EDA技术的发展与应用
EDA技术发展与应用
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EDA技术的发展趋势与应采取的对策
EDA技术的发展趋势与应采取的对策
一、EDA技术发展趋势
1、深度学习和机器学习的发展催生了自动化电子设计自动化（EDA）技术的发展，使其能够利用复杂的算法在更大的数据量上进行大规模的设计服务。
2、为了解决EDA技术存在的复杂性和低效问题，越来越多的科学家和工程师正在开发新的解决方案，包括采用虚拟现实和增强现实技术，提高EDA设计的效率和准确性。
3、随着芯片技术的发展，EDA技术也逐步实现了芯片设计领域的深度结合，使EDA技术在芯片设计中更加准确、可靠、安全。
4、随着对EDA开发的不断需求，EDA技术在芯片设计与智能嵌入式设备领域的应用也日益增多，为企业提供了更多的智能化解决方案。
5、未来，EDA技术将在数字产品开发中发挥重要作用，同时也将会有更多新的技术和解决方案加入到EDA领域中，以满足不断增长的芯片设计需求。
1、应加强EDA技术在行业应用的推广，提升企业的产品质量，为企业带来更多额外的收益。
2、加强与芯片设计领域的技术研究与结合，改进传统的EDA模型，实现更高的设计效率和可靠性。
3、利用现有的增强现实和虚拟现实技术。
EDA现状及发展趋势
EDA现状及发展趋势
一、EDA现状
目前，EDA已成为成为智能分析平台的关键技术，它是基于数据挖掘
和关联规则技术的一种新兴体系，用于为企业提供更好的决策信息。
目前，EDA技术主要有以下应用：
（1）数据挖掘。
根据大数据，结合机器学习技术，运用EDA技术可
以实现数据挖掘，从中提取出与业务相关的规律和观察性结果，改善流程
和决策。
（2）关联规则。
关联规则是EDA技术的核心，它可以通过分析大量
记录，挖掘出隐藏的关联规则，为企业的决策提供更有效的指导。
（3）可视化分析。
利用EDA，企业可以对数据进行动态可视化分析，以更清晰的形式显示业务趋势，方便用户对数据进行更高级的分析。
（4）协同分析。
EDA可以根据数据模型、数据技术和数据分析工具等，来实现协同分析，使企业能够更有效地分析大数据。
二、EDA发展趋势
（1）深入挖掘结构数据。
随着人工智能技术的不断发展，EDA将以
更深入的方式挖掘结构数据，获取更多的决策性信息。
（2）实现数据质量管理。
随着大数据的不断发展，企业的数据质量
管理需求也在不断增加，EDA也可以通过质量管理来降低数据的潜在风险。
EDA技术与应用
(4)无法进行极限状态以及最坏情况分析。例如,在高 温或低温的破坏性的试验条件下 , 电路特性试验是无 法进行的,即使勉强进行了某种破坏性试验 ,整个电路 都被损害,也无法继续完成试验。 (5)容差分析以及优化设计很困难。例如,在集成电路 中,电阻若用扩散工艺制造,其值一般在20%左右变化, 同时各晶体管的特性也有变化 , 为了提高集成电路的 成品率,应对电路进行容差分析,但用数学方法或者物 理方法是非常困难的。 除此以外 , 在利用数学方法求解的过程中 , 元件的 特性方程不能特别复杂 ,否则根本无法求解或者求解 过程过于繁琐,所以只能采用较为简单的元件模型。
(1)过程过于繁琐。电路元件的增多,使得电路方程的 数目随之增加 ,求解越发困难。另外也使得在利用元 件搭电路板时出错率更高。 (2)精度降低。对于数学方法,方程数目增加了,方程解 的精度就自然而然地降低了。而对于物理方法 , 用元 件搭出的电路板的电学特性与实际生产中的集成电 路的电学特性有所不同,随着电路规模的扩大,这种差 异也会越来越大。 (3)调试困难。如果发现原先的设计中出现了问题,就 必须修改元件的参数,甚至要修改电路形式。在这样 的情况下,无论是数学方法还是物理方法,都会消耗大 量的人力、物力以及时间,这样会增加电路的生产成 本。
(2) 提高了设计质量。与传统的数学方法相比较 , 电路 CAD 中采用的元件模型更为复杂、精确，甚至可以根 据需要来调整元件模型的复杂程度。不仅如此,CAD工 具还备有通用器件的模型参数库。除了常规的模拟 , 还 可以模拟各种寄生参数的影响 , 以及模拟元器件参数的 变化对整个电路的性能的影响。同时也克服了传统设 计方法中因仪器仪表接入而引起的各种误差。另外, 利 用 CAD 工具还可以方便地进行多种设计方案的比较和 优选，从中挑选最佳的设计方案。
EDA技术及应用
4、属性 表示数值、信号、数据格式、数据范围及函数等属性的。 三、运算符（操作符）见表9、2 使用中注意数据类型要匹配，且注意优先级关系：
运算符
NOT，ABS，** *，/，MOD，REM +（正号），-（负号）
+，-，& SLL，SLA，SRL，SRA，ROL，ROR
=，/=，<，>，<=，>= AND，OR，NAND，NOR，XOR，XNOR
优先级
高
低
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9、2 VHDL语句
包括顺序处理语句和并行处理语句 并行语句作为一个整体运算，程序中被激活的语句都
执行。 顺序语句则按照程序书写顺序来执行。顺序语句只能
用于进程或子程序中，用来定义进程或子程序的算法。 顺序语句可以进行算术、逻辑运算，信号和变量的赋 值，子程序的调用，可以进行条件控制和迭代。 一、常用顺序处理语句 1、变量赋值语句
不能带出当前单元且赋值立即生效。其格式为： VARIABLE 变量名：数据类型：约束条件：=初始值； 例如： VARIABLE n：INTEGER RANGE 0 TO 15：=2； 也可以在语句后面紧跟变量赋值语句。格式为：
目标变量名：=表达式； 例如： VARIABLE a，b：=REAL； VARIABLE x，y：BIT_VECTOR（0 TO 7）； 则可以有以下合法赋值语句：
输出配置区
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4、输入输出单元IOC（I/O Cell） 5、巨型块（Megablock） 包括8个GLB，1个ORP，16个IOC和两个专用I/O 6、时钟分配单元 二、在系统编程 1、各种状态 2、实现方式 3、编程组态与接口
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EDA技术与应用
EDA技术与应用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。
以下是关于EDA技术与应用，欢迎大家参考!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、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。
电路与电子技术-电子设计自动化(eda)简介
HDL描述可以被EDA工具转换成可执行的硬件配置，从而在FPGA或ASIC上实现。
逻辑合成
01
逻辑合成是将HDL描述转换为门级网表的自动化过程
。
02
逻辑合成工具使用优化算法和库技术，将HDL代码转
换为低层次的逻辑门级描述，以便于物理实现。
成熟阶段
20世纪80年代以后，随着计算机技 术的飞速发展，EDA技术逐渐成熟， 出现了许多功能强大的EDA软件， 广泛应用于电子设计领域。
EDA技术的应用领域
集成电路设计
EDA技术广泛应用于集成电路 设计领域，包括逻辑设计、物 理设计、布线设计和可靠性分
析等环节。
电路板设计
EDA技术可以帮助设计师完成 电路板的设计、布局、布线和 仿真等任务，提高设计效率和 产品质量。
大数据分析
通过大数据技术，对电路设计过 程中的数据进行分析，挖掘设计 规律和优化方向，提高设计效率 和质量。
实时计算与仿真
利用云计算的强大计算能力，实 现电路设计的实时仿真和计算， 提高设计的实时性和准确性。
5G通信技术在EDA中的应用
远程协同设计
利用5G高速网络，实现 远程协同设计，让团队 成员在全球范围内进行 实时沟通和协作。
特点
EDA技术具有自动化、智能化、高精度和高效率等特点，能够大大提高电路和 电子系统的设计和生产效率，降低成本，缩短研发周期。
EDA技术的发展历程
初级阶段
20世纪60年代，人们开始使用计 算机辅助设计（CAD）软件进行 简单的电路原理图绘制和布局。
发展阶段
20世纪70年代，随着集成电路的 出现，EDA技术逐渐发展，出现了 电路仿真和版图自动布局布线等工 具。
EDA技术及发展趋势
EDA 技术及发展趋势EDA 技术的概念及范范畴：EDA 技术是在电子 CAD 技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
利用 EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或者 PCB 版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
现在对 EDA 的概念或者范畴用得很宽。
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。
例如在飞机创造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行摹拟，都可能涉及到 EDA 技术。
本文所指的 EDA 技术，主要针对电子电路设计、 PCB 设计和 IC 设计。
EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
EDA 常用软件： EDA 工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的 EDA 软件有： EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim 等等。
这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如不少软件都可以进行电路设计与仿真，同时以可以进行PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。
下面按主要功能或者主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、 PCB 设计软件、 IC 设计软件、 PLD 设计工具及其它 EDA 软件，进行简单介绍。
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。
(1) 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 年代世界上应用最广的电路设计软件， 1998 年被定为美国国家标准。
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目录1 引言 (2)1.1 对EDA的简述 (2)1.2 对Multisim 10软件的简述 (2)2 单管共射放大电路的静态工作点 (3)2.1 静态工作点( Q 点)的设置 (3)2.1.1 创建单管共射电路 (3)2.1.2 对静态工作点的分析 (3)2.2 温度对静态工作点( Q 点) 的影响 (5)3 单管共射放大电路的动态指标 (5)3.1 电压增益 (5)3.1.1 计算电压增益 (5)3.1.2 对电压增益的分析 (5)3.2 输入电阻 (6)3.3 输出电阻 (6)4 体会 (8)4.1 对本文的分析 (8)4.2 对本文的体会 (9)参考文献 (10)Multisim 10 在单管共射放大电路中的应用罗其会（北京石油化工学院信息学院计算机科学与技术大兴区北京 102607）摘要利用Multisim 10 仿真软件对单管共射放大电路进行了计算机辅助教学。
采用直流工作点分析了电路静态工作点的设置。
利用温度扫描和参数扫描分析了温度对静态工作点以及电路参数对输出波形的影响。
对电压增益、输入电阻和输出电阻的仿真测试结果和理论计算基本吻合。
研究表明,利用Multisim 10 强大的分析功能对电子电路进行计算机仿,可以提高教学质量和教学效果。
关键字Multisim 10; 电路仿真; 静态工作点; 动态参数Application of Multisim 10 in Single Transistor AmplifierLuoqihui(Beijing oil institute of chemical information institute of computer science and technology Daxing Beijing 102607)Abstract Multisim 10 simulation software was used for computer aided teaching. The quiescent operating point w as set by using DC operating point. The influence of temperature on quiescent operating point and circuit parameter on output voltage waveform were analyzed by using temperature scanning and parameter scanning. The simulation test of voltage gain, input resistance and output resistance coincide with theoretical calculation basically. The results show that using the powerful analysis capability of Multisim 10, the computer simulation of electronic circuits can enhance the teaching quality and teaching effect.Keywords Multisim 10; circuit simulation; quiescent operating point; dynamic par ammeters1引言1.1 对EDA的简述在电子技术的发展历程中, 随着计算机辅助技术的应用和普及, 以及电子产品向数字化、集成化、微型化和低功耗方向的发展, EDA ( Elect ronic Design Automat ion) 技术逐渐产生并日趋完善。
电子、电气、信息类专业的学生可以应用EDA 技术进行电子电路的设计和测试。
EDA 具有效率高, 周期短, 应用范围广的优点,已成为当今电子设计的主流手段和技术潮流。
1.2 对Multisim 10软件的简述在众多的电路仿真软件中, Multisim 以其界面友好, 功能强大和容易使用而倍受高校电类专业师生和工程技术人员的青睐。
Multisim 10 是美国国家仪器公司N I( National Instruments) 最新推出的Multisim 版本, 集电路设计和功能测试于一件, 为设计者提供了一个功能强大,仪器齐全的虚拟电子工作平台[ 1-3]。
设计者可以利用大量的虚拟电子元器件和仪器仪表, 搭建虚拟实验室, 进行模拟电路、数字电路、自动控制、单片机和射频电子线路的仿真和调试[4-9]。
模拟电子技术是高校电类专业的基础课程。
单管共射放大电路是模拟电子技术的基础部分, 也是这门课程的教学重点和难点, 而单管共射放大电路则是放大电路的基本形式。
要在放大电路中实现输出信号的不失真放大, 必须设置合适的静态工作点。
放大电路的适用范围是低频小信号, 电压增益、输入电阻和输出电阻是分析放大电路的动态指标[ 10]。
利用仿真软件对典型电子电路进行计算机仿真, 实现在有限的课题教学中, 化简单抽象为具体形象, 化枯燥乏味为生动有趣, 能充分调动学生的学习兴趣和自主性, 帮助学生更好地理解和掌握教学内容[ 11]。
本文以单管共射放大电路为例, 应用Multisim 10 仿真软件进行了模拟电路的计算机辅助教学。
2 单管共射放大电路的静态工作点2.1 静态工作点( Q点) 的设置2.1.1 创建单管共射电路在Multisim 10 中创建如图1 所示的单管共射放大电路。
选用NPN 型硅晶体管2N1711 作为BJT , 双踪示波器用于观测输入/ 输出信号波形, 交流信号源为5 mVpk, 频率为2 kHz。
为了获得放大的不失真输出信号, 电路需要设置合适的静态工作点( Q 点) , Q 点过高( 或过低) 会引起输出信号的饱和( 或截止) 失真。
2.1.2 对静态工作点的分析对电路进行直流工作点分析, 得到如图2 所示的仿真数据, 包括晶体管的结点电位和基极、集电极电流。
图1 单管共射放大电路图图2 放大电路的静态工作点分析从图2 的结点数据可以计算放大电路的静态工作点电压:V CE = V(4) - V(5) = 5.753 1 V (1)与电源电压VCC= 12 V 相比, 该放大电路的Q 点设置合理。
在设置了合适的Q 点之后, 在输入端加上低频小信号电压, 观察到如图3 所示的输入/ 输出信号波形图。
由图3 可见, 输入/ 输出信号反相, 输出波形完整无失真, 与输入信号相比, 输出信号的幅值有很大增加。
可见, 该电路基本实现了对低频小信号的放大功能。
图3 输入/输出信号波形图在Q 点的教学实践中, 学生对于Q 点的理解往往很模糊, 存在为何要设置Q 点, 如何设置Q 点, Q 点设置不合理会出现什么结果等疑问。
通过改变偏置电阻的阻值改变放大电路的偏置电压来获得合适的Q 点。
通过改变R B1的阻值来观察Q 点设置偏高和偏低所带来的失真。
取交流信号源为20 mVpk, 频率为2 kHz。
当RB1= 17. 6 kΩ , 对电路进行直流工作点分析, 得到VCE= 0. 442 2 V, Q 点设置过高, 出现饱和失真( 底部失真) , 输入/ 输出波形如图4( a) 所示。
当RB1= 85kΩ , 得到VCE= 11. 6098 V, Q 点设置过低, 出现截止失真( 顶部失真) 。
输入/ 输出波形如图4( b) 所示。
通过演示,让学生看到设置Q 点不同会造成什么样的结果, 对Q 点合理设置的理解就深入透彻了。
图4 输入/ 输出波形2.2 温度对静态工作点( Q 点) 的影响温度扫描分析用来研究温度变化对电路性能的影响。
通常仿真温度是27℃ , 温度扫描分析相当于在不同的环境温度下进行多次仿真。
影响静态工作点( Q 点) 稳定性的因素很多, 例如电路参数变化, 管子老化等, 其中最主要的因素是BJT 的特性参数随温度发生变化。
硅管的VBE 和β受温度的影响较大, 这是硅管的特点。
为了研究Q 点随温度的变化, 对Q 点进行了温度扫描分析, 得到不同温度下晶体管的结点电位。
绘制出V CE 和V BE 随温度变化的曲线如图5 所示。
由图可见, 随着温度的升高, VCE 和V BE 呈线性下降。
VBE 的线性拟合方程为:V BE = 0.76618 - 0.00125T (2)式中: 温度系数为- 1.25 mV/℃。
硅管VBE 的温度系数一般为- 2.2 mV/℃[4]。
比较发现, 这里VBE 的温度系数较小, 这是因为在该射极偏置电路( 也称自偏置电路) 中, 发射极电阻的直流负反馈稳定了Q 点, 从而大大减小了温度变化对Q 点的影响。
3 单管共射放大电路的动态指标3.1 电压增益3.1.1 计算电压增益根据图3 的输入/ 输出信号波形图, 可以计算出该放大电路的电压增益:AV = VO / VI = 88.989/- 4.373 = - 20.35 (3)利用H 参数小信号模型, 绘制如图6 所示的放大电路小信号等效电路。
由此模型得到电压增益的表达式[10] :A V = -β( RC ‖R 1 )/rBE + ( 1 + β)R E1 (4)式中: 交流电流放大系数采用直流系数β= I C/I B ; β由静态工作点的基极和集电极电流进行计算。
利用下列公式估算r BE[10] :rBE = 200 Ω + ( 1+ β)26/I E (5)将数值带入式( 4) , 得到电压增益为- 20.86, 与仿真结果比较接近。
3.1.2 对电压增益的分析从式( 4) 发现, 电压增益随R E1阻值的增加而减小。
为了观察R E1对电压增益的影响, 对R E1进行了参数扫描分析。
选择R E1为参数扫描分析元件, RE1的阻值设置为100Ω , 200Ω , 300Ω和500 Ω , 且观察其阻值变化对输出波形的影响, 分析结果如图7 所示。
中间幅值最小的曲线是输入信号, 其他是不同阻值下的输出信号。
图5 晶体管VCE 和VBE 随温度变化的曲线图图6 H 参数小信号模型等效电路图由图7 可见, 随着RE1 阻值的增加, 输出信号的幅值逐渐下降。
参数扫描分析结果与式( 4) 的结论是一致的。
那么能否把R E1的阻值设置为零, 以获得高电压增益呢: 图8 是R E1为零时的输入/ 输出波形图。
由图发现, 虽然输出幅值有所增加, 但是输入/ 输出波形出现了明显的相移。
因此将RE1 的阻值设置为100Ω。
3.2 输入电阻在Mult isim 10 中创建如图9 所示的输入电阻测量电路。