電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化及應(yīng)用

1、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化及應(yīng)用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化及應(yīng)用講座講座主講人主講人 黃鄉(xiāng)生黃鄉(xiāng)生 教授教授二二OO二年四月七日二年四月七日電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化及應(yīng)用(ElectronicsDesignAutomationandApplication)一、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的產(chǎn)生背景與發(fā)展概況一、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的產(chǎn)生背景與發(fā)展概況 二、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的系統(tǒng)軟件與器件二、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的系統(tǒng)軟件與器件 三、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要應(yīng)用三、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要應(yīng)用 四、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件產(chǎn)品使用介紹四、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件產(chǎn)品使用介紹 五、熱愛專業(yè)五、熱愛專業(yè) 立志成才立志成才一、一、 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的產(chǎn)生背景與發(fā)展概況電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的

2、產(chǎn)生背景與發(fā)展概況 產(chǎn)生背景產(chǎn)生背景1電子系統(tǒng)集成化需求迫切電子系統(tǒng)集成化需求迫切電子系統(tǒng)的集成化可以使系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗低，更主要的是可使系統(tǒng)的可靠性大大提高。集成電路(IntegratedCircuit)問世以來，集成的規(guī)模便以10倍/6年的速度增長(zhǎng)。20世紀(jì)90年代以來，電子系統(tǒng)日趨數(shù)字化、復(fù)雜化和大規(guī)模集成化。由于個(gè)人電腦、移動(dòng)通信和高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的發(fā)展需求，電子廠商們?cè)郊悠惹械刈非箅娮赢a(chǎn)品的高性能、優(yōu)品質(zhì)、低成本、微功耗和微小封裝尺寸。因此必須采用少量的IC器件和面積盡可能小的PCB板(PrintedCircuitBoard)研制高集成化的復(fù)雜系統(tǒng)，這些要求進(jìn)一步促進(jìn)了集成工

3、藝的發(fā)展。1999年，以0.18微米工藝為基礎(chǔ)的百萬門器件已經(jīng)出現(xiàn)，今后2-3年，集成工藝將分別達(dá)到0.13微米和0.1微米。深亞微米半導(dǎo)體工藝及安裝技術(shù)的發(fā)展又支持了產(chǎn)品集成化程度的進(jìn)步，使電子產(chǎn)品進(jìn)入了片上系統(tǒng)(SOCSystemOnChip)時(shí)代。片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)將電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集合于一體。這種復(fù)雜設(shè)計(jì)需要許多人年的研究開發(fā)才能實(shí)現(xiàn)，不依靠計(jì)算機(jī)的幫助是無法在短期內(nèi)完成的。2電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期縮短電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期縮短 更新快速更新快速 市場(chǎng)份額市場(chǎng)份額 與利潤(rùn)驅(qū)使與利潤(rùn)驅(qū)使電子產(chǎn)品從開始上市到其被市場(chǎng)淘汰為止，其銷售情況是一個(gè)三角形。三角形面積是產(chǎn)品的總利

4、潤(rùn)，上市越晚越遠(yuǎn)離銷售高峰的總利潤(rùn)則越小?？焖偻瞥鲂庐a(chǎn)品，對(duì)市場(chǎng)做出快速的反應(yīng)，可以獲得更大的市場(chǎng)份額和更大的利潤(rùn)。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，即用計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)人員完成復(fù)雜、煩瑣的設(shè)計(jì)工作，是解決以上兩個(gè)問題的唯一途徑電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展概況電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展概況 20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CADcomputerAidedDesign)將電子設(shè)計(jì)中涉及的許多計(jì)算用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。 20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)輔助工程(CAEComputerAidedEngineering)計(jì)算機(jī)繪圖軟件出現(xiàn)，減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 20世紀(jì)80年代末設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度越來越高EDA轉(zhuǎn)向?yàn)殡娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化(ESDAEle

5、ctronicsSystemDesignAutomation)目前數(shù)字化系統(tǒng)的EDA可以直接根據(jù)設(shè)計(jì)要求以自頂向下的方式設(shè)計(jì)，可以相應(yīng)地完成系統(tǒng)描述、仿真、集成和驗(yàn)證等多個(gè)環(huán)節(jié)，直到最后生成所需器件。設(shè)計(jì)人員借助開發(fā)軟件的幫助，可以將設(shè)計(jì)過程中的許多細(xì)節(jié)問題拋開。將注意力集中在產(chǎn)品的總體開發(fā)上。這樣大大減輕了工作人員的工作量，提高了設(shè)計(jì)效率，減少了復(fù)雜工序，縮短了開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化由于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化離不開計(jì)算機(jī)硬件和設(shè)計(jì)開發(fā)軟件，故其實(shí)質(zhì)上是由電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)CAD二、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)軟件與器件二、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)軟件與器件目前電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化已形成兩大主流：1由軟件公司

6、開發(fā)的設(shè)計(jì)、制版、仿真和測(cè)試系統(tǒng)軟件。此類系統(tǒng)軟件一般可以有以下功能：通用邏輯設(shè)計(jì)（含系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯綜合、邏輯模擬、故障模擬）通用模擬電路的模擬印制版設(shè)計(jì)電路圖繪制元件（模型、符號(hào)、參數(shù)）庫(kù)的建立與修改2由器件公司研制、以PLD器件為主的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)軟件（一）由軟件公司開發(fā)的幾種軟件（1）PSPICE(PersonalSimulationProgramWithIntegratedCircuitEmphasis)用于模擬電路的設(shè)計(jì)與仿真分析美國(guó)Microsim公司出版（2）ORCAD美國(guó)ORCADSystem公司推出用于印刷電路板設(shè)計(jì)和電路圖繪制、數(shù)字邏輯模擬和PLD設(shè)計(jì)（3）PROTE

7、L是原Tango軟件的升級(jí)產(chǎn)品，由澳大利亞POTELTECHNOLOGY公司推出，主要用于電原理圖設(shè)計(jì)、自動(dòng)布線、制版及信號(hào)波形分析，是一種通用設(shè)計(jì)軟件（4）ORCAD/PSPICE9由ORCAD公司與Microsim公司聯(lián)合后推出的軟件，增加了數(shù)?；旌夏M與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)功能（5）EWB（ElectronicWorkBench）加拿大InteractiveImageTechnologies公司(IIT)推出，其第6版更名為Multisim2000?？捎糜陔娫韴D創(chuàng)建（元件庫(kù)可擴(kuò)充、模型與參數(shù)可以修改）、電路的仿真測(cè)試和分析，并有10種虛擬儀器供分析測(cè)試使用。無印制版設(shè)計(jì)和自動(dòng)布線功能。（二）由

8、半導(dǎo)體器件公司推出的幾種可編程邏輯器件開發(fā)軟件可編程邏輯器件PLD(ProgrammableLogicDevice)是用于專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)的設(shè)計(jì)的通用器件，它的邏輯功能是由用戶對(duì)器件編程來設(shè)定的。目前生產(chǎn)和使用的目前生產(chǎn)和使用的PLDPLD產(chǎn)品主要有：產(chǎn)品主要有：1現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列FPLA(FieldProgrammableLogicArray) 2.可編程陣列邏輯PAL(ProgrammableArrayLogic) 3.通用邏輯陣列GAL(GenericArraylogic) 4.可擦除的可編程邏輯器件EPL

9、D(ErasableProgrammableLogicDevice)CMOS工藝1萬門/片 5.現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA(FieldProgrammableGateArray)集成度3萬門/片EPLD和FPGA集成密度高，稱為高密度PLD以上五種PLD編程開發(fā)系統(tǒng)由硬件（計(jì)算機(jī)和編程器）和軟件（專用編程軟件）構(gòu)成。6 . 在 系 統(tǒng) 可 編 程 器 件 I S P ( I n - S y s t e mProgrammable)-PLD是新一代器件，不需編程器，只要將計(jì)算機(jī)編程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接寫入PLD就可以了。其中高密度ISP-PLD又稱為CPLD(ComplexProgrammableLog

10、icDevice)PLDPLD的主要開發(fā)軟件及開發(fā)商有：的主要開發(fā)軟件及開發(fā)商有： CPLD開發(fā)軟件MaxPlus2(Quatues)Altera公司 FPGA開發(fā)軟件FundationXiLinX公司 ISPLSI開發(fā)軟件Expert(Synario)Lattice公司 集成化開發(fā)系統(tǒng)軟件包優(yōu)秀PLD開發(fā)程序的集成XACT5.0XinLinX公司 ISPSynarioSystemLattice公司描述語言VHDL與Verilog及IEEE標(biāo)準(zhǔn) 每個(gè)開發(fā)系統(tǒng)都有自己的描述語言，為了便于各系統(tǒng)之間的兼容，IEEE公布了幾種標(biāo)準(zhǔn)語言最常用的是以下兩種：VHDL(Veryhightspeedinte

11、gratedcircuitHardwareDescribeLanguage)超高速集成電路硬件描述語言。由美國(guó)國(guó)防部于20世紀(jì)80年代初推出，于1987和1993年兩次定為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。Verilog是美國(guó)GatewayDesignAutomation于20世紀(jì)80年代開發(fā)的邏輯模擬器VerilogXL所用的硬件描述語言。1989年Cadence公司收購(gòu)該公司后于1990年公開以VerilogHDL名稱發(fā)表。1995年定為IEEE協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE13641995.開發(fā)軟件的功能開發(fā)軟件的功能自自 動(dòng)動(dòng) 化化 簡(jiǎn)簡(jiǎn)優(yōu)優(yōu) 化化 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)電電 路路 模模 擬擬 自自 動(dòng)動(dòng) 測(cè)測(cè) 試試 開發(fā)系統(tǒng)

12、軟件類型開發(fā)系統(tǒng)軟件類型 匯編型匯編型 編譯型編譯型 電原理圖輸入型電原理圖輸入型開發(fā)開發(fā)PLDPLD的步驟的步驟（1）邏輯抽象邏輯方程、真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（2）選擇PLD的類型與型號(hào)擦除改寫、組合/時(shí)序邏輯、電路規(guī)模和特點(diǎn)、三態(tài)控制、速度、功耗、加密等（3）選擇開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格昂貴慎重選擇（4）編寫源程序（5）上機(jī)運(yùn)行，將源程序輸入后運(yùn)行編譯/匯編程序（6）卸載，計(jì)算機(jī)將編程數(shù)據(jù)文件傳送到編程器，再由編程器將編程數(shù)據(jù)寫入PLD中（7）測(cè)試將寫好數(shù)據(jù)的PLD從編程器上取下，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試其功能。三、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要應(yīng)用三、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要應(yīng)用（1）專用集成電路(ASIC)或大規(guī)模集成電路（LSI）設(shè)計(jì)（使用PLD器件及開發(fā)系統(tǒng)）（2）電子線路的設(shè)計(jì)分析仿真（模擬、數(shù)字、模/數(shù)混合）（3）多層印制電路板元件布局、自動(dòng)布線、仿真測(cè)試（4）電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整體優(yōu)化（5）電子產(chǎn)品可靠性分析電磁兼容性（EMC）分析熱分析等四、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件產(chǎn)品介紹四、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件產(chǎn)品介紹以EWB 5.0為例,介紹其主要分