特的設(shè)計與驗證方法：“自頂向下”(Top- Down Design)設(shè)計與“自下而上”(Bottom-Up)仿真驗證方法。在作了建模方法演示、混合技術(shù)設(shè)計方法演示、線纜設(shè)計(從電氣設(shè)計到線纜生產(chǎn))流 程演示后，Johnson演示了單故障模式仿真調(diào)試;關(guān)鍵參數(shù)與非關(guān)鍵參數(shù)的多故障模式仿真調(diào)試，顯示了Saber仿真器Testify的強大功能。

Saber的典型案例是航空器領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計，其整個設(shè)計過程包含了機械技術(shù)、電子技術(shù)、液壓技術(shù)、燃油系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)、雷達無線技術(shù)等復(fù)雜的混合技術(shù)設(shè)計與仿真。從航空器、輪船、汽車到消費電子、電源設(shè)計都可以通過Saber來完成。

在開關(guān)電源設(shè)計中，如果有變壓器，saber仿真是最好的，變壓器模型比較全。

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