電子電路設計與仿真工具

EDA技術是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟體系統，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的 最新成果，進行電子產品的自動設計。利用EDA工具，可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。
 

EDA常用軟體

EDA工具層出不窮，目前進入我國並具有廣泛影響的EDA軟體有：protel、MentorPADS、OrCAD、Mentor WG、Mentor EN、allegro、EWB、PSPICE、 Synopsys等等。按主要功能或主要應用場合，大致可分為電路設 計與仿真工具、PCB設計軟體、IC設計軟體、PLD設計工具及其它EDA軟體。

電子電路設計與仿真工具

電子電路設計與仿真工具包括：

SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、Multisim、MMICAD等。下面簡單介紹前三個軟體。

1）SPICE：由美國加州大學推出的電路分析仿真軟體，現在用得較多的是PSPICE6.2，在同類產品中是功能最為強大的模擬和數字電路混合仿真 EDA軟體，它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數據輸出、並在同一窗口內同時顯示模擬與數字的仿真結果。無 論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精確的仿真結果，並可以自行建立元器件及元器件庫。

2）EWB軟體：20世紀90年代初推出 的電路仿真軟體。相對於其它EDA軟體，它是較小巧的軟體(只有16M)。但它對模數電路的混合仿真功能卻十分強大，幾乎100%地仿真出真實電路的結 果，並且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數位訊號發生器、邏輯轉換器和電壓表、電流表等儀器儀表。它的界面直觀，易學 易用。它的很多功能模仿了SPICE的設計，但分析功能比PSPICE稍少一些。

3）MATLAB：它的一大特性是有眾多的面向具體應用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數集用來對圖像信號處理、控制系統設計、神經網絡等特殊應用進行分析和設計。它具有數據採集、報告生成和MATLAB語言編程產生獨立C/C++代碼等功能。

PCB設計軟體

PCB設計軟體種類很多，如Protel/AD、OrCAD、Viewlogic、Cadence PSD、Mentor公司的Mentor EN、Mentor WG以及Mentor PADS等系列。常用的PCB設計軟體還有Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO等等。

先來說說Mentor旗下幾個常用系列工具！

Mentor公司有三個系列的PCB設計工具，分別是：

Mentor EN系列，即Mentor Board Station.

Mentor WG系列，即Mentor Expedition.

還有PADS系列，即PowerPCB.    

上面講到的Mentor PADS，也就是以前的PowerPCB/PowerLogic系列，是低端的PCB軟體中最優秀的一款，其界面友好、容易上手、功能強大而深受中小企業的青睞，在中小企業用戶佔有很大的市場份額。

其他兩個系列Mentor EN系列和Mentor WG系列與Cadence Allegro一樣，都是目前最高端的PCB軟體，像中興、華為這類大型公司都會使用這些高端的設計軟體。

其中，Mentor Expedition（WG系列）是拉線最順暢的軟體，被譽為拉線之王，它的自動布線功能非常強大，布線規則設計非常專業。

Mentor EN系列是從早期UNIX系統移植到Windows系統，也是最專業的PCB工具軟體，但其學習難度較大，自學的話會比較吃力。

PADS系列則相對來說比較簡單易用且上手快，設計靈活，用戶的自由度也非常高，很適合初學者及熱衷於自學的群體。

再來說說Altium公司的Protel和AD。

Protel/AD也有不少高校用戶，它擁有完整的全方位電位設計系統，包含了電原理圖繪製、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計(包含印刷電 路板自動布局布線)，可編程邏輯器件設計、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，並具有Client/Server(客戶/伺服器體系結構，同時還 兼容一些其它設計軟體的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。

最後來談談Cadence Allegro。

Cadence公司擁有Orcad/SPB/PSD等多個系列，三者都是Cadence公司基於capture和allegro的PCB設計套件，區別僅在於軟體配置。

Orcad的配置是低端產品，存在價格低的優點，但是在Orcad中Allegro 的功能比較弱，只有各項基本功能而沒有constrain manager，如果需要SI或者constrain manager呢，就需要另外的增加配置了。

PSD和SPB其實是同一個東西，PSD是Allegro系統互連設計平臺的早期版本，後來新出的版本叫做 SPB，因為改進了設計理念，所以修改了套件包的名稱。

由此大家應該明白了，SPB是Allegro最全功能的版本。

衡量一個軟體的優劣，其中一個很現實的標準就是看它的市場佔有率，也就是它的普及和流行程度.Cadence Allegro現在幾乎成為高速板設計中實際上的工業標準，被很多大型電子通信類公司採用，因此掌握Cadence Allegro對求職有實質的幫助；另外其學習資源也比較豐富，比較適合自學。

現在Cadence公司的系列產品有：Cadence SPB16.2, Cadence SPB16.0, Cadence SPB 15.7, Cadence SPB15.5, Cadence SPB15.2等。板級電路設計系統。

Cadence Allegro現在幾乎成為高速板設計中實際上的工業標準，其學習資源也比較豐富，比較適合自學。

曾經有人這麼評價Cadence：

「Cadence是高速板設計中實際上的工業標準。無論哪一方面都超牛。Cadence PCB Layout工具絕對一流，稍微熟悉一點後就不再想用其他工具了，布線超爽。仿真方面也是非常的牛，有自己的仿真工具，信號完整性仿真，電源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢佔據著霸主地位。要知道這個世界上60%的電腦主板40%的手機主板可都是拿Allegro畫的。」

IC設計軟體

IC設計工具很多，其中按市場所佔份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。

1）設計輸入工具：像Cadence的composer，viewlogic的viewdraw，硬體描述語言VHDL、Verilog HDL是主要設計語言，許多設計輸入工具都支持HDL。另外像Active—HDL和其它的設計輸入方法，包括原理和狀態機輸入方法，設計 FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設計的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開發工具，Modelsim FPGA等。

2）設計仿真工作：EDA工具的一個最大好處是可以驗證設計是否正確，幾乎每個公司的EDA 產品都有仿真工具。

Verilog—XL、NC—verilog用於Verilog仿真，Leapfrog 用於VHDL仿真，Analog Artist用於模擬電路仿真。Viewlogic的仿真器有：viewsim門級電路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCS— verilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech 出品的VHDL和Verilog雙仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS(VHDL仿真器)。現在的趨勢是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗證的工具。

3）綜合工具：綜合工具可以把HDL變成門級網表。這方面Synopsys工具佔有較大的優勢，它的Design Compile是綜合的工業標準，它還有另外一個產品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。此外，美國還出了一家軟體叫Ambit，比Synopsys的軟體更有效，可以綜合50萬門的電路，速度 更快。不過Ambit已被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來的綜合軟體Synergy。

隨著FPGA設計的規模越來越大，各EDA 公司又陸續開發了用於FPGA設計的綜合軟體，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express，Cadence的Synplity，Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟體佔了市場的絕大部分。

4）布局和布線：在 IC設計的布局布線工具中，Cadence軟體是比較強的，它有很多產品，用於標準單元、門陣列已可實現交互布線。最有名的是Cadence spectra，它原來是用於PCB布線的，後來Cadence把它用來作IC的布線。

其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble—標準單元布線器;Gate Ensemble—門陣列布線器;Design Planner—布局工具。其它各EDA軟體開發公司也提供各自的布局布線工具。

5）物理驗證工具：物理驗證工具包括版圖設計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。

6）模擬電路仿真器：前面講的仿真器主要是針對數字電路的，對於模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。只不過是選擇不同公司的 SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE現在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，最好最準的當數HSPICE，作為IC設計，它的模型最 多，仿真的精度也最高。

PLD設計工具

PLD(Programmable Logic Device)是一種由用戶根據需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設計方法是藉助於EDA軟體，用原理圖、狀態機、布爾表達式、硬體描述語言等方法，生成相應的目標文件，最後用編程器或下載電 纜，由目標器件實現。生產PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為ALTERA、Xilinx和Lattice公司。

PLD的開發工具一般由器件生產廠家提供，但隨著器件規模的不斷增加，軟體的複雜性也隨之提高，目前由專門的軟體公司與器件生產廠家合作，推出功能強大的設計軟體。

PLD(可 編程邏輯器件)是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數字電路基礎，會使用計算機，就可以進行PLD的開發。PLD的在線編程能力和強大的開發軟體，使工程師可以在幾天，甚至幾分鐘內就可完成以往幾周才能完成的工作，並可將數百萬門的複雜設計集成在一顆晶片內。PLD技術在發達國家已成為電子工程師必備的技術。

PLD生產及開發工具：

1）ALTERA—20世紀90年代以後發展很快，後被英特爾收購。主要產品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發工具—MAX+PLUS II是較成功的PLD開發平臺，最新又推出了Quartus II開發軟體。Altera公司提供較多形式的設計輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟體FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟體ModelSim。

2）XILINX—FPGA的發明者。產品種類較全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的 Vertex—II Pro器件已達到800萬門。開發軟體為Foundation和ISE。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在亞太地區用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以講Altera和Xilinx共同決定了PLD 技術的發展方向。

3）Lattice—Vantis Lattice是ISP（In—System Programmability）技術的發明者，ISP技術極大地促進了PLD產品的發展，與ALTERA和XILINX相比，其開發工具比Altera 和Xilinx略遜一籌。中小規模PLD比較有特色，大規模PLD的競爭力還不夠強(Lattice沒有基於查找表技術的大規模FPGA)，1999年推出可編程模擬器件，1999年收購Vantis(原AMD子公司)，成為第三大可編程邏輯器件供應商。2001年12月收購Agere公司(原 Lucent微電子部)的FPGA部門。主要產品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

4）ACTEL—反熔絲(一次性燒寫)PLD的領導者，由於反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，所以在軍品和宇航級上有較大優勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。

5）Quicklogic—專業PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區銷售量不大。

6）Lucent—主要特點是有不少用於通訊領域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業務，在中國地區使用的人很少。

7）ATMEL—已被Microchip收購，中小規模PLD做得不錯。ATMEL早年也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產品中使用較少，多用在低端產品上。

8）Clear Logic—生產與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的晶片，這種晶片可將用戶的設計一次性固化，不可編程，批量生產時的成本較低。

9）WSI—生產PSD(單片機可編程外圍晶片)產品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，並支持ISP(在線編程)，集成度高，主要用於配合單片機工作。

其它EDA軟體

1）VHDL語言超高速集成電路硬體描述語言(VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt，簡稱VHDL)，是IEEE的一項標準設計語言。它源於美國國防部提出的超高速集成電路(Very High Speed Integrated Circuit，簡稱VHSIC)計劃，是ASIC設計和PLD設計的一種主要輸入工具。

2）Veriolg HDL  是Verilog公司推出的硬體描述語言，在ASIC設計方面與VHDL語言平分秋色。

3）其它EDA軟體如專門用於微波電路設計和電力載波工具、PCB製作和工藝流程控制等領域的工具，在此就不作介紹了。

在文章結束即將結束前，再介紹一下Saber軟體！

Saber 是混合信號、混合技術設計與驗證工具，在電力電子、數模混合仿真、汽車電子及機電一體化領域得到廣泛應用。Saber軟體在技術、理論及新產品開發方面保 持明顯優勢，其大量的器件模型、先進的仿真技術和精確的建模工具為客戶提供了全面的系統解決方案，在並在技術方面不斷地完善創新。

Saber 的建模工具運用廣泛，有可用於電源、機電、磁、熱、負載等各種建模工具。Saber也有獨特的設計與驗證方法：「自頂向下」(Top- Down Design)設計與「自下而上」(Bottom-Up)仿真驗證方法。在作了建模方法演示、混合技術設計方法演示、線纜設計(從電氣設計到線纜生產)流 程演示後，Johnson演示了單故障模式仿真調試;關鍵參數與非關鍵參數的多故障模式仿真調試，顯示了Saber仿真器Testify的強大功能。

Saber的典型案例是航空器領域的系統設計，其整個設計過程包含了機械技術、電子技術、液壓技術、燃油系統、娛樂系統、雷達無線技術等複雜的混合技術設計與仿真。從航空器、輪船、汽車到消費電子、電源設計都可以通過Saber來完成。

在開關電源設計中，如果有變壓器，saber仿真是最好的，變壓器模型比較全。

責任編輯：lq

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