EDA技术基础教程

会计学1EDA技术基础教程EDA技术的知识体系EDA技术内容丰富，主要可以划分为三个层次：

EDA技术

ASIC和SoC设计

硬件描述语言HDL，如VHDL

EDA工具软件的使用

第1页/共67页1.1.2EDA技术的发展1、70年代：计算机辅助设计CAD计算机辅助计算2、80年代：计算机辅助工程CAE计算机绘图，如PROTEL3、90年代以后：EDAEDA技术：是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，以HDL为手段为系统逻辑描述完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线)，以及逻辑优化和仿真调试，直至实现既定的电子线路系统功能。HDL：HardwareDescriptionLanguage硬件描述语言第2页/共67页1.1.3EDA技术的重要性20世纪90年代以后，EDA技术的发展使现代电子产品正在以前所未有的革新速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化迅速发展。集成电路的设计不断向超大规模、极低功耗和超高速的方向发展；专用集成电路ASIC的设计成本不断降低，在功能上，现代的集成电路已能实现单片电子系统SOC(SystemOnaChip)的功能。第3页/共67页1.2EDA技术的作用与特点 1.2.1EDA技术的基本作用：1.电子系统设计的方案验证2.电子电路的优化设计3.电路性能的仿真分析第4页/共67页1.3EDA技术的设计方法与应用1.3.1EDA技术的设计方法：

EDA技术采用的设计思想：自顶向下（Toptodown）。

传统的设计方法是自底向上（Bottom-Up）的构造出一个新的系统，如同一砖一瓦地建造金字塔，效率低且成本高。

第5页/共67页 传统设计方法：Bottom-up，基于电路板的设计方法固定功能元件电路板设计完整系统构成系统功能需求输入输出第6页/共67页传统设计方法的缺点

1.设计依赖于设计师的经验。

2.设计依赖于现有的通用元器件。

3.设计后期的仿真不易实现和调试复杂。

4.自下而上设计思想的局限。

5.设计实现周期长，灵活性差，耗时耗力，效率低下。

第7页/共67页系统规格设计功能级描述功能级仿真逻辑综合、优化、布局布线定时仿真、定时检查输出门级网表ASIC芯片投片、PLD器件编程、测试ASIC:ApplicationSpecificIntegratedCircuitsPLD:ProgrammableLogicDevices自顶向下设计方法第8页/共67页

EDA技术的设计方法可分为：系统级、电路级和物理或芯片级。

物理级：IC板图的设计系统级：面向大型复杂的电子产品电路级：具体的电路或单元，它是电子设计系统构成的基础，常用的EDA多属于电路级设计。第9页/共67页1电路级设计电子工程师确定设计方案的基础上，选择实现该方案的合适的元器件，根据电路指标设计原理图，并进行电路的功能仿真，包括故障分析、交直流分析和瞬态分析等等。后仿真,电路性能的仿真，主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性，尽早的发现缺陷和问题并进行修改。第10页/共67页2系统级设计 系统级设计是一种概念驱动式设计。设计人员无须通过原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述。 由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以集中精力于概念的构思和方案设计上面。再以描述语言把概念构思输入计算机，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成设计。第11页/共67页1.3.2EDA技术的应用

EDA技术贯穿于整个电子产品开发的全过程，应用领域:

从低频电路到高频电路、从线性电路到非线性电路、从模拟电路到数字电路、从分立元件到集成电路的各方面。

第12页/共67页EDA涉及的领域：

包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA

技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。第13页/共67页EDA技术的应用第14页/共67页1.4.1常用的EDA软件 常用的EDA软件可分为： 电路设计与仿真软件、PCB设计软件、IC和PLD设计软件第15页/共67页电子电路设计与仿真软件

SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis） SPICE可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。SABER：外围电路的分析软件。结构上采用硬件描述语言和单内核混合仿真方案。价格昂贵，使用较少。第16页/共67页Multisim：EWB(ElectronicWorkbench,电子工作平台)的新版本。适用于板级的模拟∕数字电路板的设计工作。目前国内常用的Multisim2001版本，功能强大，对计算机配置要求不高。Matlab：一种动态系统设计、仿真和分析的可视化设计软件。第17页/共67页PCB设计软件PCB(PrintedCircuitBoard)ProtelPowerPCB第18页/共67页1.4.2本书选用的EDA软件典型的EDA软件主要实现三项任务：电路原理图的创建、混合信号的仿真和PCB的设计。 本书EDA软件:Multisim2001和Protel2004 Multisim：侧重在电路的仿真分析 Protel：侧重电路原理图设计和PCB板设计第19页/共67页

第2章multisim2001系统第20页/共67页2.1multisim2001系统简介

第21页/共67页Multisim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本，是该公司电子线路仿真软件EWB（ElectronicsWorkbench，虚拟电子工作台）的升级版。第22页/共67页Multisim2001用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。Multisim2001是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。第23页/共67页Multisim2001的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。第24页/共67页Multisim2001具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。第25页/共67页Multisim2001可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有第26页/共67页元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。Multisim2001有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外，EWB还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化第27页/共67页软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和VerilogHDL语言的电路仿真与设计。利用Multisim2001可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便第28页/共67页；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。第29页/共67页2.2multisim的基本界面

第30页/共67页元器件栏暂停/恢复开关启动/停止开关菜单栏工具栏电路工作区图2.2.1multisim的主窗口第31页/共67页

2.2.2multisim菜单栏multisim2001有9个主菜单，如图1.2.2所示，菜单中提供了本软件几乎所有的功能命令。

文件窗口显示仿真工具帮助编辑放置传输选项图2.2.2multisim2001的9个主菜单第32页/共67页2.2.3multisim工具栏

新建存盘复制打印放大元件仪表分析

HDL传输报告后处理仿真器元器件编辑缩小帮助粘贴剪切打开

第33页/共67页2.2.4multisim的元器件库

基本器件库晶体管库

TTL器件库混合集成电路库指示器件库控制器件库机电类器件库电源/信号源库二极管库模拟集成电路库CMOS器件库数字器件库其他器件库射频元器件库第34页/共67页电源/信号源库 电源库中共有30个电源器件，有为电路提供电能的功率电源，有作为输入信号的各式各样的信号源及产生电信号转变的控制电源，还有1个接地端和1个数字电路接地端。 Multisim把电源类的器件全部当作虚拟器件，因而不能使用Multisim中的元件编辑工具对其模型及符号等进行修改或重新创建，只能通过自身的属性对话框对其相关参数直接进行设置。在将电路文件输出给PCB版图设计等程序时，不输出电源。第35页/共67页基本元器件库

基本元器件库中包含现实元件箱22个，每个现实元件箱中又存放着若干个与现实元件一致的仿真软件供选用。还有7个虚拟元件箱，其中的元件不需要选择，而是直接调用，然后再通过其属性对话框设置其参数值。不过，在选择元件是还是应该尽量到现实元件箱中去选取，这不仅是因为选用现实元件能使仿真更接近于现实情况，还在于现实的元件都有元件封装标准，可将仿真后的电路图直接转换成PCB文件。但在选取不到某些参数或要进行温度扫描活参数扫描分析时，就要选用虚拟元件。第36页/共67页基本元器件库第37页/共67页二极管库

二极管库中包含着11个元件箱，虽然仅有一个虚拟元件箱，但发光二极管元件箱存放的是交互式元件，其处理方式也基本等同于虚拟元件。二极管库中的虚拟器件的参数是可以任意设置的，非虚拟元器件的参数是固定的，但可选择。第38页/共67页晶体管库 晶体管库中共有33个元件箱，其中17个现实元件箱中存放着Generic等世界著名晶体管制造厂商的众多晶体管元件模型，都有较高的精度。还有16个虚拟元件箱，虚拟元件箱中的虚拟晶体管相当于理想晶体管。可以通过打开其属性对话框对模型参数进行修改，修改后的模型只能本次使用，对库中已有的模型没有影响。第39页/共67页第40页/共67页模拟元器件库 模拟集成电路库包含9种运算放大器。模拟集成电路库中的虚拟器件的参数是可以任意设置的，非虚拟元器件的参数是固定的，但可选择。第41页/共67页TTL元器件库第42页/共67页CMOS元器件库第43页/共67页混杂数字器件库

数字元件库中的TIL元件箱就是把常用的数字元件按照其功能存放的，不过它们都是虚拟元件，不能转换成版图文件。第44页/共67页混合元器件库

混合集成电路库中存放着6个元件箱，其中尽管ADC_DAC元件箱没有绿色衬底，但仍属于虚拟元件。第45页/共67页混杂部件库第46页/共67页控制部件库 控制器件库共有12个常用的控制模块，虽然这些控制模块没有绿色衬底，但仍属于虚拟元件，既不能改动其模型，只能在其属性对话框中设置相关参数。控制器件库包括乘法器、除法器等控制用器件。第47页/共67页数字多用表瓦特表示波器字信号发生器逻辑转换器失真度分析仪网络分析仪函数信号发生器波特图仪逻辑分析仪频谱分析仪图1.2.19仪器仪表库的图标及功能2.2.5multisim仪器仪表库

第48页/共67页2.3仪器仪表的使用

第49页/共67页2.3.1数字多用表（Multimeter）

数字多用表是一种可以用来测量交直流电压、交直流电流、电阻及电路中两点之间的分贝损耗，自动调整量程的数字显示的多用表。用鼠标双击数字多用表图标，放大的数字多用表面板图如图2.3.1所示。第50页/共67页数字显示口

交直流选择正端

档位选择

参数设置

负端图2.3.1数字多用表面板图第51页/共67页2.3.2函数信号发生器（FunctionGenerator）

函数信号发生器是可提供正弦波、三角波、方波三种不同波形的信号的电压信号源。用鼠标双击函数信号发生器图标，放大的函数信号发生器的面板图如图2.3.2所示。第52页/共67页函数信号发生器其输出波形、工作频率、占空比、幅度和直流偏置，可用鼠标来选择波形选择按钮和在各窗口设置相应的参数来实现。频率设置范围为1Hz～999MHz；占空比调整值可从1％～99％：幅度设置范围为1μV～999kV；偏置设置范围为一999kV～999kV。第53页/共67页正弦波三角波方波频率占空比幅度偏置

正端地负端图2.3.2函数信号发生器的面板图第54页/共67页1.3.3示波器（Oscilloscope）

示波器用来显示电信号波形的形状、大小、频率等参数的仪器。用鼠标双击示波器图标，放大的示波器的面板图如图1.3.3所示。第55页/共67页图1.3.3示波器的面板图第56页/共67页示波器面板各按键的作用、调整及参数的设置与实际的示波器类似。1.时基（Timebase）控制部分的调整（1）时间基准X轴刻度显示示波器的时间基准，其基准为0.1ns／Div～1s／Div可供选择。第57页/共67页（2）X轴位置控制X轴位置控制X轴的起始点。当X的位置调到0时，信号从显示器的左边缘开始，正值使起始点右移，负值使起始点左移。X位置的调节范围从一5.00～＋5.00。第58页/共67页（3）显示方式选择显示方式选择示波器的显示，可以从“幅度／时间（Y／T）”切换到“A通道／B通道中（A／B）”、“B通道／A通道（B／A）”

或“Add”方式。①Y／T方式：X轴显示时间，Y轴显示电压值。②A／B、B／A方式：X轴与Y轴都显示电压值。③

Add方式：X轴显示时间，Y轴显示A通道、B通道的输入电压之和。第59页/共67页2.示波器输入通道（ChannelA/B）的设置（1）Y轴刻度Y轴电压刻度范围从10μV／Div～5kV／Div，可以根据输入信号大小来选择Y轴刻度值的大小，使信号波形在示波器显示屏上显示出合适的幅度。第60页/共67页（2）Y轴位置(