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EDA技术的发展与应用

1前言

人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。现

代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的

步伐也越来越快，实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以

微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万

个晶体管。后者的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、

计算机技术、智能化技术必威体育精装版成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面

的设计工作：IC设计,电子电路设计,PCB设计。没有EDA技术的支持，想要完成上述超大规

模集成电路的设计制造是不可想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术

提出新的要求。

2EDA技术的发展回顾近30年电子设计技术的发展历程，可将EDA技术分为三个阶段。

七十年代为CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了

手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。

八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设

计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算

机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，

PCB后分析。

九十年代为ESDA阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设

计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDA软件界

面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，

人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是ESDA即电子系统设计自动化。

3ESDA技术的基本特征

ESDA代表了当今电子设计技术的必威体育精装版发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶

向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专

用集成电路(ASIC)实现，然后采用硬件描述语言(HDL)完成系统行为级设计，最后通过综合

器和适配器生成最终的目标器件。这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法，具体流程

参见4.2节。下面介绍与ESDA基本特征有关的几个概念。

3.1“自顶向下”的设计方法

10年前，电子设计的基本思路还是选择标准集成电路“自底向上”(Bottom–Up)的构造

出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔，不仅效率低、成本高而且容

易出错。

高层次设计给我们提供了一种“自顶向下”(Top–Down)的全新设计方法，这种设计方法

首先从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、

纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。然后用综合

优化工具生成具体门电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。

由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这一方面有利于早期发现结构设计上

的错误，避免设计工作的浪费，同时也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成

功率。

3.2ASIC设计

现代电子产品的复杂度日益加深，一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成，

这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题，解决这一问题的有效方法就是采用

ASIC(Application

SpecificIntegrated

Circuits)芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为：全定制ASIC，半定制ASIC，

可编程ASIC(也称为可编程逻辑器件)。

设计全定制ASIC芯片时，设计师要定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则，最后

将设计结果交由IC厂家掩膜制造完成。优点是：芯片可以获得最优的性能，即面积利用率

高、速度快、功耗低。缺点是：开发周期长，费用高，只适合大批量产品开发。

半定制ASIC芯片的版图设计方法有所不同，分为门阵列设计法和标准单元设计法，这两

种方法都是约束性的设计方法，其主要目的就是简化设计，以牺牲芯片性能为代价来缩短开

发时间。

可编程逻辑芯片与上述掩膜ASIC的不同之处在于：设计人员完成版图设计后，在实验室

内就可以烧制出自己的芯片,无须IC厂家的参与，大大缩短了