EDA技术简介
EDA技术简介
电子设计技术的核心就是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、智能化技术最新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，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。EDA 技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。70年代为计算机辅助设计(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。80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。与CAD相比，CAE除了有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。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。90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段。
一、EDA技术的基本特征
EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，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。下面介绍与EDA基本特征有关的几个概念。
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用标准集成电路“自底向上”地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。
高层次设计是一种“自顶向下”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络表，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，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。
2．ASIC设计现代电子产品的复杂度日益提高，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和可编程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厂家去进行掩模制造，做出产品。这种设计方法的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，而缺点是开发周期长，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模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，大大缩短了开发
周期。
可编程逻辑器件自70年代以来，经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中CPLD/FPGA属高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门/片，它将掩模ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易地转由掩模ASIC实现，因此开发风险也大为降低。
上述ASIC芯片，尤其是CPLD/FPGA器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。
3.硬件描述语言硬件描述语言（HDL）是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输入500至1000个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“A=B＋C”即可。而且VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言，如ABEL、HDL、AHDL，由不同的EDA厂商开发，互不兼容，而且不支持多层次设计，层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上不足，1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL，1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准（IEEESTD－1076）。
VHDL是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述，因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能，整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL还具有以下优点：(1)VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心，将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试，而花较少的精力于物理实现。(2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计，灵活且方便，而且也便于设计结果的交流、保存和重用。(3)VHDL的设计不依赖于特定的器件，方便了工艺的转换。(4)VHDL是一个标准语言，为众多的EDA厂商支持，因此移植性好。
4．EDA系统框架结构EDA系统框架结构(Framework)是一套配置和使用EDA 软件包的规范。目前主要的EDA系统都建立了框架结构，如Cadence公司的DesignFramework，Mentor公司的FalconFramework，而且这些框架结构都遵守国际CFI组织制定的统一技术标准。框架结构能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下，而且还支持任务之间、设计师之间以及整个产品开发过程中的信息传输与共享，是并行工程和自顶向下设计方法的实现基础。
二、EDA技术的基本设计方法
EDA技术的每一次进步,都引起了设计层次上的一次飞跃,图1示出EDA技术设计层次的飞跃。物理级设计主要指IC版图设计，一般由半导体厂家完成，对电子工程师没有太大的意义，因此本文重点介绍电路级设计和系统级设计。
1．电路级设计电路级设计工作流程如图2所示。电子工程师接受系统设计任务后，首先确定设计方案，并选择能实现该方案的合适元器件，然后根据具体的元器件设计电路原理图。接着进行第一次仿真，其中包括数字电路的逻辑模拟、故障分析，模拟电路的交直流分析、瞬态分析。在进行系统仿真时，必须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。
仿真通过后，根据原理图产生的电气连接网络表进行PCB板的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行PCB后分析，其中包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等，并可将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真，也称为后仿真。后仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。
由此可见，电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生前，就可以全面地了解系统的功能特性和物理特性，从而将开发风险消灭在设计阶段，缩短了开发时间，降低了开发成本。
2．系统级设计进入90年代以来，电子信息类产品的开发明显呈现两个特点：一是产品复杂程度提高；二是产品上市时限紧迫。然而，电路级设计本质上是基于门级描述的单层次设计，设计的所有工作（包括设计输入、仿真和分析、设计修改等）都是在基本逻辑门这一层次上进行的，显然这种设计方法不能适应新的形势，一种高层次的电子设计方法，也即系统级设计方法，应运而生。
高层次设计是一种“概念驱动式”设计，设计人员无须通过门级原理图描述电路，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，设计人员可以把精力集中于创造性的方案与概念的构思上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。这样，新的概念就能迅速有效地成为产品，大大缩短了产品的研制周期。不仅如此，高层次设计只是定义系统的行为特性，可以不涉及实现工艺，因此还可以在厂家综合库的支持下，利用综合优化工具将高层次描述转换成针对某种工艺优化的网络表，使工艺转化变得轻而易举。系统级设计的工作流程见图3。首先，工程师按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。其次，输入VHDL代码，这是高层次设计中最为普遍的输入方式。此外，还可以采用图形输入方式（框图，状态图等），这种输入方式具有直观、容易理解的优点。第三步是，将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。第四步是进行代码级的功能仿真，主要是检验系统功能设计的正确性。这一步骤适用大型设计，因为对于大型设计来说，在综合前对源代码仿真，就可以大大减少设计重复的次数和时间。一般情况下，这一仿真步骤可略去。第五步是，利用综合器对VHDL源代码进行综合优化处理，生成门级描述的
网络表文件,这是将高层次描述转化为硬件电路的关键步骤。综合优化是针对
ASIC芯片供应商的某一产品系列进行的，所以综合的过程要在相应的厂家综合
库支持下才能完成。第六步是，利用产生的网络表文件进行适配前的时序仿真，
仿真过程不涉及具体器件的硬件特性，是较为粗略的。一般的设计，也可略去这
一仿真步骤。第七步是利用适配器将综合后的网络表文件针对某一具体的目标器
件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、布局布线。第
八步是在适配完成后，产生多项设计结果：(1)适配报告，包括芯片内部资源利
用情况，设计的布尔方程描述情况等；(2)适配后的仿真模型；(3)器件编程文件。
根据适配后的仿真模型，可以进行适配后的时序仿真，因为已经得到器件的实际
硬件特性（如时延特性），所以仿真结果能比较精确地预期未来芯片的实际性能。
如果仿真结果达不到设计要求，就需要修改VHDL源代码或选择不同速度和品质
的器件，直至满足设计要求；最后一步是将适配器产生的器件编程文件通过编程
器或下载电缆载入到目标芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量产品开发，则通过
更换相应的厂家综合库，轻易地转由ASIC形式实现。
综上所述，EDA技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，
每年都有新的EDA工具问世。广大电子工程人员掌握这一先进技术，这不仅是提
高设计效率的需要，更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。
一般而言，电子产业主要包括通信工业、信息产业、半导体工业、电子零组件工业、消费性电子工业、光电及仪表工业等。高度发达的信息化社会发展离不开现代电子产品的进步。现代电子产品在性能、电路复杂度和规模上都在不断地提高，而其上市时间也在不断缩短。生产制造技术和电子设计技术的发展是实现现代电子产品进步的主要原因。前者以微细加工技术为代表，其工艺已进展到深亚微米阶段，可在很小的矽芯片上集成数千万甚至上亿个晶体管；後者的核心就是EDA（电子设计自动化）技术。EDA包括PCB设计、MCM设计、嵌入式设计、PLD/FPGA设计、标准IC 设计、ASIC设计、系统芯片设计、ASSP设计、系统设计等等。EDA是电子产品设计的起点，借助EDA技术可加速设计的完成。甚至，VLSI（超大规模集成电路）的生产制造不借助EDA技术是不可能完成的。同时，生产制造技术的不断进步又必将刺
激著EDA工具的发展。
目前，半导体工业是现代EDA 行业增长的主要推动力量，消费类产品系统制造商是EDA供应商的最重要客户，它们的技术需求和经济需求直接影响 EDA行业的兴衰。
国内绝大多数的企业是从事整机系统设计和生产的，绝大多数电子产品处於低端，所以多数企业扮演著为国外IC厂商打工的角色。即便是国内少有的几家IC设计和生产企业，在技术上也要落後国外一到两代，其产业规模远没有形成。这种脆弱的规模经济模式，因其产品附加值极低，致使诸多产量世界第一的产品并未为企业带来可观的收益。因此我们要掌握EDA技术，以利於开发更多自主的电子产品。
二、历史背景
三十多年来，EDA技术经历了计算机辅助设计CAD(Computer Assist Design) 、计算机辅助工程设计CAE(Computer Assist Engineering Design)和电子系统设计自动化ESDA(Electronic System Design Automation)三个发展阶段。
20世纪70年代，随著中小规模集成电路的出现和应用，传统的手工制图设计PCB 和IC的方法已无法满足设计精度和效率的要求，人们开始借助计算机二维平面图形编辑与分析工具进行IC版图编辑和PCB布局布线，从而产生了CAD的概念。受当时计算机工作平台的制约，CAD所支持的设计工作有限且性能比较差。
20世纪80年代为CAE阶段。与CAD相比，CAE增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网表将两者结合在一起，以实现工程设计。其主要功能包括∶原理图输入、逻辑仿真、电路分析、自动布局布线以及PCB後分析。但是，大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂电子系统设计的要求，而且具体化的元件图形制约著优化设计。
20世纪90年代为ESDA阶段。尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但在整个设计过程中，自动化和智能化程度不高。各种EDA软件互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。於是，设计师逐步从使用硬件转向设计硬件，从电路级电子产品开发转向系统级电子产品开发。
ESDA工具便是以系统级设计为核心，包括系统行为级描述与结构级综合、系统仿真与测试验证、系统划分与指标分配、系统决策与文件生成等一整套的电子系统设计自动化工具。ESDA技术的出现，极大地提高了系统设计的效率，使设计师摆脱了大量的辅助设计工作，把精力集中於创造性的方案与概念构思上，从而极大地提高了设计效率，并缩短了产品的研制周期。
三、现代EDA技术的构成
ESDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特徵是设计人员按照“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，然後采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最後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。下面介绍几个与ESDA基本特徵有
关的概念。
1.物理工具和逻辑工具
EDA物理工具用来完成设计中的实际物理问题，如芯片布局、印刷电路板布线等。逻辑工具是基於网表、布尔逻辑、传输时序等概念，首先由原理图编辑器或硬件描述语言进行设计输入，然後利用EDA系统完成综合、仿真、优化等过程，最後生成物理工具可以接受的网表或VHDL、Verilog-HDL的结构化描述。
2.Top-down和并行设计方法
现代EDA主要采用并行工程和Top-down（自上而下）的设计方法。
传统的电子设计思路是选择标准集成电路Bottom-Up（自底向上）地构造一个新的系统，这样的设计方法不仅效率低、成本高而且还容易出错。Top-down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VHDL、Verilog HDL对系统行为进行描述，并对系统进行验证，最後再用逻辑综合优化工具生成具体的门电路网表，这样其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由於设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利於早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且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。
传统的串行设计方法是把设计项目划分成许多个可以操作的小块，逐块加以解决。而新的设计方法与传统串行设计方法不同，它要求在网络化的环境下，配备设计进程管理器（服务器）和多个设计客户终端，允许多个设计人员同时在同一公用的数据库平台上，开展并行的设计，软件工具能自动地协调对设计所做的修改，解决因为修改引起的冲突。
3.ASIC和PLD
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专用集成电路ASIC (Application Specific Integrated 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。
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，最後将设计结果交由IC厂家掩膜制造完成。这样的芯片可以获得最优的性能，但开发周期长，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与全定制的有所不同，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以缩短开发时间。
可编程ASIC也叫PLD（可编程逻辑器件）。当设计人员完成PLD版图设计後，在实验室内就可以烧制出自己的芯片，而无须IC厂家的参与。PLD自七十年代以来，经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中CPLD/FPGA属高密度可编程逻辑
器件，它将掩膜ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，大大缩短了开发周期，加速了上市时间，特别适合产品的样品开发和小批量生产；而当市场扩大时，它也可以很容易的转由掩膜ASIC实现，因此开发风险也大为降低。
上述ASIC芯片，尤其是CPLD/FPGA器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。
4.HDL
HDL（硬件描述语言）是一种用於设计电子硬件系统的计算机语言。它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。1985年美国国防部正式推出了VHDL(超高速集成电路硬件描述语言)， 1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准（IEEE
STD-1076）。VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能，整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL是目前ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具。另一种与VHDL语言平分秋色的硬件描述语言是Veriolg HDL。
四、EDA技术的基本设计方法
EDA技术研究的对象是电子设计的全过程，有电路级、芯片级、系统级和物理实现级等不同层次的设计。
电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生之前，就可以全面地了解系统的功能特性和物理特性，从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段，不仅缩短了开发时间，也降低了开发成本。在电路级设计中，工程师接受设计任务後，首先确定设计方案，同时选型，然後根据具体器件来设计电路图。接著进行数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析的仿真（Simulation），这属於设计的第一次仿真。第一次仿真主要是检验设计方案的功能正确性。仿真通过後，根据原理图产生的电气连接网表进行PCB板的自动布局布线。而在制作 PCB 板之前还可以进行後分析，包括热分析、噪声及串扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等。最後进行第二次仿真，这一次仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可行性。
电路级设计本质上是基於门级描述的单层次设计，设计的所有工作都是在基本逻辑门这一层次上进行的。随著电子产品的复杂度增加和上市时间紧迫，电路级设计方法已不能适应。从而出现了高层次的电子设计方法──系统级设计方法。系统级设计是同工业化生产密切相关的行业，它按照市场需求或目标需求开发和生产电子整机产品。系统级设计是概念级的电子产品设计，包括硬件和软件的共同设计，对设计进行分割和编写规范。对需要完成的产品作出更加准确的定义，能使管理人员更加清楚地了解项目的范围、难易程度和费用。相对於电路级设计，设计人员在系统级设计中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。由於摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中於创造性的概念构思与方案上。这样，
新的概念得以迅速有效地成为产品，大大缩短了产品的研制周期。
芯片设计是指集成电路、超大规模集成电路、高端 ASIC的研发和生产。众所周知，芯片级设计是高技术、高投入、高风险、高回报的行业。可以说，谁掌握著芯片设计的主动权，谁就会主导和影响整个世界电子工业和信息产业的发展。而当今的形势是世界上最先进的芯片设计和生产市场都掌握在美国人手中。
物理级设计主要指ＩＣ版图设计，通常由半导体厂家完成，一般与电子工程师关系不大。
五、主流厂商及其EDA工具
EDA技术在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥著巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工类高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、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并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如EWB、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统），为今後工作打下基础。科研方面主要利用电路仿真工具（EWB或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC 的流片过程等。从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，包括在机械、电子、通信、航空航天、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA有应用。
美商Cadence、Mentor Graphics、Synopsys主宰著EDA行业，是公认的行业三巨头。Cadence独领芯片设计市场风骚；Synopsys在逻辑综合上技压群雄；Mentor领导验证工具市场；较小的公司通过在利基市场（Niche Markets）扮演重要角色而获得成功。例如Zuken是日本的一家老牌EDA公司，它提供的各种工具帮助印制电路板设计商处理各种机电问题，Zuken在PCB/MCM整机系统级设计领域连续多年市场占有率第一。而Cadence和Mentor Graphics才刚刚开始处理这些问题。澳商Altium公司在美国市场的销售方面，领先亚洲（不包括日本）的各家公司；它还支持PCB设计商，并把它的工程和销售工作集中在提供各种产品，这些产品帮助工程师设计中低复杂度的产品。Altium是通过收购那些拥有老用户的美国公司（如Protel和PCAD）来发展的。Electronics Workbench（即EWB）是加拿大的一家公司，与Altium服务於同一市场......
EDA工具种类繁多，目前进入国内并具有广泛影响的EDA软件有∶EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel（Altium）、Viewlogic、Mentor Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等等。这些工具都有较强的功能，一般可用於几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时也可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。据调研公司Gartner的调查发现，通信领域是大陆EDA的主要应用领域，而消费电子应用领域的比例是19%。在EDA工具方面，大
陆设计者最常用的为PCB设计，占66%的比例，然後是逻辑综合和时序分析。
下面按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设计软件以及PLD设计工具等进行介绍。
1.电子电路设计与仿真工具
电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；EWB；MATLAB；SystemView；MMICAD 等。下面简单介绍前三个软件。
a）SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代全球应用最广的电路设计软件，并於1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基於SPICE的微机版PSPICE（Personal-SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，工作於Windows环境。可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各部分有不同的窗口。PSPICE发展至今，已被并入OrCAD，成为OrCAD-PSPICE，但PSPICE仍然单独销售和使用，新推出的版本为PSPICE9.1，工作於WIN95/98/NT平台上。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模/数转换、数/模转换等，都可以得到精确的仿真结果。并可以自行建立元器件及元器件库。（欲详细了解PSPICE请登陆https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站）
PSPICE设计工具
b)EWB软件是加拿大Interactive Image Technologies公司在20世纪90年代初推出的电路仿真软件。目前普遍使用的是EWB5.2，相对於其它EDA软件，它是较小巧的软件，但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大。几乎能100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控矽、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路；数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路等等。对於器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的。它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对於电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好，其文件格式可以导出成能被OrCAD或protel读取的格式。新版本MultiSim7还具有I-V分析仪（相当於真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。（欲详细了解EWB请登陆 https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站）。
EWB最新版本MultiSim设计工具
MultiSim示波器的输出波形
c)MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，是由美国Mathworks公司出品的数学计算、系统仿真和设计工具。它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB产品族被广泛地应用於信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。其中MATLAB是 MATLAB 产品家族的基础，它提供了基本的数学算法，例如矩阵运算、数值分析算法，并集成了2D和3D图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提供了一种交互式的高级编程语言－M语言以编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法；MATLAB Compiler能够将那些利用M语言编写的函数文件编译生成为函数库、可执行文件COM组件等，这样就可以使MATLAB能够同高级编程语言例如C/C++语言进行混合应用以提高程序的运行效率与丰富程序开发的手段；Simulink是基於MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如通讯系统、航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、船舶及汽车等等，其中了包括连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等等。（欲详细了解MATLAB系列产品，请登陆https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站）。
2.PCB设计软件
PCB设计的工具很多，如Protel、OrCAD、PowerPCB、Cadence PSD、Mentor Graphics 的Expedition系列；Zuken的CadStart；PCB Studio； TANGO等等。大陆EDA工具主要用於PCB版图、时序分析和逻辑综合，使用最多的是Protel，比台湾市场的领导者OrCAD还多。就连三大PCB工具供应商Mentor、Cadence和Zuken也比Altium 市场份额要小。下面对Protel、OrCAD和Expedition做简单介绍。
a)Protel是Protel公司在20世纪80年代末推出的CAD工具，是PCB设计者的首
选软件。它较早在大陆使用，普及率最高。早期的Protel主要作为印刷板自动布线工具使用，现在普遍使用的是Protel99SE，它是个完整的全方位电路设计系统，包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计（包含印刷电路板自动布局布线），可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如OrCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线，可实现高密度PCB的100%布通率。Protel软件功能强大、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是电路设计和PCB设计。2002年推出的最新版本Protel DXP提供了集成开发环境，支持Top-down设计思想，通过设计文件包的方式将原理图、电路仿真、PCB设计等功能有效得结合；提供了混合电路的仿真功能、丰富的PCB封装库以及全新的FPGA设计功能。（欲详细了解Protel系列产品，请登陆https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站）
b)OrCAD是由OrCAD公司於八十年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的EDA 软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对於其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的。它进入国内是在个人电脑开始普及1994年。早在工作於DOS环境的OrCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的介面友好且直观，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD软件中的首选。在2003年与Cadence公司合并後的产品OrCAD世纪集成版工作於WIN95/NT环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。最新版本OrCAD 10.5让PCB的设计进入更细节阶段。OrCAD 10.5 包括供设计输入的OrCAD CaptureR、供模拟与混合信号仿真用的 PSpiceR A/D Basics，供电路板设计的 OrCAD LayoutR 以及供高密度电路板自动绕线的SPECCTRAR 4U。OrCAD PCB Editor是OrCAD PCB Designer最主要和最强大的核心工具,也是由世界先进的Allegro电路板设计系统所研发。OrCAD PCB Editor是一个用来建立及绘制复杂多层的电路板设计平台。而可扩展的功能选项使它对现今市面上的设计及生产需求都能够和完全符合。（欲详细了解OrCAD产品的读者可登陆https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站）
OrCAD PCB Editor核心工具
OrCAD Layout
c)Metor Graphics公司的Expedition系列工具是复杂PCB设计解决方案，适合於个人独立设计和小型团队设计。从系统的设计、验证，到PCB的布局布图、生产数据的输出，Expedition系列工具高度集成化降低了用户的工作量，加速了设计流程，缩短了产品的开发周期。按照主要功能或应用场合，Expedition系列分为系统设计工具、系统验证工具、布局布线工具以及生产数据管理工具。Expedition PCB是Expedition 系列中优秀的布局布线工具。它将交互设计和自动布线有机地整合起来。设计师可定义所有设计规则，包括高速布线约束，创建板型，布局，交互布线和自动布线，直到加工文件生成。Expedition PCB没有任何设计规模的限制，没有层的限制、器件数量、网线数量和引脚数的限制，从而给设计师最大的设计空间。Expedition PCB的核心Auto Active自动布线器是基於形状的无网格布线器，布线速度极快，布线的可加工性首屈一指。它实现真正的45度自动布线，并完全支持当今各种复杂封装，如BGA、CSP、COB和微过孔、埋孔、盲孔等加工工艺。（欲了解Metor公司其他产品，请登陆https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站
3.IC设计软件
EDA主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等企业所垄断。这三家都是IC设计领域相当有名的软件供应商。其它公司的软件相对来说使用者较少。在IC设计工具方面，按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。以下按用途对IC设计软件作一些介绍。
a)设计输入工具
这是任何一种EDA软件必须具备的基本功能。像Cadence的composer和viewlogic 的viewdraw，硬件描述语言VHDL/Verilog HDL是主要设计语言，许多设计输入工具都支持HDL。另外像Active HDL和其它的设计输入方法，包括原理和状态机（State machine）输入方法，设计FPGA/CPLD的工具大都可作为IC设计的输入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的开发工具以及Modelsim FPGA等。
b)设计仿真工具
我们使用EDA工具的一个最大好处是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。例如Verilog XL、NC verilog用於Verilog仿真，Leapfrog 用於VHDL仿真，Analog Artist用於模拟电路仿真；Viewlogic的仿真器有∶viewsim 门级电路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCS verilog仿真器；Metor子公司Model Tech出品的VHDL/Verilog双仿真器∶ModelSim；Cadence、Synopsys用的是VSS （VHDL仿真器）。现在的趋势是各大EDA公司都逐渐用HDL仿真器作为电路验证的工具。
Metor公司的Expedition PCB
c)综合工具
综合工具可以把HDL变成门级网表。逻辑综合市场由Synopsys支配，该公司在时序分析领域的EDA市场也占一定份额。Synopsys的Design Compiler是逻辑综合的工业标准，它还有另外一个产品叫Behavior Compiler，可以提供更高级的综合。另外美国的另一家软件Ambit也不错，速度更快。Ambit後来被Cadence公司收购，为此Cadence放弃了它原来的综合软件Synergy。随著FPGA设计的规模越来越大，各EDA公司又开发了用於FPGA设计的综合软件，比较有名的有∶Synopsys的FPGA Express；Cadence的Synplity；Mentor Graphics的Leonardo，这三家的FPGA综合软件占了市场的绝大部分。
d)布局和布线工具
在IC设计的布局布线工具中，Cadence软件是比较强的，它有很多产品，用於标准单元、门阵列已可实现交互布线。最有名的Cadence spectra，原来是用於PCB布线的，後来Cadence把它用来作IC的布线。其主要工具有∶Cell3，Silicon Ensemble─标准单元布线器；Gate Ensemble─门阵列布线器；Design Planner─布局工具。其它各EDA软件开发公司也提供各自的布局布线工具。
e)物理验证工具
Modelsim设计软件界面
物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等等。这方面Cadence也是很强的，其Dracula、Virtuoso、Vampire等物理工具有很多的使用者。
Cadence Virtuoso设计平台的Diva物理验证工具
半导体行业的发展趋势
f)模拟电路仿真器
前面讲的仿真器主要是针对数字电路的，对於模拟电路的仿真工具，普遍使用SPICE，这是唯一的选择。只不过可选择不同公司的SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现在被Avanti公司收购了。在众多的SPICE中，最准的当数HSPICE，作为IC设计，它的模型最多，仿真的精度最高。
在ASIC设计中，验证工作占用了相当多的时间，特别是进入深亚微米领域，几乎80%的时间花费在验证上面，平均验证成本已经达到一个项目总费用的70%。针对EDA流程中的这一重要环节，一些有实力的EDA厂商都十分关注对验证工具，尤其是开放式统一验证平台的开发。毫无疑问，开发先进验证技术及工具已经成了EDA 领域的一个热点。
4.PLD设计工具
PLD（Programmable Logic Device）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型∶CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的基本设计方法是借助於EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最後用编程器或下载电缆，由目标器件实现。只要有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。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，甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作，并可将数百万门的复杂设计集成在一颗芯片内。传统的编程技术是将PLD器件插在编程器上进行编程，而“在系统可编程”(ISP，In-System Programmable)逻辑器件的问世，将可编程器件的优越性发挥到了极致。ISP技术直接在用户设计目标系统中或线路板上对PLD器件进行编程的技术。允许用户在系统内编程和修改逻辑，给使用者提供了在不修改系统硬件设计的条件下重构系统的能力和硬件升级能力，使硬件修改变得像软件修改一样方便。目前，PLD已成为现代数字系统设计的主要手段，是发达国家电子工程师必备的技术。
Altera公司的Quartus II 设计软件
现在，FPGA 厂商们正在以 130 nm和90nm以及1/2间距尺寸来制造器件。这些器件不仅使设计师能实现需要100万逻辑门以上的电路，而且还能提供丰富的IP芯核库，可用以缩短开发时间，降低成本。而与此同时，利用同样的130nm和90nm
技术制造的ASIC器件，其NRE（一次性工程）成本却急剧上升。FPGA 结构中没有标准的微处理器芯核，这曾经严重妨碍工程师把这些器件用於嵌入式软件系统中。但是，从130nm工艺节点开始，Altera 公司和Xilinx公司都提供了微处理器核，ARM 公司也有专为 FPGA定制的标准微处理器核可供利用。三种受欢迎的微处理器核，即 Altera 公司的Nios和ARM922T、 Xilinx公司的 PowerPC都使用标准的总线。FPGA 厂商目前提供的产品的密度和速度，令人信服地使IP厂商把他们的产品移植到FPGA上。
当加工尺寸小於90nm时，FPGA和结构化ASIC 市场将会增长而传统的ASIC市场将会下降。而FPGA要在系统设计中广泛运用，最大障碍还是它们的单位成本。即使大批量生产，一个 FPGA 器件的成本也高於用ASIC 或结构化 ASIC 工艺实现的相同设计。但是，伴随每一种工艺技术的使用，开发成本以及与失去市场机会有关的代价正在上升至少一个数量级。同时，ASIC和FPGA之间在器件单位成本方面的差别正在缩小。
生产PLD的器件厂家很多，最有代表性的厂家为Altera、Xilinx、Actel和Lattice 公司。自2004年6月份以来，Actel、Altera、Lattice和Xilinx都推出了各自软件的新版本。PLD/FPGA的开发工具一般由这些器件生产厂家提供，但随著器件规模的不断增加，软件的复杂性也随之提高，目前由专门的软件公司与器件生产厂家合作，推出功能强大的设计软件。下面介绍这些主要器件生产厂家及其开发工具。
Xilinx公司Virtex系列FPGA架构（内嵌IBM PowerPC 405核）
a)Altera
Altera创立於1983年，於上世纪90年代发展很快。它在企业内部开发 FPGA 开发流程中的几乎所有工具，其中包括逻辑综合工具和物理综合工具。逻辑仿真是Altera唯一使用第三方产品的领域。其第一款商业化PLD－Classic器件直到今天还在市场上销售；并分别於1988年和1992年推出了基於乘积项的MAX构架和基於查找表的(LUT)的FLEX构架，进一步拓展了它在行业中的技术领先地位。Altera通过第一代Cyclone系列FPGA建立起来业界最低成本FPGA的地位，2004年6月推出的Cyclone II FPGA继承了这一领先优势，使之成为中低密度ASIC最吸引人的替代产品。在高密度通用应用上，Stratix II FPGA提供了高效的性能。其MAX II CPLD 创建了新的CPLD标准，扩展了Altera 15年的市场领先地位。Quartus II设计软件支持所有 Altera 产品，它是Mentor Graphics 公司 ModelSim 的翻版，但同时支持 Cadence的 Incisive 仿真平台。您还可以将Synplicity公司和Synopsys公司提供的工具与Quartus II中的各种工具一起使用。Quartus II的最新版本引入了时序优化功能和资源优化功能，以及在用户设计周期内对用户进行指导，是当前用於CPLD、FPGA和结构化ASIC设计的最易使用和功能最强大的设计软件。多种IP 核组成的IP库，包括Nios II处理器，给予用户强大的竞争优势。Altera公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDL综合工具，如∶综合软件FPGA Express、Leonardo Spectrum，仿真软件ModelSim。Altera业界领先的FPGA，CPLD 和结构化ASIC 产品已经获得传统市场的广泛接受，并且迅速进入许多新的应用领域。（欲详细了解Altera公司产品的读者请登陆https://www.360docs.net/doc/249055262.html,网站）
Synplicity公司的FPGA逻辑综合工具