EDA技術創(chuàng)新演化與工程設計應用

EDA技術發(fā)展至今已有30多年歷史。在EDA技術的輔助下，我國電子工程設計水平得到明顯提升，電子產品的應用性能也越來越理想化。本文圍繞電子工程設計的EDA技術展開深入探討，為進一步發(fā)揮EDA技術在電子工程設計中的應用價值略盡綿力。

1 EDA技術的誕生與演變歷程

1.1 EDA技術

EDA(Electronic Design Automation)是電子設計自動化的簡稱，是電子設計與制造技術發(fā)展中的核心。EDA技術是以計算機為工具，采用硬件描述語言的表達方式，對數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)學、圖論、圖形學及拓撲邏輯、優(yōu)化理論等進行科學、有效的融合，從而形成一種電子系統(tǒng)專用的新技術，是計算機技術、信號處理技術、信號分析技術的最新成果。EDA技術的出現(xiàn)不僅更好地保證了電子工程設計各級別的仿真、調試和糾錯，為其發(fā)展帶來強有力的技術支持，并且在電子、通信、化工、航空航天、生物等各個領域占有越來越重要的地位，很大程度上減輕了相關從業(yè)者的工作強度。

1.2 EDA技術的演變歷程

EDA技術近幾年獲得飛速發(fā)展，應用領域越來越廣泛，其發(fā)展過程是現(xiàn)代電子設計技術的重要歷史進程，主要包括以下幾個階段。

1.2.1 早期階段，即CAD(Computer ssistDesign)階段。20世紀70年代左右的社會已經(jīng)存在中小規(guī)模的集成電路，當時人們采用傳統(tǒng)的方式進行制圖，設計印刷電路板和集成電路，不僅效率低、花費大，而且制作周期長。人們?yōu)榱烁纳七@一情況，開始運用計算機對電路板進行PCB設計，用CAD這一嶄新的圖形編輯工具代替電子產品設計中布圖布線這類重復性較強的勞動，其功能包括設計規(guī)則檢查、交互圖形編輯、PCB布局布線、門級電路模擬和測試等。

1.2.2 發(fā)展階段，即CAE(ComputerAssist Engineering Design)階段。20世紀80年代左右，EDA技術已經(jīng)到了一定的發(fā)展和完善階段。由于集成電路規(guī)模逐漸擴大，電子系統(tǒng)變得越發(fā)復雜，為了滿足市場需求，人們開始對相關軟件進行進一步的開發(fā)，在把不同CDA工具合成一種系統(tǒng)的基礎上，完善了電路功能設計和結構設計。EDA技術在此時期逐漸發(fā)展成半導體芯片的設計，已經(jīng)能生產出可編程半導體芯片。

1.2.3 成熟階段。在20世紀90年代以后，微電子技術獲得了突飛猛進的發(fā)展，集成幾千萬乃至上億的晶體管只需一個芯片。這給EDA技術帶來了極大的挑戰(zhàn)，促使各大公司對EDA軟件系統(tǒng)進行更大規(guī)模的研發(fā)，以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術為特點的EDA就此出現(xiàn)，使得EDA技術獲得了極大的突破。

1.3 發(fā)展趨勢

21世紀以來，EDA技術已經(jīng)進入了電子技術的全方位領域。EDA技術讓電子領域的不同學科的界限變得模糊，相互包容，尤其表現(xiàn)在以下幾個方面：實現(xiàn)了以自主知識產權的方式表達和確認電子設計成果;進一步確認了電子行業(yè)產業(yè)領域中軟硬件IP核的地位;大規(guī)模電子系統(tǒng)和IP核模塊已被EDA工具的設計標準單元涵蓋;高效低成本設計技術SOC(Systern-on-Chip)等逐漸成熟。

2 EDA技術的特點

EDA技術是當今電子設計技術最新發(fā)展方向的代表，硬件描述語言HDL為其基本特點，相對于電原理圖，它更全面地展現(xiàn)了硬件電路的特性，具有系統(tǒng)仿真和綜合能力。其具體特點有以下幾點：一是具有現(xiàn)代化特點。為了保證設計方案整體的合理和優(yōu)化，“自頂向下(Top-Down)”是EDA主要采用的一種設計程序，由此可避免在“自底向上(Bottom-up)”設計過程中使局部優(yōu)化和整體結構出現(xiàn)缺陷。二是自動化程度高。在EDA設計過程中，能夠隨時進行不同級的仿真、糾錯和調試，可有效幫助設計者發(fā)現(xiàn)設計初期的錯誤，從而節(jié)省設計工作時間，讓設計者不需顧慮一些具體細節(jié)問題而集中精力在系統(tǒng)開發(fā)上，從而保證設計的低成本、高效率，讓產品的周期縮短，循環(huán)加快。三是設計中HDL存在的優(yōu)點。①寬廣的語言描述能力;②眾多廠商支持、移植性好;③不需要花費與工藝有關的時間和精力;④系統(tǒng)編程與現(xiàn)場編程方便了設計的保存、修改和再利用。四是操作并行。EDA技術的工作環(huán)境是工程框架結構相并行的，可多人一起進行電子系統(tǒng)的設計和開發(fā)。

3 EDA技術在電子工程設計中的應用

EDA技術是一門高速發(fā)展的新技術，在電子工程設計中發(fā)揮著重要作用，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 確定電路設計方案的可行性

為了保證設計方案的可行性，在設計方案確定后，需要通過系統(tǒng)仿真或結構模擬的方式來確定系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)(數(shù)學模型)，從而實現(xiàn)驗證。仿真之后，為了有效判斷正確電路結構設計和性能指標的可行性，將會對構成系統(tǒng)的各電路結構進行模擬分析。在非電專業(yè)的系統(tǒng)設計或是某種新理論、新構思的設計方案中也可應用這種系統(tǒng)仿真技術。

3.2 電路特性的優(yōu)化設計

電子產品元器件的容差與其他同類產品相比要好很多，并且元器件工作環(huán)境溫度如果控制好了，那么電路運行的穩(wěn)定性和安全性就得到了保證。但若使用傳統(tǒng)的電子工程設計方案，對元器件的容差、工作的環(huán)境溫度就很難進行全面分析，而EDA技術所提供的統(tǒng)計分析功能和溫度分析功能就能有效地應用到此處，溫度分析以及統(tǒng)計分析功能能夠精確地確定元器件的最佳參數(shù)、電路結構，能使元器件自身性能提高，從而調整與工作環(huán)境溫度的相適應性，這樣就能夠有效地保證最佳的元器件容差和最好的工作環(huán)境溫度。因此，EDA技術能夠優(yōu)化電子工程設計方案，提高電子產品的使用質量。

3.3 電路特性的有效分析

電路特性的有效分析是EDA技術中一項非常重要的內容，在所有的電子工程設計中，數(shù)據(jù)測試和特性分析是所有理論分析建立的基礎。在實際設計的過程中，傳統(tǒng)方式受到技術和硬件方面的限制，測試結果和測試方法還存在諸多不足，電路測試的精確性也受到了影響，進而導致產品的應用性能大打折扣。而EDA技術的引進，能夠使這一系列問題迎刃而解。在電子工程設計中，設計人員完全可以利用EDA技術對產品進行更高精度和更全面的功能測試，還能通過自頂而下(Top-Down)的設計程序，有效避免設計方案的局部差距和結構性差異，從而保證設計方案的整體性與合理性。同時，在設計人員對電路進行設計時，會需要處理大量的多特性分析與數(shù)據(jù)測試工作，在EDA技術的幫助下，設計人員的工作內容將明顯簡化，工作性效率也將得到提升。

4 結語

綜上所述，EDA技術的問世使電子工程設計提升到了新的高度。隨著科學技術的不斷發(fā)展，不斷進步，EDA作為高層次自動化設計技術的發(fā)展方向，其應用前景自然是不可估量的。因此，有關該課題的研究今后仍需繼續(xù)跟進，為充分發(fā)揮出EDA技術的應用價值，推動我國電子工程產業(yè)不斷進步做貢獻。