集成电路EDA软件概述(全面)
集成电路EDA设计概述
4. 数字系统的热门方向：
数字集成电路 DSP FPGA SOC NOC
1.2 高性能集成化设计
Core 2，几亿门级
大规模集成化带来自 动设计的进步 （EDA）。 电路、工作的复杂化 带来HDL的普及。 C/C++与HDL差别
486，几百万门级
4004，几千门级
EDA设计流程： 设计创意 + 仿真验证
功能要求 行为设计（HDL） 否 行为仿真 是 综合、优化——网表 否
时序仿真 是 布局布线——版图
后仿真 是
否
—设计业—
Sign off 集成电路芯片设计过程框架
From 吉利久教授
典型FPGA应用设计流程
系统设计 系统验证
算法设计
RTL设计
算法验证
本课重点！ RTL验证
27
CPLD/FPGA 设计流程
tclk
（5） Timing Analysis
- Verify if Design Meets Timing Performance Specifications
（6） Timing Simulation
- Verify if the logic function and timing performance are correct (With Timing Delays)
专用集成电路设计实践(西电版)第4章 EDA软件的使
02
常用EDA软件介绍
集成电路设计软件
Cadence Virtuoso
用于模拟和混合信号IC设计，支持从概念到签核 的所有设计流程。
Synopsys Design Compiler
广泛用于数字IC设计，提供逻辑综合和物理优化 功能。
ABCD
Mentor Graphics IC Compiler
针对高性能IC设计，提供高吞吐量物理综合和时 序驱动的布局。
Laker Custom IC Designer
适用于初学者和小型设计团队，提供简单易用的 集成电路设计工具。
电路仿真软件
Cadence NC-Sim
提供高性能、高精度仿真，适用于模拟、混合信号和数字电路。
Mentor Graphics ModelSim
适用于各种规模的电路仿真，支持多种EDA工具接口。
EDA软件的发展可以分为三个阶段： 萌芽期、发展期和成熟期。
发展期：20世纪80年代，随着计算 机技术的不断发展，EDA软件开始广 泛应用于电子设计领域。
萌芽期：20世纪70年代，随着集成 电路的出现，人们开始尝试使用计算 机进行电路设计。
成熟期：21世纪初，随着集成电路规 模的扩大和系统级设计的出现，EDA 软件逐渐成熟并成为电子设计的必备 工具。
导入和导出数据
打开软件并登录，完成必要的工作后 关闭软件。
将数据导入到软件中进行分析和处理， 或导出数据以供其他应用程序使用。
创建和保存项目
创建一个新的项目或打开一个已有的 项目，并保存项目以防止数据丢失。
EDA软件的进阶技巧
使用脚本语言自动化任务
学习并使用脚本语言，如Python或TCL，来自动化重复性任务， 提高工作效率。
EDA概述
20世纪 年代 世纪80年代 世纪 年代CAE（Computer Assist Engineering Design）阶段 （ ）
集成电路设计进入了CMOS时代。可编程逻辑器件(PAL和GAL)已进入商业 时代。可编程逻辑器件 集成电路设计进入了 时代 和 已进入商业 应用， 年代初期 年代初期EDA工具以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为 工具以逻辑模拟、 应用，80年代初期 工具以逻辑模拟 定时分析、故障仿真、 核心，解决设计未完成前的功能检验等问题； 年代后期 可以实现逻辑设计、 年代后期， 核心，解决设计未完成前的功能检验等问题； 80年代后期，可以实现逻辑设计、 逻辑仿真、布尔方程综合和优化和设计结果验证等。 逻辑仿真、布尔方程综合和优化和设计结果验证等。
1.4 EDA工具发展趋势 工具发展趋势
设计输入工具的发展趋势 原理图的输入 硬件描述语言
具有混合信号处理能力的EDA工具 工具 具有混合信号处理能力的 数字信号处理、专用集成电路宏单元、数模变换和模 数变换模块、各种压控振荡器在内的混合系统； 数变换模块、各种压控振荡器在内的混合系统； 开发更为有效的仿真工具 建立合理的仿真算法； 建立合理的仿真算法；在系统级仿真中系统级模型的建模和电路级仿 真中电路级模型的建模； 真中电路级模型的建模； 开发更为理想的设计综合工具 可以实现设计前端的综合直至设计后端的版图综合以及测试综合的理 想且完整的综合工具。 想且完整的综合工具。
1.3 EDA开发工具 开发工具
开发软件 Xilinx：Foundation , ISE (Integrated System Configuration) ： Alteral： MAX＋PLUSⅡ, Quartus ： ＋ Ⅱ Model Tech：ModelSim ： Altium：Altium Designer ： 开发板 Nanoboard NB1: 提供的基于 的开发板， 是Altium提供的基于 提供的基于FPGA的开发板，可实现系统设计交换式运行， 的开发板 可实现系统设计交换式运行， 集成虚拟仪器和边界扫描技术，并可观察 内部信号。 集成虚拟仪器和边界扫描技术，并可观察FPGA内部信号。 内部信号 硬件开发语言 HDL: VHDL，Verilog HDL ，
EDA 软件发展概况
EDA软件发展概况EDA是Electronic Design Automation (电子设计自动化)的英文缩写。
EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，它是以电子CAD技术为基础所发展起来的计算机软件系统，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等成果，来进行电子产品的自动设计。
可以说，EDA技术是电子设计技术的核心。
随着时代的进步，该技术不断取得了突破性的进展。
EDA技术的发展是一个漫长的过程。
自从20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)的出现，从而产生了计算机辅助设计的概念，这是的CAD一定意义上取代了手工操作。
到了80年代的CAE（计算机辅助工程设计)，增加了电路功能设计和结构设计，实现了工程设计。
再到90年代的EDA (电子设计自动化)，提高了整个设计过程的自动化与智能化，使应用起来更加的方便。
从这个漫长的过程之中可以看出，自从电子设计技术出现以来，随着需求的提高与无数人的努力，EDA技术显得越来越成熟，同时也给我们带来了更多的便利。
现代社会，对EDA技术的应用非常广泛。
包括在电子、机械、通信、航空、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。
EDA技术的实用性与重要性可见一斑。
所以，身为新一代的机械专业的大学生，我们很有必要对EDA技术作相应的了解与学习，掌握好EDA技术，无论对我们的学习还是工作都至关重要。
目前，常见EDA工具有PROTEL、Matlab、SystemView、MMICAD、ORCAD、SPICE、E1ectronics Workbench等。
其中，PROTEL是PROTEL 公司在20世纪80年代末推出的一款EDA软件，它在电子行业的设计软件中，当之无愧地排在众多EDA软件的前面，在国内使用较早、普及率也最高，几乎所有的电子公司都要用到它，是电子设计的首选软件。
随着时代的发展，过往的EDA软件不可能一成不变。
常用EDA软件介绍
第六章 常用ＥＡ Ｄ软件介绍
6.4.1 SPICE输入描述语句的构成
1. 标题语句 描述文件的第一行。 SPICE将第一行作为标题行打印而不作为电路的一 部分进行分析。 2. 注释语句 一般形式是¡° 后加字符串。 *¡± 注释语句不参与电路的模拟仿真。 可以存在于输入文件除第一行和最后一行之间的任 何位置。
第六章 常用ＥＡ Ｄ软件介绍
– 单位后缀有： V=伏 ； A＝安 ； HZ＝赫 ； OHM ＝欧（Ω ）； H=亨 ； F=法 ； DEG=度 – 元件值的第一个后缀总是比例因子后缀，然后是单 位后缀。 – 如果没有比例因子后缀，那么头一个后缀就可能是 单位后缀，SPICE总是忽略单位后缀 。 – 没有比例后缀和单位后缀的情况下，SPICE将电压、 电流、频率、电感、电容和角度的量纲分别默认为 伏、安、赫、亨、法和度 。
Hale Waihona Puke 六章 常用ＥＡ Ｄ软件介绍8. SE (Silicon Ensemble)：布局布线器 9. PBO Optimization：基于布局的优化工具 10. CT-GEN ：时钟树生成工具 11. HyperExtract ： RC提取，RC简化，和delay计算 12. Pearl：静态时序分析
第六章 常用ＥＡ Ｄ软件介绍
（3）电容 CXXXXXXX N+ N- <(MODEL)NAME> VALUE +<IC=INCOND> C为元件名称, N+和 N-分别是元件的正负节点。 例： CH8 5 80 6PF （4）电阻 RXXXXXXX N+ N- <(MODEL)NAME> VALUE +<TC=TC1< ,TC2 >> R为元件名称, N+和 N-分别是元件的正负节点。 例： R1 1 2 RMOD 12K
集成电路EDA软件概述全面
人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会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：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。
EDA技术是指立足于计算机工作平台而开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。
通常把门电路、触发器等成为逻辑器件；将由逻辑器件构成。
能执行某单一的功能电路，如计数、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件；把由逻辑功能部件组成的能实现复杂能的数字电路称为数字系统。
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。
现在对EDA的概念或X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。
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。
集成电路设计的EDA系统概述
集成电路设计实例
要点一
总结词
集成电路设计是EDA系统的核心应用之一，通过使用EDA 系统，设计师可以完成集成电路的物理设计、验证和优化 。
要点二
详细描述
集成电路设计实例包括微处理器芯片、数字信号处理芯片 等复杂集成电路。EDA系统提供了集成电路物理设计、布 局布线、DRC/LVS检查等功能，确保了集成电路设计的正 确性和可靠性，缩短了产品上市时间。
随着云计算技术的发展，EDA系统将更加 云化，能够提供更加灵活和高效的设计服 务。
协同设计
可定制化设计
随着多项目和跨领域协同设计的需求增加 ，EDA系统将更加注重协同设计功能的建 设和完善。
随着集成电路设计的多样化和个性化需求 增加，EDA系统将更加注重可定制化设计 功能的建设和完善。
05
EDA系统的应用实例
THANKS ห้องสมุดไป่ตู้OR WATCHING
感谢您的观看
物理设计
布图规划
根据电路设计和仿真结果，进行版图规划，确定元件布局和布线策略。
布线设计
根据布图规划结果，进行实际的布线设计，生成物理版图。
布图规划
自动布线
布线优化
支持自动布线功能，提高布线效率和准确性。
对布线结果进行优化，降低信号延迟和功耗。
验证和测试
形式验证
通过数学方法验证电路设计的正确性。
系统复杂性高
EDA系统的功能和模块越来越多，系 统复杂性也越来越高，使用和维护的 难度也随之增加。
数据安全风险
EDA系统涉及大量的设计数据和知识 产权，需要采取有效的安全措施以保 障数据安全。
未来的发展趋势
智能化设计
云化服务
随着人工智能和机器学习技术的发展， EDA系统将更加智能化，能够自动学习和 优化设计过程。
cadence
版图设计工具Virtuos Layout Editor
第四步：打开版图单元
执行：CIW－>File－>Open…
版图设计工具Virtuos Layout Editor
版图编辑环境
版图设计工具Virtuos Layout Editor
Virtuoso LaVirtuos Layout Editor
Cadence 软件概述
Cadence 软件包含的工具很多，在集成电路设计过程中常用的工具有： 1）Verilog HDL仿真工具verilog-XL 2）电路设计工具composer 3）电路模拟工具Analog Artist 4）版图设计工具Virtuos Layout Editor 5）版图验证工具Dracula和Diva 6）自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble
s l xl
Cadence 软件概述
Cadence的启动： 右击选择Tools terminal icfb& CIW （命令解释窗）
Cadence 软件概述
库文件的管理： cadence 的文件基本上是按照库、单元和视图的层次进行管理的。 1)库（library）：是一组单元的集合，库也包含与每个单元有关的各种不同
命令
layout layoutPlus
规模
s m
功能
基本版图设计（具有交 互 DRC 功能） 基本版图设计（具有自 动化设计工具和交互验 证工具）
Cadence 软件概述
Cadence的启动： 3、系统级启动命令
命令
规模
功能
Pcb 设计 混合型号IC设计 前端到后端大多数工具
swb msfb icfb
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人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会发展
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：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。
EDA技术是指立足于计算机工作平台而开发出来的一整
套先进的设计电子系统的软件工具。
通常把门电路、触发器等
成为逻辑器件；将由逻辑器件构成。
能执行某单一的功能电路，
如计数、译码器、加法器等，称为逻辑功能部件；把由逻辑功
能部件组成的能实现复杂能的数字电路称为数字系统。
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。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
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。
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，例如很多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。
在计算机技术的推动下，20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，而电子技术发展的根基是微电子技术的进
步，它表现在大规模集成电路加工技术，即半导体工艺技
术的发展上。
表征半导体工艺水平的线宽已经达到60nm
以下，并还在不断地缩小，在硅片单位面积上集成了更多
的晶体管，集成电路设计在不断地向超大规模、极低功耗
和超高速的方向发展；专用集成电路ASIC的成本不断降
低，在功能上，现代的集成电路已能实现SOC的功能。
具体来说，现代EDA技术具有以下一些特点： 1）高层综合和优化为了能更好地支持自顶向下的设计方法，现代的EDA工具能够在系统级进行综合和优化，这样就缩短了设计的周期，提高了设计效率。
3）开放性和标准化现代EDA工具普遍采用标准化和开放性框架结构，任何一个EDA系统只要建立了一个符合标准的开放式框架结构，就可以接纳其它厂商的EDA工具一起进行设计工作。
这样就可以实现各种EDA工具间的优化组合，并集成在一个易于管理的统一环境之下，实现资源共享。
不同的EDA开发工具可以组合使用，共享设计数据，相互间有良好的接口，有效提高了设计者的工作效率和设计灵活性，为用户提供了方便。
1.2 EDA技术实现目标最终目标：专用集成电路ASIC的设计和实现 ASIC作为最终的物理平台，集中容纳了用户通过EDA技术将电子应用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件实体。
ASIC：具有专门用途和特定功能的独立集成电路器件，可以通过三种途径来完成： 1.超大规模可编程逻辑器件 2.半定制或全定制ASIC 3.混合ASIC 1.超大规模可编程逻辑器件 FPGA和CPLD是实现这一途径的主流器件。
二者的开发工具、开发流程和使用方法与ASIC有类似之处，因此这类器件通常也被称为可编程专用IC，或可编程ASIC。
特点：直接
面向用户，极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试和实现快捷，开发效率高，成本低，上市时间短，技术维护简单，工作可靠性好等。
2.半定制或全定制ASIC 统称为掩模ASIC或ASIC，不具备上述可编程ASIC的面向用户的灵活多样的可编程性。
（1）门阵列ASIC。
门阵列芯片包括预定制的相连的PMOS和NMOS晶体管行。
EDA 设计时，可以将原理图或HDL模型映射为相应门阵列晶体管配置，创建一个指定金属互连路径文件。
从而完成门阵列ASIC开发。
（2）标准单元ASIC 目前大部分ASIC是使用库（Library）中的不同大小的标准单元设计的，这类芯片一般称作基于单元的集成电路。
库包括不同复杂性的逻辑元件，并包含每个逻辑单元在硅片级的完整布局，使用者只需利用EDA软件工具与逻辑块描述打交道即可，完全不必关心电路布局的细节。
设计时，通过EDA软件产生的网表文件将单元布局块“粘贴”到芯片布局之上的单元行上即可。
（3）全定制芯片在全定制芯片中，在针对特定工艺建立的设计规则下，设计者对于电路的设计有完全的控制权，如线的间隔和晶体管大小的确定。
3.混合ASIC 定义：既具有面向用户的FPGA可编程功能和逻辑资源，同时也含有可方便调用和配置的硬件标准单元模块，如CPU、RAM、ROM、硬件加法器、乘法器、锁相环等。
Xilinx、Atmel和Altera公司已经推出了这方面的
器件，如Virtex-4系列和StratixII系列等。
是SoC 和SoPC的设计实现的便捷途径。
1.3 EDA的发展趋势 IC 设计发展方向：系统集成芯片 1）超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微米工艺如：0.13 m、90nm 已走向成熟，使芯片上完成系统级的集成成为可能。
2）工艺线宽的不断减小，半导体材料上的许多寄生效应不容忽略，对EDA工具提出了更高的要求。
3）市场要求降低电子系统的成本、减小系统的体积等，即对集成度提出了更高的要求。
设计的速度也非常关键，使EDA工具和IP 核应用更广泛。
4）高性能的EDA工具为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。
5）计算机硬件平台性能大幅提高，为复杂的SoC设计提供了物理基础 HDL发展方向：目前：只提供行为级或功能级的描述，无法完成对复杂的系统级的抽象描述。
趋势：开发系统级的设计语言。
成果：System C、System verilog及系统级混合仿真工具，可以在同一个开发平台上完成高级语言与标准HDL语言或其它更低层次描述模块的混合仿真。
ASIC 和FPGA将更大程度相互融合。
标准逻辑ASIC：优点：芯片尺寸小、功能强大、耗电低，缺点：设计复杂，有批量生产要求； PLD：优点：开发费用低廉、能在现场编程，缺点：体积大、功能有限、功耗较大。
互相融合，取长补短。
如将PLD嵌入标准单元。
随着集成技术的不断发展和集成度的提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具方面有大的变革。
回顾30多年来集成电路设计自动化的发展进程，大致可分为3个阶段：优点：使设计人员摆脱了繁复、易出错误的手工画图、机械刻红膜的做法，大大提高了效率，因而得到了迅速的推广。
缺点：逻辑图输入、逻辑模拟、电路模拟等工作与该系统的版图设计与版图验证是分别进行的，人们需要对两者的结果进行多次的比较和修改才能得到正确的设计，有时甚至在投片后才发现设计错误，需要返工修改，代价昂贵。
computer-aided design 1. 20世纪70年代的第一代设计自动化系统，称为CAD系统。
优点：集逻辑图输入、逻辑模拟、电路模拟、版图设计与版图验证等工具于一体，构成了较完整的设计系统，保证了投片流水的一次成功率。
缺点：在一致性检查和后模拟设计最后阶段，一旦发现错误还需要修改版图或修改电路，仍需付出相当的代价。
computer-aided engineering 2. 20世纪80年代的第二代设计自动化系统，称为CAE系统。
芯片的复杂度越来越高，单靠原理图输入不堪承受，HDL应运而生。
优点：引入了HDL和行为综合、逻辑综合工具，采用较高的抽象层次开始设计，并按层次化方法进行管理，可大大提高处理复杂设计的能力；综合优化工具的使用使芯片的
面积、速度、功耗等都能获得优化，大幅缩短了设计所需的时间。
Electronic Design Automatic 20世纪90年代的第三代设计自动化系统，称为EDA系统。
2）采用硬件描述语言进行设计采用硬件描述语言进行电路与系统的描述是当前EDA技术的另一个特征。
与传统的原理图设计方法相比，HDL语言更适合描述规模大的数字系统，它能够使设计者在比较抽象的层次上对所设计系统的结构和逻辑功能进行描述。
采用HDL语言设计的突出优点是：语言的公开可利用性；设计与工艺的无关性；宽范围的描述能力；便于组织大规模系统的设计；便于设计的复用、交流、保存和修改等。
目前最常用的硬件描述语言有VHDL 和Verilog HDL,它们都已经成为IEEE标准。