EDA软件，什么是EDA软件？

EDA技术的概念

EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指基于计算机和应用电子技术、计算机技术、信息处理和智能技术的最新成果进行电子产品的自动化设计。

使用EDA工具，电子设计人员可以从概念、算法、协议等方面设计电子系统。很多工作都可以由计算机来完成，电子产品从电路设计、性能分析到设计ic版图或PCB版图的全过程都可以由计算机自动处理。

现在EDA的概念或范畴被广泛使用。包括机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等领域，EDA都得到了应用。目前，EDA技术已经广泛应用于各大公司、企事业单位和科研教学部门。比如飞机制造的过程，从设计、性能测试、特性分析到飞行仿真，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术主要针对电子电路设计、PCB设计和ic设计。

EDA设计可以分为系统级、电路级和物理实现级。

2 EDA常用软件

EDA工具层出不穷。目前进入中国并有广泛影响的EDA软件有multiSIM7(原EWB的最新版本)、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等。这些工具功能强大，一般可以用在几个方面。比如很多软件可以进行电路设计和仿真，也可以进行PCB自动布局布线，可以输出各种网表文件与第三方软件接口。

下面是对EDA软件的介绍。有兴趣的话可以去看看。

根据主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具和其他EDA软件进行简单介绍。

2.1电子电路设计与仿真工具

我们大家可能都用过测试板或者其他东西做一些电子系统来练习。但是有时候，我们会发现，我们做出来的东西有很多问题，是我们事先没有想到的，从而浪费了我们很多时间和材料。而且增加了产品开发周期，延长了上市时间，使产品失去了市场竞争优势。有什么方法不用电烙铁测试板就能知道结果？结论是肯定的，这就是电路设计和仿真技术。

说到电子电路设计和仿真工具的技术，就不能不提到美国，以及为什么他们的飞机设计非常高效。过去，我国一架中型飞机从草图到详细设计到风洞试验再到最终出图和实际生产，大约需要10年的时间。而美国是1年。为什么差距这么大？由于美国在设计时多采用虚拟仿真技术，将多年积累的风洞实验参数全部输入计算机，然后通过计算机编程编写一个虚拟环境软件，它可以自动应用相关公式，调用长期积累并输入计算机的相关经验参数。这样只要把飞机的外形仪的数据放到这个虚拟风洞软件里进行测试，哪里不合理，哪里有问题，就去改，直到达到最佳效果，效率自然就高了。最后只要在实际环境中测试几次就会最终确定。他们的波音747到F16都是采用这种方法。空气动力学数据由资深专家提供，软件开发商为IBM。飞机设计工程师只需要使用仿真软件，在计算机平台上进行各种仿真和调试工作。同样的，他们的其他很多东西也采用了这样类似的方法，从大到小，从复杂到简单，甚至包括设计家具，作曲，只是具体的软件内容不同。事实上，他们就是为此发明了第一代计算机(最初是为了设计大炮及相关炮弹等计算量大的设计)。

电子电路设计和仿真工具包括SPICE/PSPICE；；multiSIM7MatlabSystemViewMMICAD LiveWire，Edison，Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍一下前三款软件。

① spice(集成电路重点仿真程序):是美国加州大学推出的电路分析与仿真软件。它是80年代世界上应用最广泛的电路设计软件，在1998中被指定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版本PSPICE (Personal-SPICE)。PSPICE6.2现在被广泛使用。可以说是同类产品中，模拟和数字电路混合仿真功能最强的EDA软件，在国内应用非常广泛。PSPICE9.1最新版本发布。它可以执行各种电路仿真、激励建立、温度和噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出，并在同一窗口中显示模拟和数字仿真结果。无论模拟什么样的器件和电路，都可以得到准确的模拟结果，并且可以自行建立元器件和元器件库。

②Multisim(EWB最新版本)软件:是美国互动图像技术有限公司在20世纪末推出的电路仿真软件。它的最新版本是multiSIM7，目前广泛使用的是multiSIM2001。与其他EDA软件相比，具有更加生动直观的人机交互界面，尤其是其仪器库中的仪器与真实实验中的实际仪器完全相同，但并不逊色于模拟数字电路的混合仿真功能。几乎可以模拟真实电路100%的结果，仪器库中还提供万用表、信号发生器、功率表、双踪示波器(multiSIM7带四踪示波器)、波特仪器(相当实用的扫频器)、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、电压表和电流表等仪器。还提供各种精确建模的常用元器件，如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、晶闸管、数码管等。模拟集成电路包括各种运算放大器和其他常用的集成电路。数字电路包括74系列集成电路、4000系列集成电路等等。也支持自制组件。MultiSIM7还有I-V分析仪(相当于真实环境中的晶体管特性指示器)和安捷伦信号发生器、安捷伦万用表、安捷伦示波器和动态逻辑笔。同时还可以模拟VHDL和Verilog HDL。

③MATLAB产品家族:他们的一大特点是有众多面向应用的工具箱和仿真模块，包含一整套分析和设计图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用的功能。具有数据采集、报表生成和MATLAB编程生成独立C/C++代码的功能。MATLAB产品家族具有以下功能:数据分析；数值和符号计算、工程和科学制图；控制系统设计；数字图像信号处理；金融工程；建模、模拟和原型开发；应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB产品家族广泛应用于信号和图像处理、控制系统设计、通信系统仿真等诸多领域。开放式的结构便于MATLAB产品族根据具体需求进行扩展，从而加深对问题的理解，提高竞争力。

2.2 PCB设计软件

有很多种PCB(印刷电路板)设计软件。如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、Mentorgraphy的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Winddraft/Ivex-Spice、PCB Studio、TANGO、PCBWizard(与LiveWire匹配的PCB制作软件包)、ultiBOARD7(与multiSIM2001匹配的PCB制作软件包)等等。

目前，Protel是中国使用最广泛的软件。这里只是对这个软件的介绍。

Protel是PROTEL(现Altium)公司在80年代末推出的CAD工具，是PCB设计人员的首选软件。国内使用较早，普及率最高。很多大学和中专也专门开设Protel课程，几乎所有电路公司都用。早期的Protel主要用作印制板的自动布线工具。它的最新版本是Protel DXP，现在Protel99SE被广泛使用。是一套完整的全方位电路设计体系，包括电气原理图绘制、模拟和数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计(包括印刷电路板自动布局布线)。可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表生成、宏操作支持等功能，并具有Client/Server(客户端/服务架构)，同时还兼容一些其他设计软件文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印刷电路板自动布线，可以达到高密度PCB的100%合格率。Protel软件功能强大(兼具电路仿真功能和PLD开发功能)，界面友好，使用方便，但其最具代表性的还是电路设计和PCB设计。

2.3集成电路设计软件

IC设计工具很多，其中Cadence、Mentor Graphics、Synopsys是按市场份额排名的。这三家公司都是ASIC设计领域的知名软件供应商。其他公司的软件用户相对较少。中国华大公司也提供ASIC设计软件(熊猫2000)；此外，两代情，一个最近很出名的公司，是由几个中国工程师在Cadence创立的。他们的设计工具可以全面与Cadence竞争，非常适合深亚微米IC设计。下面根据用途介绍IC设计软件。

①设计输入工具

这是任何一个EDA软件都必须具备的基本功能。Cadence的Composer，viewlogic的viewdraw，VHDL和Verilog HDL是主要的设计语言，很多设计输入工具都支持HDL(如multiSIM)。另外，像Active-HDL等设计输入法，包括原理和状态机输入法，大部分设计FPGA/CPLD的工具都可以作为IC设计的输入手段，比如Xilinx、Altera等公司提供的开发工具Modelsim FPGA。

②设计模拟工作。

使用EDA工具最大的好处之一就是我们可以验证设计是否正确。几乎每个公司的EDA产品都有仿真工具。Verilog仿真用Verilog-XL和NC-verilog，VHDL仿真用Leapfrog，模拟电路仿真用Analog Artist。Viewlogic的仿真器包括:viewsim门级电路仿真器、speedwaveVHDL仿真器和VCS-verilog仿真器。Mentor Graphics拥有由其子公司Model Tech生产的VHDL和Verilog双仿真器:Model Sim。Cadence和Synopsys使用VSS(VHDL仿真器)。目前的趋势是各大EDA公司逐渐使用HDL仿真器作为电路验证的工具。

③综合工具

全面的工具可以将HDL变成门级网表。Synopsys工具在这方面有很大的优势。它的设计编译是一个全面的工业标准，还有一个产品叫行为编译器，可以提供更高级的合成。

另外，最近美国又出了一个叫Ambit的软件，据说比Synopsys的软件更有效，能以更高的速度合成50万个电路。今年年初，Ambit被Cadence收购，于是Cadence放弃了原有的综合软件Synergy。随着FPGA设计规模越来越大，EDA公司开发了针对FPGA设计的集成软件，如:Synopsys的FPGA Express，Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，占据了绝大部分市场。

④布局和布线

Cadence软件在IC设计版图工具方面比较强，有很多产品，可以用在标准单元和门阵列中，实现交互布线。最著名的是Cadence spectra，最初用于PCB布线，后来Cadence用于IC布线。其主要工具有:Cell3，硅系综-标准信元路由器；门阵列路由器:设计规划-布局工具。其他EDA软件开发公司也提供自己的布局布线工具。

⑤实物验证工具

物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等。Cadence在这方面也很强，其推出的Dracula、Virtuso、Vampire等实体工具都有很多用户。

⑥模拟电路模拟器

上面提到的模拟器主要是针对数字电路的。SPICE作为模拟电路的仿真工具被广泛使用，这是唯一的选择。选择不同公司的SPICE就行了，比如MiceoSim的PSPICE，Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现已被两代情收购。在众多种类中，HSPICE作为IC设计，模型多，仿真精度高。

2.4 PLD设计工具

PLD(可编程逻辑器件)是一种用户根据需要自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两种:CPLD(复杂PLD)和FPGA(现场可编程门阵列)。它们的基本设计方法是借助EDA软件、原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等生成相应的目标文件。最后由带有编程器的目标设备或下载电缆实现。PLD厂商很多，但是最有代表性的PLD厂商是Altera，Xilinx，Lattice。

PLD的开发工具一般由设备厂商提供，但随着设备规模的不断增大，软件的复杂度也随之增加。目前，它被专门的软件公司和设备制造商用来推出强大的设计软件。以下是主要的设备制造商和开发工具。

altera:90年代以来发展很快。主要产品有:MAX3000/7000，FELX6K/10K，APEX20K，ACEX1K，Stratix等。其开发工具——MAX+PLUS II是一个成功的PLD开发平台，Quartus II开发软件也于近期推出。Altera公司提供多种形式的设计输入手段，并绑定第三方VHDL综合工具，如集成软件FPGA Express、Leonard Spectrum、仿真软件ModelSim等。

②ilinx:FPGA的发明者。产品种类繁多，主要有XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等。最大的Vertex-II Pro设备达到了800万。开发软件是基础和ISE。总的来说，欧洲广泛使用Xilinx，日本和亚太地区广泛使用ALTERA，美国平分秋色。全球超过60%的PLD/FPGA产品由Altera和Xilinx提供。可以说Altera和Xilinx***决定了PLD技术的发展方向。

③ Lattice-Vantis: Lattice是ISP(在系统可编程性)技术的发明者。ISP技术极大地促进了PLD产品的发展。与Altera和Xilinx相比，其开发工具略逊于ALTERA和XILINX。中小型PLD有自己的特点，大规模PLD的竞争力不够强(Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA)。1999年推出可编程模拟器件，1999年收购Vantis(原AMD子公司)成为可编程逻辑器件第三大供应商。2001 65438+2月收购Agere公司FPGA部门(原朗讯微电子部门)。主要产品有ispLSI2000/5000/8000和MACH4/5。

④ACTEL:反熔丝(一次写入)PLD的领导者。反熔丝PLD具有抗辐射、耐高低温、低功耗、高速等特点，在军事和航空航天领域具有很大的优势。ALTERA和XILINX一般不涉及军事和航天市场。

⑤Quicklogic:专业的PLD/FPGA公司，主营一次性反熔丝技术，国内销量很少。

⑥朗讯:主要特点是通信领域使用的专用IP核比较多，但PLD/FPGA并不是朗讯的主营业务，国内也很少有人使用。

⑦ATMEL:中小型PLD做的不错。ATMEL也做了一些兼容Altera和Xilinx的片子，但是质量上和原厂还有一些差距，在高可靠性产品上用的比较少，多用于低端产品。

⑧逻辑清晰:生产与一些著名PLD/FPGA公司兼容的芯片。这种芯片可以一次性固化用户的设计，不可编程，量产成本低。

9、WSI:生产PSD(单片机可编程外围芯片)产品。这是一种特殊的PLD。比如最新的PSD8xx和PSD9xx集成了PLD、EPROM和Flash，支持ISP(在线编程)。它们高度集成，主要用于配合单片机使用。

顺便说一下:PLD(可编程逻辑器件)是一种可以完全替代74系列、GAL和PLA的新型电路。只要你有数字电路基础，会用电脑，就可以开发PLD。PLD的在线编程能力和强大的开发软件使工程师可以在几天甚至几分钟内完成过去几周才能完成的工作，可以将数百万个复杂的设计集成到一个芯片上。PLD技术已经成为发达国家电子工程师的必备技术。

2.5其他EDA软件

(1) VHDL语言:VHSIC硬件描述语言(VHDL)是IEEE的标准设计语言。它起源于美国国防部提出的超高速集成电路(VHSIC)计划，是ASIC设计和PLD设计的主要输入工具。

②Verilog HDL:Verilog公司推出的硬件描述语言，在ASIC设计中等同于VHDL。

③其他EDA软件，如专门用于微波电路设计的工具、电力载波工具、PCB制作和工艺控制，这里就不介绍了。

3 EDA的应用

EDA在教学、科研、产品设计和制造中发挥着重要的作用。在教学上，几乎所有的理工科大学(尤其是电子信息类)都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和原理，掌握用HDL语言编写的规范，掌握逻辑综合的理论和算法，使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证和从事简单系统的设计。通用学习电路仿真工具(如multiSIM，PSPICE)和PLD开发工具(如Altera/Xilinx器件结构和开发系统)为以后的工作打下基础。

在科学研究中，电路仿真工具(multiSIM或PSPICE)主要用于电路设计和仿真；利用虚拟仪器测试产品；CPLD/FPGA器件实际应用于仪器设备；从事PCB设计和ASIC设计。

在产品设计和制造中，包括计算机仿真、EDA工具在产品开发中的应用、系统级仿真和测试环境的模拟、EDA技术在生产线上的应用、产品测试等。比如PCB的制作，电子设备的开发生产，电路板的焊接，ASIC的生产工艺等。

从应用领域来说，EDA技术已经渗透到各行各业，如上所述，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等领域，都有EDA的应用。此外，EDA软件的功能也越来越强大。原来功能单一的软件，现在增加了很多新用途。例如，AutoCAD软件可以用于机械和建筑设计，还可以扩展到建筑装饰和各种效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。

4 EDA技术的发展趋势

从目前的EDA技术来看，其发展趋势是政府重视、广泛使用、应用广泛、工具多样、软件功能强大。

中国的EDA市场已经逐渐成熟。但大部分设计工程师都在PCB制造和小型ASIC领域，只有少部分(约11%)的设计人员开发复杂的片上系统器件。为了与台湾省和美国的设计工程师竞争，中国的设计团队有必要引进和学习一些最新的EDA技术。

在信息通信领域，优先发展高速宽带信息网络、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机和软件技术、第三代移动通信技术、信息管理和信息安全技术，积极探索基于数字技术和网络技术的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助技术(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)、产品数据管理(PDM)、制造资源计划(MRPII)、企业资源管理(ERP)。有条件的企业可以开展“网络制造”，便于协同设计制造，参与国内外竞争。实施“数控”工程和“数字化”工程。自动化仪表发展趋势的测试技术、控制技术、计算机技术和通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信和计算机(M3C)结构。在ASIC和PLD设计中，正朝着超高速、高密度、低功耗、低电压的方向发展。

外围技术与EDA工程结合的市场前景看好，比如组合超大屏的相关连接，多屏技术也有所发展。

中国从1995开始加速发展半导体产业，并建立了多个设计中心，推动一系列设计活动，以应对亚太地区其他EDA市场的竞争。

目前EDA软件开发主要集中在美国。但是各国也在尝试开发相应的工具。日本和韩国有ASIC设计工具，但不对外开放。中国华大集成电路设计中心也提供IC设计软件，但是性能不是很强。相信在不久的将来，会有更多更好的设计工具在各地开花结果。最新统计数据显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域增长最快的两个市场，年增长率分别为50%和30%。

EDA技术发展很快，可以用飞速发展来形容。EDA技术应用广泛，现在已经涉及到各行各业。随着EDA水平的不断提高，设计工具趋于完善。EDA市场越来越成熟，但中国的R&D水平仍然非常有限，仍然需要迎头赶上。